Vypracované otázky z Biochemie pro 2014/2015 | Studijní materiály | MedScopeGlobal

Vypracované otázky z BIOCHEMIE pro Ústav lékařské biochemie a laboratorní diagnostiky 1.LF a VFN (1.paralelka) 2014/2015 Vypracovaly: Lucie Křibalova, kruh 2009 Lucie Lorencova, kruh 2009 Marianne Vejsova, kruh 2009 Kristyna Kožnarova, kruh 2010 Veronika Roubičkova, kruh 2001 Andrea Weisfeitova, kruh 2001 I. )ákladLJ fLJzikálŶí, aŶorgaŶiĐké a orgaŶiĐké Đheŵie 1 1. Typy ĐheŵiĐkýĐh vazeď, slaďé iŶterakĐe CheŵiĐká vazďa = iŶterakĐe, která k soďě Ŷavzájeŵ poutá sloučeŶé atoŵLJ prvků v ŵolekule ;Ŷeďo ioŶtLJ v krLJstaluͿ prostředŶiĐtvíŵ valeŶčŶíĐh elektroŶů OďeĐŶá pravidla  ĐheŵiĐké vazďLJ vzŶikají a zaŶikají při ĐheŵiĐkýĐh reakĐíĐh.  při tvorďě ĐheŵiĐké vazďLJ se uvolňuje eŶergie, tzv. vazeďŶá eŶergie  pro rozštěpeŶí ĐheŵiĐké vazďLJ je ŶutŶo dodat eŶergii, tzv. disoĐiačŶí eŶergii  eŶergie vazeďŶá a disoĐiačŶí ŵají stejŶou velikost; číŵ je vazeďŶá ;disoĐiačŶíͿ eŶergie větší, tíŵ je vazďa pevŶější  podŵíŶkou vzŶiku ĐheŵiĐké vazďLJ je dostatečŶé přiďlížeŶí atoŵů, které ŵají dostatečŶě vLJsokou eŶergii a správŶou prostorovou orieŶtaĐi 1. KovaleŶtŶí vazďa  založeŶa Ŷa sdíleŶí elektroŶového páru, Ŷa jehož vzŶiku se podílí každý atoŵ jedŶíŵ elektroŶeŵ  uplatňuje se ŵezi atoŵLJ ŶekovovýĐh prvků  příkladLJ: H 2 , Cl 2 , HCl, NH 3 VzŶik kovaleŶtŶí vazďLJ  máŵe Ϯ atoŵLJ vodíku, ozŶačíŵe je X a Y  Y se přiďližuje k X – ŵůže-li mezi nimi vzniknout chem. vazba, začŶou mezi nimi při vzájeŵŶéŵ přiďližováŶí půsoďit přitažlivé sílLJ, které způsoďí, že se ďudou přiďližovat ještě víĐ  poteŶĐiálŶí eŶergie ďude klesat, vzŶikajíĐí sLJstéŵ ďude staďilŶější  při určité vzdáleŶosti středů atoŵů (l), dosáhŶe poteŶĐiálŶí eŶergie svého ŵiŶiŵa ;sLJstéŵ ŵá Ŷejvětší stabilitu)  vzdáleŶost l – délka ĐheŵiĐké vazďy  energie Ep – eŶergie této vazďLJ  pokud ďLJ přiďližováŶí pokračovalo, začalLJ ďLJ půsoďit odpudivé síly a poteŶĐiálŶí eŶergie by prudce vzrostla I. )ákladLJ fLJzikálŶí, aŶorgaŶiĐké a orgaŶiĐké Đheŵie 2  EŶergie ĐheŵiĐké vazďy = eŶergie, která se uvolŶí při vzŶiku daŶé vazďLJ, udává se v kJ/mol  Na vzŶiku kovaleŶtŶí vazďLJ se od každého z vázaŶýĐh atoŵů podílí: o ϭ valeŶčŶí elektroŶ → vazďa jedŶoduĐhá (1 vazba σ) - delší a slaďší Ŷež ŶásoďŶé vazďLJ ;dvojŶá, trojŶáͿ o Ϯ valeŶčŶí elektroŶLJ → vazďa dvojŶá (1 vazba σ a 1vazba π) - kratší a pevŶější Ŷež jedŶoduĐhá vazďa o ϯ valeŶčŶí elektroŶLJ → vazďa trojŶá (1vazba σ a 2 vazby πͿ - Ŷejkratší a ŶejpevŶější Vazďa SIGMA σ  vzŶiká oďsazeŶíŵ ŵolekulového orbitalu sigma.  její elektroŶová hustota je Ŷejvětší Ŷa spojŶiĐi jader atoŵů.  molekulový orďital ŵůže vzŶikŶout překrLJtíŵ: → dvou orďitalů s, s a p nebo s a d → dvou orďitalů p nebo p a d → dvou orďitalů d Vazďa PÍ π  vzŶiká oďsazeŶíŵ ŵolekulového orďitalu pí I. )ákladLJ fLJzikálŶí, aŶorgaŶiĐké a orgaŶiĐké Đheŵie 3  její elektroŶová hustota je Ŷejvětší ŵiŵo spojŶiĐi jader atoŵů, ale v roviŶě touto spojŶiĐí proĐházejí  vzŶiká až po vzŶiku vazďLJ sigŵa a podílí se Ŷa vzŶiku ŶásoďŶýĐh vazeď  slaďší Ŷež vazďa sigŵa, proto sloučeŶiŶLJ s ŶásoďŶou vazďou jsou reaktivŶější Ŷež sloučeŶiŶLJ s vazďaŵi jedŶoduĐhýŵi  Molekulový orďital ŵůže vzŶikŶout překrLJtíŵ: → dvou orďitalů p → orďitalů p a d → dvou orďitalů d PolárŶí dž NepolárŶí kovaleŶtŶí vazďa o kovaleŶtŶí vazďou spojeŶLJ dva stejŶé atoŵy (H 2 , Cl 2 , O 2 , N 2 ) - oba atomy přitahují sdíleŶé elektroŶLJ stejŶou ŵěrou, rozložeŶí elektriĐkýĐh Ŷáďojů je rovŶoŵěrŶé → vazba ŶepolárŶí o kovaleŶtŶí vazďou spojeŶy dva růzŶé atoŵy, sdíleŶí elektroŶů ŶeŶí rovŶoŵěrŶé, protože žádŶé dva prvkLJ Ŷeŵají stejŶou teŶdeŶĐi přitahovat elektroŶLJ ;elektroŶegativituͿ → polárŶí Đharakter vazďy → ŵolekula se Đhová jako perŵaŶeŶtŶí ;stálýͿ dipól → atoŵ s vLJšší elektroŶegativitou získává parĐiálŶí ;částečŶýͿ záporŶý Ŷáďoj, a Ŷaopak atoŵ s Ŷižší elektroŶegativitou získává parĐiálŶí kladŶý Ŷáďoj 2. Vazďa ioŶtová  nastane-li případ, kdLJ je valeŶčŶí elektroŶ jedŶoho atoŵu vtažeŶ do valeŶčŶí vrstvLJ druhého → vzŶikají elektriĐkLJ Ŷaďité částiĐe – ioŶtLJ → ioŶtová vazďa Elektronegativita (zavedl L. Pauling)  = sĐhopŶost vázaŶého atoŵu přitahovat elektroŶLJ ĐheŵiĐké vazďLJ  vLJjadřuje se číselŶou hodŶotou  číŵ víĐ prvek vazeďŶé elektroŶLJ přitahuje, tíŵ vLJšší ŵá elektronegativitu I. )ákladLJ fLJzikálŶí, aŶorgaŶiĐké a orgaŶiĐké Đheŵie 4 ShrŶutí  ŶepolárŶí vazďa → rozdíl elektroŶegativit < 0,4  polárŶí vazďa → rozdíl elektroŶegativit větší Ŷež Ϭ,κ ale ŵeŶší Ŷež ϭ,ϳ  ioŶtová vazďa → rozdíl elektronegativit > 1,7 3. Kovy a kovová vazďa  kovy – ŵají v posledŶí vrstvě elektroŶového oďalu ŵalý počet elektroŶů a Ŷízké hodŶotLJ elektronegativity  z uŵístěŶí kovů v periodiĐké taďulĐe lze odvodit toto pravidlo: o prvek je koveŵ, jestliže počet elektroŶů jeho Ŷejvyšší zaplňovaŶé vrstvy je ŵeŶší Ŷeďo roveŶ číslu periody, v Ŷíž se ŶaĐhází  ĐheŵiĐké i fLJzikálŶí vlastŶosti ;Ŷapř. kovový lesk, tažŶost, kujŶost, tepelŶá a elektriĐká vodivostͿ kovů jsou podŵíŶěŶLJ speĐiálŶíŵ druheŵ vazďLJ → kovová vazďa  nejjedŶodušší teorie pro popis kovové vazďLJ – katioŶtLJ liďovolŶého kovu jsou rozŵístěŶLJ do uzlovýĐh ďodů krLJstalové ŵřížkLJ a valeŶčŶí elektroŶLJ se ŵezi Ŷiŵi volŶě pohLJďují ve forŵě tzv. elektroŶového plyŶu  všeĐhŶLJ valeŶčŶí elektroŶLJ jsou společŶé všeŵ čleŶůŵ ŵřížkLJ – vazba v kovech je delokalizovaŶá  volŶá pohLJďlivost elektroŶů → vLJsvětleŶí elektriĐké vodivosti kovů  kujnost – při kováŶí se jedŶotlivé vrstvLJ krLJstalové ŵřížkLJ po soďě volŶě posouvají 4. KoordiŶačŶě kovaleŶtŶí vazďa ;dativŶí, donor-akĐeptorováͿ  kovaleŶtŶí vazďa ŵezi donorem elektronu (ligand) a akceptorem  doŶor ŵusí ŵít alespoň jedeŶ volŶý elektroŶový pár  akĐeptor alespoň jedeŶ volŶý orďital  vazďa vzŶiká sdíleŶíŵ elektroŶového páru doŶoru oďěŵa prvkLJ  takto vzŶiklá sloučeŶiŶa se Ŷazývá koŵpledžŶí  Ligandy o sloučeŶiŶLJ prvků s volŶýŵi elektroŶovýŵi párLJ, tedLJ z ϭρ., ϭς. a ϭϳ. skupiŶLJ, Ŷeďo o anionty. I. )ákladLJ fLJzikálŶí, aŶorgaŶiĐké a orgaŶiĐké Đheŵie 5 o Halogeny — (F 2 ) fluoro, (Cl 2 ) chloro, (Br 2 ) bromo, (I 2 ) jodo o Anionty — (SO 4 2- ) sulfato, (ONO - ) nitrato, (NO 2- ) nitro, (NO 3- ) nitrito, (CN - ) kyano, (OCN - ) kyanato, (SCN - ) thiokyanato o NeutrálŶí ligaŶdy — (H 2 O) aqua, (NH 3 ) amin  Akceptory o kovLJ s volŶýŵi d a f orďitalLJ, oďzvláště je-li uvolŶěŶí orďitalu dosažeŶo tvorďou katioŶtu, Đož vazďu Ŷa záporŶě Ŷaďitý ligaŶd ŵůže staďilizovat, Ŷapř. Cr 3+ , Cu 2+ , Fe 2+ , Fe 3+ , Co 3+ , Ni 2+ , ale z p-prvků Ŷapř. i B 3+ a Al 3+ používaŶé v orgaŶiĐkýĐh sLJŶtézáĐh jako redukčŶí čiŶidla ([AlH 4 ] - , [BH 4 ] - ) 5. Slaďé vazeďŶé iŶterakce  slaďší iŶterakĐe – poŵoĐí ŶiĐh se ŵolekulLJ Ŷavzájeŵ ovlivňují  při ŶižšíĐh teplotáĐh sdružují ŵolekulLJ do tzv. agregátŶíĐh stavů – kapalŶého Ŷeďo tuhého skupeŶství → podŵiňují Ŷěkteré fyzikálŶí vlastŶosti látek – Ŷapř. ďod táŶí a varu  jsou tedLJ příčiŶou toho, že Ŷěkteré látkLJ s Ŷízkou ŵolekulovou hŵotŶostí se při ŶižšíĐh teplotáĐh vLJskLJtují v kapalŶéŵ (voda, brom) nebo pevŶéŵ (jod) stavu  ŵezi ŵolekulaŵi téže látkLJ i ŵezi ŵolekulaŵi látek růzŶýĐh  VaŶ der WaalsovLJ sílLJ a vodíkové ŵůstkLJ 5.1 VaŶ der Waalsovy síly  půsoďí ŵezi liďovolŶýŵi ŵolekulaŵi v závislosti Ŷa jejiĐh vzájeŵŶéŵ přiďlížeŶí  sílLJ ĐouloŵďiĐké, iŶdukčŶí, disperzŶí  dipólový ŵoŵeŶt μ o v polárŶíĐh ŵolekuláĐh – na jednom z vázaŶýĐh atoŵů převládá Ŷáďoj kladŶý, Ŷa druhéŵ záporŶý → používáŵe pojeŵ dipól ;oďeĐŶě je tvořeŶ dvěŵa od seďe odděleŶýŵi elektriĐkýŵi Ŷáďoji stejŶé velikosti, ale opačŶé polaritLJͿ o dipólový ŵoŵeŶt – vLJjádřeŶí velikosti polaritLJ ŵolekulLJ → je dáŶ součiŶeŵ délkLJ vazďLJ l a parĐiálŶího Ŷáďoje δ o vektorová veličiŶa, je orieŶtovaŶá od záporŶého pólu ke kladŶéŵu o vektorový součet všeĐh dipólovýĐh ŵoŵeŶtů v ŵolekule růzŶý od ŶulLJ → ŵolekula látkLJ je polárŶí I. )ákladLJ fLJzikálŶí, aŶorgaŶiĐké a orgaŶiĐké Đheŵie 6 o určeŶí polaritLJ víĐeatoŵovýĐh ŵolekul oďtížŶější – Ŷapř. trojatoŵové ŵolekulLJ typu AB 2 ŵohou ďýt polárŶí i ŶepolárŶí – záleží Ŷa tvaru ŵolekulLJ ;liŶeárŶí Ŷeďo loŵeŶýͿ  CouloŵďiĐké síly o čistě elektrostatiĐký jev o půsoďí ŵezi ŵolekulaŵi s perŵaŶeŶtŶíŵi elektriĐkýŵi dipóly o odpuzováŶí stejŶě ŶaďitýĐh částí dipólu, přitahováŶí opačŶýĐh → uspořádáŶí soustavy o dojde k poklesu eŶergie sLJstéŵu, vzroste jeho staďilita o v kapaliŶáĐh, kde se ŵolekulLJ ŵohou volŶě pohLJďovat, je toto uspořádáŶí ŶarušováŶo, ale oďŶovuje se → ustaŶoveŶí dynaŵiĐké rovŶováhy o v krLJstaleĐh pevŶýĐh látek k přeŵiťováŶí ŶedoĐhází – vzŶiklá struktura zaĐhovaŶá  IŶdukčŶí síly o potřeďuje ke svéŵu vzŶiku trvale polarizovaŶou ŵolekulu, která polarizuje ostatŶí ;polárŶí i ŶepolárŶíͿ molekuly – původŶě ŶepolárŶí částiĐe získají dipólový ŵoŵeŶt a dipólový ŵoŵeŶt částiĐ, které ho již ŵělLJ, je pozŵěŶěŶ  DisperzŶí síly o ŶejvýzŶaŵŶější z vaŶ der WaalsovýĐh sil o ŵezi ŵolekulaŵi všeĐh látek o vLJĐházíŵe z představLJ, že ŵolekulLJ osĐilují ;kŵitajíͿ a to dosti chaoticky o dva osĐilujíĐí dipólLJ se k soďě přiďlíží a dojde k jejich synchronizaci – tzŶ. že Ŷa sousedŶíĐh ŵolekuláĐh se v určitéŵ časovéŵ okaŵžiku ŶaĐházejí opačŶé Ŷáďoje 5.2 Vodíkový ŵůstek ;Vodíková vazďaͿ  speĐiálŶí tLJp dipól-dipól iŶterakĐe ŵezi polárŶíŵi vazbami oďsahujíĐíŵi vodík kovaleŶtŶě vázaŶý Ŷa elektroŶegativŶí prvek ;Ŷapř.: kLJslík, dusík, fluorͿ  podstatŶě slaďší Ŷež ioŶtová Ŷeďo kovaleŶtŶí vazďa, ale silŶější Ŷež většiŶa ostatŶíĐh ŵeziŵolekulárŶíĐh sil  podŵíŶěŶo: a) edžisteŶĐí volŶýĐh elektroŶovýĐh párů Ŷa Ŷěkteréŵ z atoŵů vázaŶýĐh v molekule b) přítoŵŶostí atoŵu vodíku vázaŶého s atoŵeŵ, který ŵá vysokou elektronegativitu  VzŶik vodíkové vazďLJ o atoŵ vodíku pouze jeden elektron, a tak dojde při vLJtvořeŶí vazďLJ k elektroŶegativŶíŵu prvku ke zŶačŶéŵu odhaleŶí jeho atoŵového jádra, tedLJ kladŶě Ŷaďitého protoŶu I. )ákladLJ fLJzikálŶí, aŶorgaŶiĐké a orgaŶiĐké Đheŵie 7 o vzŶiklý parĐiálŶí kladŶý Ŷáďoj Ŷa atoŵu vodíku ŵůže poutat ŶevazeďŶé elektroŶové páry okolŶíĐh ŵolekul ;v případě iŶtraŵolekulárŶí vazďLJ jde o elektroŶové párLJ stejŶé ŵolekulLJͿ  eŶergie této vazďLJ je podstatŶě ŵeŶší Ŷež eŶergie ďěžŶé kovaleŶtŶí vazďLJ  její pevŶost závisí Ŷa velikosti parĐiálŶího Ŷáďoje Ŷa atoŵu vodíku – tedy na elektroŶegativitě atoŵu, se kterýŵ je vodík vázáŶ  Voda o Ŷa základě vodíkovýĐh ŵůstků se vLJsvětlují Ŷěkteré vlastŶosti vodLJ → vLJsoký bod varu oproti ostatŶíŵ hLJdridůŵ ς. hl. skupiŶLJ periodiĐké taďulkLJ I. )ákladLJ fLJzikálŶí, aŶorgaŶiĐké a orgaŶiĐké Đheŵie 1 2. Voda a její fLJzikálŶí a ĐheŵiĐké vlastŶosti, výzŶaŵ v organismu  Ŷejčastější ŵolekula v ďuňkáĐh  v přírodě ďěžŶě v kapalŶéŵ, plLJŶŶéŵ a pevŶéŵ skupeŶství  za ŶorŵálŶí teplotLJ a tlaku je to ďezďarvá, čirá kapaliŶa ďez zápaĐhu, v silŶější vrstvě Ŷaŵodralá  ĐĐa ςϬ % lidské hŵotŶosti ;ϳϬ % u dětíͿ  „kde ŶeŶí voda, ŶeŶí život“ → ve vodě se rozpouštějí ŵŶohé ioŶtové a polárŶí sloučeŶiŶLJ, které jsou pak ve forŵě roztoků traŶsportováŶLJ Ŷa důležitá ŵísta v orgaŶisŵu, ve vodŶéŵ prostředí proďíhají veškeré životŶí poĐhody  M = 18 g/mol  aŶoŵálie vodLJ - voda ŵá Ŷejvětší hustotu při κ°C = ϭ,Ϭ g.Đŵ -1 → přežití orgaŶisŵů ve vodě pod ledeŵ  atoŵLJ Ŷejsou uspořádáŶLJ v jedŶé příŵĐe, ale svírají úhel ĐĐa ϭϬρ°C  kLJslík Ŷese částečŶý záporŶý a vodíkLJ kladŶý Ŷáďoj  ŵá dipól ;částečŶě separovaŶé ŶáďojeͿ, Đož je důsledkeŵ zŶačŶého rozdílu v elektroŶegativitě vodíku a kLJslíku, kovaleŶtŶí vazďLJ jsou polarizovaŶé → polárŶí sloučeŶiŶa  díkLJ dipólu ŵůže voda vLJtvářet vodíkové vazďLJ: o s dalšíŵi ŵolekulaŵi vodLJ o s ŵolekulaŵi sloučeŶiŶ, jejiĐhž fuŶkčŶí skupiŶLJ oďsahují:  atomy kLJslíku nebo dusíku (atomy s volŶýŵi elektroŶovýŵi párLJ, akĐeptorLJ vodíku)  nebo skupiny –OH, NH 2 a =NH ;skupiŶLJ oďsahujíĐí vodík vázaŶý Ŷa silŶě elektroŶegativŶí atoŵLJ, doŶorLJ vodíku)  FLJzikálŶí vlastŶosti vodLJ ;ovlivŶěŶé vodíkovýŵi ŵůstkLJͿ: o vLJsoká teplota varu o vLJsoké ŵolárŶí výparŶé teplo o vLJsoká tepelŶá vodivost o vLJsoká relativŶí perŵitivita ;dielektiĐká koŶstaŶtaͿ I. )ákladLJ fLJzikálŶí, aŶorgaŶiĐké a orgaŶiĐké Đheŵie 2 vLJsoké ŵolárŶí výparŶé teplo a vLJsoká tepelŶá vodivost jsou podstatou terŵoregulačŶíĐh sĐhopŶostí vody v lidskéŵ orgaŶisŵu  Voda v organismu o Vodu v orgaŶisŵu dělíŵe Ŷa:  Volnou vodu – slouží k rozpouštěŶí látek.  HLJdratačŶí vodu – vázáŶa Ŷa hLJdrofilŶí koloidLJ. MolekulLJ volŶé a hLJdratačŶí vodLJ se Ŷeustále vLJŵěňují a jsou v rovŶováze.  OdžidačŶí vodu – vzŶikŶe při spalováŶí tuků, ďílkoviŶ,... o člověk ďez vodLJ vLJdrží ς–Θ dŶí, pak přijde o víĐe Ŷež ϭϭ % vodLJ ze svalů Ŷeďo tukové tkáŶě a zeŵře  Metabolismus vody o úzĐe spřažeŶ s ŵetaďolisŵeŵ Na+ o sĐhopŶost orgaŶisŵu skladovat vodu a rozdělit ji do příslušŶýĐh koŵpartŵeŶtů je dáŶa ŵŶožstvíŵ částiĐ v Ŷí rozpuštěŶýĐh, tedLJ tzv. osmolalitou Taď.: RozděleŶí vodLJ v jedŶotlivýĐh prostoreĐh. Prostor H 2 O (v l) H 2 O ;% těl. hŵotŶostiͿ H 2 O ;% Đelkové vody) ICT 28 40 65 ECT 14 20 35 * IST 11 15 25 * plazma 3 5 10 celkem 42 60 100  voda ŵá sĐhopŶost sublimovat, Đož příŵo Ŷesouvisí s fuŶkĐí živého orgaŶisŵu, ale prostředŶiĐtvíŵ vakuové ŵrazové suďliŵaĐe ;lLJofilizaĐeͿ ŵůžeŵe izolovat ďiologiĐký ŵateriál z vodŶýĐh roztoků ďez ztrátLJ ďiologiĐké aktivitLJ  kvůli vLJsoké relativŶí perŵitivitě je voda polárŶí rozpouštědlo o rozpouští ioŶtové sloučeŶiŶLJ, polárŶí látkLJ, hLJdrofilŶí koloidLJ o koleŵ ŶaďitýĐh částiĐ rozpuštěŶýĐh látek vLJtváří voda hLJdratačŶí oďal uspořádáŶíŵ svýĐh dipolárŶíĐh ŵolekul podle Ŷáďoje ioŶtu o rozpustŶost ŶeutrálŶíĐh ŵolekul polárŶíĐh sloučeŶiŶ je uŵožŶěŶa tvorďou vodíkovýĐh ŵůstků s molekulami vody I. )ákladLJ fLJzikálŶí, aŶorgaŶiĐké a orgaŶiĐké Đheŵie 3 o ve vodě jsou rozpustŶé pevŶé látkLJ, kapaliŶLJ i plLJŶLJ – hlavŶě tLJ, Đo s vodou reagují ;HCl, NH 3 ) o voda je také traŶsportŶíŵ ŵédieŵ rozpuštěŶýĐh látek  voda jako reaktant o jako produkt:  odžidativŶí fosforLJlaĐe ;dýĐhaĐí řetězeĐͿ  dehydratace – Ŷapř. eliŵiŶaĐe vodLJ v průďěhu ďiosLJŶtézLJ ŵastŶýĐh kyselin o jako suďstrát:  β-odžidaĐe ŵastŶýĐh kLJseliŶ ;hLJdrataĐe dvojŶé vazďLJͿ  hLJdrolLJtiĐké štěpeŶí vazeď v ŵolekuláĐh ďílkoviŶ, tuků, saĐharidů, ŶukleovýĐh kLJseliŶ I. )ákladLJ fLJzikálŶí, aŶorgaŶiĐké a orgaŶiĐké chemie 1 3. DisperzŶí soustavy, rozpustŶost látek, pravé a koloidŶí roztoky, difuze, osŵóza, osŵotiĐký a oŶkotiĐký tlak, dialýza, příklady z biochemie DisperzŶí soustavy  soustava, která oďsahuje alespoň dvě fáze nebo dvě složky ;ĐheŵiĐká iŶdividuaͿ, přičeŵž jedŶa Ŷespojitá fáze Ŷeďo složka ;disperzŶí podíl – dispersuŵͿ je víĐe Ŷeďo ŵéŶě rozptýleŶa v druhé spojité fázi Ŷeďo složĐe ;disperzŶíŵ prostředí – dispergens)  rozděleŶí: o podle velikosti dispergovaŶýĐh částiĐ: → disperze homogeŶŶí – obsahuje dvě složky a jen jedŶu fázi → složka tvoříĐí disperzŶí podíl rozptýleŶa ve složĐe tvoříĐí disperzŶí prostředí v tak droďŶýĐh částiĐíĐh ;atoŵeĐh, ŵolekuláĐhͿ, že Ŷelze ŵluvit o rozhraŶí → disperse heterogeŶŶí – obsahuje dvě fáze → edžistuje určitá hranice mezi částiĐeŵi tvoříĐíŵi disperzŶí podíl a druhou fází, která je oďklopuje Podle velikosti částiĐ zhruďa rozlišujeŵe: o disperze aŶalytiĐké (do 1 nm) - hoŵogeŶŶí o disperze koloidŶí ;ϭ Ŷŵ až ϭ μŵͿ – ŵikroheterogeŶŶí - přeĐhod mezi soustavaŵi heterogeŶŶíŵi a hoŵogeŶŶíŵi o disperze hruďé ;ϭ μŵ až ϭ ŵŵͿ – heterogeŶŶí (Jsou-li částiĐe větší Ŷež ϭ ŵŵ, Ŷejde již o disperze, ale o souvislou hmotu) o podle skupeŶství disperzŶího prostředí → plyŶŶé → kapalŶé → pevŶé DisperzŶí prostředí DisperzŶí podíl Disperze hruďé Disperze koloidŶí Disperze aŶalytiĐké plLJŶŶé plLJŶŶý - - sŵěsi plLJŶů kapalŶý déšť, ŵlha aerosoly párLJ kapaliŶ v plynu pevŶý praĐh, dýŵ aerosoly párLJ tuhýĐh látek v plLJŶu kapalŶé plLJŶŶý ďuďliŶLJ, pěŶLJ pěŶLJ roztokLJ plLJŶů v kapaliŶáĐh kapalŶý emulze lyosoly roztokLJ ŵísitelŶýĐh kapaliŶ pevŶý suspenze lyosoly pravé roztokLJ tuhýĐh látek pevŶé plLJŶŶý tuhé pěŶLJ, ďuďliŶLJ plLJŶů v pevŶýĐh látkáĐh tuhé pěŶLJ plLJŶLJ rozpuštěŶé v pevŶýĐh látkáĐh kapalŶý pevŶé látkLJ s uzavřeŶýŵi kapičkaŵi tuhé pěŶLJ voda vázaŶá Ŷa krastaliĐkou sůl pevŶý tuhé sŵěsi tuhé solLJ tuhé roztokLJ ;skloͿ, sŵěsŶé krystaly I. )ákladLJ fLJzikálŶí, aŶorgaŶiĐké a orgaŶiĐké chemie 2 Giďďsův zákoŶ fází  platí pro disperzŶí sLJstéŵLJ = soustavLJ oďsahujíĐí alespoň Ϯ fáze ;heterogeŶŶí sLJstéŵͿ Ŷeďo Ϯ složkLJ ;hoŵogeŶŶí sLJstéŵͿ  Giďďsův zákoŶ udává vztah ŵezi počteŵ složek s, počteŵ fází f a počteŵ stupňů volŶosti v heterogeŶŶí soustavLJ, Đož je počet proŵěŶŶýĐh, které defiŶují rovŶovážŶý stav ;tlak, teplota, koŶĐeŶtraĐeͿ a které lze Ŷezávisle ŵěŶit, aŶiž se tíŵ ŵěŶí počet fází: f + v = s + 2  trojŶý ďod – ďod, ve kteréŵ se složka ŶaĐhází ve všeĐh třeĐh fázíĐh, pro trojŶý ďod v = 0  fázový diagraŵ vody o křivkLJ a, ď, Đ představují rovŶovážŶé křivkLJ: a – sublimace, b – táŶí, Đ – vLJpařováŶí o trojŶý ďod – průsečík křivek a , ď, a Đ Pravé roztoky – aŶalytiĐké diperze  hoŵogeŶŶí ;jedŶofázovéͿ disperzŶí soustavLJ tvořeŶé disperzŶíŵ prostředíŵ ;rozpouštědleŵͿ a částiĐeŵi rozpuštěŶýĐh látek  velikost rozpuštěŶýĐh částiĐ do 1 nm ;ŵolekulárŶí Ŷeďo ioŶtové disperzeͿ - jejich přítoŵŶost lze zjistit pouze aŶalLJtiĐkLJ  u člověka Ŷejdůležitější disperzŶím prostředím voda KoloidŶí roztoky  roztokLJ ŵakroŵolekulárŶíĐh disperzí  velikost částiĐ rozpuštěŶýĐh látek od 1 Ŷŵ do1 μŵ ;Ŷapř. ďílkoviŶLJ, Ŷukleové kLJseliŶLJ, lipoproteinové částiĐeͿ  Ŷěkterýŵi vlastŶostŵi se liší od pravýĐh roztoků – Ŷapř. staďilitou Ŷeďo ŵožŶostí optiĐkého rozlišeŶí rozpuštěŶýĐh částiĐ  z koloidŶíĐh roztoků se rozpuštěŶá látka sŶadŶo vysráží – Ŷapř. přidáŶíŵ elektrolLJtu, zŵěŶou pH Ŷeďo teplotLJ  vodŶý koloidŶí roztok → hydrosol  ŵakroŵolekulLJ jsou udržováŶLJ v dispergovaŶéŵ stavu svýŵ Ŷáďojeŵ a solvatačŶíŵ pláštěŵ  projevuje se zakaleŶíŵ prostředí  koloidŶí roztok tvoří Ŷapř. ďílkoviŶy v krevŶí plazŵě  částiĐe ŵohou sediŵeŶtovat, sediŵeŶtačŶí rLJĐhlost je veliĐe ŵalá, je příŵo úŵěrŶá g → g se uŵěle zvLJšuje pro zvýšeŶí rLJĐhlosti sediŵeŶtaĐe  lyofilŶí koloidy o při stLJku rozpouštědla s pevŶou fází se saŵovolŶou disoĐiaĐí polárŶíĐh skupiŶ vLJtváří elektriĐká dvojvrstva I. )ákladLJ fLJzikálŶí, aŶorgaŶiĐké a orgaŶiĐké chemie 3 o elektriĐká dvojvrstva uŵožňuje staďilizaĐi koloidŶího stavu o Ŷapř. ďílkoviŶy  lyofoďŶí koloidy o Ŷejsou sĐhopŶLJ opatřit si elektriĐkou dvojvrstvu disoĐiaĐí → Ŷejsou sĐhopŶLJ edžisteŶĐe saŵLJ o soďě o staďilizují se adsorpĐí vhodŶýĐh ioŶtů Ŷeďo lLJofilŶíŵ koloideŵ, který lLJofoďŶí částiĐi oďalí Difuze OďeĐŶě  částiĐe se pohLJďují po spádu koŶĐeŶtračŶího gradieŶtu (z prostředí o vLJšší koŶĐeŶtraĐi do prostředí s Ŷižší koŶĐeŶtraĐíͿ  částiĐe se rozptLJlují do Đelého prostoru, kterého ŵohou dosáhŶout, a postupŶě ve všeĐh jeho částeĐh vyrovŶají svou koncentraci → látkLJ difuŶdují  ďěheŵ difuze se Ŷespotřeďovává eŶergie  rLJĐhlost šířeŶí částiĐ je ovlivŶěŶa velikostí částiĐ, teplotou i vlastŶostŵi prostředí  výsledkeŵ difúze ;Ŷezasahují-li další faktorLJͿ je rovŶoŵěrŶé rozptýleŶí rozpuštěŶé látky v rozpouštědle  ŵateŵatiĐkLJ popisují difuzi FiĐkovy zákoŶy Difuze je jedŶíŵ z ŶejzákladŶějšíĐh jevů odehrávajíĐíĐh se v živýĐh orgaŶisŵeĐh. Pro traŶsport látek přes ďiologiĐkou ŵeŵďráŶu je v lidskéŵ těle vLJužitelŶá difuze plyŶŶá a kapalŶá  2 druhy difuze: o prostá: k průĐhodu látek přes ŵeŵďráŶu doĐhází Ŷa základě koŶĐeŶtračŶího spádu, přeŶos ďez spotřeďLJ eŶergie  voda  ŵolekulLJ plLJŶů ;O 2 , N 2 , CO 2 , CO, NH 3 , NO, N 2 O)  Ŷěkteré ŶízkoŵolekulárŶí ŶepolárŶí látkLJ ;uhlovodíkLJ, steroidLJͿ  látkLJ polárŶí ;ŵočoviŶa, ethaŶol...Ϳ o faĐilitovaŶá: látkLJ se pohLJďují ve sŵěru koŶĐeŶtračŶího spádu, ďez spotřeďLJ eŶergie, proĐhází přes ďílkoviŶŶé přeŶašeče  aŵiŶokLJseliŶLJ, proteiŶLJ, ioŶtLJ většíĐh rozŵěrů Osŵóza o ŵezi Ϯ roztokLJ, příp. ŵezi roztokeŵ a vodou, je uŵístěŶa polopropustŶá, seŵiperŵeaďilŶí ŵeŵďráŶa, kterou ŵohou proĐházet jeŶ ŵolekulLJ rozpouštědla ;vodLJͿ o polopropustŶá ŵeŵďráŶa je v toŵto případě propustŶá pro rozpouštědlo a ŵéŶě propustŶá Ŷeďo ŶepropustŶá pro rozpuštěŶé látkLJ I. )ákladLJ fLJzikálŶí, aŶorgaŶiĐké a orgaŶiĐké chemie 4 o pohyb po koŶĐeŶtračŶíŵ gradieŶtu o kvaŶtitativŶě ŵožŶé popsat osŵózu hodŶotou fLJzikálŶí veličiŶLJ – osŵotiĐkého tlaku OsŵotiĐký tlak π  tlak, který ŵusí ďýt vLJviŶut Ŷa koŶĐeŶtrovaŶější roztok, aďLJ ďLJl koŵpeŶzováŶ tok vodLJ přes ŵeŵďráŶu ;sŶaha koŶĐeŶtrovaŶějšího roztoku o zředěŶíͿ  lze vLJpočítat ze vzorĐe π = iĐRT o Đ je ŵolárŶí koŶĐeŶtraĐe o R ŵolárŶí plLJŶová koŶstaŶta o T terŵodLJŶaŵiĐká teplota o i vLJjadřuje počet osŵotiĐkLJ účiŶŶýĐh částiĐ ;pro silŶé elektrolLJtLJ; u slaďýĐh elektrolLJtů je i rovŶo 1)  koligativŶí vlastŶost roztoku – závisí jeŶ Ŷa počtu částiĐ v oďjeŵové jedŶotĐe  osŵotiĐký tlak je projeveŵ osŵolaritLJ a je příŵo úŵěrŶý Đelkové osŵolaritě roztoku  Osmolarita = součet látkovýĐh koŶĐeŶtraĐí všeĐh osŵotiĐkLJ aktivŶíĐh částiĐ; mol/l, mmol/l, případŶě ;v ďiologiĐkýĐh vědáĐhͿ – osmol/l, mosmol/l, krevŶí plazŵa ϯϬϬ mosmol/l  Osmolalita = Đelková látková koŶĐeŶtraĐe osŵotiĐkLJ aktivŶíĐh částiĐ v ŵol/kg ;vztahuje se k hmotnosti roztoku), krevŶí plazŵa ŵá osŵolalitu přiďližŶě ϯϬϬ ŵŵol/kg a s touto hodŶotou srovŶáváŵe osŵolalitu jiŶýĐh roztoků Ŷejčastěji  IzotoŶiĐké roztoky o roztokLJ se stejŶýŵ osŵotiĐkýŵ tlakeŵ ;osŵolaritouͿ  HypertoŶiĐké roztoky o takový roztok ŵá vLJšší osŵolaritu Ŷež druhý roztok ;Ŷapř. krevŶí plazŵa) I. )ákladLJ fLJzikálŶí, aŶorgaŶiĐké a orgaŶiĐké chemie 5 o pokud je ďuňka v takovéŵ roztoku - osŵotiĐký tlak vLJšší v okolŶíŵ prostředí Ŷež v ďuňĐe - voda prostupuje přes seŵiperŵeaďilŶí plazŵatiĐkou ŵeŵďráŶu veŶ z ďuňkLJ – ďuňka se sĐvrkává→ plazŵolýza  HypotoŶiĐké roztoky o takový roztok ŵá Ŷižší osŵolaritu Ŷež druhý roztok ;Ŷapř. krevŶí plazŵa) o ďuňka v takovéŵ roztoku - v ďuňĐe vLJšší osŵotiĐký tlak Ŷež v jejíŵ okolí - voda vstupuje do ďuŶěk, jejiĐh oďjeŵ se zvětšuje, povrĐhová ŵeŵďráŶa praská → plazŵoptýza, u erytroĐytů – heŵolýza OŶkotiĐký tlak  ;Ŷeďoli koloidŶě-osŵotiĐký tlakͿ je osŵotiĐký tlak způsoďeŶý ďílkoviŶaŵi  oŶkotiĐký tlak plazŵatiĐkýĐh ďílkoviŶ je 25 mmHg  výzŶaŵ oŶkotiĐkého tlaku proteiŶů krevŶí plazŵLJ tkví v uŵožŶěŶí vzŶiku a ŶásledŶé resorpce tkáňového ŵoku  Ŷa začátku kapilár je hLJdrostatiĐký tlak ;geŶerovaŶý srdĐeŵͿ ve vlásečŶiĐi větší Ŷež oŶkotiĐký tlak ďílkoviŶ krevŶí plazŵLJ → krevŶí plazŵa se tíŵto tlakeŵ filtruje do tkáŶí jako tkáňový ŵok ŶesouĐí živiŶLJ  Ŷa koŶĐi kapilár hLJdrostatiĐký tlak poklesŶe, oŶkotiĐký tlak je relativŶě vLJšší a tkáňový ŵok ;voda a ŵetaďolitLJ ďuŶěkͿ je ŶasáváŶ zpět do krevŶího oďěhu  pokles koŶĐeŶtraĐe ďílkoviŶ v krvi → otokLJ ;oŶkotiĐký tlak už Ŷestačí k vLJčerpáŶí ŶadďLJtečŶého ŵokuͿ Dialýza  odděleŶí ŵakroŵolekulárŶíĐh látek ;ďílkoviŶ, polLJsaĐharidů, ŶukleovýĐh kLJseliŶ...Ϳ od aŶorgaŶiĐkýĐh solí a jiŶýĐh ŶízkoŵolekulárŶíĐh látek poŵoĐí přirozeŶýĐh Ŷeďo uŵělýĐh seŵiperŵeaďilŶíĐh ŵeŵďráŶ ;ŵalé ŵolekulLJ projdou, velké ŶeͿ → difereŶĐiálŶí difuze = dialýza  malé ŵolekulLJ přes ŵeŵďráŶu difuŶdují ve sŵěru koŶĐeŶtračŶího spádu - koncentrace ŵalýĐh ŵolekul Ŷa oďou straŶáĐh ŵeŵďráŶLJ vLJrovŶají - rLJĐhlost difuze oďěŵa sŵěrLJ je shodŶá → ustáleŶý stav I. )ákladLJ fLJzikálŶí, aŶorgaŶiĐké a orgaŶiĐké chemie 6  pro zryĐhleŶí proĐesu je ŶutŶé udržet dostatečŶý koŶĐeŶtračŶí spád → velké ŵŶožství dialLJzačŶího roztoku → dialLJzačŶí roztok často vLJŵěňovat ;Ŷež dojde k vLJrovŶáŶí koŶĐeŶtraĐíͿ  rLJĐhlost dialýzLJ je také závislá Ŷa ploše dialyzačŶí ŵeŵďráŶy: číŵ je větší, tíŵ rLJĐhleji ŵalé ŵolekulLJ přejdou  tzv. „cut-off“ hodŶota ;MWCO – molecular weight cut-off) → iŶforŵuje Ŷás o toŵ, jak veliké ŵolekulLJ ŵeŵďráŶa považuje za ŵalé ;projdouͿ a které už jsou velké ;ŶeprojdouͿ  v živéŵ orgaŶisŵu vlastŶě všeĐhŶLJ ŵeŵďráŶLJ ďuŶěk seŵiperŵeaďilŶí - do jisté ŵírLJ dovolují přestup vodLJ a ŶízkoŵolekulárŶíĐh látek, ale Ŷikoli proteiŶů Využití dialýzy  ve výzkuŵŶé laďoratoři → odstraŶěŶí přeďLJtku solí z roztoku proteiŶů ;či jiŶýĐh ŵakroŵolekulárŶíĐh látekͿ → převedeŶí proteiŶů do jiŶého pufru  v kliŶiĐké ŵediĐíŶě → heŵodialýza - jedŶa z ŵetod léčďLJ selháŶí ledviŶ  založeŶa Ŷa zĐela stejŶéŵ priŶĐipu: krev paĐieŶta proudí koleŵ seŵiperŵeaďilŶíĐh ŵeŵďráŶ (uŵělé ŵeŵďráŶy, uŵístěŶé mimo pacientovo tělo, ale i pacientovo peritoneum – v toŵ případě se dialLJzačŶíŵ roztokeŵ proŵývá peritoŶeálŶí dutiŶa, ŵluvíŵe o peritoŶeálŶí dialýzeͿ, které dovolují vLJrovŶáŶí koŶĐeŶtraĐí ŶízkoŵolekulárŶíĐh látek s dialLJzačŶíŵ roztokeŵ Ŷa druhé straŶě ŵeŵďráŶLJ ;odstraŶěŶí odpadŶíĐh produktů ŵetaďolisŵuͿ, zatíŵĐo plasŵatiĐké proteiŶy a krevŶí ďuňky přes dialLJzačŶí ŵeŵďráŶu ŶeproĐházejí  ! Ŷe každá ŵalá ŵolekula představuje odpadŶí látku – Ŷepřidáte-li do dialLJzačŶího roztoku Ŷapříklad glukózu, Na+, K+, ..., ŵůžete pacienta zahubit ! I. )áklady fyzikálŶí, aŶorgaŶiĐké a orgaŶiĐké Đheŵie 1 4. EŶergetika ĐheŵiĐkýĐh reakĐí, Giďďsova eŶergie a eŶtropie, aplikaĐe Ŷa ŵetaďoliĐké děje EŶergetika ĐheŵiĐkýĐh reakĐí  vysvětluje: → proč Ŷějaké reakĐe proďíhají a jiŶé Ŷe → kdy se eŶergie uvolŶí, a kdy je třeďa ji dodat → jaká část případŶě uvolŶěŶé eŶergie ŵůže ďýt orgaŶisŵeŵ využita  organismus = otevřeŶý sLJstéŵ – s okolíŵ vyŵěňuje eŶergii i hŵotu  jako ŵodel se využívá uzavřeŶý sLJstéŵ – s okolíŵ vyŵěňuje jeŶ energii (aďy se teŶto systéŵ podoďal orgaŶisŵu, další úvahy se ďudou týkat Đheŵ. reakĐí proďíhajíĐíĐh za koŶstaŶtŶí teploty a tlaku – izotermicko-izoďariĐký dějͿ Entalpie  = Đelkový tepelŶý oďsah uzavřeŶého systéŵu za výše uvedeŶýĐh podŵíŶek ;T = koŶst. p = konst.)  zŶačí se H (J, kJ)  stavová veličiŶa → její hodŶota závisí pouze Ŷa uspořádáŶí sLJstéŵu, Ŷezávisí Ŷa způsoďu, jakýŵ se se systéŵu do daŶého uspořádáŶí dostal  k Đelkové hodŶotě přispívá: o U ;J, kJͿ = vŶitřŶí eŶergie ;pohyď a prostorové uspořádáŶí atoŵů) o pV ;J, kJͿ = vŶější eŶergie  ďěheŵ Đheŵ. dějů se eŶtalpie ŵěŶí: Δ H = ΔU + p Δ V ΔU = výsledek záŶiku původŶíĐh a vzŶik ŶovýĐh vazeď ŵezi atoŵy, zŵěŶa jejiĐh prostorového uspořádáŶí ΔV = zŵěŶa oďjeŵu soustavy, pokud se účastŶí plyŶy  ďěheŵ ĐheŵiĐké reakĐe doĐhází k přeĐhodu ze stavu počátečŶího ;H 1 ) do stavu koŶečŶého ;H 2 ) – suďstrát → produkt - u toho se ŵěŶí eŶtalpie: ΔH = H 2 – H 1 o ŵohou Ŷastat Ϯ případy:  H 2 < H 1 , potom Δ H < 0 → reakčŶí teplo se uvolŶí – edžoterŵiĐká reakĐe  H 2 > H 1 , Δ H > 0 → teplo se ŵusí dodat – eŶdoterŵiĐká reakĐe Gibbsova energie  tepelŶý oďsah soustavy H se ŵůže: o přeŵěŶit Ŷa jiŶý druh eŶergie Ŷeďo konat práĐi ;ϭ. věta terŵodyŶaŵikyͿ o ale část eŶergie zůstaŶe ;Ϯ. věta terŵodyŶaŵikyͿ I. )áklady fyzikálŶí, aŶorgaŶiĐké a orgaŶiĐké Đheŵie 2  ta část eŶtalpie, kterou lze vLJužít k přeŵěŶě Ŷa jiŶou forŵu eŶergie = Gibbsova energie neboli volŶá eŶergie G (J,kJ)  zďytek tepelŶého oďsahu soustavy se dá přeŵěŶit jeŶ na teplo G = H – TS T – aďsolutŶí teplota ;°KͿ S – eŶtropie ;J/K°Ϳ  ZŵěŶLJ GiďďsovLJ eŶergie ŵezi koŶečŶýŵ a počátečŶíŵ staveŵ systéŵu: o G 2 < G 1 , ΔG < 0  eŶergie se uvolŶí → edžergoŶiĐký děj - proďíhá saŵovolŶě  reakĐe kataďoliĐké o G 2 > G 1 , ΔG > 0  eŶdergoŶiĐký děj – Ŷeproďíhá saŵovolŶě, ΔG je ŵírou eŶergie, kterou je potřeďa Ŷa takovou přeŵěŶu vyŶaložit  reakĐe aŶaďoliĐké, traŶsport látek přes ŵeŵďráŶy proti koŶĐ. spádu, ŵeĐhaŶiĐká práĐe o ΔG = 0  rovŶováha  proďíhajíĐí děje jsou vratŶé – ŶedoĐhází ke zŵěŶě eŶergie Giďďsova eŶergie a rovŶovážŶá koŶstaŶta  Ŷa zŵěŶě Giďďsovy eŶergie ďěheŵ ĐheŵiĐké reakĐe se podílejí 2 faktory: o zŵěŶa staŶdardŶí Giďďsovy eŶergie Δ G 0 (charakterizuje danou reakci za staŶdardŶíĐh podŵíŶekͿ o zŵěŶa koŶĐeŶtračŶího čleŶu – ŵůže výsledŶou zŵěŶu Giďďsovy eŶergie výrazŶě ovlivnit  )ŵěŶa Giďďsovy eŶergie ďěheŵ reakĐe: ΔG – aktuálŶí hodŶota zŵěŶy Giďďsovy eŶergie ΔG 0 – zŵěŶa staŶdardŶí Giďďsovy eŶergie za staŶdardŶíĐh podŵíŶek: T = ϮεΘ°K, koŶĐeŶtraĐe reaktaŶtů = ϭŵol/l R – uŶiversálŶí plyŶová koŶstaŶta T – aďsolutŶí teplota [A], [B], [C], [D] – látkové koŶĐeŶtraĐe reaktaŶtů  je-li systéŵ v rovŶováze: ΔG 0 = -RTlnK I. )áklady fyzikálŶí, aŶorgaŶiĐké a orgaŶiĐké Đheŵie 3  pro zjišťováŶí ΔG 0 je třeďa staŶovit rovŶovážŶou koŶstaŶtu o číŵ vyšší rovŶovážŶá koŶstaŶta ;↑ koŶĐeŶtraĐe produktůͿ → ΔG 0 záporŶější, uvolŶí se víĐe eŶergie ;reakĐe ŶevratŶáͿ o ΔG ďude ale záviset ŶejeŶ Ŷa ΔG 0 , ale i na koŶĐeŶtraĐíĐh reaktaŶtů  koŶĐeŶtraĐe Ŷízká → reakĐe ďude proďíhat saŵovolŶě Entropie ;S, J/K°Ϳ  častý výklad „ŵíra ŶeuspořádaŶosti systéŵu“ o ↑ uspořádaŶost systéŵu → ↓ eŶtropie o ↑ ŶeuspořádaŶost systéŵu → ↑ eŶtropie  máŵe pytel se stejŶýŵi ŵodrýŵi a červeŶýŵi kuličkaŵi - kuličky Ŷeďudou pravidelŶě uspořádáŶy podle ďarvy – systéŵ ďude ŵít vysokou eŶtropii - to ŵůžeŵe Ŷašiŵ zásaheŵ a vykoŶáŶíŵ jisté práĐe zŵěŶit a kuličky uspořádat, tíŵ získáŵe systéŵ s Ŷízkou eŶtropií  ŵíra iŶforŵaĐe – číŵ jeŶ systéŵ uspořádaŶější, tedy ŵá ŵeŶší eŶtropii, tíŵ víĐe je v Ŷěŵ oďsažeŶo iŶforŵaĐí  děje doprovázeŶé vzrůsteŵ eŶtropie ;Δ S > ϬͿ – proďíhají saŵovolŶě  vytvářeŶí uspořádaŶýĐh systéŵů, sŶižováŶí eŶtropie, vyžaduje dodáŶí eŶergie  číŵ ŵeŶší je eŶtropie soustavy, tíŵ většíŵ ŵŶožstvíŵ volŶé eŶergie soustava dispoŶuje o ŶejvíĐ eŶergie ŵají soustavy s ŵalou eŶtropií ;polysaĐharidy, ďílkoviŶy lipidyͿ  zŵěŶa eŶtropie S při vratŶéŵ izoterŵiĐkéŵ přeĐhodu soustavy ze stavu A do stavu B: S = S B – S A = T Q rev I. )ákladLJ fLJzikálŶí, aŶorgaŶiĐké a orgaŶiĐké Đheŵie 1 5. CheŵiĐká rovŶováha, Guldďergův-Waagův zákoŶ. KiŶetika a eŶergetika ŶásledŶýĐh a vratŶýĐh reakĐí, aplikaĐe v enzymologii CheŵiĐká rovŶováha  většiŶa ĐheŵiĐkýĐh reakĐí je vratŶá  postupŶě se zvLJšuje koŶĐeŶtraĐe produktů - jakŵile se dosáhŶe určité hodŶotLJ, začŶe reakĐe proďíhat opačŶýŵ sŵěreŵ:  časeŵ se rLJĐhlosti reakĐí oďěŵa sŵěrLJ vLJrovŶají → dLJŶaŵiĐká rovŶováha → reakĐe proďíhají oďěŵa sŵěrLJ stejŶě rLJĐhle (v 1 = v 2 Ϳ, koŶĐeŶtraĐe reaktaŶtů se ŶeŵěŶí → v 1 = k 1 [A][B] a v 2 = k 2 [C][D] (k 1 a k 2 rLJĐhlostŶí konstanty) K = rovŶovážŶá koŶstaŶta → je fuŶkĐí teplotLJ, protože oďě rLJĐhlostŶí koŶstaŶtLJ k 1 a k 2 závisí Ŷa teplotě, ale každá jiŶýŵ způsoďeŵ, Ŷeďoť popisují růzŶé reakĐe Látkové koŶĐeŶtraĐe rovŶovážŶé [A] r (jejich exponenty odpovídají v jedŶoduĐhýĐh případeĐh steĐhioŵetriĐkýŵ faktorůŵ reaktaŶtůͿ Guldďergův-Waagův zákoŶ ;zákoŶ o ĐheŵiĐké rovŶovázeͿ je to tento vztah: slovŶě: číŵ je vLJšší hodŶota rovŶovážŶé koŶstaŶtLJ, tíŵ je v rovŶováze dosažeŶo vLJšší koncentrace produktů Podle zákoŶa akĐe a reakĐe je ŵožŶo Đheŵ. rovŶováhu ovlivŶit zŵěŶou: o koŶĐeŶtraĐe produktů ;suďstrátuͿ - Ŷejdůležitější o teploty o tlaku I. )ákladLJ fLJzikálŶí, aŶorgaŶiĐké a orgaŶiĐké Đheŵie 2 Pokud vstoupí do rovŶovážŶého děje katalLJzátor, Ŷeovlivňuje polohu rovŶováhLJ (tj, hodŶotu rovŶovážŶé koŶstaŶtLJͿ, ale jen rychlost, jakou je rovŶováhLJ dosažeŶo KiŶetika a eŶergetika ŶásledŶýĐh a vratŶýĐh reakĐí KiŶetika ĐheŵiĐkýĐh reakĐí = studuje rLJĐhlost ĐheŵiĐkýĐh reakĐí a faktorLJ, které tuto rLJĐhlost ovlivňují Energetika chemiĐkýĐh reakĐí = řeší proďléŵLJ spojeŶé s eŶergetiĐkýŵi přeŵěŶaŵi v průďěhu reakĐí, podává iŶforŵaĐi o toŵ, zda za daŶýĐh podŵíŶek ŵůže Ŷeďo Ŷeŵůže koŶkrétŶí reakĐe Ŷastat KiŶetika ĐheŵiĐkýĐh reakĐí přeŵěŶa sloučeŶiŶ: SUBSTRÁTY → PRODUKTY suďstrátLJ A a B se přeŵěňují Ŷa produktLJ C a D: A + B → C + D přeĐhodŶý ŵeziprodukt – tzv. aktivovaŶý koŵpledž – ŵá ŶejvLJšší eŶergetiĐký oďsah, původŶí vazďLJ ještě úplŶě ŶezaŶiklLJ, Ŷové ŶevzŶiklLJ, ŵůže se proŵěŶit Ŷa produkt Ŷeďo zpět Ŷa suďstrát Energie E (produkty) < E (substrátLJͿ → Δ E = E ;produktLJͿ - E ;suďstrátLJͿ < Ϭ → uvolŶí se eŶergie E ;produktLJͿ > E ;suďstrátLJͿ → Δ E = E ;produktLJͿ - E ;suďstrátLJͿ > Ϭ → eŶergii třeďa dodat )ávislost reakčŶí rLJĐhlosti Ŷa reakčŶíĐh podŵíŶkáĐh  oďeĐŶě lze rychlost reakce sledovat jako úďLJtek koŶĐeŶtraĐe suďstrátu Ŷeďo jako přírůstek koŶĐeŶtraĐe produktu za určitý čas ;rozŵěr ŵol.s -1 ):  reakčŶí rLJĐhlost závisí Ŷa: 1. koŶĐeŶtraĐi suďstrátu  reakĐe Ϭ. řádu  rychlost Ŷezávisí Ŷa koŶĐeŶtraĐi suďstrátu  v = konstanta  reakĐe ϭ. řádu  popisuje přeŵěŶu suďstrátu A Ŷa produkt B Ŷeďo rozpad suďstrátu A na produkty B a C  rychlost je příŵo úŵěrŶá koŶĐeŶtraĐi suďstrátu I. )ákladLJ fLJzikálŶí, aŶorgaŶiĐké a orgaŶiĐké Đheŵie 3  v = k [A]  eŶzLJŵově katalLJzovaŶé reakĐe – koŵďiŶaĐe Ϭ. a ϭ. řádu  dokud ŶeŶí eŶzLJŵ suďstráteŵ ŶasLJĐeŶ → ϭ. řád  po ŶasLJĐeŶí eŶzLJŵu suďstráteŵ → Ϭ. řád 2. teplotě  zvýšeŶí reakčŶí teplotLJ o ϭϬ°C → rLJĐhlost se zvýší Ϯdž – 3x  popsáŶo ArrheŶiovou rovŶiĐí 3. aktivačŶí eŶergii  vLJsoká aktivačŶí eŶergie sŶižuje rLJĐhlostŶí koŶstaŶtu reakĐe a ŶásledŶě i reakčŶí rLJĐhlost ;za daŶé teplotLJͿ  aktivačŶí eŶergie ŵůže ďýt sŶížeŶa účiŶkeŵ katalLJzátorů EŶergetika ĐheŵiĐkýĐh reakĐí  vLJsvětluje: → proč Ŷějaké reakĐe proďíhají a jiŶé Ŷe → kdLJ se eŶergie uvolŶí, a kdLJ je třeďa ji dodat → jaká část případŶě uvolŶěŶé eŶergie ŵůže ďýt orgaŶisŵeŵ vLJužita Entalpie H (J, kJ)  = Đelkový tepelŶý oďsah uzavřeŶého sLJstéŵu za výše uvedeŶýĐh podŵíŶek ;T = koŶst. p = konst.)  stavová veličiŶa → její hodŶota závisí pouze Ŷa uspořádáŶí sLJstéŵu, Ŷezávisí Ŷa způsoďu, jakýŵ se se sLJstéŵu do daŶého uspořádáŶí dostal  k Đelkové hodŶotě přispívá: o U ;J, kJͿ = vŶitřŶí eŶergie ;pohLJď a prostorové uspořádáŶí atoŵůͿ o pV ;J, kJͿ = vŶější eŶergie  ďěheŵ Đheŵ. dějů se eŶtalpie ŵěŶí: Δ H = ΔU + p Δ V ΔU = výsledek záŶiku původŶíĐh a vzŶik ŶovýĐh vazeď ŵezi atoŵLJ, zŵěŶa jejiĐh prostorového uspořádáŶí ΔV = zŵěŶa oďjeŵu soustavLJ, pokud se účastŶí plLJŶLJ  ďěheŵ ĐheŵiĐké reakĐe doĐhází k přeĐhodu ze stavu počátečŶího ;H 1 ) do stavu koŶečŶého ;H 2 ) – suďstrát → produkt - u toho se ŵěŶí eŶtalpie: ΔH = H 2 – H 1 o ŵohou Ŷastat Ϯ případLJ:  H 2 < H 1 , potom Δ H < 0 → reakčŶí teplo se uvolŶí – edžoterŵiĐká reakĐe  H 2 > H 1 , Δ H > Ϭ → teplo se ŵusí dodat – eŶdoterŵiĐká reakĐe Gibbsova energie  tepelŶý oďsah soustavLJ H se ŵůže: o přeŵěŶit Ŷa jiŶý druh eŶergie Ŷeďo koŶat práĐi ;ϭ. věta terŵodLJŶaŵikLJͿ o ale část eŶergie zůstaŶe ;Ϯ. věta terŵodLJŶaŵikLJͿ I. )ákladLJ fLJzikálŶí, aŶorgaŶiĐké a orgaŶiĐké Đheŵie 4  ta část eŶtalpie, kterou lze vLJužít k přeŵěŶě Ŷa jiŶou forŵu eŶergie = Gibbsova energie neboli volŶá eŶergie G (J,kJ)  zďLJtek tepelŶého oďsahu soustavLJ se dá přeŵěŶit jeŶ na teplo G = H – TS T – aďsolutŶí teplota ;°KͿ S – eŶtropie ;J/K°Ϳ  )ŵěŶLJ GiďďsovLJ eŶergie ŵezi koŶečŶýŵ a počátečŶíŵ staveŵ sLJstéŵu: o G 2 < G 1 , ΔG < Ϭ  eŶergie se uvolŶí → edžergoŶiĐký děj - proďíhá saŵovolŶě  reakĐe kataďoliĐké o G 2 > G 1 , ΔG > Ϭ  eŶdergoŶiĐký děj – Ŷeproďíhá saŵovolŶě, ΔG je ŵírou eŶergie, kterou je potřeďa Ŷa takovou přeŵěŶu vLJŶaložit  reakĐe aŶaďoliĐké, traŶsport látek přes ŵeŵďráŶLJ proti koŶĐ. spádu, ŵeĐhaŶiĐká práĐe o ΔG = Ϭ  rovŶováha  proďíhajíĐí děje jsou vratŶé – ŶedoĐhází ke zŵěŶě eŶergie Giďďsova eŶergie a rovŶovážŶá koŶstaŶta  Ŷa zŵěŶě GiďďsovLJ eŶergie ďěheŵ ĐheŵiĐké reakĐe se podílejí 2 faktory: o zŵěŶa staŶdardŶí GiďďsovLJ eŶergie Δ G 0 (charakterizuje danou reakci za staŶdardŶíĐh podŵíŶekͿ o zŵěŶa koŶĐeŶtračŶího čleŶu – ŵůže výsledŶou zŵěŶu GiďďsovLJ eŶergie výrazŶě ovlivnit  )ŵěŶa GiďďsovLJ eŶergie ďěheŵ reakĐe: ΔG – aktuálŶí hodŶota zŵěŶLJ GiďďsovLJ eŶergie ΔG 0 – zŵěŶa staŶdardŶí GiďďsovLJ eŶergie za staŶdardŶíĐh podŵíŶek: T = ϮεΘ°K, koŶĐeŶtraĐe reaktaŶtů = ϭŵol/l R – uŶiversálŶí plLJŶová koŶstaŶta T – aďsolutŶí teplota [A], [B], [C], [D] – látkové koŶĐeŶtraĐe reaktaŶtů  je-li sLJstéŵ v rovŶováze: ΔG 0 = -RTlnK  pro zjišťováŶí ΔG 0 je třeďa staŶovit rovŶovážŶou koŶstaŶtu o číŵ vLJšší rovŶovážŶá koŶstaŶta ;↑ koŶĐeŶtraĐe produktůͿ → ΔG 0 záporŶější, uvolŶí se víĐe eŶergie ;reakĐe ŶevratŶáͿ I. )ákladLJ fLJzikálŶí, aŶorgaŶiĐké a orgaŶiĐké Đheŵie 5 o ΔG ďude ale záviset ŶejeŶ Ŷa ΔG 0 , ale i na koŶĐeŶtraĐíĐh reaktaŶtů  koŶĐeŶtraĐe Ŷízká → reakĐe ďude proďíhat saŵovolŶě EŶtropie ;S, J/K°Ϳ  častý výklad „ŵíra ŶeuspořádaŶosti sLJstéŵu“ o ↑ uspořádaŶost sLJstéŵu → ↓ eŶtropie o ↑ ŶeuspořádaŶost sLJstéŵu → ↑ eŶtropie  ŵáŵe pLJtel se stejŶýŵi ŵodrýŵi a červeŶýŵi kuličkaŵi - kuličkLJ Ŷeďudou pravidelŶě uspořádáŶLJ podle ďarvLJ – sLJstéŵ ďude ŵít vLJsokou eŶtropii - to ŵůžeŵe Ŷašiŵ zásaheŵ a vLJkoŶáŶíŵ jisté práĐe zŵěŶit a kuličkLJ uspořádat, tíŵ získáŵe sLJstéŵ s Ŷízkou eŶtropií  ŵíra iŶforŵaĐe – číŵ jeŶ sLJstéŵ uspořádaŶější, tedLJ ŵá ŵeŶší eŶtropii, tíŵ víĐe je v Ŷěŵ oďsažeŶo iŶforŵaĐí  děje doprovázeŶé vzrůsteŵ eŶtropie ;Δ S > ϬͿ – proďíhají saŵovolŶě  vLJtvářeŶí uspořádaŶýĐh sLJstéŵů, sŶižováŶí eŶtropie, vLJžaduje dodáŶí eŶergie  číŵ ŵeŶší je eŶtropie soustavLJ, tíŵ většíŵ ŵŶožstvíŵ volŶé eŶergie soustava dispoŶuje o ŶejvíĐ eŶergie ŵají soustavLJ s ŵalou eŶtropií ;polLJsaĐharidLJ, ďílkoviŶLJ lipidLJͿ  zŵěŶa eŶtropie S při vratŶéŵ izoterŵiĐkéŵ přeĐhodu soustavLJ ze stavu A do stavu B: S = S B – S A = T Q rev NásledŶé reakĐe  produkt jedŶé reakĐe je suďstráteŵ ŶásledujíĐí reakĐe v 1 , v 2 , v 3 = rLJĐhlost dílčíĐh reakĐí  soustava reakĐí uspořádáŶa Ŷapř. do ŵetaďoliĐkýĐh drah  rLJĐhlost Đelé soustavLJ reakĐí odpovídá rychlosti Ŷejpoŵalejšího kroku – v tomto kroku je ŵožŶé ŵetaďoliĐkou dráhu regulovat – enzymy katalLJzujíĐí tLJto reakĐe se Ŷazývají klíčové ;podléhají regulaĐi prostředŶiĐtvíŵ sŶižováŶí či zvLJšováŶí své aktivitLJ v závislosti Ŷa fLJziologiĐkýĐh podŵíŶkáĐhͿ VratŶé reakce  z reaktaŶtů vzŶikají produktLJ a současŶě z produktů zpět reaktaŶtLJ  časeŵ se rLJĐhlosti reakĐí oďěŵa sŵěrLJ vLJrovŶají → dLJŶaŵiĐká rovŶováha  Guldďergův-Waagův zákoŶ ;zákoŶ o ĐheŵiĐké rovŶovázeͿ I. )ákladLJ fLJzikálŶí, aŶorgaŶiĐké a orgaŶiĐké Đheŵie 1 6. )ákladŶí separačŶě detekčŶí ŵetodiky pro ŵakroŵolekuly ;elektroforéza, Đhroŵatografie, vysolováŶíͿ a jejiĐh využití v kliŶiĐké praxi Elektroforéza  lze jí oddělit ŵolekulLJ lišíĐí se v Ŷáďoji a/nebo ve velikosti, vLJužívá jejiĐh odlišŶou pohyblivost v elektriĐkéŵ poli  založeŶá na pohybu ŶaďitýĐh částiĐ ;ioŶtů, ŵolekul, ŵakroŵolekulͿ v elektriĐkéŵ poli v tekutéŵ ŵediu  Ŷaďitá částiĐe se pohLJďuje k opačŶě Ŷaďité elektrodě  rLJĐhlost jejího pohLJďu ďude přitoŵ příŵo úŵěrŶá vložeŶéŵu Ŷapětí, velikosti Ŷáďoje částiĐe, a Ŷepříŵo úŵěrŶá její velikosti  aplikovatelŶá Ŷa jakékoliv částiĐe s Ŷáďojeŵ - ŵalé katioŶtLJ či aŶioŶtLJ, orgaŶiĐké kLJseliŶLJ, aŵiŶokLJseliŶLJ, peptidLJ, saĐharidLJ, lipidLJ, proteiŶLJ, ŶukleotidLJ, Ŷukleové kLJseliŶLJ, případŶě i Đelé suďĐelulárŶí částiĐe či Đelé ďuňkLJ  Ŷejčastěji elektroforéza proteiŶů nebo ŶukleovýĐh kyseliny  je ŶutŶé, aďy ŵakroŵolekuly ŵěly Ŷáďoj  DNA a RNA  ŵají díkLJ fosfátovýŵ skupiŶáŵ povahu polyaŶioŶtů → při ŶeutrálŶíŵ Ŷeďo zásaditéŵ pH putují ke kladŶě Ŷaďité elektrodě ;aŶoděͿ  ďílkoviŶy jsou amfolyty  Ŷesou kladŶé i záporŶé skupiŶLJ a výsledŶý Ŷáďoj záleží Ŷa pH prostředí ;elektroforetiĐkého pufruͿ  většiŶa proteiŶů ŵá isoelektriĐký ďod ve slaďě kLJselé oďlasti, pI = ρ-ς → v ŵírŶě alkaliĐkéŵ elektroforetiĐkéŵ pufru ;pH asi 8,5) jsou tedy polyanionty a ŵigrují od katody (–Ϳ k aŶodě ;+Ϳ  děleŶí  volŶá  provádí se ve vodŶýĐh roztoĐíĐh ;elektrolLJteĐhͿ, v Ŷěŵž částiĐe putují k elektrodě s opačŶou polaritou  Ŷevýhoda: separaĐi ŵůže Ŷarušit vliv koŶveŶčŶíĐh proudů vzŶikajíĐíĐh vliveŵ tepla geŶerovaŶého průĐhodeŵ elektriĐkého proudu – proto se elektroforéza provádí Ŷa ŶosičíĐh  Ŷa ŶosičíĐh - papír, Đelulosa aĐetát, gel škroďový, agarosový Ŷeďo polLJakrLJlaŵidový  gely  trojrozŵěrŶá struktura otevřeŶýĐh pórů vLJplŶěŶýĐh kapaliŶou  póry velké - proteiŶLJ se ďudou od seďe dělit tedLJ podle poŵěru Ŷáďoje/velikosti (podle povrĐhové hustotLJ ŶáďojeͿ  hustší gel s ŵeŶšíŵi póry - „ŵolekulárŶí síto“ – děleŶí podle velikosti I. )ákladLJ fLJzikálŶí, aŶorgaŶiĐké a orgaŶiĐké Đheŵie 2 Příklady elektroforézy ďílkoviŶ NativŶí gelová elektroforéza ďílkoviŶ  Ŷejčastěji na agarose  děleŶí proteiŶů proďíhá podle povrĐhové hustotLJ jejiĐh Ŷáďoje  vLJužití: elektroforesa ďílkoviŶ lidského sera Elektroforesa v polyakrylaŵidu v přítoŵŶosti SDS ;SDS-PAGE)  deŶaturaĐe proteiŶů dodeĐLJlsulfáteŵ sodŶýŵ ;SDSͿ → všeĐhŶLJ polLJpeptidové řetězĐe pak ŵají stejŶou hustotu Ŷáďoje → děleŶí podle velikosti  ŶejrozšířeŶější ŵetoda ve výzkuŵŶýĐh laďoratoříĐh  klinicko-ďioĐheŵiĐké aŶalýzLJ proteiŶového spektra tělŶíĐh tekutiŶ, Ŷapříklad při aŶalýze proteiŶurie (přítoŵŶost ďílkoviŶ v ŵočiͿ GradieŶtová PAGE  gel, ve kteréŵ se velikost pórů sŵěreŵ k aŶodě plLJŶule zŵeŶšuje  děleŶí ŶativŶíĐh proteiŶů podle velikosti IzoelektriĐká fokusaĐe  dělí proteiŶLJ podle Ŷáďoje a uŵožňuje zjištěŶí isoelektriĐkého ďodu ďílkoviŶLJ, čehož se dosahuje elektroforetiĐkýŵ děleŶíŵ proteiŶů v gradieŶtu pH DvojrozŵěrŶá elektroforéza proteiŶů  sŵěs proteiŶů se Ŷejprve dělí podle Ŷáďoje isoelektriĐkou fokusaĐí, a potoŵ ve druhé diŵeŶsi podle velikosti v přítoŵŶosti SDS KapilárŶí elektroforéza  děleŶí proďíhá v teŶké a dlouhé kapiláře, která svýŵi koŶĐi zasahuje do koŵor s elektroforetiĐkýŵ pufreŵ a elektrodaŵi  dvě výhodLJ: ŵožŶost účiŶŶějšího odvodu tepla, sŶadŶá autoŵatizaĐe Příklady elektroforézy ŶukleovýĐh kyseliŶ ;teĐhŶika ŵolekulového sítaͿ Elektroforéza v agarosovéŵ gelu Elektroforéza v polyakrylaŵidovéŵ gelu Chromatografie  podstatou je rozdělováŶí složek sŵěsi vzorku ŵezi dvě fáze: o nepohyblivou (staĐioŶárŶí fáziͿ o pohyblivou (ŵoďilŶí fáziͿ  tLJto dvě fáze se od seďe odlišují Ŷěkterou základŶí fLJzikálŶě-ĐheŵiĐkou vlastŶostí, Ŷapř. polaritou  spolu s pohyďujíĐí se ŵoďilŶí fází je soustavou uŶášeŶ také vzorek  děleŶé složkLJ vzorku ;aŶalLJtLJͿ iŶteragují v růzŶé ŵíře se staĐioŶárŶí a ŵoďilŶí fází I. )ákladLJ fLJzikálŶí, aŶorgaŶiĐké a orgaŶiĐké Đheŵie 3  aŶalLJtLJ, které se poutají víĐe ke staĐioŶárŶí fázi, se pohLJďují poŵaleji a jsou zadržováŶLJ déle, Ŷež aŶalLJtLJ, které se ke staĐioŶárŶí fázi poutají ŵéŶě - na základě tohoto priŶĐipu doĐhází k rozděleŶí složek sŵěsi RozděleŶí Podle fyzikálŶě ĐheŵiĐkého priŶĐipu děleŶí  AdsorpčŶí Đhroŵatografie  RozdělovaĐí Đhroŵatografie  IoŶtově výŵěŶŶá Đhroŵatografie  Gelová Đhroŵatografie  AfiŶitŶí Đhroŵatografie Podle skupeŶství ŵoďilŶí fáze  KapaliŶová Đhroŵatografie  PlLJŶová Đhroŵatografie Podle uspořádáŶí staĐioŶárŶí fáze  KoloŶová ;sloupĐováͿ Đhroŵatografie  KapilárŶí Đhroŵatografie  Chroŵatografie Ŷa teŶké vrstvě ;teŶkovrstvá ĐhroŵatografieͿ  Chroŵatografie Ŷa papíře Podle účelu použití  AŶalLJtiĐká Đhroŵatografie  PreparativŶí Đhroŵatografie Příklady: Gelová perŵeačŶí Đhroŵatografie  založeŶa Ŷa rozdílŶé průĐhodŶosti otvorů a dutýĐh výkleŶků Ŷa částiĐíĐh staĐioŶárŶí fáze pro růzŶě velké částiĐe děleŶé sŵěsi.  staĐioŶárŶí fáze je tvořeŶa ŵalýŵi kuličkaŵi, ve kterýĐh je spousta „tuŶýlků“ a „jeskLJŶěk“ o růzŶé velikosti  složka s velkýŵi částiĐeŵi se do prohlubenin nevejde - oďtéká kuličkLJ děliĐího ŵateriálu a protékat škvíraŵi ŵezi Ŷiŵi – ŵá k dispoziĐi vlastŶě ŶejŵeŶší prostor → uŶášeŶa ŶejrLJĐhleji  složka se středŶě velkýŵi částiĐeŵi – protéká okolo kuliček, ale projde i Ŷěkterýŵi otvůrkLJ – o ŶěĐo poŵalejší Ŷež u velkýĐh částiĐ  složka s ŵalýŵi částiĐeŵi – proĐhází všeŵi otvůrkLJ - Ŷejpoŵalejší  využití: děleŶí sŵěsí vLJsokoŵolekulárŶíĐh látek ;hlavŶě ďílkoviŶͿ podle jejiĐh ŵolekulovýĐh hŵotŶostí  podle polarity staĐioŶárŶí a ŵoďilŶí fáze rozlišujeŵe sLJstéŵLJ hydrofilŶí ;častějiͿ a hydrofoďŶí I. )ákladLJ fLJzikálŶí, aŶorgaŶiĐké a orgaŶiĐké Đheŵie 4 Chroŵatografie Ŷa teŶké vrstvě  odděluje látkLJ ze sŵěsi Ŷa základě odlišŶé afiŶity jedŶotlivýĐh složek sŵěsi ke staĐioŶárŶí ;ŶepohLJďlivéͿ a ŵoďilŶí ;pohLJďlivéͿ fázi.  tenkou vrstvou staĐioŶárŶí fáze ;silikagel, odžid hliŶitý atd.Ϳ je potažeŶa skleŶěŶá, hliŶíková Ŷeďo plastová destička  ŵoďilŶí fázi ;sŵěs rozpouštědelͿ Ŷalijeŵe v ŵalé vrstvě do ĐhroŵatografiĐké vaŶLJ a postavíŵe do Ŷěj ĐhroŵatografiĐkou desku s ŶaŶeseŶýŵ vzorkeŵ tak, aby vzorek byl Ŷad hladiŶou rozpouštědla  moďilŶí fáze vzlíŶá po desĐe sŵěreŵ vzhůru a uŶáší s seďou i aŶalLJzovaŶý vzorek  rychlost, kterou je vzorek uŶášeŶ sŵěreŵ vzhůru, závisí Ŷa rozpustnosti vzorku v ŵoďilŶí fázi a Ŷa stupni interakce s fází staĐioŶárŶí  číŵ větší je afiŶita vzorku ke staĐioŶárŶí fázi, tíŵ poŵaleji stoupá vzhůru  kdLJž rozpouštědlo dorazí dostatečŶě daleko od startu ;většiŶou víĐe Ŷež do ¾ deskLJͿ, vLJjŵeŵe jej z ĐhroŵatografiĐké koloŶLJ a pozici ozŶačíŵe čarou ;= čeloͿ  zŵěříŵe vzdáleŶost látek od startu a pro každou látku vLJpočítáŵe takzvaŶý reteŶčŶí ;retardačŶíͿ faktor Rf  Rf udává, jak daleko zaostává skvrŶa aŶalLJzovaŶé látkLJ za čeleŵ rozpouštědla  Rf je pro daŶou látku v daŶéŵ sLJstéŵu ĐharakteristiĐký  zde to ďude pro látku A Rf=a/Đ, pro látku B Rf=ď/Đ VysolováŶí  ŵetoda separaĐe proteiŶů založeŶá Ŷa skutečŶosti, že ďílkoviŶy jsou v prostředí vysokýĐh koŶĐeŶtraĐí solí ŵéŶě rozpustŶé  koncentrace soli ŶezďLJtŶá pro vLJsrážeŶí proteiŶu z roztoku záleží Ŷa druhu proteiŶu  vzroste-li koŶĐeŶtraĐe soli v roztoku, část ŵolekul vodLJ je přitahováŶa k ioŶtůŵ soli ŵísto k elektriĐkLJ Ŷaďitýŵ oďlasteŵ v ŵolekule proteiŶu → oslaďeŶLJ iŶterakĐe proteiŶ- voda a převládŶou iŶterakĐe proteiŶ-protein, které vedou ke koagulaĐi proteiŶu  Pozor! přítoŵŶost ŶěkterýĐh ioŶtů rozpustŶost proteiŶů Ŷaopak zvLJšuje, Ŷěkteré ioŶtLJ vLJvolávají deŶaturaĐi ;a poškozeŶíͿ ďílkoviŶ a tíŵ zŶeŵožňují jejiĐh další vLJužití  Využití  růzŶé proteiŶLJ koagulují při odlišŶýĐh koŶĐeŶtraĐíĐh soli  pokud zŶáŵe rozpustŶost proteiŶ daŶé sŵěsi při růzŶýĐh koŶĐeŶtraĐíĐh soli, ŵůžeŵe ŶežádaŶé proteiŶy vysoleŶíŵ z roztoku odstraŶit  po odstraŶěŶí sražeŶiŶLJ proteiŶu ;poŵoĐí filtraĐe Ŷeďo ĐeŶtrifugaĐeͿ ŵůžeŵe z filtrátu získat žádaŶou ďílkoviŶu dalšíŵ zvýšeŶíŵ koŶĐeŶtraĐe soli I. )ákladLJ fLJzikálŶí, aŶorgaŶiĐké a orgaŶiĐké Đheŵie 1 7. Spektrofotoŵetrie, priŶĐip a vLJužití v kliŶiĐké biochemii  spektrofotoŵetrie patří k ŶejvíĐe vLJužívaŶýŵ iŶstruŵeŶtálŶíŵ ŵetodáŵ v aŶalLJtiĐké praxi  optiĐká ŵetoda založeŶá Ŷa sledováŶí aďsorpĐe světla z oblasti ultrafialového zářeŶí ;UVͿ o vlŶové délĐe 200 – 400 nm nebo v oblasti viditelŶého světla ;VISͿ o vlŶové délĐe 380 – 760 nm molekulami analytu v roztoĐíĐh  princip: interakce mezi elektrony uŵístěŶýŵi ve vazeďŶýĐh případŶě ŶevazeďŶýĐh orbitalech molekuly s fotony UV-Vis zářeŶí o eŶergie tohoto zářeŶí edžĐituje elektroŶLJ v orďitaleĐh do vLJšší edžĐitovaŶé hladiŶLJ → pohlĐeŶí ;aďsorpĐiͿ určitého ŵŶožství zářeŶí o koŶkrétŶí eŶergii a tedLJ i o koŶkrétŶí vlŶové délĐe  uŵožňuje staŶovit koŶkrétŶí aŶalLJt, pokud alespoň část ŵolekulLJ aŶalLJtu aďsorďuje zářeŶí → ŵusí oďsahovat uskupeŶí atoŵů Ŷeďo fuŶkčŶí skupiŶLJ, které jsou za tuto aďsorpĐi zodpovědŶé - tzv. chromofory ;fuŶkčŶí skupiŶLJ, Ŷeďo i Ŷěkteré tLJpLJ vazeď, Ŷapř. ŶeŶasLJĐeŶé vazďLJ - zejŵéŶa v orgaŶiĐkýĐh látkáĐhͿ  obsahuje-li látka ĐhroŵoforLJ, ŵůžeŵe sledovat aďsorpĐi zářeŶí touto látkou a tak příŵo staŶovit její koŶĐeŶtraĐi.  měřeŶí aďsorpĐe světla vzorkeŵ → fotometrie ;ŵěří se při jedŶé Ŷeďo Ŷěkolika koŶkrétŶíĐh vlŶovýĐh délkáĐhͿ → spektrofotometrie ;ŵěří se v určitéŵ souvisléŵ rozsahu vlŶovýĐh délek světlaͿ  aďsorpčŶí spektrum ;ŵíra, jakou látka pohlĐuje světlo růzŶýĐh vlŶovýĐh délekͿ závisí Ŷa struktuře sloučeŶiŶLJ  ŵŶožství světla určité vlŶové délkLJ, které pohltí Ŷapř. látka rozpuštěŶá v roztoku, závisí na koŶĐeŶtraĐi látkLJ BarevŶost látek  Ŷěkteré látkLJ oďsahují valeŶčŶí elektroŶ, který ŵůže ďýt edžĐitováŶ do vLJšší eŶergetiĐké hladiŶLJ elektroŵagŶetiĐkýŵ zářeŶíŵ  taková látka pak aďsorďuje zářeŶí o určité vlŶové délĐe s eŶergií fotoŶů odpovídajíĐí rozdílu eŶergií oďou elektroŶovýĐh hladiŶ  leží-li aďsorďovaŶé zářeŶí ve viditelŶé části spektra, ďude se lidskéŵu oku látka jevit ďarevŶá ;ďude ŵít ďarvu doplňkovou k ďarvě aďsorďovaŶého světlaͿ I. )ákladLJ fLJzikálŶí, aŶorgaŶiĐké a orgaŶiĐké Đheŵie 2 AďsorďovaŶá vlŶová délka ;ŶŵͿ Barva aďsorďovaŶého světla Barva látkLJ 400–435 fialová žlutozeleŶá 435–480 ŵodrá žlutá 480–490 zeleŶoŵodrá oraŶžová 490–500 ŵodrozeleŶá červeŶá 500–560 zeleŶá purpurová 560–580 žlutozeleŶá fialová 580–595 žlutá ŵodrá 595–605 oraŶžová zeleŶoŵodrá 605–670 červeŶá ŵodrozeleŶá SkupiŶLJ ďarevŶýĐh látek:  LátkLJ oďsahujíĐí sLJstéŵ koŶjugovaŶýĐh dvojŶýĐh vazeď, jejiĐhž ŵolekula ŶeŶí sLJŵetriĐká o ďarviva s polLJŵethiŶovýŵ řetězĐeŵ ;–CH=CH–CH=CH–) o azobarviva (–N=N–) o podoďŶě se Đhovají i látkLJ s aroŵatiĐkýŵi či heteroĐLJkliĐkýŵi strukturaŵi vázaŶýŵi Ŷa společŶý ĐeŶtrálŶí atoŵ ;Ŷapř. trifeŶLJlŵetaŶová ďarvivaͿ  d a f valeŶčŶí elektroŶLJ ŵŶohdLJ podŵiňují ďarvu sloučeŶiŶLJ o přítoŵŶLJ v koordiŶačŶě kovaleŶtŶíĐh vazďáĐh koŵpledžŶíĐh sloučeŶiŶ  Např. ďezvodý síraŶ ŵěďŶatý CuSO 4 je ďezďarvý, ale jeho peŶtahLJdrát CuSO 4 •5H 2 O i vodŶý roztok ŵají modrou barvu: v oďou případeĐh totiž ŵěď vstupuje do komplexu s vodou [Cu(H 2 O) 4 ] 2+  podoďŶě ďarevŶé i koŵpledžŶí sloučeŶiŶLJ dalšíĐh přeĐhodŶýĐh kovů (Fe, Cu, Cr, Mn, Ni, Co)  v ďarevŶýĐh ďílkoviŶáĐh heŵogloďiŶu a ĐLJtoĐhroŵeĐh  ionty, které jako ĐeŶtrálŶí atoŵ oďsahují přeĐhodŶý kov s vLJsokýŵ odžidačŶíŵ číslem, Ŷapř. MŶO 4 - , Cr 2 O 7 2- I. )ákladLJ fLJzikálŶí, aŶorgaŶiĐké a orgaŶiĐké Đheŵie 3 VeličiŶLJ a vztahLJ používaŶé ve spektrofotoŵetrii Transmitance ;lat. traŶsŵitto převádíŵ, propouštíŵͿ  ŵŶožství světla určité vlŶové délkLJ, které prošlo vzorkeŵ T je transmitance I je iŶteŶzita světla, které prošlo vzorkeŵ I 0 je iŶteŶzita světla, které do vzorku vstoupilo traŶsŵitaŶĐe se ale většiŶou ŵěří relativŶě vzhledeŵ ke slepéŵu vzorku ;ďlaŶk, refereŶčŶí vzorek)  Ŷejprve se zŵěří iŶteŶzita světla proĐházejíĐího slepýŵ vzorkeŵ, tj. roztokeŵ oďsahujíĐíŵ všeĐhŶLJ složkLJ vLJjŵa staŶovovaŶé ďarevŶé látkLJ  pak se ŵěří iŶteŶzita světla proĐházejíĐího ŶezŶáŵýŵ vzorkeŵ T je transmitance I v je iŶteŶzita světla, které prošlo vzorkeŵ I b je iŶteŶzita světla, které prošlo slepýŵ vzorkeŵ IŶteŶzita světla, které proĐhází slepýŵ vzorkeŵ, se považuje za 100 % (tj. transmitance blanku je 100 %) a traŶsŵitaŶĐe vzorků aďsorďujíĐíĐh světlo daŶé vlŶové délkLJ je vždLJ ŵeŶší Ŷež ϭϬϬ % TraŶsŵitaŶĐe roztoku, který oďsahuje ďarevŶou látku, záleží Ŷa:  vlastŶosteĐh aďsorďujíĐí látkLJ  vlnové délĐe proĐházejíĐího světla  ŵŶožství aďsorďujíĐí látkLJ, tj. Ŷa její koŶĐeŶtraĐi v roztoku a Ŷa tloušťĐe kLJvetLJ August Beer forŵuloval závislost traŶsŵitaŶĐe Ŷa těĐhto veličiŶáĐh ŵateŵatiĐkLJ: T je transmitance ε je ŵolárŶí dekadiĐký aďsorpčŶí koefiĐieŶt ;koŶstaŶta speĐifiĐká pro daŶou látku při určité vlŶové délĐeͿ l je optiĐká délka kLJvetLJ c je látková koŶĐeŶtraĐe aďsorďujíĐí látkLJ Po úpravě I. )ákladLJ fLJzikálŶí, aŶorgaŶiĐké a orgaŶiĐké Đheŵie 4 AďsorďaŶĐe ;starší terŵíŶ edžtiŶkĐe EͿ  používaŶá ve fotometrii a spektrofotometrii  udává, jak ŵŶoho světla ďLJlo pohlĐeŶo ŵěřeŶýŵ vzorkeŵ  ďezrozŵěrŶá veličiŶa A = –log T A je absorbance T je traŶsŵitaŶĐe téhož vzorku za stejŶýĐh podŵíŶek ) defiŶiĐe traŶsŵitaŶĐe vLJplývají pro aďsorďaŶĐi vztahLJ Lamďertův-Beerův zákoŶ: → Ŷulová aďsorďaŶĐe - vzorek, který Ŷepohltí žádŶé světlo → absorbance 1 - vzorkeŵ prošla právě jedŶa desetiŶa světla → absorbance 2 – prošla právě jedŶa setiŶa vstupujíĐího světla... → záporŶá aďsorďaŶĐe - vzorkeŵ proĐhází víĐe světla Ŷež slepýŵ vzorkeŵ, hruďá ĐhLJďa Ŷeďo ŶesprávŶé uspořádáŶí pokusu Spektrofotometr, fotometr  Fotometry = zařízeŶí, která ŵěří při jedŶé Ŷeďo jeŶ Ŷěkolika přesŶě defiŶovaŶýĐh vlŶovýĐh délkáĐh ŵoŶoĐhroŵatiĐkého světla  Spektrofotometry = teĐhŶiĐkLJ složitější a dokoŶalejší přístroje, které uŵožňují vlŶovou délku ŵoŶoĐhroŵatiĐkého světla liďovolŶě Ŷastavit, Ŷeďo ŵěřit část aďsorpčŶího spektra v určitéŵ úseku vlŶovýĐh délek UspořádáŶí fotoŵetru PriŶĐipiálŶě se fotoŵetr i spektrofotoŵetr skládá ze čtLJř částí:  zdroj světla  ŵoŶoĐhroŵátor  oddíl, ve kteréŵ je uŵístěŶ vzorek  detektor I. )ákladLJ fLJzikálŶí, aŶorgaŶiĐké a orgaŶiĐké Đheŵie 5 )droj světla  vhodŶá žárovka Ŷeďo výďojka  žárovkLJ a halogeŶové žárovkLJ → zářeŶí o spojitéŵ spektru ve viditelŶé a iŶfračerveŶé oďlasti ;Ŷelze použít pro ŵěřeŶí v UV oďlastiͿ  zdroje ultrafialového zářeŶí → vodíkové Ŷeďo deuteriové výďojkLJ  zdrojeŵ UV i viditelŶého světla ŵůže ďýt také Ŷapř. džeŶoŶová výďojka o ŶevýhodLJ širokého rozsahu vlŶovýĐh délek: její světlo je složeŶíŵ spojitého a čárového spektra → velké rozdílLJ ŵezi iŶteŶzitaŵi při růzŶýĐh vlŶovýĐh délkáĐh, výďojka je drahá a iŶteŶzita jejího světla ŶeŶí příliš staďilŶí MoŶoĐhroŵátor  nejjedŶodušší a ŶejlevŶější - zařazeŶí vhodŶého iŶterfereŶčŶího filtru do optiĐké dráhLJ  filtrLJ praktiĐkLJ pro liďovolŶou vlŶovou délku ultrafialové a viditelŶé oďlasti  Ŷěkolik druhů filtrů, vhodŶá koŵďiŶaĐe → filtr požadovaŶýĐh vlastŶostí o Low-pass filtry propouštějí světlo vlŶovýĐh délek kratšíĐh, Ŷež je určitá ŵez ;Đut- off) o High-pass filtry - propouštějí jeŶ světlo, které ŵá větší vlŶovou délku, Ŷež je hraŶičŶí vlŶová délka filtru o Pásŵové filtrLJ propouštějí určitý rozsah vlŶovýĐh délek  dolŶí a horŶí ŵez - taková vlŶová délka, pro kterou ŵá filtr padesátiproĐeŶtŶí traŶsŵitaŶĐi ve srovŶáŶí s vlŶovou délkou, kterou propouští Ŷejlépe  někdLJ se také uvádí středŶí vlŶová délka, kterou filtr propouští, a šířka pásŵa ;Ŷeďo polopásŵaͿ  obvykle se jako ŵoŶoĐhroŵátor používá optiĐká ŵřížka, jejíŵž ŶakláŶěŶíŵ lze plynule ŵěŶit vlŶovou délku ;Ŷapř. tzv. CzerŶého-TurŶerův ŵoŶoĐhroŵátorͿ I. )ákladLJ fLJzikálŶí, aŶorgaŶiĐké a orgaŶiĐké Đheŵie 6  rozsah vlŶovýĐh délek určuje štěrďiŶa ;ŶastaveŶá, Ŷeďo ŶastavitelŶáͿ  štěrďiŶa širší - ↑ iŶteŶzita vLJĐházejíĐího světla, ale ŵeŶší speĐifičŶosti ŵěřeŶí  užší štěrďiŶa - přesŶější dodržeŶí požadovaŶé vlŶové délkLJ, ale ŵeŶší iŶteŶzita světla a zhoršeŶí odstupu sigŶálu od šuŵu Vzorek  roztokLJ se plŶí do staŶdardŶíĐh kLJvet s optiĐkou dráhou 1 Đŵ  kLJvetLJ → kLJvetátor - přesŶá poloha, ŵůže ďýt teŵperováŶ, ŶěkdLJ oďsahuje i magnetiĐkou ŵíĐhačku ;poŵoĐí ŵíĐhadélka lze oďsah proŵíĐhat ďěheŵ ŵěřeŶíͿ  ŵožŶé dát do kLJvetátoru víĐe kLJvet, které se pak autoŵatiĐkLJ vsuŶují do optiĐké dráhLJ Detektor  fotodioda Ŷeďo jiŶý fotoelektriĐký prvek  IŶteŶzita se vLJhodŶotí poŵoĐí sLJstéŵu převodŶíků, srovŶá se s iŶteŶzitou světla proĐházejíĐího slepýŵ vzorkeŵ → aďsorďaŶĐe  iŶtegračŶí čas – doďa, po kterou se aďsorďaŶĐe ŵěří. o delší → přesŶější výsledek ŵěřeŶí, pokud ovšeŵ ŶeŶí aďsorďujíĐí látka fotoĐitlivá ;tj. pokud Ŷedojde při delšíŵ osvitu k vLJďledŶutí vzorkuͿ o Ŷevýhodou dlouhého iŶtegračŶího času - prodlužováŶí doďLJ ŵěřeŶí StaŶoveŶí koŶĐeŶtraĐe  závislost aďsorďaŶĐe roztoku Ŷa koŶĐeŶtraĐi rozpuštěŶé látkLJ podle Laŵďertova- Beerova zákoŶa uŵožňuje staŶovit ŶezŶáŵou koŶĐeŶtraĐi látkLJ z ŶaŵěřeŶé hodŶotLJ aďsorďaŶĐe příslušŶého vzorku  HodŶotu koŶĐeŶtraĐe získáŵe:  Výpočteŵ z Laŵďertova-Beerova zákoŶa, zŶáŵe-li ŵolárŶí aďsorpčŶí koefiĐieŶt  OdečteŶíŵ z kaliďračŶího grafu I. )ákladLJ fLJzikálŶí, aŶorgaŶiĐké a orgaŶiĐké Đheŵie 7  Výpočteŵ poŵoĐí kaliďračŶího faktoru  kaliďračŶí faktor ;fͿ je převráĐeŶou hodŶotu sŵěrŶiĐe příŵkLJ ;kͿ.  faktor je ŵožŶé vLJpočítat z hodŶot získaŶýĐh při sestrojováŶí kaliďračŶí příŵkLJ a to vLJděleŶíŵ hodŶotLJ koŶĐeŶtraĐe Đ α odpovídajíĐí ŶaŵěřeŶou aďsorďaŶĐí A α  Z hodnot f 1 – f n se vLJpočítá průŵěr, který udává hodŶotu kaliďračŶího faktoru f - tíŵto faktoreŵ se potoŵ vLJŶásoďí aďsorďaŶĐi vzorku s ŶezŶáŵou koŶĐeŶtraĐí  )ŵěřeŶíŵ aďsorďaŶĐe staŶdardŶího vzorku o zŶáŵé koŶĐeŶtraĐi, aďsorďaŶce roztoku vzorku a ŶásledŶýŵ výpočteŵ ze vztahu: Ast/Avz=absorbance standardu/vzorku Cst/Cvz=látková koŶĐeŶtraĐe staŶdardu/vzorku VLJužití  Warďurgův optiĐký test ;převážŶá většiŶa dŶes rutiŶŶě používaŶýĐh ŵetod ke staŶoveŶí aktivitLJ eŶzLJŵů je založeŶa příŵo Ŷeďo Ŷepříŵo Ŷa fotoŵetrii aďsorďaŶĐe reakčŶíĐh sŵěsí, které oďsahují pLJridiŶový koeŶzLJŵͿ  StaŶoveŶí koŶĐeŶtraĐe a čistotLJ DNA  StaŶoveŶí glLJkeŵie  Spektrofotoŵetrie derivátů heŵogloďiŶu  Spektrofotoŵetrie ŵozkoŵíšŶího ŵoku  StaŶoveŶí Đelkového Đholesterolu, LDL, HDL  Bilirubin I. )ákladLJ fLJzikálŶí, aŶorgaŶiĐké a orgaŶiĐké Đheŵie 1 8. ElektrolytiĐká disoĐiaĐe, disoĐiačŶí koŶstaŶta, silŶé a slaďé elektrolyty, příklady z biochemie ElektrolytiĐká disoĐiaĐe  účiŶkeŵ vodLJ ;polárŶího rozpouštědlaͿ jsou Ŷěkteré rozpouštěŶé látkLJ štěpeŶLJ Ŷa kationty a aŶioŶty → tLJto látkLJ = elektrolyty  jsou to Ŷapř.: ioŶtové sloučeŶiŶy – soli Ŷeďo alkaliĐké hLJdrodžidLJ o půsoďeŶíŵ vodLJ se zďortí jejiĐh krLJstalová ŵřížka a ioŶtLJ přejdou jako saŵostatŶé částiĐe do roztoku  polárŶí sloučeŶiŶy ;po účiŶku vodLJͿ o Ŷěkteré rozštěpeŶLJ Ŷa ioŶtLJ ;HCl, karďodžLJlové kyseliny) o Ŷěkteré zůstávají ŶedisoĐiováŶLJ ;glukosa, ŵočoviŶaͿ DisoĐiačŶí stupeň α  udává, jaká část, ze všeĐh počet disoĐiovaŶýĐh ŵolekul rozpuštěŶýĐh ŵolekul je disoĐiováŶa  kvaŶtitativŶí vLJjádřeŶí ŵŶožství ŵolekul, které jsou disoĐiováŶLJ  u slaďýĐh elektrolLJtů ŵadžiŵálŶě α = ϭϬ % DisoĐiačŶí koŶstaŶta K d  odvozeŶá od rovŶovážŶé koŶstaŶty K → Đharakterizuje složeŶí reakčŶí sŵěsi po dosažeŶí ĐheŵiĐké rovŶováhLJ → reakĐe proďíhají oďěŵa sŵěrLJ stejŶě rLJĐhle ;v 1 = v 2 Ϳ, koŶĐeŶtraĐe reaktaŶtů se ŶeŵěŶí → v 1 = k 1 [A][B] a v 2 = k 2 [C][D] (k 1 a k 2 rLJĐhlostŶí konstanty)  disociaci elektrolytu KA vystihuje rovnice: KA↔ K + + A  → z této rovŶiĐe vLJjádříŵe rovŶovážŶou koŶstaŶtu ;v toŵto případě disoĐiačŶí konstantu): [K + ], [A  ], [KA] – rovŶovážŶé látkové koŶĐeŶtraĐe katioŶtu, aŶioŶtu a ŶedisoĐiovaŶýĐh ŵolekul elektrolLJtu I. )ákladLJ fLJzikálŶí, aŶorgaŶiĐké a orgaŶiĐké Đheŵie 2  hodŶota disoĐiačŶí koŶstaŶtLJ přiŶáší iŶforŵaĐe o síle elektrolytu: Elektrolyt K D silŶý > 10 -2 středŶí 10 -2 – 10 -4 slaďý < 10 -4 SoučiŶ rozpustŶosti  vztahuje se k rovŶováháŵ ve srážeĐíĐh reakĐíĐh a k vlastŶosteŵ ŵálo rozpustŶýĐh solí  látka AB – velŵi ŵálo rozpustŶý elektrolLJt ;sůlͿ, jeho ŵŶožství, které se rozpustí v určitéŵ oďjeŵu vodLJ, se Ŷazývá rozpustnost ;závisí jeŶ Ŷa teplotěͿ  součiŶ rozpustŶosti: K s = [A + ][B - ] o určuje, jaké ďudou látkové koŶĐeŶtraĐe jedŶotlivýĐh ioŶtů v roztoku velmi ŵálo rozpustŶýĐh elektrolLJtů SilŶé elektrolyty  jsou úplŶě disoĐiováŶLJ → po rozpuštěŶí edžistují v roztoku jeŶ ve forŵě ioŶtů  HCl, soli Slaďé elektrolyty  po rozpuštěŶí ve vodě edžistují i Ŷadále jako ŵolekulLJ, pouze ŵalá část je disoĐiovaŶá Ŷa ioŶty  karďodžLJlové kLJseliŶLJ I. Základy fyzikální, anorganické a organické chemie 9. BRӦNSTEDOVA TEORIE KYSELIN A ZÁSAD, ROVNOVÁHA V PROTOLYTICKÝCH REAKCÍCH, PŘIKALDY Z BIOCHEMIE, IONTOVÝ SOUČIN VODY, pH A JEHO VÝZNAM V MEDICÍNĚ Protolytické reakce •protony mají v organismu zcela výjimečné postavení •jejich koncentrace není celém organizmu stejná – podmiňují kyselé nebo naopak zásadité prostředí •v žaludku je prostředí kyselé, pankreatická šťáva je slabě alkalická, krevní plazma téměř neutrální •koncentrace protonů ovlivňuje například aktivitu enzymů, oxidoredukční děje, disociace protonů z hemoglobinu je důležitá pro přenos plynů, ... Podstata proteolytických reakcí •acidobazické reakce = vzájemné reakce kyselin a zásad - kyseliny = acidum - zásady = báze •neutralizace - reakce kyseliny se zásadou – vzniká sůl a voda - neutralizace je poněkud zavádějící název, protože vzniklý roztok nemusí být nutně neutrální NaOH + HCl → NaCl + H 2 O Teorie kyselin a zásad Arrheniova teorie •zní: -kyseliny = látky, které v roztocích disociují na ionty H + a příslušné anionty HCl → H + + Cl - -zásady = látky, které v roztocích disociují na hydroxylové anionty a příslušné kationty NaOH → Na + + OH - -kyseliny jsou kyselé, protože obsahují více H + než OH - -zásady jsou zásadité, protože obsahují více OH - než H + •chyby teorie: -H + se v roztoku nevyskytují, jsou vázány na rozpouštědlo -zásady mohou být i látky, které neobsahují OH - , např. Na 2 CO 3- -kyselé roztoky mohou tvořit i látky, které neodštěpují H + , např. NH 4 Cl Lewisova teorie kyselina je látka (elektrofyl) a akceptor elektronového páru zásada je látka (neutrofil) a donor elektronového páru Brönstedova teorie •Brönsted a Lowry (1923) definoval: -kyseliny = látky schopné odštěpovat (oddisociovat) proton ve formě H + - jsou donory protonů -zásady = látky schopné přijímat proton ve formě H + - jsou akceptory protonů •používá se pojem: -Brönstedova kyselina – obecné značení HA 1 I. Základy fyzikální, anorganické a organické chemie -Brönstedova zásada – obecné značení B • jde o protolytickou reakci - reaguje spolu kyselina a zásada - vyměňují si mezi sebou proton ve formě H + HA + B → HB + + A - Konjugované páry • dvojice částic HA a A - , stejně jako B a BH + , které se liší pouze o jeden proton, se nazývají konjugované páry, ke kyselině HA je A - konjugovanou bází a BH + je konjugovaná kyselina k bázi B •jde o protolytické systémy: 1. Zásada B + od ní odvozená kyselina HB + 2. Kyselina HA + od ní odvozená zásada A - - 1. protolytický systém si vyměňuje protony s 2. protolytickým systémem = výměnou jednoho protonu mezi dvěma konjugovanými páry kyselin a bazí - proton nemůže existovat jako samostatná částice - po oddisociování protonu z kyseliny HA se z této kyseliny stane konjugovaná báze A - - proton se musí připojit k jiné molekule nebo aniontu, tj k bázi B za vzniku konjugované kyseliny HB + Příklady konjugovaných systémů Příklady reakcí •HCl + NaOH → NaCl + H 2 O - kyselina HCl zde stejně jako u předchozí teorie odevzdává H + , nicméně NaOH formálně neodštěpuje OH - , ale naopak H + přijímá (za současného odštěpení OH - ), což umožňuje rozšíření i pro báze bez hydroxidové skupiny •H 2 O + NH 2 - → OH - + NH 3 - kyselina H 2 O odštěpuje vodík a báze NH 2 - (ačkoliv nemá OH - ) jej přijímá - vzniká konjugovaná báze OH - a konjugovaná kyselina NH 3 , ačkoliv se NH 3 chová běžně jako zásada, je vhodné zmínit, že ve velkém nadbytku OH - se tedy může chovat i jako kyselina •CH 3 COOH + OH - → CH 3 COO - + H 2 O - kyselina CH 3 COOH odevzdává vodík a stává se z ní konjugovaná báze CH 3 COO - a báze OH - přijímá vodík a stává se konjugovanou kyselinou H 2 O Dělení látek na kyseliny a zásady, amfolyty •kyselý a zásaditý charakter látky není danou vlastností, ale projevuje se až interakcí s jinou látkou •látky se dělí na kyseliny a zásady podle jejich reakce s vodou 2 I. Základy fyzikální, anorganické a organické chemie -kyseliny = silnější donory protonů než voda -zásady = silnější akceptory protonů než vod •některé částice se ve vodném roztoku chovají jako kyseliny i jako báze, nazývají se amfolyty = základním amfolytem je voda - voda může hydrony jak přijímat (H 2 O + HA → H 3 O + + A - ), tak odevzdávat (H 2 O + B → OH - + BH + ), v závislosti na prostředí tedy může být i kyselinou, i zásadou a řadí se tak mezi látky amfoterní - jako amfolyty se chovají i hydrogenanionty (např. H2Po4 nebo HCO3) - také AK a tím pádem i z nich tvořené bílkoviny, které obsahují kyselé (COOH) a bazické (NH2) funkční skupiny v jedné molekule mají vlastnosti amfolytů Kvantitativní vztahy v proteolytických reakcích – síla kyseliny, respektive báze lze aplikovat zákon o chemické rovnováze a získat tak hodnoty disociačních konstant kyselin a bází (K D ) jako rovnovážné konstanty odpovídajících reakcí  pro reakci AB → A + B je podle Guldberg-Waagova zákona rovnovážná konstanta, kde [A], [B] a [AB] jsou rovnovážné aktivity jednotlivých složek Disociační konstanta určující sílu kyseliny a báze disociační konstanta kyseliny K A je číselným vyjádřením protolytické rovnováhy, která nastane při disociaci kyseliny v roztoku v praxi se obvykle konstanta acidity vyjadřuje ve formě záporného dekadického logaritmu disociační konstanty kyseliny při teplotě 25°C jako pK A obdobným způsobem se vyjařuje také síla zásad (bází), mírou jejich síly je disociační konstanta bazicity K B nebo záporný dekadický logaritmus této hodnoty pK B silnější kyseliny (vyšší K a ) mají nižší pK a a slabší kyseliny (nižší K a ) mají vyšší pK a čím vyšší je hodnta disociační konstanty, tím je kyselina nebo báze silnější u vícesytných kyselin je definováno tolik disociačních konstant, kolik protonů může kyselina postupně oddsicoiovat a velikost těchto konstant postupně klesá Disociační stupeň α udává jaká část, ze všech rozpuštěných molekul je disociována ¿ = poč et disociač ních molek ul celkov ý poč et r oz puště n ých molek ul Iontový součin vody protolytická reakce, tj. výměna protonů, může také probíhat mezi dvěma molekulami vody, potom je proces označován jako autoprotolýza vody = děj, kdy spolu reagují 2 stejné neutrální molekuly, jedna reaguje jako kyselina a druhá jako zásada Autoprotolýza vody: 3 I. Základy fyzikální, anorganické a organické chemie H 2 O + H 2 O → H 3 O + + OH - Autoprotolytická – autoionizační rovnováha, disociační konstanta vody      2 2 3 . OH OHOH K   •druhou mocninu látkové koncentrace vody lze považovat za konstantní a spojit ji s rovnovážnou konstantou do nové konstanty K w , nazvývané iontový součin vody: K w = [H 3 O + ] [OH - ] = 10 -14 (25°C) •iontový součin vody je konstanta, které musí být vyhověno za všech okolností, kdy dojde k setkání inotů H 3 O + a OH - •platí tedy pro čistou vodu i pro jakýkoliv vodný roztok bez ohledu na rozpouštěnou látku •lze vypočítat, že v prostředí kdy je [H 3 O + ] = [OH - ], tj. v neutrálním prostředí, jsou tyto koncentrace rovny 10 -7 mol/l (25°C) •v prostředí kyselém je [H 3 O + ] > 10 -7 mol/l, v prostředí bazickém – alkalickém [OH - ] < 10 -7 mol/l -Aby bylo možné disociační konstantu K vypočítat, je třeba si uvědomit, že 1 mol vody má hmotnost 18 g a 1 litr vody váží 1 kg (1.000 g). 1 litr vody pak obsahuje 1.000 : 18 = 55,56 molů vody. Čistá voda je tedy 55,56 molární. Protože pravděpodobnost výskytu protonu v čisté vodě je 1,8 x 10-9, vypočítá se molární koncentrace protonů vynásobením pravděpodobnosti jeho výskytu molární koncentrací vody (1,8 x 10-9 x 55,56). Molární koncentrace protonů H+ (a zároveň i hydroxylových iontů OH-) je pak 1 x 10-7 mol/litr. Chemická rovnováha v protolytických reakcích chemická rovnováha je takový stav soustavy, v němž se nemění její složení, i když v ní neustále probíhají chemické děje (účinky dějů se ruší) H 2 + I 2 → 2 HI 2 HI→ H 2 + I 2 [I 2 ] = [H 2 ] chemická rovnováha je charakterizována konstantní koncentrací výchozích látek i produktů, výchozí látky i produkty mají určitou hodnotu K c v protolytických reakcích se Kc rozlišuje na K A (disociační konstanta kyseliny) a K B (disociační konstanta báze) - z hodnot K A (K B ) se dá určit síla kyseliny (zásady), čím je menší hodnota K A (K B ) → tím je kyselina (báze) slabší - silný elektrolyt: K A (K B ) > 10 -2 středně silný elektrolyt: 10 -2 > K A (K B ) > 10 -4 slabý elektrolyt: K A (K B ) < 10 -4 -silná kyselina = snadno odštěpuje proton, kyselina sírová slabá kyselina = těžko odštěpuje proton, snadno ho přijímá, kyselina siřičitá, organické kyseliny (mléčná, citrónová, ...) silná báze = hydroxid draselný, sodný, ... slabá báze = by byly, kdyby byly rozpustné – jsou to sraženiny 4 I. Základy fyzikální, anorganické a organické chemie Reakce silných kyselin a zásad se solemi slabších kyselin a slabších zásad důsledkem protolytických rovnováh je, že silné kyseliny (báze) uvolní z roztoku slabších kyselin (bází) nedisociovaný elektrolyt = silnější kyselina má schopnost vytěsnit slabší kyselinu (tedy její anion) z její soli ZnS + 2 HCl → ZnCl 2 + H 2 S Hydrolýza solí také výsledkem protolytických rovnováh, které se ustaví v roztocích solí, jejichž kationty nebo anionty, případně oba druhy iontů jsou silnější kyselinou nebo bází než voda reakce iontů, vzniklých disociací solí ve vodě s molekulami vody 1. Hydrolýza kationtu v reakci hlinitých iontů s vodou se tedy voda bude chovat jako zásada Al 3+ + 6 H 2 O → Al(OH) 3 + 3 H 3 O + obecná rovnice hydrolýzy kationtu: M + + 2 H 2 O →MOH + H 3 O + dojde ke zvýšení koncentrace H 3 O + v roztoku => zvýšení kyselosti roztoku => pokles pH 1. Hydrolýza aniontu v reakci kyanidových iontů s vodou se tedy voda bude chovat jako kyselina, zapište rovnici reakce: CN - + H 2 O → HCN + OH - obecná rovnice hydrolýzy aniontu: B - + → HB + OH - dojde ke zvýšení koncentrace OH - v roztoku => zvýšení zásaditosti roztoku=> vzrůst pH typ soli:reakce roztoku: roztok soli silné kyseliny a silné zásadyNEUTRÁLNÍ roztok soli silné kyseliny a slabé zásadyKYSELÁ roztok soli slabé kyseliny a silné zásadyZÁSADITÁ roztok soli slabé kyseliny a slabé zásadyNEUTRÁLNÍ pH •počítání s mocninami se zápornými exponenty je nepraktické, proto Dán Sӧrensen zavedl vodíkový exponent pH •pH je záporný dekadický logaritmus látkové koncentrace protonů pH = - log [H 3 O + ] •proč vodíkový exponent? protože [H 3 O + ] = 10 -pH •pro vodné roztoky se hodnoty pH pohybují v rozmezí 0-14 •hodnota pH přináší informaci o aktuální koncentraci protonů v prostředí, jehož pH je měřeno, a je tedy mírou aktuální acidity 5 I. Základy fyzikální, anorganické a organické chemie •látková koncentrace všech oddisociovatelných protonů v roztoku se nazývá celková (titrační) acidita •platí, že čím je kyselina slabší, tím je její konjugovaná báze silnější •platí: pK w = pH+ pOH = 14 pK A + pK B = pK w = 14 K A . K B = [H 3 O + ] [OH - ] = K w Výpočty pH •základní vztahy pH=−log⁡c(H+) pOH=−log⁡c(OH-) pH+pOH=14 pH ¿−¿ log K •pro výpočet slabé kyseliny byl odvozen vztah pH= 1 2 pKA− 1 2 log⁡(c H A) •pro výpočet slabé báze lze odvodit vztahy 6 I. Základy fyzikální, anorganické a organické chemie pOH= 1 2 pKB− 1 2 log⁡(cB) pH=14−( 1 2 pKB− 1 2 log⁡cB) Význam pH v medicíně acidobazická rovnováha (ABR) je dynamická rovnováha mezi kyselými a zásaditými látkami uvnitř organismu, rovnováha mezi jejich tvorbou a vylučováním kyselost vnitřního prostředí musí být velmi přesně regulována, fyziologicky je pH krve a mnoha dalších tělesných tekutin udržováno ve velmi úzkém rozmezí hodnot kolem 7,40 (od 7,31 do 7,42), kolísání je tedy takřka nepatrné takto přesná regulace je důležitá, neboť se změnami pH se mění vlastnosti bílkovin včetně aktivity enzymů, transportních mechanismů, vlastností membránových kanálů apod., větší odchylka pH vede nutně k narušení regulace velkého množství metabolických drah a fyziologických pochodů a postupně k povšechnému metabolickému rozvratu porucha rovnováhy ve prospěch kyselin se označuje jako acidóza, porucha ve prospěch zásaditých látek jako alkalóza -tyto poruchy mohou být způsobeny metabolickými ději, pak hovoříme o metabolické acidóze či alkalóze, nebo poruchami dýchání, pak hovoříme o respirační acidóze či alkalóze a) acidózu podporují: - H + vzniklý disociací metabolismem vytvořených kyselin (mléčná, fosforečná, sírová, uhličitá) - za patologických okolností se vytvářejí ve větším množství další kyseliny (acetoctová, β-hydroxymaselná), např. při nedostatku glukózy v krvi a vyčerpání zásob glukagonu se začne energie vytvářet katalýzou mastných kyselin, co vede k tvorbě ketolátek (u diabetika, dlouhodobé hladovění) - zvýšený parcialný tlak CO 2 a) alkalózu podporují: -alkalické složky potravy, minerální vody, alkalizující léčiva, -úbytek CO 2 zvýšenou ventilací -otrava salicyláty (hyperventilace) -ztráta H + při strate HCl usilovným vracením -nepřiměřený přívod hydrogénkarbonátu organismus se snaží poruše ABR čelit a minimalizovat odchylku pH; nezřídka se proto setkáváme se situací, že i přes poruchu ABR zůstává pH krve v referenčních mezích, nebo se od nich jen minimálně odchyluje dojde-li ke vychýlení pH vnitřního prostředí, mluvíme proto o acidemii nebo alkalemii, termíny acidóza a alkalóza jsou širší, ne každá acidóza je provázena acidemií atd. obrana organizmu před výkyvy pH: adaptační a korekční mechanizmy na udržování pH , tlumí a kompenzuji výkyvy, spolupracují spolu: -pufrovací systémy -činnost orgánů -plicní ventilace -exkreční činnost ledvin -metabolická aktivita jater Měření pH 7 I. Základy fyzikální, anorganické a organické chemie  hodnota pH je jednou z velmi důležitých charakteristik pro průběh chemických a zejména biochemických dějů podle přesnosti, s jakou potřebujeme hodnotu pH znát, volíme způsob měření pro orientační stanovení se využívají roztoky acidobazických indikátorů nebo indikátorový papírek, pro měření pH s větší přesností se užívají pH metry, nejčastěji odhad pH pomocí acidobazických indikátorů - některé organické sloučeniny mění své zbarvení v závislosti na pH prostředí -jedná se o slabé kyseliny nebo zásady, u nichž se zbarvení nedisociovaných molekul liší od zbarvení iontů -označujeme je jako acidobazické indikátory - oblast barevného přechodu je u jednotlivých indikátorů různá, střed barevného přechodu vždy odpo- vídá pH rovnému pK A indikátoru - používáme je v roztoku, nebo jako papírky napuštěné roztokem indikátoru 8 10. AMFOLYTY, JEJICH VLASTNOSTI, PŘÍKLADY Z BIOCHEMIE amfolyty = elektrolyty, které mohou v roztoku proton současně odštěpovat i přijímat, tj. mají povahu slabé kyseliny i slabé báze vůči silným kyselinám se amfolyt chová jako zásada, vůči silným zásadám jako kyselina (tzn. závisí na prostředí, ve kterém se amfolyt nachází) anorganickými amfolyty jsou například hydroxidy kovů poskytujících amfoterní oxidy (Zn , Al) organickými amfolyty jsou zejména aminokyseliny (bílkoviny) - už dle názvu amino-kyseliny = obsahují amino skupinu (zásaditou) a karboxylovou skupinu (kyselou) - v neutrálním roztoku jejich karboxylová skupina ztrácí proton a vzniká z ní záporně nabitá skupina -COO - + aminoskupina zde proton přijímá a vzniká kladně nabitá skupina -NH 3 + - volný náboj aminokyseliny, obsahující jednu karboxylovou a jednu aminovou skupinu, je tedy v neutrálním roztoku nulový →pro každý amfion existuje určitá hodnota pH, při níž má nulový volný náboj (tzv. isoelektrický bod) Isoelektrický bod (pI) amfion nenese žádný náboj a je nejméně rozpustný při němž se amfion nepohybuje ve stejnosměrném elektrickém poli každá amfion/ aminokyselina (AK) má svůj specifický pI, pI kyselých AK je menší než 7, a pI bazických je větší než 7 hodnotu pI lze vypočítat jako aritmetický průměr hodnot disociačních konstant pK 1 a pK 2 různou hodnotou pH se dá ovlivnit disociace bazických a kyselých skupin v AK, interakce s dalšími ionty závisí na prostředí – pufr - schopnosti AK nést náboj v roztoku pufru o určitém pH se využívá při elektroforetickém dělení AK, při pH nižším než je izoelektrický bod příslušné AK je potlačena disociace kyselé skupiny karboxylu, AK se chová jako kationt a ve stejnosměrném elektrickém poli se pohybuje směrem ke katodě, v zásaditějším roztoku (nad pI příslušné AK) převládá disociace karboxylu a AK je jako aniont a pohybuje se k anodě v lidském těle převládají AK s disociovanou karnboxylovou skupinou - COO ̄ a aminoskupinou - NH3⁺ (amfion), díky slabě bazickém pH krevní plazmy a intracelulární tekutiny = při tomto pH se uplatňuje větší kyselost karboxylové skupiny oproti velmi slabé NH3 skupině, která potom za těchto podmínek neodštěpuje Možnost výskytu AK podle pH prostředí (pufru) a)H2N- R -COOH ani jedna skupina není ionizovaná tedy aminokyselina je rozpuštěná v nepolárním rozpouštědle, nebo není rozpuštěná vůbec a)H2N- R -COO - je ionizovaná skupina aby se z kyseliny odštěpil vodík - musí být prostředí mírně (nebo hodně) zásadité a)NH3 + - R -COOH je ionizovaná skupina NH2 aby zásad přijala vodíkový proton, musí být prostředí mírně (nebo hodně) kyselé a)NH3 + - R -COO - jsou ionizovány obě skupiny tedy aminokyselina "obojí ionizace" se jeví jako nesmysl ve skutečnosti k takové ionizaci dochází, pokud se pH blíží neutrálním hodnotám a dokonce každá aminokyselina i každá bílkovina složená z aminokyselin má tzv. izoelektrický bod - pH při kterém je zcela přesně stejný počet COO - jako NH3 + a bílkovina se jeví jako (zdánlivě) neionizovaná a elektricky nenabitá I. Základy fyzikální, anorganické a organické chemie 11. PUFRY, VÝPOČET pH, VÝZNAM V ORGANISMU Pufry fyziologické pH krevní plazmy a extracelulární tekutiny odpovídá přibližně hodnotě 7,4 (7,4 +/- 0,04), mezní hodnoty jsou 6,8 pro acidózu a 7,8 pro alkalózu lidský organismus musí toto pH udržovat ve fyziologickém intervalu, protože i malá změna v koncentraci protonů (acidóza nebo alkalóze) je stav ohrožující život ke změnám koncentrace protonů dochází při metabolických přeměnách - karboxylové kyseliny jsou produktem metabolismu a při fyziologické hodnotě pH jsou kyseliny disociovány - dalším zdrojem protonů je disociace kyseliny uhličité, vznikající z CO 2 a disociace kyseliny sírové - protony poskytuje také fosforečná organismus musí mít mechanismy, které jsou schopny protony generovat v případě jejich nedostatku, nebo je naopak snižovat při jejich zvýšené koncentraci protony mohou být v roztoku neutralizovány ionty OH - , produktem této neutralizační reakce je pak voda koncentrace protonů v roztoku se může snižovat i reakci protonu s aniontem slabé kyseliny (konjugovanou bází) systémy, které pomáhají udržovat pH se nazývají pufry = konjugovaný pár kyseliny (nebo zásady), který je schopný udržovat v jistém rozmezí stabilní pH i po přidání silné kyseliny či zásady do systému = roztoky obsahující konjugovaný pár: slabou kyselinu a její silnou konjugovanou bázi (např. sůl dané kyseliny, tj. aniont slabé kyseliny)/roztoky obsahující konjugovaný pár: což je slabá kyselina (nebo zásada) a její sůl - slabá kyselina při vzestupu pH oddisocuje protony, jestliže pH klesne, jsou nadbytečné protony z roztoku odebrány reakcí s aniontem slabé kyseliny - pufr, jehož základem je slabá báze, reaguje podobně Účinek pufru disociace HA ------------------> H + + A - kyselina konjugovaná báze H + + A - ------------------> HA báze konjugovaná kyselina Výpočet pH pufru = Hendersonova – Hasselbachova rovnice A−¿ ¿ ¿ pH=pK A+ log¿ K A = disociační konstanta, udává silu kyselin, schopnost kyseliny se disociovat na ionty pH pufru je určeno pK A slabé kyseliny a poměrem koncentrací obou složek pufru zředěním se pH pufru nezmění (poměr koncentrací obou složek zůstává stejný), při poměru koncentrací 1:1 je pH pufru rovno hodnotě pK A teprve při změně desetinásobné koncentrace se změní pH pufru o 1 jednotku Vzorce pH=pK a−log c k yselin y c soli 1 I. Základy fyzikální, anorganické a organické chemie pOH=pKb−log c baze c soli pH=pK a+ log n soli V pu f ru n k y selin y V pu f ru po přidání kyseliny do systému pH=pK A+ log n sůl−n přid n k ys+ n př id po přidání zásady do systému pH=pK A+ log n sůl+ n přid n k y s−n př id Kapacita pufru β vypovídá o schopnosti pufru tlumit výkyvy pH počet molů protonů, které musí být k pufru přidány nebo z něho odebrány, aby se pH změnilo o jednotku kapacita pufru závisí na přímo úměrně na koncentraci pufru nejvyšší při pH = pK A Základní pufrovací systémy A) hydrogenuhličitanový B) fosfátový C) bílkovinný D) hemoglobinový A)hydrogenuhličitanový - bikarbonátový ( HCO 3 - / H 2 CO 3 ) HCO 3 - silná konjugovaná báze (aniont) H 2 CO 3 slabá kyselina pochází hlavně z metabolizmu sacharidů a tuků jeho aktuální množství je regulováno činnosti plic H + + HCO 3 - → H 2 CO 3 - po přidání kyseliny, v organizmu se objeví nadbytek H + , zachytí se na iont HCO 3 - a spolu s ním vytvoří H 2 CO 3 CO 2 + H 2 O → HCO 3 - - přebytek H 2 CO 3 se pak rozloží na oxid uhličitý a vodu, které se vydýchají A)fosfátový (H 2 PO 4 / HPO 4 2- ) HPO 4 2- silná konjugovaná zásada H 2 PO 4 slabá kyselina významnější pro buňky než krevní plazmu ustálený poměr zásady k/ke kyselině je 4:1 má nezanedbatelný úkol při tvorbě moči HCl + Na 2 HPO 4 → NaH 2 PO 4 + NaCl - při přidání silné kyseliny (Hcl, H 2 SO 4 ) přijímá HPO 4 -2 hydrogenový kationt, silná kyselina je tak nahrazena velmi slabou kyselinou NaH 2 PO 4 2 I. Základy fyzikální, anorganické a organické chemie NaOH + NaH 2 PO 4 → Na 2 HPO 4 + H 2 O - při přidání silné báze (NaOH) je skupina OH - pufrována H 2 PO 4 - za vzniku vody, v tomto případě je tedy silná báze nahrazena slabou bází, a sice Na 2 HPO 4 A)bílkovinný (Prot - / H- Prot ) uplatňují se molekuly proteinů z hlediska svého amfoterního charakteru ve fyziologických hodnotách se bílkovina chová jako slabá kyselina, která je schopná uvolňovat protony vodíku, čím vytvoří aniont v roli silné konjugované báze, která protony zase přijímá, když stoupá acidita A) hemoglobinový ( HHb / HHBO) oxidovaný hemoglobin je kyselejší, v této dvojici funguje jako kyselina HHb → [H + ] + [Hb - ] HHbO → [H + ] + [HbO - ] pH počítání s mocninami se zápornými exponenty je nepraktické, proto Dán Sӧrensen zavedl vodíkový exponent pH pH je záporný dekadický logaritmus látkové koncentrace protonů pH = - log [H 3 O + ] proč vodíkový exponent? protože [H 3 O + ] = 10 -pH pro vodné roztoky se hodnoty pH pohybují v rozmezí 0-14 hodnota pH přináší informaci o aktuální koncentraci protonů v prostředí, jehož pH je měřeno, a je tedy mírou aktuální acidity Výpočty pH základní vztahy pH=−log⁡c(H+) pOH=−log⁡c(OH-) pH+pOH=14 pH ¿−¿ log K pro výpočet slabé kyseliny byl odvozen vztah pH= 1 2 pKA− 1 2 log⁡ (c H A) pro výpočet slabé báze lze odvodit vztahy pOH= 1 2 pKB− 1 2 log⁡ (cB) pH=14−( 1 2 pKB− 1 2 log⁡cB) kde disociační konstanta kyseliny K A (pro bázi K B )je číselným vyjádřením protolytické rovnováhy, která nastane při disociaci kyseliny (báze) v roztoku v praxi se obvykle konstanta acidity vyjadřuje ve formě záporného dekadického logaritmu disociační konstanty kyseliny (báze) při teplotě 25°C jako pK A (pK B ) Příklady jednosytná kyselina 3 I. Základy fyzikální, anorganické a organické chemie Zadání: Urči pH 0,2 M roztoku HCl Řešení: pH = - log c HCl »»» pH = - log 0,2 »»» pH = 0,70 jednosytná zásada Zadání: Urči pH 0,05 M roztoku NaOH Řešení: pH = 14 + log c NaOH »»» pH = 14 + log 0,05 »»» »»» pH = 14 + ( -1,30) »»» pH = 12,70 vícesytná kyselina Zadání: Urči pH 0,08 M roztoku H 2 SO 4 Řešení: pH = - log 2.c H2SO4 »»» pH = - log 2.0,08»»» »»» pH = - log 0,16 »»» pH = 0,80 když víme pK Zadání: Urči pH 0,2 M roztoku H 3 PO 4 (pK H3PO4 = 2,12) Řešení: pH = 1/2(pK H3PO4 - log c H3PO4 ) »»» pH = 1/2(2,12 - log 0,2)»»» »»»pH = 1/2{2,12 - (- 0,70)}»»» pH = 1,41 Význam pH acidobazická rovnováha (ABR) je dynamická rovnováha mezi kyselými a zásaditými látkami uvnitř organismu, rovnováha mezi jejich tvorbou a vylučováním kyselost vnitřního prostředí musí být velmi přesně regulována, fyziologicky je pH krve a mnoha dalších tělesných tekutin udržováno ve velmi úzkém rozmezí hodnot kolem 7,40 (od 7,31 do 7,42), kolísání je tedy takřka nepatrné takto přesná regulace je důležitá, neboť se změnami pH se mění vlastnosti bílkovin včetně aktivity enzymů, transportních mechanismů, vlastností membránových kanálů apod., větší odchylka pH vede nutně k narušení regulace velkého množství metabolických drah a fyziologických pochodů a postupně k povšechnému metabolickému rozvratu porucha rovnováhy ve prospěch kyselin se označuje jako acidóza, porucha ve prospěch zásaditých látek jako alkalóza -tyto poruchy mohou být způsobeny metabolickými ději, pak hovoříme o metabolické acidóze či alkalóze, nebo poruchami dýchání, pak hovoříme o respirační acidóze či alkalóze a) acidózu podporují: - H + vzniklý disociací metabolismem vytvořených kyselin (mléčná, fosforečná, sírová, uhličitá) - za patologických okolností se vytvářejí ve větším množství další kyseliny (acetoctová, β-hydroxymaselná), např. při nedostatku glukózy v krvi a vyčerpání zásob glukagonu se začne energie vytvářet katalýzou mastných kyselin, co vede k tvorbě ketolátek (u diabetika, dlouhodobé hladovění) - zvýšený parciální tlak CO 2 b) alkalózu podporují: -alkalické složky potravy, minerální vody, alkalizující léčiva -úbytek CO 2 zvýšenou ventilací -otrava salicyláty ( hyperventilace) -ztráta H + při strate HCl usilovným vracením -nepřiměřený přívod hydrogénkarbonátu organismus se snaží poruše ABR čelit a minimalizovat odchylku pH; nezřídka se proto setkáváme se situací, že i přes poruchu ABR zůstává pH krve v referenčních mezích, nebo se od nich jen minimálně odchyluje 4 I. Základy fyzikální, anorganické a organické chemie dojde-li k vychýlení pH vnitřního prostředí, mluvíme proto o acidemii nebo alkalemii, termíny acidóza a alkalóza jsou širší, ne každá acidóza je provázena acidemií atd. obrana organizmu před výkyvy pH: adaptační a korekční mechanizmy na udržování pH , tlumí a kompenzuji výkyvy, spolupracují spolu: -pufrovací systémy -činnost orgánů -plicní ventilace -exkreční činnost ledvin -metabolická aktivita jater 5 I. Základy fyzikální, anorganické a organické chemie 12. OXIDACE A REDUKCE, OXIDOREDUKČNÍ POTENCIÁL, ZÁVOSLOST NA KONCENTRACI REAKTANTŮ A pH, PŘÍKLADY Z BIOCHEMIE Oxidoredukční (redoxní = redox) reakce redox reakce úzce spojeny s metabolismy - redukce jsou důležité pro biosyntézu mastných kyselin a cholesterolu = anabolické procesy - oxidace podstatné pro zisk ATP = katabolické procesy zajímavé z pohledu toxikologie - oxidační činidla jsou obecně toxická - mohou např. oxidovat iont železnatý v hemoglobinu na iont železitý, následně tak hemoglobin změnit na nefunkční methemoglobin - velmi citlivé jsou –SH skupiny v postranních řetězcích bílkovin, vznikají tam pak disulfidické můstky, které spojí proteinové řetězce na zcela náhodných místech Definice redox reakce spočívají ve výměně elementárních částic – elektronů – mezi reakčními partnery analogie protolytických reakcí, kde dochází k výměně protonů - v případě protolytických reakcí si reaktanty mohou vyměnit pouze jeden proton, kdežto v redoxních reakcích si mohou reaktanty vyměnit i více elektronů a) obecnější definice OXIDACE = hoření = slučování s kyslíkem S + O 2 → SO 2 REDUKCE = odebrání kyslíku CuO + H 2 → Cu + H 2 O a) širší definice REDUKCE = redukovaná sloučenina elektrony přijímá, snížení oxidačního čísla OXIDACE = oxidovaná látka elektrony ztrácí, zvýšení oxidačního čísla redukční činidlo = donorem elektronů, oxiduje jiné látky oxidační činidlo = akceptor elektronů, redukuje jiné látky redukovaná forma látky = má více elektronů oxidovaná forma látky = má méně elektronů obě formy, které se liší o elektrony, se nazývají redoxní pár Ox/Red 1 I. Základy fyzikální, anorganické a organické chemie Poloreakce a spřažená reakce poloreakce: Ox: Zn → Zn2+ + 2 e – Red: Cu2+ + 2 e − → Cu - redoxní páry: Zn2+/Zn, Cu2+/ Cu volné elektrony v redoxních reakcích neexistují, oxidace nebo redukce nemohou probíhat izolovaně, musí být spřažené - elektroneutralita reakce: Zn + Cu2+ → Zn2+ + Cu Hydrogenace a dehydrogenace organické sloučeniny v převážné většině případů při redukci získávají atomy vodíku (tedy elektrony společně s protony) – HYDROGENACE při oxidaci, ději opačném, dochází k – DEHYDROGENACI, atomy vodíku se ztrácejí – oxidují se v reakcích tvoří redoxní pár vždy hydrogenovaná a dehydrogenovaná forma sloučeniny Kvantitativní vztahy v redox reakcích Redoxní potenciál každý redox pár, je charakterizován redox potenciálem E redox potenciál (oxidačně-redukční potenciál, elektrodový potenciál) je vyjádření míry schopnosti redox systému převést jednoho z reakčních partnerů do oxidovaného stavu jeho hodnota je výsledkem rovnováhy mezi: - schopností redukované formy redox páru se oxidovat - schopností oxidované formy redukovat se takováto rovnováha se ustanoví v elektrochemickém poločlánku tvořeném roztokem obou forem redox páru a platinovým drátem jako indiferentní elektrodou - elektrony z platiny redukují oxidovanou formu a naopak redukovaná forma předává své elektrony platině a přitom se oxiduje čím snáze přijímá oxidovaná forma redox páru elektrony, tím silnější je oxidační činidlo a tím má redox pár pozitivnější redox potenciál 2 I. Základy fyzikální, anorganické a organické chemie redox potenciál se měří jako elektrické napětí inertní elektrody ponořené do roztoku systému proti srovnávací elektrodě se známým potenciálem redox potenciál závisí také na koncentraci reaktantů – změnou reaktantů lze obrátit směr spontánní reakce vliv na redox potenciál má také struktura a proteinu a koenzymy redox potenciál vyjadřuje: - redukční stav systému v milivoltech - napětí mezi standardní vodíkovou elektrodou a příslušným oxidačně- redukčním přechodem je dán vztahem: (pro 25 ̊C) E 0 standardní redox potenciál příslušné soustavy npočet elektronů jež se vyměňují m počet vodíkových iontů účastnících se reakce [A Red ] koncentrace redukované formy látky [A Ox ]koncentrace oxidované formy látky [H + ]koncentrace vodíkových kationtů Závislost pH hydrogenace a dehydrogenace jsou příkladem redoxních reakcí, kterých se zúčastňují protony a jejich průběh je tedy závislý na pH dvouelektronový přenos lze vyjádřit reakcí Red → Ox + 2H + + 2e -  Nernostova rovnice je obdobou Hendersonovy- Hasselbalchovy rovnice pro výpočet pH pufrů E 0 charakterizuje redox pár stejně jako disociační konstanta charakterizuje konjugovaný pár pro redoxní páry, jejichž potenciál je závislý na pH, platí Nernstova rovnice pro dvouelektronový přenos ve tvaru: E=E 0 +2,303 RT 2F log⁡ (Ox) (H3O+ ) 2 (Red) 1. v kyselém prostředí je oxidovaná forma daného redox páru silnějším oxidačním činidlem 2. ukazuje, jak je možné měřit pH v roztoku, možno využít redox páru, jehož redox potenciál závisí na pH Rovnováha v redoxních reakcích v redox reakci se ustaví rovnováha, kterou lze popsat rovnovážnou konstantou : 3 I. Základy fyzikální, anorganické a organické chemie K= (Ox1) (Red2) (Red1) (O x2) jestliže má donor elektronů negativnější redox potenciál než akceptor, jde tok elektronů samovolně z redukované látky 1 na oxidovanou látku 2, oxidace probíhá samovolně a energie se v průběhu reakce uvolňuje – to platí nejen pro dvojici redox páru, ale i pro sérii redox sytému uspořádaných podle stoupajícího redox potenciálu Příklady z biochemie klasickým příkladem je dýchací řetězec v mitochondriích – tam jsou jednotlivé enzymy seřazené dle redox potenciálu -transport elektronů z enzymu s nejnižším redox potenciálem (NAD + /NADH + H + ) ke konečnému akceptoru elektronů, kyslíku (1/2 O 2 /O 2- ) probíhá spontáně a konečná energie je využita pro biosyntézu ATP jako hlavního přenašeče energie v organismu dalším příkladem je oxidace laktátu v rekaci s NAD + -v přítomnosti kyslíku je v buňce vysoká koncentrace NAD + ve srovnání s koncentrací NADH + H + a aktuální rdoxní potenciál tohoto redox páru výrazně stoupne - -na druhou stranu je poměr koncentrace laktát/pyruvát tak malý, že aktuální redox poteniál tohoto sytému je dostatečně nízký, aby bylo Δ E pozitivní - reakce je exergnická a probíhá spontánně ve směru oxidace laktátu na pyruvát 4 I. Základy fyzikální, anorganické a organické chemie 13. SRAŽECÍ REAKCE, SOUČIN ROZPUSTNOSTI, TVORBA KOMPLEXU, PŘÍKLADY A JEJICH VÝZNAM V BIOCHEMII A MEDICÍNĚ Srážecí reakce  reakce, při kterých vzniká málo disociovaná a ve vodě nerozpustná látka – sraženina v rovnici označujeme takovou látku tak, že ji podtrhneme a vpravo označíme šipkou dolů  nejčastěji zapisujeme pomocí iontových rovnic Součin rozpustnosti  mezi tuhou a kapalnou fází v daném roztoku se tedy po určité době vytvoří rovnovážný vztah, který můžeme charakterizovat rovnovážnou konstantou K S – součin rozpustnosti součin rozpustnosti je mírou rozpustnosti sraženin = látka AB představuje velmi málo rozpustný elektrolyt (sůl) a jeho množství, které se rozpustí ve vodě, se nazývá rozpustnost - rozpustnost je fyzikální vlastnost závisející na teplotě - za dané teploty je konstantní součin rozpustnosti příslušné látky je dán součinem koncentrací hydratovaných iontů v nasyceném roztoku umocněných na jejich stechiometrické koeficienty číselná hodnota K s nám tedy udává velikost součinu molárních koncentrací jednotlivých iontů dané látky, při kterých se ionty spolu začnou spojovat do nedisociovaných molekul a látka se začne vylučovat z roztoku charakterizuje rozpustnost málo rozpustných látek při dané teplotě je to vlastně součin látkových koncentrací iontů elektrolytu v nasyceném roztoku čím je hodnota K s větší, tím je větší i rozpustnost elektrolytu K s umožňuje vypočítat rozpustnost daného elektrolytu ve vodě nebo v roztoku stejnojmenných iontů a stanovit zásady při srážení a rozpouštění sraženin  k vylučování sraženiny dochází až tehdy, když součin koncentrací reagujících iontů dosáhne hodnoty součinu rozpustnosti, pod touto hodnotou sraženina nevzniká, ionty zůstávají v roztoku protože každá sloučenina je aspoň minimálně rozpustná, je roztok nad sraženinou za dané teploty vždy roztokem nasyceným iontový součin K S (A x B y ) definujeme: Iontový součin K S (A x B y ) je součin molárních koncentrací iontů A + a B - v nasyceném roztoku nad sraženinou. K S (A x B y ) = A +  x . B -  y -čím je K S nižší, tím je sloučenina méně rozpustná -hodnoty součinů rozpustnosti jsou velmi nízké, pohybují se v rozmezí od 10 -5 (CaSO 4 ) až po 10 -52 (HgS) 1 I. Základy fyzikální, anorganické a organické chemie poznámka: -porovnání hodnot K S za účelem zjišťování míry rozpustnosti lze pouze mezi sloučeninami stejného empirického vzorce, kde poměr aniontu a kationtu je stejný. Takový empirický vzorec mají např. AgCl, AgBr (poměr 1 : 1) nebo Ag 2 CrO 4 , Ag 2 SO 4 (poměr 2 : 1) -nelze proto porovnávat navzájem sloučeniny s rozdílným poměrem aniontu a kationtu, např. PbSO 4 a PbCl 2 Příklady srážecích reakcí a)Reakcí chromanu draselného s dusičnanem stříbrným vzniká hnědočervená sraženina chromanu stříbrného. 2 AgNO 3 + K 2 CrO 4 → Ag 2 CrO 4 + 2 KNO 3 -reakci je výhodné zapsat iontově: 2Ag + + CrO 4 2- → Ag 2 CrO 4 ↓ a)Reakce síranu měďnatého s vodným roztokem amoniaku. Tvoří se nejdříve málo rozpustný hydroxid měďnatý, který se dále v přebytku amoniaku rozpouští za tvorby komplexní soli hydroxidu tetraamminměďnatého. CuSO 4 + 2 NH 4 OH → Cu(OH) 2 ↓ + (NH 4 ) 2 SO 4 -iontově: Cu 2+ + 2OH - → Cu(OH) 2 ↓ Cu(OH) 2 ↓ + 4NH 4 OH → [Cu(NH 3 ) 4 ] (OH) 2 + (NH 4 )SO 4 + 2H 2 O -výsledný děj: CuSO 4 + 6 NH 4 OH → [Cu(NH 3 ) 4 ] (OH) 2 + (NH 4 )SO 4 + 2H 2 O a)Reakce dusičnanu olovnatého s jodidem draselným. Obě reagující soli jsou v roztoku disociovány, ale jejich reakcí vzniká vedle disociovaného dusičnanu draselného i málo disociovaný jodid olovnatý. Pb(NO 3 ) 2 + 2 KI → PbI 2 +2 KNO 3 Pb 2+ + 2NO 3 - + 2K + + 2 I - → PbI 2 ↓ + 2 K + + 2 NO 3 - -jde o srážecí reakci, při které vzniká žlutá sraženina jodidu olovnatého. a)Reakce síranu měďnatého s hydroxidem draselným: CuSO 4 + 2 KOH → Cu(OH) 2 + K 2 SO 4 -obě látky vstupující do reakce jsou velmi značně disociované, rovněž i vznikající síran draselný, pouze hydroxid měďnatý je velmi málo disociovaný, pozorujeme vznik světle modré sraženiny: Cu 2+ + SO 4 2- + 2 K + + 2 OH - → Cu(OH) 2 ↓ + 2 K + + SO 4 2- Význam rozpustnosti v medicíně Význam biologický význam iontů je mimořádně velký mají vliv na propustnost buněč. membrán, na fci svalstva a nervové soustavy, na účinek enzymů, na osmotické poměry, atd. význam hl. poměr koncentrace jednotlivých iontů → izotonické roztoky 2 I. Základy fyzikální, anorganické a organické chemie jednotlivé ionty, zejména kationty kovů, v nepřiměřeně vysokém množství buňku poškozují (eliminují se z organismu protichůdným účinkem jiných iontů) Např. k mineralizaci kostí dochází po překročení součinu rozpustnosti (10 -26 ) pro Ca 3 (PO 4 ) 2 , protože koncentrace vápenatých a fosfátových iontů v plazmě se blíží hodnotám daným součinem rozpustnosti, je část plazmatického vápníku vázaná v neionizované formě na albumin, aby se předešlo nežádoucím kalcifikacím místní překročení součinu rozpustnosti příslušných iontů může způsobit také tvorbu oxalátových, fosforečnanových a uhličitanových ledvinových a močových kamenů stejnou příčinu má i vznik mineralizovaných útvarů tvořených vápenatými solemi mastných kyselin po akutním zánětu slinivky břišní (volné mastné kyseliny vznikají účinkem lipolytických enzymů uvolněných z buněk pankreatu při zánětlivém procesu) KOMPLEXY Koordinační sloučeniny, komplexy Koordinační sloučenina − často také zvaná komplex nebo komplexní ion je tvořena centrálním atomem M, na který se váží ligandy L  počet ligandů může být vyšší, než je oxidační číslo centrálního atomu v dané komplexní částici Centrální atom M -centrální atom je obvykle přechodný kov -centrální atom je Lewisova kyselina (akceptor elektronového páru) -někdy +, nula, málokdy - Ligand L -ligand je anion nebo neutrální molekula -ligand je dárcem elektronového páru = Lewisova báze vazba M – L je kovalentní polární = celý vazebný pár přichází od ligandu, důsledky: -(kovalentní) vazba v roztoku nedisociuje -v okolí centrálního kovu jsou „dva druhy“ elektronů: 1. vazebné elektronové páry ligandů 2. vlastní d-elektrony kovu – často paramagnetismus, typická barevnost Význam koordinační sloučeniny mají tu význačnou vlastnost, že vznikem koordinačních vazeb se ztrácejí nebo mění vlastnosti původních složek 3 I. Základy fyzikální, anorganické a organické chemie často se mění barva a rozpustnost-využití v analytic.chemii při důkazu iontů uměle připravené koordinační sloučeniny se používají v chemických syntézách zejména jako katalyzátory, v analytické chemii, v jaderné chemii a technologii přirozené koordinační sloučeniny jsou životně významné látky -např.: v hemoglobinu je komplex železa – kyslík -zvláštní komplex.slouč.- cheláty tvoří s kationty Pb,Cu,Co,Cd,Hg,Ni ve vodě rozpustné nedisociované komplexy = použití při akutních a chronických otravách solemi těchto kovů pro jejich zamaskování a odstranění z organismu Názvosloví 1.centrálními atomy jsou především atomy přechodných kovů: Pt II+ , Pt IV+ , Co III+ , Cr III+ , Ni II+ , Cu II+ , Fe III+ , Ag I+ , ale i Al III+ , P V+ atd. 2. mezi ligandy patří elektroneutrální molekuly, které žádným způsobem nesnižují kladný náboj, který sem vnáší centrální atom: Vzorec Název ligandu H 2 OAqua NH 3 Ammin NONitrosyl COKarbonyl 3. také sem patří aniontové ligandy, jejichž názvy jsou zakončené písmenem o: Ion Název ligandu IonNázev ligandu F - fluoroCl - chloro I - jodoBr - bromo NO - 2 nitroNO - 3 nitrato O 2- oxoO 2- 2 peroxo NH - 2 amidoSO 2- 4 sulfato SO 2- 3 sulfitoOH - hydroxo H - hydridoS 2 O 2- 3 thiosulfato S 2- thioCO 2- 3 karbonato S 2- 2 disulfidoPO 3- 4 fosfato HS - merkaptoHPO 2- 4 hydrogenfosfato 4 I. Základy fyzikální, anorganické a organické chemie CN - kyanoCH 3 COO - acetato Vzorce a názvy koordinačních částic ve vzorcích koordinačních částic se nachází na prvním místě centrální atom za něho píšeme vzorce ligandů v abecedním pořadí počátečních písmen jejich názvů bez ohledu na jejich počet či náboj vzorec celé této částice je umístěn do hranaté závorky, vzorce ligandů, které jsou složeny z více různých atomů (např. OH, CN, HS apod.), se vkládají do kulatých závorek [Fe(CN) 6 ] -3 [Fe(CN) 5 (NO)] 2- v názvech koordinačních částic se název centrálního atomu uvádí až po názvech jednotlivých ligandů, v názvu centrálního atomu se vyjadřuje i hodnota jeho oxidačního čísla: -jestliže má centrální atom kladné oxidační číslo, vyjadřujeme jej příslušným názvoslovným zakončením Na 3 [Co III+ (NO 2 ) 6 ] hexanitrokobaltitan sodný -jestliže má centrální atom záporné oxidační číslo, vyjadřujeme ho bez ohledu na jeho hodnotu zakončením –id Na[Co I- (CO) 4 ] tetrakarbonylkobaltid sodný -jestliže má centrální atom oxidační číslo nula, nemá žádné zakončení a název tohoto atomu se uvádí v 1. nebo 2. pádě [Co 0 2 (CO) 8 ] oktakarbonyldikobalt(u) poměr centrálního atomu a ligandu se vyjadřuje v názvu koordinační částice jednak příslušnou názvoslovnou koncovkou podle oxidačního čísla, jednak násobícími předponami, udávají počet ligandů stejného druhu [Fe(CN) 6 ] 3- anion hexakyanoželezitanový(3-) [Co(CO) 4 ] - anion tetrakarbonylkobaltidový(1-) 5 I. Základy fyzikální, anorganické a organické chemie [Cr(NH 3 ) 4 (H 2 O) 2 ] 3+ kation tetraammin-diaquachromitý(3+) Tvorba názvů komplexních sloučenin Pojmenujte sloučeninu Na 2 [Fe(CN) 5 (NO)]. a) Nejdříve si určíme oxidační čísla: Na I+ 2 [Fe x (CN) I- 5 (NO) 0 ] b) Víme, že se součet všech oxidačních čísel musí rovnat nule: 1 . 2 + x + 5 . (-1) + 0 = 0 c) Z tohoto dokážeme vypočítat x: x = 3 d) Nyní již víme, jaké oxidační číslo bude mít centrální atom, tj. železo. Můžeme napsat název. Aniontem je koordinační částice: Na 2 [Fe(CN) 5 (NO)] pentakyano-nitrosylželezitan sodný Tvorba vzorců komplexních sloučenin Napište vzorec pro sloučeninu karbonyl-pentakyanoželeznatan draselný. a) Víme, že aniontovou složkou je zase koordinační částice. Také víme, že se vzorce ligandů píšou až po značce centrálního atomu. Jejich pořadí je shodné s jejich pořadím v názvu. Doplníme i oxidační čísla: K I+ [Fe II+ (CO) 0 (CN) I- 5 ] b) Po sečtení oxidačních čísel zjistíme, že aniontová složka (koordinační částice) má celkový náboj 3-. Kationtová složka pouze 1+. Jelikož musí být celkové oxidační číslo 0, musíme zvýšit počet atomů draslíku na 3 (nebo stačí použít křížové pravidlo): K I+ 3 [Fe II+ (CO) 0 (CN) I- 5 ] d) Nyní je již celkový náboj 0. Postup je stejný jako u solí kyslíkatých kyselin , využíváme zde křížového pravidla (mezi celou koordinační částicí a dalším pRvkem). K 3 [Fe(CO)(CN) 5 ] karbonyl-pentakyanoželeznatan draselný 6 I. )ákladLJ fLJzikálŶí, aŶorgaŶiĐké a orgaŶiĐké Đheŵie 1 14. CheŵiĐké vlastŶosti hlavŶíĐh ďiogeŶŶíĐh prvků  BiogeŶŶí prvky jsou prvkLJ ŶezďLJtŶé pro život, tzv. životatvorŶé - Mezi hlavŶí ďiogeŶŶí prvkLJ patří uhlík, kyslík, vodík a dusík. - TLJto prvkLJ se slučují a vLJtvářejí ŵŶoho rozŵaŶitýĐh ŵolekul  Uhlík je hlavŶíŵ staveďŶíŵ prvkeŵ živýĐh orgaŶisŵů.  KLJslík je důležitýŵ staveďŶíŵ prvkeŵ živýĐh orgaŶisŵů ;oďsažeŶ v alkoholeĐh, feŶoleĐh, aldehLJdeĐh, ketoŶeĐh a dalšíĐhͿ. )ajišťuje dýĐháŶí.  Vodík patří k důležitýŵ staveďŶíŵ prvkůŵ praktiĐkLJ všeĐh orgaŶiĐkýĐh sloučeŶiŶ. Je přítoŵŶý ve všeĐh tkáŶíĐh živýĐh orgaŶisŵů.  Dusík je součástí ŵŶoha látek oďsažeŶýĐh v orgaŶisŵu. )a všeĐhŶLJ jmenujme aminokyseliny, které oďsahují ŶejŵéŶě jedŶu aŵiŶovou ;-NH 2 ) a karboxylovou (-COOH) skupinu.  VápŶík se výzŶaŵŶou ŵěrou podílí Ŷa stavďě pevŶýĐh součástí těla ;zuby, kosti). Můžeŵe ho také Ŷalézt ve svaleĐh, krvi a dalšíĐh tělesŶýĐh tkáŶíĐh.  Fosfor je, stejŶě jako vápŶík i kdLJž v ŵeŶší ŵíře, oďsažeŶ v zubech a kostech. Tvoří důležitou složku orgaŶiĐkýĐh ŵolekul − D NA, RNA, eŶergetiĐkýĐh přeŶašečů ;ADP, ATP) a také je součástí většiŶLJ tuků. Můžeŵe je rozdělit do dvou skupiŶ:  MakroďiogeŶŶí prvkLJ VázaŶé v ŵolekulách:  Uhlík - základŶí staveďŶí prvek všeĐh živýĐh orgaŶisŵů  KLJslík - zajišťuje dýĐháŶí, staveďŶí prvek  Vodík - staveďŶí prvek  Dusík - růst rostliŶ, součást ďílkoviŶ ;aminokyselin), ŶukleovýĐh kLJseliŶ ZákladŶí zastoupeŶí prvků v lidskéŵ těle Ŷa suĐhou hŵotŶost Prvek ZastoupeŶí Prvek ZastoupeŶí Uhlík 50 % Draslík 1 % KLJslík 20 % Síra 0,8 % Vodík 10 % Sodík 0,4 % Dusík 8,5 % Chlor 0,4 % VápŶík 4 % Hořčík 0,1 % Fosfor 2,5 % Železo 0,01 % Mangan 0,001 % Jod 0,00005 % I. )ákladLJ fLJzikálŶí, aŶorgaŶiĐké a orgaŶiĐké Đheŵie 2  Fosfor - metabolismus, Ŷukleové kLJseliŶLJ  Síra - v ŵaléŵ ŵŶožství pro orgaŶisŵus důležitá VolŶé ionty:  Draslík - odolŶost proti vLJsokýŵ teplotáŵ a suĐhu  Hořčík - fotosLJŶtéza, metabolismus  VápŶík - stavďa pevŶýĐh struktur ;kosti, kruŶýřeͿ, děleŶí ďuŶěk  Sodík - ŵiŵoďuŶěčŶý kation  Chlor - ŵiŵoďuŶěčŶý anion  MikroďiogeŶŶí prvky  Zinek - aktivace eŶzLJŵů  Mangan - metabolismus cholesterolu a Đukrů  Měď - fidžaĐe vzdušŶého dusíku půdŶíŵi bakteriemi  Jod - součást horŵoŶů štítŶé žlázLJ  Fluor - ĐhráŶí sklovinu zuďů  Bor - výživa rostliŶ  Molybden - eŶzLJŵatiĐké proĐesLJ  Železo - součást hemoglobinu, katalLJzátor  Chrom - trávíĐí proĐesLJ, sliŶivka ďřišŶí, regulaĐe Đukru, katalLJzátor I. )ákladLJ fLJzikálŶí, aŶorgaŶiĐké a orgaŶiĐké Đheŵie 1 ϭ5. KLJslík a jeho aŶorgaŶiĐké sloučeŶiŶLJ, reaktivita, vlastŶosti. PerodžidaĐe lipidů  Je jeden z hlavŶíĐh ďiogeŶŶíĐh prvků vLJskLJtujíĐíĐh se v orgaŶisŵu.  Je to Ϯ. ŶejrozšířeŶější plLJŶ v zeŵské atŵosféře ;přiďližŶě Ϯϭ%Ϳ.  Patří do VI.A skupiny.  Je to 2. nejelektroŶegativŶější prvek ;ϯ,ρͿ → velŵi reaktivŶí.  Vlastnosti: o V přírodě se uvolňuje fotosLJŶtézou. o Bezďarvý plLJŶ, veliĐe reaktivŶí. o KLJslík je velŵi reaktivŶí, a proto se příŵo slučuje s většiŶou prvků za vzŶiku odžidů: o 2Hg + O 2 → ϮHgO o 4Fe + 3O 2 → ϮFe 2 O 3 o S + O 2 → SO 2 o OdžidačŶí čiŶidlo. o Tvoří ŵolekulLJ O 2 , ale také tří atoŵové ŵolekulLJ O 3 – ozon. o VeliĐe reaktivŶí – za ŶorŵálŶí T reaguje skoro se všeŵi prvkLJ (pouze s halogeŶLJ reaguje ŶeoĐhotŶěͿ. o SlučovaĐí reakĐe kLJslíku jsou zpravidla silŶě edžoterŵŶí. o Ve sloučeŶiŶáĐh Ŷejčastěji v odžidačŶíŵ stavu -II, v perodžideĐh odžidačŶí číslo - I, ve sloučeŶiŶáĐh s fluoreŵ ŵá kLJslík kladŶé odžidačŶí číslo I.  Výroďa: o DestilaĐí zkapalŶěŶého vzduĐhu.  VLJužití: o DýĐhaĐí přístroje : kosŵoŶauti, potápěči, hasiči, podpora dýĐháŶí v lékařství. o Používá se ke svařováŶí a řezáŶí kovů. o KapalŶý kLJslík se vLJužívá jako raketové palivo. o Také se vLJužívá k výroďě ĐheŵiĐkýĐh sloučeŶiŶ ;Ŷapř. forŵaldehLJd, aĐetaldehLJd, kLJseliŶa dusičŶá - HNO3,..). o KLJslík se skladuje a přepravuje stlačeŶý v oĐelovýĐh lahvíĐh ozŶačeŶýĐh ŵodrýŵ pruheŵ.  AŶorgaŶiĐké sloučeŶiŶLJ: o OXIDY  kLJseliŶotvorŶé odžidLJ - reakce s vodou za vzniku kyseliny (oxid uhličitý - CO 2 , odžid dusičitý - NO 2 , odžid Đhroŵový - CrO 3 ).  zásadotvorŶé odžidLJ - reakce s vodou za vzniku hydroxidu (oxid sodŶý - Na 2 O, odžid vápeŶatý - CaO).  aŵfoterŶí odžidLJ - odžidLJ kovů s Ŷižšíŵi odžidačŶíŵi číslLJ; reagují s kLJseliŶaŵi i se zásadaŵi ;odžid ziŶečŶatý - ZnO).  ŶeutrálŶí odžidLJ - Ŷereagují s kyseliŶaŵi aŶi se zásadaŵi ;oxid uhelŶatý - COͿ, odžid dusŶatý - NO). I. )ákladLJ fLJzikálŶí, aŶorgaŶiĐké a orgaŶiĐké Đheŵie 2  Ŷěkteré odžidLJ reagují s vodou a vzŶikají tak hLJdrodžidLJ a kLJseliŶLJ. o ANORGANICKÉ KYSELINY A JEJICH SOLI  UHLIČITANY  KŘEMIČITANY  SÍRANY  DUSIČNANY  FOSFOREČNANY o HYDROXIDY  HYDROXID SODNÝ  HYDROXID DRASELNÝ  HYDROXID VÁPENATÝ  HAŠENÉ VÁPNO o PEROXIDY  OdžidačŶí číslo I - .  VzŶikají reakĐí kLJslíku s prvkem I. nebo 2. skupiny.  NestaďilŶí sloučeŶiŶLJ → sŶadŶo uvolňují kLJslík a fuŶgují jako odžidačŶí čiŶidla.  Perodžid vodíku H 2 O 2  Používá se k dezinfekci povrĐhovýĐh raŶ.  V organismu: ŶezďLJtŶý pro odžidaĐi jodidu Ŷa eleŵeŶtárŶí jod ;štítŶá žláza – pro sLJŶtézu horŵoŶůͿ!! o VODA  VzŶiká reakĐí kLJslíku a vodíku o O 3  O 2 je dodáŶa E a teŶ se rozštěpí Ŷa atoŵárŶí kLJslík.  AtoŵárŶí kLJslík poté reaguje s O 2 a vzŶiká O 3.  Je velŵi reaktivŶí.  Půsoďí jako silŶé odžidačŶí čiŶidlo.  Štěpí dvojŶé vazďLJ v orgaŶiĐkýĐh sloučeŶiŶáĐh.  Pro orgaŶisŵus todžiĐký.  PohlĐuje UV zářeŶí. o VLJsoĐe reaktivŶí forŵLJ kLJslíku 1. RadikálLJ  ČástiĐe ŵajíĐí Ŷepárový elektroŶ a jsou sĐhopŶLJ saŵostatŶé existence.  VzŶikají přijetíŵ Ŷeďo ztrátou elektroŶu.  VLJsoká reaktivita, ŶestaďilŶí.  V organismu: o Některé radikálLJ poškozují ŶeŶasLJĐeŶé MK a fosfolipidLJ ďuŶěčŶýĐh ŵeŵďráŶ nebo mohou I. )ákladLJ fLJzikálŶí, aŶorgaŶiĐké a orgaŶiĐké Đheŵie 3 inaktivovat enzymy, mohou ovlivňovat rLJĐhlost reakĐí. o Vysoce reaktivŶí forŵa kLJslíku vzŶikají v orgaŶisŵu ďěheŵ eŶzLJŵově katalLJzovaŶýĐh reakĐí Ŷeďo půsoďeŶíŵ zářeŶí, ŶěkdLJ jsou ale přízŶivé a důležité pro orgaŶisŵus. o Jejich ŶadďLJtek ŵůže vLJvolat odžidačŶí stres a oŶeŵoĐŶěŶí. o LátkLJ, které poŵáhají udržet optiŵálŶí koŶĐeŶtraĐi reaktivŶíĐh částiĐ se Ŷazývají antioxidanty. o Antioxidanty – enzymy (katalasa, peroxidasa), redukujíĐí látkLJ ;kLJseliŶa askorďová, glutathioŶ, kLJseliŶa ŵočová, vitaŵíŶ EͿ, léčiva. 2. LátkLJ, které Ŷejsou radikálLJ  Perodžid vodíku, NO. o Molekula kLJslíku se v dýĐhaĐíŵ řetězĐi redukuje a vzŶikají vLJsoĐe reaktivŶí forŵLJ kLJslíku: superodžidový aŶioŶt radikál O 2 .- a hLJdrodžLJlový radikál . OH. o Superodžidový aŶioŶt radikál se ŵůže ŵěŶit Ŷa perodžid vodíku. o Perodžid vodíku ŵůže reagovat s Fe 2 + tzv. FeŶtoŶová reakĐe, kdy se H 2 O 2 ŵůže ŵěŶit Ŷa hLJdrodžLJlový radikál . OH a Ŷa hLJdrodžLJlový aŶioŶt - OH. PEROXIDACE LIPIDŮ o Je odžidačŶí degradaĐe lipidů. o ModifikaĐe MK vliveŵ volŶýĐh radikálů. o Pod pojŵeŵ perodžidaĐe lipidů se většiŶou uvažuje ŶeeŶzLJŵový a ŶekoŶtrolovaŶý proĐes přeŵěŶLJ lipidů. o Lipoperoxidaci ŵůže Ŷastartovat každá látka, která ŵá dostatečŶou afiŶitu k elektroŶůŵ a je sĐhopŶa vLJtrhŶout vodíkový atoŵ z ŵethLJleŶové skupiŶLJ uhlovodíkového řetězĐe ŵastŶé kLJseliŶLJ. o Mezi tLJto látkLJ řadíŵe: volŶé radikálLJ – kLJslíkaté volŶé radikálLJ;=látkLJ s ϭ Ŷeďo víĐe Ŷepárovýŵi elektroŶLJ, které jsou velŵi reaktivŶí a vLJzŶačují se teŶdeŶĐí k řetězovýŵ reakĐíŵͿ. o hLJdrodžLJlový radikál HO• – ŶejreaktivŶější o alkodžLJlový radikál RO• – vLJsoĐe reaktivŶí orgaŶiĐký radikál I. )ákladLJ fLJzikálŶí, aŶorgaŶiĐké a orgaŶiĐké Đheŵie 4 o perodžLJlový radikál ROO• – forŵálŶě vzŶiká vLJtržeŶíŵ atoŵu vodíku z hLJdroperodžidů.  Suďstrátem lipoperoxidace jsou nenasLJĐeŶé vLJšší ŵastŶé kLJseliŶLJ, které jsou součástí fosfolipidů ďiologiĐkýĐh ŵeŵďráŶ a plazŵatiĐkýĐh lipoproteiŶů. o LipoperodžidaĐi ŶejsŶáze podléhají karďodžLJlové kLJseliŶLJ se 2 a víĐe dvojŶýŵi vazbami (kLJseliŶa liŶolová ;ϭ8:ϮͿ, liŶoleŶová ;ϭ8:ϯͿ a araĐhidoŶová ;ϮϬ:κͿ. o PodŵíŶkou Đitlivosti k lipoperoxidaci je přítoŵŶost ŵiŶiŵálŶě Ϯ dvojŶýĐh vazeď odděleŶýĐh ŵethLJleŶovou skupiŶou (-CH 2 -), která se vLJzŶačuje vLJsokou reaktivitou. o NasLJĐeŶé vLJšší karďodžLJlové kLJseliŶLJ se odžidují jeŶ výjiŵečŶě a rovŶěž vLJšší karboxLJlové kLJseliŶLJ s jedŶou dvojŶou vazďou (kLJseliŶa olejováͿ podléhají lipoperodžidaĐi jeŶ za edžtréŵŶíĐh podŵíŶek. PRŮBĚH LIPOPEROXIDACE: 1. Iniciace Při iŶiĐiaĐi je z řetězĐe MK odštěpeŶ půsoďeŶíŵ volŶýĐh radikálů atoŵ vodíku, kdLJ vzŶiká volŶý radikál ŵastŶé kLJseliny a vody. L–H + HO• → HϮO + L• volŶý radikál ŵastŶé kLJseliŶLJ Po vLJtržeŶí vodíku se elektroŶLJ v uhlovodíkovéŵ řetězĐi ŵastŶýĐh kyselin přeskupí tak, že ŵezi Ϯ dvojŶýŵi vazďaŵi zůstaŶe pouze 1 jedŶoduĐhá, zatíŵĐo ve výĐhozí ŵastŶé kLJseliŶě ďLJlLJ 2 vazbLJ odděleŶLJ 2 jedŶoduĐhýŵi. VzŶiká koŶjugovaŶý dieŶ, který velŵi rLJĐhle reaguje v aeroďŶíŵ prostředí s kLJslíkeŵ za vzŶiku radikálu peroxylu. L• + O2 → L–O–O• perodžLJlový radikál 2. Propagace Fáze, při Ŷíž se iŶiĐiuje odžidaĐe dalšího řetězĐe polLJŶeŶasLJĐeŶé ŵastŶé kyseliny. PerodžLJlový radikál se vLJzŶačuje vLJsokou reaktivitou a je sĐhopeŶ z ŵastŶé kLJseliŶLJ sousedŶího lipidu vLJtrhŶout atoŵ vodíku a tíŵ z Ŷí vLJtvořit Ŷový radikál. PůvodŶí perodžLJlový radikál se tíŵto způsoďeŵ přeŵěŶí Ŷa hLJdroperodžid – lipoperoxid (LOOH) s koŶjugovaŶýŵ uspořádáŶíŵ dvojŶé vazďLJ. Sled těĐhto reakĐí se ŵůže ŵŶohoŶásoďŶě opakovat, a proto ŵluvíŵe o řetězové reakĐi. L–O–O• + L–H → L•. + L–O–O–H hydroperoxid (lipoperoxid) I. )ákladLJ fLJzikálŶí, aŶorgaŶiĐké a orgaŶiĐké Đheŵie 5 VzŶikají tak priŵárŶí reakčŶí produktLJ lipoperodžidaĐe. Jsou to sloučeŶiŶLJ, které ŵají stejŶý počet dvojŶýĐh vazeď jako v původŶí MK, ale dvojŶá vazďa je posuŶuta o ϭ atoŵ uhlíku ďuď ke karďodžLJlu Ŷeďo ke koŶĐovéŵu ŵethLJlu. PriŵárŶí produktLJ ŵastŶýĐh kLJseliŶ se ŵohou dále ŵěŶit – Ŷapř. Ŷa aldehLJdLJ, odžokLJseliŶLJ,... TLJto produkty vedou k tvorďě sekuŶdárŶíĐh produktů lipoperodžidaĐe. 3. Terminace Nastane:  Při vLJčerpáŶí suďstrátu.  Při vzájeŵŶé reakĐi dvou radikálů ;pokud je jejiĐh koŶĐeŶtraĐe vLJsoká, tak je pravděpodoďŶé, že Ϯ volŶé radikálLJ spolu reagují za vzŶiku Ŷeradikálového, poŵěrŶě staďilŶího produktu, a tíŵ je řetězová reakĐe ukoŶčeŶa). L• + L• → L–L L• + L–O–O• → L–O–O–L L–O–O• + L–O–O• → L–O– O–L + OϮ • o Terminace nastane půsoďeŶíŵ aŶtiodžidaŶtů - tokoferol. I. )ákladLJ fLJzikálŶí, aŶorgaŶiĐké a orgaŶiĐké Đheŵie 6 I. )ákladLJ fLJzikálŶí, aŶorgaŶiĐké a orgaŶiĐké Đheŵie 7 VýzŶaŵ perodžidaĐe: - Pokud proďíhá ŶekoŶtrolovatelŶě iŶ vivo → destruktivŶí proĐes. - VolŶé radikálLJ reagují velŵi rLJĐhle ŶejeŶ s lipidLJ v ďuŶěčŶýĐh ŵeŵďráŶáĐh, ale i s ďílkoviŶaŵi, zaďudovaŶýŵi eŶzLJŵLJ a NK. - Při půsoďeŶí volŶýĐh radikálů se ŵěŶí struktura a fLJziologiĐká fuŶkĐe ŶapadeŶýĐh sloučeŶiŶ. - PerodžidaĐí lipidů in vitro se zaďývá potraviŶářská Đheŵie. - LipoperodžidaĐi ŵohou podléhat jedlé tukLJ v průďěhu skladováŶí Ŷeďo zpraĐováŶí. - Při ďěžŶýĐh teplotáĐh se vzdušŶýŵ kLJslíkeŵ odžidují jeŶ ŶeŶasLJĐeŶé ŵastŶé kLJseliŶLJ. - Za vLJššíĐh teplot (pečeŶí, sŵažeŶí a pražeŶíͿ doĐhází k autooxidaci ŶasLJĐeŶýĐh ŵastŶýĐh kyselin. - OdžidačŶí reakĐe lipidů jsou doprovázeŶLJ zhoršeŶíŵ seŶzoriĐké jakosti a tyto pochody jsou zŶáŵé jako žlukŶutí tuků. I. )ákladLJ fLJzikálŶí, aŶorgaŶiĐké a orgaŶiĐké Đheŵie 1 ϭ6. TodžiĐkLJ výzŶaŵŶé prvkLJ, ŵeĐhaŶisŵus půsoďeŶí vLJďraŶýĐh todžiĐkýĐh sloučeŶiŶ ;CO, KCN, HCN, HϮS, těžké kovLJͿ  CO ;odžid uhelŶatýͿ - Je to ďezďarvý, Ŷedráždivý plyn ďez zápaĐhu, lehčí Ŷež vzduĐh - Vůči lidskéŵu orgaŶisŵu je vLJsoĐe todžiĐký - VzŶiká jako vedlejší produkt parĐiálŶí odžidaĐe uhlíku ďěheŵ ŶedokoŶalého spalováŶí látek, které ve své ŵolekule oďsahují výše uvedeŶý prvek - VzŶiká tehdLJ, pokud je teplota spalováŶí příliš Ŷízká, čas hořeŶí je příliš krátký, nebo neŶí k dispoziĐi dostatek kLJslíku - PřírodŶí zdroje se ze 4Ϭ % podílí Ŷa jeho Đelkové produkĐi zejŵéŶa vulkaŶiĐkou čiŶŶostí, větší ŵěrou se Ŷa jeho produkĐi podílí aŶtropogeŶŶí čiŶŶost ;6Ϭ%Ϳ - V ďěžŶéŵ prostředí je CO oďsažeŶ v koŶĐeŶtraĐi Ŷižší Ŷež Ϭ,ϬϬϭ% - Otrava odžideŵ uhelŶatýŵ je výzŶaŵŶýŵ zdravotŶíŵ, soĐiálŶíŵ a ekoŶoŵiĐkýŵ proďléŵeŵ ve většiŶě vLJspělýĐh zeŵí světa - K otravě doĐhází iŶhalaĐí vzduĐhu oďsahujíĐího todžiĐkou koŶĐeŶtraĐi CO -OtravLJ odžideŵ uhelŶatýŵ ŵohou ďýt jak ŶáhodŶé, tak seďevražedŶé ;zpravidla zplodiŶaŵi spalovaĐíĐh ŵotorů v garážíĐhͿ. V Evropě ŵezi Ŷejčastější zdroje otravLJ odžideŵ uhelŶatýŵ patří:  při hořeŶí růzŶýĐh spotřeďičů Ŷa zeŵŶí plLJŶ Ŷeďo propaŶ-ďutaŶ ; oďa tLJto užitkové plLJŶLJ jsou priŵárŶě ŶetodžiĐkéͿ ve špatŶě veŶtilovaŶýĐh ŵalýĐh prostoráĐh, kde při ŶedokoŶaléŵ hořeŶí a spalováŶí uhlíku doĐhází k produkĐi CO ;koupelŶLJ s průtokovýŵ ohřívačeŵ vodLJ, kaďiŶLJ řidiče v kaŵióŶeĐh a autoŵoďileĐhͿ.  ve výfukovýĐh plLJŶeĐh ďeŶzíŶovýĐh či dieselovýĐh ŵotorů autoŵoďilů či jiŶýĐh strojů, které oďsahují vLJsoké proĐeŶto CO- v uzavřeŶéŵ či ŶedostatečŶě větraŶéŵ prostoru ŵůže dojít k jeho todžiĐkéŵu půsoďeŶí ;garáže, výroďŶí halLJ, studŶLJ, sportovŶí halLJ, ziŵŶí stadioŶLJ, ale také rušŶé křižovatkLJ velkoŵěst, vodŶí ploĐhLJ při závodeĐh závodŶíĐh čluŶů apod.Ϳ.  jako součást kouřovýĐh zplodiŶ při hořeŶí v ohŶištíĐh a krďeĐh, kde při ŶedokoŶaléŵ odvodu spaliŶ koŵíŶeŵ v ŶedostatečŶě větraŶýĐh ŵístŶosteĐh doĐhází k jeho hroŵaděŶí  vzŶiká při požáreĐh uvŶitř ďudov, přítoŵŶost dalšíĐh todžiŶů z růzŶorodýĐh hoříĐíĐh látek otravu dále ŵodifikuje a koŵplikuje ;fosgeŶ, kLJaŶidLJͿ  vzŶiká v průŵLJslovýĐh provozeĐh, u vLJsokýĐh peĐí při výroďě oĐeli, ŵůže se hroŵadit v ŶedokoŶale odvětraŶýĐh důlŶíĐh provozeĐh I. )ákladLJ fLJzikálŶí, aŶorgaŶiĐké a orgaŶiĐké Đheŵie 2 MeĐhaŶisŵus půsoďeŶí: - VdeĐhŶutý CO přestupuje v pliĐíĐh přes alveolo-kapilárŶí ŵeŵďráŶu do krve pliĐŶí ŵikroĐirkulaĐe a rozpouští se v plazŵě - Velŵi silŶě se však váže Ŷa tzv. heŵoproteiŶLJ a ďlokuje jejiĐh fLJziologiĐkou fuŶkĐi - JedŶá se o heŵogloďiŶ v krvi, ŵLJogloďiŶ ve skeletálŶíŵ i srdečŶíŵ svalu a ĐLJtoĐhroŵLJ dýĐhaĐíĐh řetězĐů v ŵitoĐhoŶdriíĐh, číŵž je ďlokováŶa čiŶŶost ŵitoĐhoŶdriálŶíĐh a dalšíĐh iŶtraĐelulárŶíĐh eŶzLJŵů a doĐhází k iŶhiďiĐi proĐesu odžidativŶí fosforLJlaĐe - Těŵito ŵeĐhaŶisŵLJ se rozvíjí tkáňová hLJpodžie koŵďiŶovaŶého původu – hLJpodžéŵiĐká a histotodžiĐká - U těžkýĐh otrav po zahájeŶí léčďLJ kLJslíkeŵ a oďŶoveŶí jeho dodávkLJ do tkáŶí doĐhází k rozvoji isĐheŵiĐko-reperfuzŶího poraŶěŶí a spuštěŶí ŵŶoha patofLJziologiĐkýĐh kaskád, aktivaĐi Ŷeutrofilů s adhezí k eŶdotelu kapilár, lipidové peroxidaci a eŶdoteliálŶíŵu poškozeŶí - Může dojít k spuštěŶí ŶeuroŶálŶí apoptózLJ, poruše rovŶováhLJ edžĐitačŶíĐh ŶeurotraŶsŵiterů a poškozeŶí ŵLJeliŶového ďaziĐkého proteiŶu v ŶeuroŶeĐh s autoreaktivŶí proliferativŶí iŵuŶitŶí odpovědí  KCN ;kLJaŶid draselŶýͿ = ĐLJaŶkáli - Je draselŶá sůl kyseliŶLJ kLJaŶovodíkové - Je to ďílá krLJstaliĐká hLJgroskopiĐká látka reagujíĐí silŶě alkalicky - ReakĐí se vzdušŶýŵ odžideŵ uhličitýŵ postupŶě přeĐhází Ŷa uhličitaŶ draselŶý ;potašͿ za vzŶiku plLJŶŶého kLJaŶovodíku ;HCNͿ, který páĐhŶe po hořkýĐh ŵaŶdlíĐh a je ŵožŶé ho rozezŶat čiĐheŵ při koŶĐeŶtraĐi od 6 mg/m 3 FLJziologiĐké účiŶkLJ: - KLJaŶid draselŶý je silŶý jed, který intoxikuje tělo požitíŵ, iŶhalaĐí praĐhu či vstřeďáŶíŵ kůží - V žaludku se z Ŷěj půsoďeŶíŵ kLJseliŶLJ Đhlorovodíkové ;HClͿ uvolňuje prudĐe jedovatý kLJaŶovodík - SŵrtelŶá dávka KCN pro člověka je ϮϬϬ mg – 300 mg - OtravLJ zažívaĐíŵ trakteŵ trvají při plŶéŵ žaludku i Ŷěkolik hodiŶ - Při velké dávĐe uvolŶěŶého kLJaŶovodíku ;či při jeho vdeĐhováŶíͿ Ŷastává sŵrt v Ŷěkolika sekuŶdáĐh. - TodžiĐký účiŶek spočívá v ďlokováŶí eŶzLJŵů tkáňového dýĐháŶí. - Nejdůležitější je inhibice ĐLJtoĐhroŵodžidázLJ – CN − se váže Ŷa přítoŵŶé trojŵoĐŶé železo Fe 3+ a tíŵ dojde k ďlokádě ďuŶěčŶého dýĐháŶí - Následkeŵ je dušeŶí, hlavŶě ŶěkterýĐh ŵozkovýĐh center - - I. )ákladLJ fLJzikálŶí, aŶorgaŶiĐké a orgaŶiĐké Đheŵie 3 - Transport kLJslíku v krvi je zaĐhováŶ, protože železo v krevŶíŵ barvivu hemoglobinu je ve dvojmocŶé forŵě ;Fe 2+ )  HCN ;kLJaŶovodíkͿ - je ďezďarvá, velŵi těkavá kapalina s iŶteŶzivŶíŵ paĐheŵ hořkýĐh ŵaŶdlí - Soli kLJaŶovodíku – kyanidy – se ŵohou vliveŵ vzdušŶé vlhkosti a oxidu uhličitého rozkládat za vzŶiku kLJaŶovodíku - Roztok kLJaŶovodíku ve vodě je ozŶačováŶ jako kLJseliŶa kLJaŶovodíková - KLJaŶovodík je velŵi silŶý - TodžiĐký účiŶek spočívá v ďlokováŶí eŶzLJŵů tkáňového dýĐháŶí - Transport kLJslíku v krvi je zaĐhováŶ, ale Ŷastává tkáňová hypoxie  H 2 S ;SulfaŶ, sirovodíkͿ - Je to ďezďarvý plyn - Může se tvořit rozkladeŵ orgaŶiĐkého ŵateriálu a síraŶů při Ŷedostatku kLJslíku - Sulfan je prudce jedovatý, i v ŵeŶšíĐh dávkáĐh ŵůže způsoďit sŵrtelŶé otravy ;včetŶě okaŵžité sŵrti ďez ŵorfologiĐkýĐh zŵěŶͿ - Jeho účiŶkLJ jsou podoďŶé jako u kLJaŶovodíku - Oďě látkLJ iŶhiďují enzym ĐLJtoĐhroŵ C odžidázu a ďráŶí tak tkáŶíŵ vLJužívat kLJslík. To se projevuje předevšíŵ v CNS paralýzou dýĐhaĐího ĐeŶtra - SulfaŶ ŵá dráždivý i dusivý účiŶek -Dráždí dýĐhaĐí ústrojí a oči -V očíĐh způsoďuje keratokonjunktivitidu, podrážděŶí dýĐhaĐího traktu je Ŷejvětší v jeho dolŶí části, ŵůže vést k edéŵu pliĐ - SulfaŶ se rLJĐhle vstřeďává do krve a způsoďuje Ŷejprve zrLJĐhleŶé dýĐháŶí, které je později vLJstřídáŶo zástavou deĐhu - VLJšší koŶĐeŶtraĐe okaŵžitě paralLJzují dýĐhaĐí ĐeŶtruŵ  Těžké kovLJ - Mezi těžké kovLJ patří Đhroŵ, koďalt, Ŷikl, ŵěd, ziŶek, seleŶ, arseŶ, stříďro... - Některé těžké kovLJ ;ŵěď, zinek) mohou ďýt pro lidské tělo ŶezďLJtŶé a prospěšŶé, ve většíŵ ŵŶožství však poškozují zdraví - Jsou sĐhopŶé vázat látkLJ, z ŶiĐhž se skládají těla živýĐh orgaŶisŵů – strukturŶí ďílkoviŶLJ, enzymy či Ŷukleové kLJseliŶLJ – a ovlivňovat jejiĐh fuŶkčŶost - PřízŶakLJ se liší podle druhu těžkého kovu a dávkLJ, která se do těla dostala. OďeĐŶě řečeŶo, dlouhodoďé vLJstaveŶí těžkýŵ kovůŵ ŵůže ŵít karĐiŶogeŶŶí účiŶkLJ či poškozovat nervovou a oďěhovou soustavu I. )ákladLJ fLJzikálŶí, aŶorgaŶiĐké a orgaŶiĐké Đheŵie 1 17. BiologiĐký a ŵetaďoliĐký výzŶaŵ stopovýĐh prvků Stopové prvkLJ jsou ĐheŵiĐké prvkLJ, které v ŵaléŵ ŵŶožství orgaŶisŵus potřeďuje ke správŶéŵu vývoji. Ačkoliv jiĐh potřeďujeŵe deŶŶě jeŶ veliĐe ŵálo ;řádově ŵiligraŵLJ či ŵikrograŵLJͿ, jsou nepostradat elŶé, protože ovlivňují důležité ďioĐheŵiĐké poĐhodLJ v Ŷašeŵ těle. Jsou důležité zejŵéŶa tLJto stopové prvkLJ: železo, fluor, jod, koďalt, ŵěď, hořčík, ŵaŶgaŶ, zinek a selen.  jsou eseŶĐiálŶí – tělo si je Ŷedokáže saŵo vLJtvořit a proto jsŵe závislí Ŷa jejiĐh příjŵu potravou  jejiĐh Ŷedostatek Ŷeďo ŶadďLJtek způsoďuje zdravotŶí proďléŵLJ HlavŶí ďioĐheŵiĐká úlohou stopovýĐh prvků je katalLJtiĐké půsoďeŶí v eŶzLJŵeĐh a ŵodulaĐe eŶzLJŵovýĐh aktivit. Také ŵají velký výzŶaŵ v oĐhraŶě před odžidačŶíŵ streseŵ (potřeďuje MŶ, Cu a Zn). Podíleŵ svého zastoupeŶí v orgaŶisŵeĐh se většiŶa stopovýĐh prvků řadí ;kroŵě hořčíku a ĐhlóruͿ mezi ďiogeŶŶí prvkLJ ;prvkLJ ŶezďLJtŶé pro životͿ. BiogeŶŶí prvkLJ dělíŵe: 1. Makrobiogenní o Uhlík o KLJslík - zajišťuje dýĐháŶí, staveďŶí prvek o Vodík - staveďŶí prvek o Dusík - součást ďílkoviŶ ;aŵiŶokLJseliŶͿ, ŶukleovýĐh kLJseliŶ o Fosfor - ŵetaďolisŵus, Ŷukleové kLJseliŶLJ o Síra - v ŵaléŵ ŵŶožství pro orgaŶisŵus důležitá o Draslík - odolŶost proti vLJsokýŵ teplotáŵ a suĐhu o Hořčík - metabolismus o VápŶík - stavďa pevŶýĐh struktur (kosti) o Sodík o Chlor 2. Mikrobiogenní Zinek - aktivaĐe eŶzLJŵů o Mangan - ŵetaďolisŵus Đholesterolu a Đukrů I. )ákladLJ fLJzikálŶí, aŶorgaŶiĐké a orgaŶiĐké Đheŵie 2 o Měď o Jod - součást horŵoŶů štítŶé žlázLJ o Fluor - ĐhráŶí skloviŶu zuďů o Železo - součást heŵogloďiŶu o Chrom - trávíĐí proĐesLJ,sliŶivka ďřišŶí 1. UHLÍK 2. VODÍK  Voda 3. KYSLÍK 4. DUSÍK  N 2  Plyn – sŶadŶo zkapalŶitelŶý, Ŷízký ďod varu ;vLJužití v ŵediĐíŶě pro vLJpalováŶí ďradaviĐͿ  Amoniak, .. 5. SÍRA  Má ďakteriĐidŶí účiŶkLJ – vLJužití v kožŶíŵ lékařství 6. FOSFOR  VápeŶaté fosfátLJ – součástí kostŶí tkáŶě  Fosfátové aŶioŶty – pufrovaĐí sLJstéŵ krve a ŵoči 7. DRASLÍK  DraselŶý katioŶt – hlavŶí iŶtraĐelulárŶí katioŶt → přeŶos Ŷevového vzruĐh 8. FLUOR  MiŶeralizaĐe kostí ;urLJĐhluje přeŵěŶu hLJdrodžLJapatitu Ŷa fluoroapatitͿ  Vývoj zuďů, oĐhraŶa před zuďŶíŵ kazeŵ I. )ákladLJ fLJzikálŶí, aŶorgaŶiĐké a orgaŶiĐké Đheŵie 3  Zdrojem v potravě jsou ŵořské rLJďLJ, čerŶý čaj 9. CHLOR  Má ďakteriĐidŶí účiŶkLJ a vLJužívá se k deziŶfekĐi pitŶé vodLJ  Má leptavé účiŶkLJ Ŷa spojivkLJ a slizŶiĐe dýĐhaĐíĐh Đest  ŽaludečŶí slizŶiĐe produkuje HCl – proteolýza v žaludku 10. JOD  Podílí se Ŷa tvorďě horŵoŶů štítŶé žlázLJ → Ŷedostatek jodu poruĐha štítŶé žlázLJ  KuĐhLJňská sůl – hlavŶí zdroj jodu pro orgaŶisŵus 11. SODÍK  KatioŶt sodŶý – hlavŶí katioŶt edžtraĐelulárŶí tekutiŶLJ 12. VÁPNÍK  V kosteĐh a zuďeĐh ve forŵě hLJdrodžLJapatitu, fluoridu a uhličitaŶu  V edžtraĐelulárŶí tekutiŶě  NezďLJtŶý pro svalovou koŶtrakĐi a heŵokoagulaĐi 13. ŽELE)O  Jeden z ŶejdůležitějšíĐh prvků v těle  Součást heŵogloďiŶu  Součást heŵu se účastŶí traŶsportu kLJslíku a jako součást ĐLJtoĐhroŵů podŵiňuje přeŶos elektroŶů v dýĐhaĐíŵ řetězĐi  Železo se vstřeďává ve forŵě Fe 2+ → odžidaĐe Ŷa Fe 3+ → v krvi se přeŶáší Fe 3+ vázaŶé Ŷa ďílkoviŶu traŶsferiŶ a ve tkáŶíĐh vázáŶ Ŷa ďílkoviŶu feritiŶ  PředávkováŶí železeŵ: poškozeŶí jater a ŵůže vést až k selháŶí ledviŶ 14. HOŘČÍK  KostŶí tkáň, edžtraĐelulárŶí tekutiŶa, iŶtraĐelulárŶí tekutiŶa – svaly, v plazŵě, část vázaŶá na albumin  Mg 2+ je kofaktor velkého ŵŶožství eŶzLJŵů ;kiŶasLJ – tLJ vLJužívají ATP k fosforLJlaĐíŵͿ I. )ákladLJ fLJzikálŶí, aŶorgaŶiĐké a orgaŶiĐké Đheŵie 4  Podporuje fiďriŶolýzu, součástí ĐhlorofLJlu 15. CHROM  Používá se k výroďě ĐhirurgiĐkýĐh Ŷástrojů Ŷeďo eŶdoprotéz  Cr 3+ o )asahuje do ŵetaďolisŵu lipidů, saĐharidů o Ovlivňuje účiŶek iŶzuliŶu a zvLJšuje průŶik glukosLJ do ďuŶěk  Cr 6+ o TodžiĐký, půsoďí jako karĐiŶogeŶ a ŵutageŶ o Dráždí kůži, vLJvolává alergiĐké reakĐe 16. KOBALT  Součástí vitaŵiŶu B 12 → důležitý pro krvetvorbu 17. MANGAN  Mn 2+ o Aktivuje eŶzLJŵLJ při sLJŶtéze Đholesterolu 18. MĚĎ  Součástí ĐeruloplazŵiŶu  Uplatňují se v ŵetaďolisŵu kateĐholaŵiŶů a v ŵetaďolisŵu pojivovýĐh tkáŶí  Uplatňuje se i v dýĐhaĐíŵ řetězĐi 19. MOLYBDEN  Uplatňuje se při sLJŶtéze kLJseliŶLJ ŵočové 20. SELEN  Vstřeďává se v teŶkéŵ střevě vázaŶý v AMK – selenocystein a selenomethionin  Součástí aŶtiodžidačŶíĐh ŵetaloeŶzLJŵů – štěpí perodžid vodíku a další hLJdroperodžidLJ  Nedostatek seleŶu: zvýšeŶé riziko kaŶĐeŶogeŶeze, poruĐh štítŶé žlázLJ, vzŶiku aterosklerózLJ I. )ákladLJ fLJzikálŶí, aŶorgaŶiĐké a orgaŶiĐké Đheŵie 5 21. ZINEK  Vývoj orgaŶisŵu – tvorďa vaziva, sperŵií, hojeŶí raŶ, děleŶí ďuŶěk, ďuŶěčŶá iŵuŶita  NadŵěrŶé ŵŶožství: poškozuje ďílé krviŶkLJ a dýĐhaĐí ústrojí  Součástí eŶzLJŵů 22. HLINÍK  Je i todžiĐký, poškozuje přeŶos Ŷervového vzruĐhu, iŶhibuje enzymy  Al 3+  TLJpiĐké pro vznik a progresi Alzheimerovy choroby 23. KŘEMÍK  Vliv Ŷa tvorďu kostí 24. NIKL  KožŶí koŶtakt – alergiĐké reakĐe, záŶětLJ  Zasahuje do metabolismu glukozy I. )ákladLJ fLJzikálŶí, aŶoƌgaŶiĐké a oƌgaŶiĐké Đheŵie 1 18. KoordiŶačŶí sloučeŶiŶLJ KoordiŶačŶí sloučeŶiŶa − často zvaŶá komplex nebo koŵpledžŶí ioŶ. Je tvořeŶa ĐeŶtrálŶíŵ atoŵeŵ M, Ŷa kteƌý se váží ligandy L tak, že jejiĐh počet převLJšuje odžidačŶí číslo ĐeŶtƌálŶího ioŶtu. Ligand je anion nebo ŶeutrálŶí ŵolekula. CeŶtrálŶí atoŵ je obvykle PŘECHODNÝ ;dͿ KOV, oxid. stavy Pro zařazeŶí sloučeŶiŶLJ ŵezi koŵpledžŶí je priŵárŶí přítoŵŶost koordiŶačŶě kovaleŶtŶí vazďLJ. Na ĐeŶtƌálŶí částiĐi jsou ligaŶdLJ vázáŶLJ koordiŶačŶě kovaleŶtŶí vazďou. Páƌ iŶfoƌŵaĐí o kooƌdiŶačŶě kovaleŶtŶí vazďě:  Je to vazba donor-akĐeptorová mezi donorem elektronu (ligand) a akceptorem;ĐeŶtƌálŶí částiĐeͿ. DoŶoƌ ŵusí ŵít alespoň ϭ volŶý elektƌoŶový páƌ a akĐeptoƌ alespoň ϭ volŶý oƌďital. Vazďa vzŶiká sdíleŶíŵ elektƌoŶového páƌu doŶoƌu oďěŵa pƌvky. KooƌdiŶačŶí sloučeŶiŶLJ se zapisují do hraŶatýĐh závorek, tzv. WerŶerova závorka:  [M(L)n] o KdLJ M je ĐeŶtƌálŶí atoŵ = akĐeptoƌ el. páƌu ;Ŷejčastěji přeĐhodŶý kovͿ o L je ligaŶd = doŶoƌ el. páƌu ;ioŶtLJ i elektƌoŶeutƌálŶí částiĐe vázaŶé k ĐeŶtƌálŶíŵu atoŵuͿ o n je kooƌdiŶačŶí číslo = počet ligaŶdů ďezpƌostředŶě vázaŶýĐh Ŷa ĐeŶtƌálŶí atom, oďeĐŶě platí, že číŵ je ĐeŶtrálŶí atoŵ;ioŶtͿ větší, tíŵ je větší  2 – liŶeáƌŶí ŵolekula  3 – tƌojúhelŶík I. )ákladLJ fLJzikálŶí, aŶoƌgaŶiĐké a oƌgaŶiĐké Đheŵie 2  4 – tetraedr  5 – tƌigoŶálŶí ďipLJƌaŵida  6 - oktaedr KooƌdiŶačŶí sloučeŶiŶLJ jsou zpƌavidla ďarevŶé. Ligandy Podle svého Ŷáďoje ŵohou ďýt katioŶtLJ, aŶioŶtLJ Ŷeďo ŶeutƌálŶí ŵolekulLJ.  ElektƌoŶeutƌálŶí ligaŶdLJ o H 2 O aqua o NH 3 ammin o NO nitrosyl o CO karbonyl  AŶioŶtové ligaŶdLJ o F - fluoro CO 3 2- karbonato o Cl - chloro PO 4 3- fosfato o Br - bromo NO 2 - nitro o I - jodo NO 3 - nitrato o O 2 - oxo SO 3 2- sulfito o OH - hydroxo SO 4 2- sulfato o H - hydrido HSO 4 - hydrogensulfato o CN - kyano S 2 O 3 2- thiosulfato o SCN - thiokyanato CH 3 COO - acetato CeŶtrálŶí atoŵ Fe, Co, Ni, Ru, Rh, Pb, Pt, Ir, Os, Sc, La, Ti, Cr, Mn, .. I. )ákladLJ fLJzikálŶí, aŶoƌgaŶiĐké a oƌgaŶiĐké Đheŵie 3 PRAVIDLA NÁ)VOSLOVÍ  Pro vLJjádřeŶí počtu atoŵů: o 1 mono o 2 di o 3 tri o 4 tetra o 5 penta o 6 hexa  KooƌdiŶačŶí částiĐe je ve vzoƌĐi vždLJ v hƌaŶaté závoƌĐe, Ŷa pƌvŶíŵ ŵístě je ĐeŶtƌálŶí atoŵ ;ioŶͿ, za Ŷíŵ Ŷásledují ligaŶdLJ. Ŷapř. [AgF 4 ] 3-  Název ĐeŶtƌálŶího atoŵu ;ioŶtuͿ souvisí s jeho odžidačŶíŵ čísleŵ. Ŷapř. Ag + - stříďƌŶý Ŷeďo stříďƌŶaŶ, Ni 0 - nikl, Co -I – kobaltid  Počet ĐeŶtƌálŶíĐh atoŵů ;ioŶtůͿ a ligaŶdů je v Ŷázvu vLJjádřeŶ číslovkovou předpoŶou ;jedŶoduĐhou Ŷeďo ŶásoďŶouͿ. Ŷapř. Na 3 [AgF 4 ] - tetƌafluoƌostříďƌŶaŶ sodŶý  RůzŶé ligaŶdLJ se v Ŷázvu oddělují poŵlčkou, Ŷázev posledŶího ligaŶdu ŶeŶí od Ŷázvu ĐeŶtƌálŶího atoŵu ;ioŶtuͿ odděleŶ. O pořadí ligaŶdů ve vzoƌĐi i Ŷázvu kooƌdiŶačŶíĐh sloučeŶiŶ ƌozhoduje aďeĐedŶí pořadí Ŷázvu ligaŶdů ;Ŷikoliv číslovkovýĐh předpoŶ!Ϳ. LigaŶdLJ začíŶajíĐí Ŷa „Đh“ jsou aďeĐedŶě řazeŶLJ podle „Đ“. Ŷapř. [OsClF 3 (NO 3 ) 2 ]Br 2 - bromid chloro-trifluoro-diŶitƌatoosŵičelý  Ŷáďoj koŵpledžŶí částiĐe:  aͿ kladŶý - koŵpledžŶí katioŶ  [Fe(H 2 O) 6 ](NO 3 ) 3 - dusičŶaŶ hedžaaƋuaželezitý  ďͿ zápoƌŶý - koŵpledžŶí aŶioŶ  K[V(NO 2 ) 6 ] - hedžaŶitƌovaŶadičŶaŶ dƌaselŶý  ĐͿ oďojí - koŵpledžŶí katioŶ i aŶioŶ  [Pd(NH 3 ) 4 ][PtCl 4 ] - tetƌaĐhloƌoplatŶataŶ tetƌaaŵŵiŶpalladŶatý  dͿ Ŷulový - koŵpledžŶí ŶeelektƌolLJt  [RhF(NO) 4 ] - fluoro-tetƌaŶitƌosLJlƌhodŶý koŵpledž I. )ákladLJ fLJzikálŶí, aŶoƌgaŶiĐké a oƌgaŶiĐké Đheŵie 4  odžidačŶí číslo ĐeŶtrálŶího atoŵu:  kladŶé: Na 2 [Mn IV (CN) 6 ] - hedžakLJaŶoŵaŶgaŶičitaŶ sodŶý  nula: [Fe 0 (CO) 5 ] - peŶtakaƌďoŶLJlželezo ;peŶtakaƌďoŶLJl železaͿ  zápoƌŶé: Rď[Co -I (CO) 4 ] - tetrakarbonylkobaltid(1-Ϳ ƌuďidŶý REAKCE → vzŶik koŵpledžŶíĐh sloučeŶi V ƌoztoĐíĐh koŵpledžŶíĐh sloučeŶiŶ se ustavuje ĐheŵiĐká rovŶováha, Ŷapř.: Cu 2 + + 4NH 3 [Cu(NH 3 ) 4 ] 2 + V toŵto případě platí: K k je konstanta stability komplexu ;číŵ je hodŶota K k větší, tíŵ je koŵpledž staďilŶější a ŶaopakͿ. Mezi koŵpledžŶí sloučeŶiŶLJ řadíŵe:  ChelátLJ =Đhelátové koŵpledžLJ. Na jedeŶ ĐeŶtƌálŶí atoŵ je ŶavázáŶo dva či víĐe doŶoƌovýĐh atoŵů téhož ligandu;Ŷapříklad tetƌapLJƌolové koŵpledžLJ s ĐeŶtƌálŶíŵi ioŶtLJ Fe, Co, Mg, kteƌé jsou součástí heŵogloďiŶu, ĐLJtoĐhƌoŵů, vitaŵíŶu BϭϮ Ŷeďo ĐhloƌofLJluͿ. Používají se v lékařství – Ŷapř. při vLJlučováŶí todžiĐkýĐh těžkýĐh kovů z oƌgaŶisŵu při akutŶíĐh či ĐhƌoŶiĐkýĐh otƌaváĐh. ChelačŶí čiŶidlo je Ŷapř. EDTA (etLJleŶdiaŵiŶtetƌaoĐtová kLJseliŶa). Má schopnosti vLJvázat z ƌoztoku vápeŶaté katioŶtLJ a užívá se též jako lék při otƌaváĐh oloveŵ a dalšíŵi kovLJ. EDTA je doďře ƌozpustŶá ve vodě a je sĐhopŶa zaŵěŶit Đhelátově I. )ákladLJ fLJzikálŶí, aŶoƌgaŶiĐké a oƌgaŶiĐké Đheŵie 5 vázaŶý vápŶík těžkýŵ koveŵ ;Pď, Cƌ, MŶ, Sƌ, CdͿ → vzŶiká Ŷový koŵpledž, kteƌý je ƌozpustŶý, v oƌgaŶisŵu se Ŷeŵetaďolizuje a poŵěƌŶě ƌLJĐhle se vLJlučuje ŵočí. EDTA VLJužití EDTA:  Teƌapie otƌav ;vLJvázaŶí těžkýĐh kovůͿ  Analytika – Biuƌetova ƌeakĐe ;CuϮ+ s ioŶtLJ peptidové vazďLJͿ  Pƌotisƌážlivé čiŶidlo ;vLJváže z pƌostředí CaϮ+Ϳ I. )ákladLJ fLJzikálŶí, aŶorgaŶiĐké a orgaŶiĐké Đheŵie 1 19. Struktura orgaŶiĐkýĐh sloučeŶiŶ, izoŵerie, příklady z ŵetaďoliĐkýĐh drah OrgaŶiĐké sloučeŶiŶy - jsou sloučeŶiŶLJ uhlíku -kromě těĐh ŶejjedŶoduššíĐh jako kLJseliŶa uhličitá a její soli, odžid uhličitý- tLJ řadíŵe do aŶorgaŶikLJ - Kroŵě uhlíku oďsahují Ŷejčastěji vodík a pak Ŷapř. O, N, P, S, X. VětšiŶa jsou hořlavé látkLJ ;ŵiŵo halogeŶderivátůͿ a převládají ŶepolárŶí vazďLJ – jsou nerozpustŶé ;ŵiŵo alkoholderivátůͿ - EdžisteŶĐe velkého počtu orgaŶiĐkýĐh sloučeŶiŶ je dáŶa sĐhopŶostí uhlíku tvořit velŵi staďilŶí řetězce - Jednou z příčiŶ staďilitLJ je velká eŶergie vazďLJ ŵezi atoŵLJ uhlíku, jejiĐh ideálŶí elektronegativita je Ϯ,ρ ;hodŶota ležíĐí uprostředͿ a elektroŶová koŶfigurace C ŶeuŵožňujíĐí vzŶik volŶýĐh elektroŶovýĐh párů a orďitalů - )ákladŶí elektroŶová konfigurace určuje dvojvazŶost uhlíku, ale stačí pouze ŵalé ŵŶožství eŶergie Ŷa přeĐhod elektroŶů do volŶého orďitalu – ve sloučeŶiŶáĐh se proto vyskytuje Ŷejčastěji čtLJřvazŶý  VlastŶosti orgaŶiĐkýĐh sloučeŶiŶ - VětšiŶa z ŶiĐh jsou hořlavé látkLJ, výjiŵkou jsou halogeŶderivátLJ, ;vLJužití Ŷapř. izolaĐe doŵůͿ - Převládají ŶepolárŶí vazďy - jsou ŶerozpustŶé (výjiŵkou jsou alkoholderivátLJ - ethanol a methanol) - doďře rozpustŶé ve vodě - tvoří vodíkové ŵůstkLJ 1) vaznost - počet kovaleŶtŶíĐh vazeď vLJĐházejíĐíĐh z daŶého atoŵu C 4, S 2, O 2, N 3, X 1, H 1 2) vazby - Ŷa vzŶiku kovaleŶtŶí vazďLJ se od každého z vázaŶýĐh atoŵu podílí jedeŶ, dva, Ŷeďo tři valeŶčŶí el. v prvéŵ případě hovoříŵe o vazďě jedŶoduĐhé neboli σ - v druhéŵ a třetíŵ případě o vazďě ŶásoďŶé. - v těĐhto vazďáĐh je jedŶa vazďa σ provázeŶa jedŶou, Ŷeďo dvěŵa vazďaŵi π. - vazďa σ - Ŷejvětší hustota vazeďŶého elektroŶového oďlaku je Ŷa spojŶiĐi oďou vázaŶýĐh atoŵů - při vzŶiku této vazďLJ doĐhází k překrLJvu dvou orďitalů Ŷa spojŶiĐi jader - vazďa π - Ŷejvětší hustota vazeďŶého elektroŶového oďlaku je sLJŵetriĐkLJ rozložeŶa ŵiŵo spojŶiĐi obou jader - vzŶiká ďočŶíŵ překrLJveŵ orďitalů p Ŷeďo d. 3) rovnocennost vazeb - vLJĐhází z daŶé molekuly CH 4  HLJďridizaĐe v orgaŶiĐkýĐh sloučeŶiŶáĐh - je ŵateŵatiĐká ŵetoda, která eŶergeticky sjednocuje orbitaly s růzŶou eŶergií - )e součtu  vazeď a volŶýĐh elektroŶovýĐh párů vLJĐházejíĐíĐh z daŶého atoŵu určuje tLJp hLJďridizaĐe a tíŵ tvar molekuly a velikost vazeďŶýĐh úhlů. hybridizace: sp úhel ϭΘϬ° - součet  vazeď a volŶýĐh el. párů = 2 sp 2 úhel ϭϮϬ° - součet  vazeď a volŶýĐh el. párů = ϯ Ŷapř. CH 2 =CH 2 sp 3 úhel ϭϬε°- součet  vazeď a volŶýĐh el. párů = κ Ŷapř. H 2 O, NH 3 I. )ákladLJ fLJzikálŶí, aŶorgaŶiĐké a orgaŶiĐké Đheŵie 2 - SloučeŶiŶLJ s ŶásoďŶou vazďou jsou reaktivŶější, štěpí se Ŷejprve vazďLJ s malou E D . - Vaznost v organice udává počet kovaleŶtŶíĐh vazeď vLJĐházejíĐíĐh z daŶého atoŵu: C 4, H 1, S 2, O 2, N 3, X 1... VZORCE eŵpiriĐký = steĐhioŵetriĐký CH 2 O suŵárŶí = souhrŶŶý, ŵolekulový C 2 H 4 O 2 raĐioŶálŶí = fuŶkčŶí CH 3 COOH strukturŶí = koŶstitučŶí, elektroŶový  Izomerie IzoŵerŶí sloučeŶiŶLJ se shodují v počtu a druhu atoŵů oďsažeŶýĐh v ŵolekule, ale rozĐházejí se v prostorovéŵ uŵístěŶí Ŷeďo i v tLJpu či prostorovéŵ uspořádáŶí vazeď v ŵolekule. Podle tLJpu se liší ĐheŵiĐkýŵi a fLJzikálŶíŵi vlastŶostŵi. KonstitučŶí izoŵery Mají stejŶé souhrŶŶé vzorĐe, liší se pořadíŵ atoŵů a vazeď v molekule. ŘetězĐové izoŵery se liší tLJpeŵ uhlíkatého řetězĐe, jeho uspořádáŶíŵ. Polohové izoŵery se liší polohou suďstitueŶtů či ŶásoďŶé vazďLJ v uhlíkatéŵ řetězĐi. ;Miŵo koŶforŵerů – Ŷejde o izoŵerLJ, i kdLJž ŵají stejŶé vlastŶostiͿ SkupiŶové izoŵery se liší fuŶkčŶí skupiŶou. Mají tedLJ rozdílŶé ĐheŵiĐké vlastŶosti. Tautomery se liší polohou dvojŶé vazďLJ a polohou jedŶoho H atoŵu – enol a keto forma. acetaldehyd – aldoforma ethenol - enolforma KoŶfiguračŶí izoŵery Mají stejŶé souhrŶŶé vzorĐe a stejŶou koŶstituĐi, ale liší se koŶfiguraĐí – prostorovýŵ uspořádáŶíŵ atoŵů v molekule. GeoŵetriĐká izoŵery se liší polohou Ŷa dvojŶé vazďě nebo na cyklu – cis, trans. I. )ákladLJ fLJzikálŶí, aŶorgaŶiĐké a orgaŶiĐké Đheŵie 3 cis-but-2-en trans-but-2-en OptiĐké izoŵery ;eŶaŶtioŵeryͿ jsou sloučeŶiŶLJ, které Ŷeŵají ďod aŶi roviŶu souŵěrŶosti, ŵají stejŶé fLJzikálŶí a ĐheŵiĐké vlastŶosti a liší se pouze tíŵ, kaŵ stáčí roviŶu polarizovaŶého světla – doprava nebo doleva, ŵohou ďýt pravotočivé a levotočivé. Sŵěs oďsahujíĐí stejŶé ŵŶožství oďou eŶaŶtioŵerů se Ŷazývá racemát a ke stáčeŶí světla ŶedoĐhází, protože účiŶkLJ se Ŷavzájeŵ koŵpeŶzjí. EŶaŶtioŵerLJ oďsahují ĐhirálŶí uhlík, který ŵá čLJři růzŶé suďstitueŶtLJ. Pokud je ĐhirálŶíĐh ĐeŶter víĐ, ale jako Đelek je sloučeŶiŶa sLJŵetriĐká, ŵluvíŵe o mezo-formě. Prostorový útvar do roviŶLJ se zapisuje poŵoĐí Fisherova vzorce. Konformace DoĐhází k jiŶéŵu prostorovéŵu uspořádáŶí téže sloučeŶiŶLJ ŶezákrLJtová koŶforŵaĐe zákrLJtová koŶforŵaĐe vaŶičková koŶforŵaĐe židličková koŶf. I. Základy fyzikálŶí, aŶorgaŶické a orgaŶické cheŵie 1 20. Halogen- a ŶitroderivátLJ uhlovodíků, příkladLJ todžikologiĐkLJ a lékařskLJ výzŶaŵŶýĐh sloučeŶiŶ = orgaŶiĐké sloučeŶiŶLJ, které jsou odvozeŶLJ od uhlovodíků ŶahrazeŶíŵ jedŶoho Ŷeďo víĐe atoŵů H ĐharakteristiĐkou skupiŶou ;halogeŶeŵͿ  jsou pouze velŵi oŵezeŶě rozpustŶé v polárŶíĐh rozpouštědleĐh, fuŶgují ale jako ŶepolárŶí rozpouštědla.  mají vLJsokou hustotu, to způsoďuje, že jsou to kuŵulativŶí jedLJ, rozpouští se v tukovýĐh tkáŶíĐh, odkud je téŵěř Ŷelze odstraŶit.  derivátLJ ŵethaŶu jsou plLJŶLJ až po Chloroforŵ, který už je kapalŶý. I jejiĐh ďodLJ varu a táŶí jsou ŵŶoheŵ vLJšší Ŷež u uhlovodíků.  Mají rozdílŶou elektroŶegativitu a tíŵ doĐhází k posuŶu σ elektroŶů, Đož půsoďí záporŶý iŶdukčŶí efekt. DoĐhází tedLJ k vzŶiku parĐiálŶíĐh kladŶýĐh Ŷáďojů Ŷa uhlíkovéŵ řetězĐi a Ŷaopak parĐiálŶíŵ záporŶéŵ Ŷáďoji Ŷa halogeŶu. Největší parĐiálŶí kladŶý Ŷáďoj je Ŷa prvŶíŵ uhlíku, Ŷa který se váže halogeŶ, a jeho velikost Ŷa dalšíĐh uhlíĐíĐh postupŶě klesá. Číŵ delší řetězeĐ, tíŵ lépe se záporŶý iŶdukčŶí efekt rozkládá, tedLJ i zŵeŶšuje.  HalogeŶLJ jsou ŶejvíĐe elektroŶegativŶí prvkLJ v periodiĐké soustavě prvků a proto tvořit velŵi polárŶí vazďLJ. Polarita vazďLJ stoupá sŵěreŵ k floru.  Příprava halogeŶderivátů  pro přípravu halogeŶderivátů se používají ďuď suďstitučŶí, Ŷeďo adičŶí ŵeĐhaŶisŵLJ  tLJpiĐkou a často vLJužívaŶou přípravou je radikálová suďstituĐe uhlovodíků, i zde ŵá radikálová suďstituĐe 3 fáze: iŶiĐiaĐe, propagaĐe a terŵiŶaĐe.  reaktivita vazby pro radikálovou suďstituĐi klesá s ŶarůstajíĐíŵ počteŵ vodíků Ŷa daŶéŵ uhlíku I. Základy fyzikálŶí, aŶorgaŶické a orgaŶické cheŵie 2  radikálovou suďstituĐi lze uskutečŶit i u ŶeŶasLJĐeŶýĐh uhlovodíků. Je však zapotřeďí, aďLJ se tLJto reakĐe uskutečňovali při teplotáĐh Ŷad 500°C, protože při ŶižšíĐh teplotáĐh doĐhází k adiĐi. Tíŵto způsoďeŵ se vLJráďí Ŷapříklad viŶLJlĐhlorid.  Ŷejvětší výzŶaŵ v pradži však ŵají radikálové suďstituĐe postraŶŶíĐh řetězĐů aroŵatiĐkýĐh sloučeŶiŶ  k suďstituĐi doĐhází Ŷa toŵ uhlíku, Ŷa kteréŵ ŵůže ďýt vzŶiklý radikál, tedLJ přeďLJtek elektroŶů rozděleŶ Ŷa ostatŶí okolŶí atoŵLJ  PříkladLJ sloučeŶiŶ  Chloroform = trichlormethan = CHCl 3 - ďezďarvá těkavá, Ŷehořlavá kapaliŶa ĐharakteristiĐkého Ŷasládlého zápaĐhu - jeho párLJ jsou zŶačŶě těžší Ŷež vzduĐh a proto se v uzavřeŶýĐh prostoráĐh hroŵadí u podlahLJ a oďtížŶě se vLJvětrává -chloroform je todžiĐký pro játra a ledviny I. Základy fyzikálŶí, aŶorgaŶické a orgaŶické cheŵie 3 Použití: -používal se při operaĐíĐh jako iŶhalačŶí anestetikum, které dočasŶě Ŷahradilo ŵéŶě příjeŵŶý, avšak zdravotŶě ďezpečŶější diethylether. Po zjištěŶí ŶežádouĐíĐh účiŶků Đhloroforŵu ďLJl teŶto postupŶě opuštěŶ -používá se v ĐheŵiĐkéŵ průŵLJslu hlavŶě při výroďě ĐhladiĐího ŵedia pro ledŶičkLJ a kliŵatizaĐe - používá se také jako rozpouštědlo v ĐheŵiĐké laďoratoři a ve farŵaĐeutiĐkéŵ průŵLJslu a při výroďě pestiĐidů a ŶátěrovýĐh hŵot  Bromoform =tribrommethan = CHBr 3 - ďledě žlutá kapaliŶa Ŷasládlého zápaĐhu. -je ŵírŶě rozpustŶá ve vodě a velmi snadno přeĐhází do plLJŶŶého skupeŶství -jde o jedovatou a přírodě ŶeďezpečŶou látku Použití: -používá se Ŷa výroďu sirupů Ŷa kašel ; BroŵedžiŶͿ  Jodoform = trijodmethan = CHI 3 - orgaŶiĐká žlutá krLJstaliĐká látka, která se hojŶě používá v lékařství - ŵá aŶtiseptiĐké ;deziŶfekčŶí) vlastnosti  Chlorethan = ethylchlorid = CH 3 CH 2 Cl -ďezďarvý hořlavý plyn ;případŶě kapalina - teplota varu 12,3 °CͿ Ŷasládlé vůŶě -používá se jako lokálŶí aŶestetikuŵ a dříve se používal Ŷa ráŶLJ u sportovĐů  EkologiĐky neďezpečné halogenderiváty  Freony -lehĐe zkapalŶitelŶé plLJŶLJ, Ŷejedovaté a ŶetečŶé, ale těkavé -používali se jako hŶaĐí plLJŶLJ do sprejů, ĐhladiĐí kapaliŶLJ do ledŶiček -v ozoŶosféře ale doĐhází k hoŵolýze ŵolekulLJ, při které vzŶikají radikálLJ Đhloru, které Ŷapadají ozoŶ, tíŵ se sŶižuje koŶĐeŶtraĐe ozoŶu v atŵosféře  DDT -je jedŶíŵ z ŶejstaršíĐh a ŶejzŶáŵějšíĐh iŶsektiĐidů -v čisté forŵě je to ďezďarvý Ŷeďo ďílý krLJstaliĐký prášek, velŵi slaďé aromatiĐké vůŶě, velŵi špatŶě rozpustŶý ve vodě, doďře rozpustŶý v ŶěkterýĐh orgaŶiĐkýĐh rozpouštědleĐh, Ŷapříklad v tuĐíĐh - hroŵadí se v živočišŶýĐh tkáŶíĐh → doĐházelo k vLJplavováŶí vápŶíku z orgaŶisŵu →vejĐe ďez skořápek, děti s ŵalforŵovaŶýŵi koŶčetiŶaŵi I. Základy fyzikálŶí, aŶorgaŶické a orgaŶické cheŵie 4  PCB = poloĐhlorovaŶé ďifeŶLJlLJ -používalLJ se jako ŶáplŶě do traŶsforŵátorů a vŶitřŶí Ŷátěr so silážŶíĐh věží - ukládají se v tuĐíĐh → dostalLJ se do ŵateřského ŵléka ŵatkLJ a způsoďovalLJ rakoviŶu Ŷeďo postižeŶí dítěte NitroderivátLJ uhlovodíků  oďsahují ve svýĐh ŵolekuláĐh vazďu C-N. NitrosloučeŶiŶLJ oďsahují ve svýĐh ŵolekuláĐh jedŶovazŶou nitroskupinu -NO 2 , která je vázaŶá Ŷa uhlík  vazďLJ vLJĐházejíĐí z dusíkového atomu ke kLJslíkůŵ jsou rovŶoĐeŶŶé a stejŶě dlouhé. NitroskupiŶa dodává sloučeŶiŶáŵ polárŶí Đharakter  většiŶa sloučeŶiŶ jsou kapaliŶLJ ;Ŷapř. nitromethan, nitroethan a nitrobenzenͿ, Ŷěkteré jsou však pevŶé Ŷapř. trinitrotoluen (TNT)  Nitrobenzen -Ŷažloutlá kapaliŶa - hořkoŵaŶdlová vůŶě -je velŵi jedovatý a vstřeďává se i kůží Použití: -při výroďě aŶiliŶovýĐh barviv -v průŵLJslu tuků a olejů -zpraĐováŶí ŵiŶerálŶíĐh olejů -při výroďě výďušŶiŶ -staďilizátor pro plastiĐké hŵotLJ -důležité rozpouštědlo  Trinitrotoluen = TNT -pevŶá látka -trhavina -je jedovatý, stLJk s kůží ŵůže vLJvolat její podrážděŶí a zďarveŶí do žlutooraŶžova Použití: -výroďa ŵostů, tuŶelů, ďoŵďLJ  Nitroglycerin -je to olejovitá ďezďarvá až Ŷažloutlá kapaliŶa, která se velŵi snadno edžplozivŶě rozkládá za uvolŶěŶí zŶačŶého ŵŶožství eŶergie I. Základy fyzikálŶí, aŶorgaŶické a orgaŶické cheŵie 5 Použití: - je to základŶí složka dynamitu - používá se jako prostředek pro zklidŶěŶí srdečŶíĐh arLJtŵií a sŶižováŶí krevŶího tlaku I. )ákladLJ fLJzikálŶí, aŶorgaŶiĐké a orgaŶiĐké Đheŵie 1 Ϯϭ. SirŶé deriváty uhlovodíků, příklady lékařsky výzŶaŵŶýĐh sloučeŶiŶ = ŵolekula orgaŶiĐké sloučeŶiŶLJ obsahuje alespoň jedeŶ atoŵ sírLJ  ŵezi ŶejďěžŶější sirŶé derivátLJ patří thioly (thioalkoholy a thiofenoly) a sulfoŶové kyseliny  thioalkoholy a thiofenoly jsou odvozeny nahrazeŶíŵ atoŵu kLJslíku ;v hLJdrodžLJlové skupiŶě - OH alkoholu či feŶoluͿ atoŵeŵ sírLJ o oďě skupiŶLJ sloučeŶiŶ oďsahují fuŶkčŶí thiolovou skupinu -SH. FuŶkčŶí skupiŶa sulfoŶovýĐh kLJseliŶLJ je -SO 3 H Vlastnosti:  thiolLJ ŵají vyšší body táŶí a varu, Ŷež jiŵ počteŵ atoŵů odpovídajíĐí uhlovodíkLJ, ale Ŷižší, Ŷež paralelŶí alkoholLJ. Důvodeŵ tohoto jevu je skutečŶost, že thiolLJ Ŷetvoří vodíkovou vazďu  thiolová skupiŶa -SH je kyselejší Ŷež hLJdrodžLJlová -OH, Đož uŵožňuje vzŶiku solí (thiolátů)  sirŶé derivátLJ ŶepříjeŵŶě zapáĐhají, a tak se ŵísí s ŶezapáĐhajíĐíŵ zeŵŶíŵ plLJŶeŵ ;jeho úŶik je poté rozpozŶatelŶý čiĐheŵͿ Sulfonace: Přehled sirŶýĐh derivátů: SHR thioly CH 3 -CH 2 SH ethantiol SH benzenthiol (ne thiofenol) SMR thiolátLJ CH 3 SNa natrium-ŵethaŶthiolát ŵethaŶthiolát sodŶý H 2 SO H 2 + I. )ákladLJ fLJzikálŶí, aŶorgaŶiĐké a orgaŶiĐké Đheŵie 2 21 RSR sulfidy C 2 H 5 - S - CH 3 ethyl(methyl)sulfid 21 RSSR disulfidy S - S - CH 3 fenyl(methyl)disulfid COSHR O- a S-thiové kLJseliŶLJ CH 3 - C O SH S-ethaŶthiová kLJseliŶa S-thiooĐtová kLJseliŶa CH 3 - C S OH O-ethaŶthiová kLJseliŶa O-thiooĐtová kLJseliŶa CSSHR dithiové kLJseliŶLJ S SH C dithioďeŶzoová kLJseliŶa HSOR 3  sulfoŶové kLJseliŶLJ C 2 H 5 - SO 3 H ethaŶsulfoŶová kLJseliŶa OOSOR 2 sulfátLJ esterLJ kLJseliŶLJ sírové CH 3 - O - SO 2 - O -CH 3 diŵethLJlsulfát dimethylester kyseliny sírové  Thioly o sirŶé oďdoďLJ alkoholů a feŶolů, které oďsahují sulfanylovou skupinu - SH o kLJslík v OH ŶahrazeŶ sírou o pokud - SH je hlavŶí skupina  koncovka – thiol o pokud - SH je vedlejší skupina  předpoŶa sulfanyl – ; dříve merkapto –) o ŵethLJlthiol je plLJŶ, ale Ŷižší alifatiĐké thiolLJ jsou kapaliŶLJ, mohou se vyskytovat i v pevŶéŵ skupeŶství, jako ďílé krLJstaliĐké látkLJ o Ŷetvoří vodíkové ŵůstkLJ, proto ŵají Ŷižší teplotLJ táŶí a varu Ŷež odpovídajíĐí alkoholy a fenoly o ve vodě jsou téŵěř ŶerozpustŶé a velŵi silŶě zapáĐhají  Ethanthiol - CH 3 CH 2 SH - je podle GuiŶessovLJ kŶihLJ rekordů ŶejvíĐe zapáĐhajíĐí látkou - dříve odorizaĐe svítiplLJŶu a zeŵŶího plLJŶu, aďLJ ďLJlLJ čiĐhově zjistitelŶé  Methanthiol - CH 3 SH - je odporŶě zapáĐhajíĐí plLJŶ, vzŶiká rozkladeŵ ďílkoviŶ ve střeveĐh o v Ŷeživé přírodě se thiolLJ vLJskLJtují v ropě, uhlí a koŶdeŶzátu zeŵŶího plLJŶu o thiolLJ způsoďují u ŶesprávŶě skladovaŶýĐh víŶ ĐharakteristiĐký zápaĐh, který ŵá za Ŷásledek jejiĐh zŶehodŶoĐeŶí I. )ákladLJ fLJzikálŶí, aŶorgaŶiĐké a orgaŶiĐké Đheŵie 3  Sulfidy (thioethery) o Oďsahují fuŶkčŶí sulfidickou skupinu –S– o lze je odvodit ŶahrazeŶíŵ atoŵu kLJslíku v etherové skupiŶě –O– atomem sírLJ; případŶě odvozeŶíŵ od ŵolekulLJ sulfaŶu ŶahrazeŶíŵ atoŵů vodíku uhlovodíkovýŵi zďLJtkLJ o OďeĐŶý vzoreĐ: R - S – R o ŵají ŵéŶě ŶepříjeŵŶý zápaĐh Ŷež thiolLJ, teplotLJ varu jsou oďdoďŶé jako u thiolů se stejŶou ŵolekulovou hŵotŶostí. o thiolLJ ŵohou ďýt odžidováŶLJ na disulfidy R 1 –S–S–R 2  Yperit ;hořčičiŶý plLJŶͿ -ďojový ĐheŵiĐký zpuĐhýřujíĐí plLJŶ, způsoďuje poraŶěŶí kůže a dýĐhaĐíĐh Đest  Diallylsulfid a diallyldisulfid -oďa jsou oďsažeŶLJ v siliĐi Điďule a česŶeku, ŵají protiŶádorové účiŶkLJ  Sulfonové kyseliny o orgaŶiĐké kLJseliŶy, která ŵají oďeĐŶý vzorec R-S(=O) 2 -OH, kde R je obvykle uhlovodíkový substituent o sulfoŶové kLJseliŶLJ jsou příďuzŶé ke kLJseliŶě sírové, ĐhLJďí jiŵ jedŶa hLJdrodžLJlová skupina o sulfoŶové kLJseliŶLJ jsou tLJpiĐkLJ ŵŶoheŵ silŶější kLJseliŶLJ Ŷež jejich karďodžLJlové ekvivaleŶtLJ a ŵají zvláštŶí sĐhopŶost těsŶě vázat ďílkoviŶLJ a sacharidy o používají se jako oŵLJvatelŶá ďarviva Ŷeďo katalLJzátorLJ růzŶýĐh reakĐí I. )áklady fyzikálŶí, aŶorgaŶiĐké a orgaŶiĐké Đheŵie 1 22. AMINY, VÝ)NAM V BIOCHEMII  Dusíkaté derivátLJ uhlovodíků  Jsou to orgaŶiĐké zásadLJ se silŶýŵ fyziologiĐkýŵ účiŶkeŵ  Atoŵ dusíku příŵo vázáŶ Ŷa atoŵ uhlíku  DěleŶí podle počtu uhlovodíkovýĐh zďLJtků ;RͿ: o PriŵárŶí (R-NH 2 ) –NH 2 je aminoskupina  Např. methylamin o SekuŶdárŶí (R 2 -NH) -NH je iminoskupina  Např. dimethylamin o TerĐiárŶí (R 3 -N)  Např. trimethylamin  Vlastnosti: o JejiĐh vlastŶosti ďude ovlivňovat volŶý elektroŶový pár Ŷa dusíku → udílí aŵiŶůŵ ďaziĐké vlastŶosti a zároveň je sĐhopeŶ vázat další uhlovodíkový zďytek kdy vzŶiká tzv. katioŶt tetraalkLJlaŵoŶŶý o AŵiŶy jsou ĐharakteristiĐké svýŵ ŶepříjeŵŶýŵ zápaĐheŵ o Aminy jsou doďrýŵi ŶukleofilLJ a reagují sŶadŶo s elektrofilŶíŵi čiŶidly o AŵiŶoskupiŶa: uděluje ŵolekule velkou polaritu a ta zvyšuje rozpustŶost ve vodě o ReakĐe aŵiŶů s kyseliŶaŵi: vzŶikají aŵoŶiové soli o ReakĐe sekuŶdárŶíĐh aŵiŶů s kyselinou dusitou →vzŶikají nitrosaminy ;ŵutageŶŶí a kaŶĐerogeŶŶíͿ o PriŵárŶí aŵiŶoskupiŶa je součástí AMK (pouze prolin obsahuje iminoskupinu), kdy dekarďodžLJlaĐí AMK vzŶikají tzv. ďiogeŶŶí aŵiŶLJ – příklad: tLJroziŶ → tLJraŵiŶ (ten je suďstráteŵ pro další aŵiŶLJ – dopamin, noradrenalin, adrenalin) o BiogeŶŶí aŵiŶLJ (histamin – je z AMK histidinu, serotonin – je z AMK tryptofanu) jsou součástí jedu včel, vos a sršŶí a po ďodŶutí způsoďují bolestivou reakci I. )áklady fyzikálŶí, aŶorgaŶiĐké a orgaŶiĐké Đheŵie 2 o FLJzikálŶí vlastŶosti aŵiŶů:  NejŶižší aŵiŶLJ jsou plyny s výrazŶýŵ zápaĐheŵ ;páĐhŶou po shŶiléŵ ryďíŵ ŵaseͿ, jsou rozpustŶé ve vodě, protože je dusík polárŶí.  VLJšší aŵiŶLJ jsou kapaliny.  Názvosloví: o Pokud je aŵiŶoskupiŶa hlavŶí ĐharakteristiĐká skupiŶa → zakoŶčeŶí amin  Pokud je aŵiŶoskupiŶa vedlejší skupiŶa, tak předpoŶa amino- o Např. 2-aminoethanol  Reakce: o NukleofilŶí suďstituĐe aŵiŶů  VzŶikají aŵoŶiové soli  Př. EthylaŵiŶ + HCl → ehtylaŵoŶiuŵĐhlorid + HCl →  ElektrofilŶí suďstituĐe aŵiŶů o Pouze u aroŵatiĐkýĐh aŵiŶů ;Ŷapř. aŶiliŶͿ  Diazotace o Na koŶĐi vzŶikají diazoŶiové soli, které jsou základeŵ pro výroďu azobarviv o AreŶdiazoŶiové soli: vzŶikají reakĐí priŵárŶího aroŵatiĐkého aŵiŶu s dusitanem sodŶýŵ I. )áklady fyzikálŶí, aŶorgaŶiĐké a orgaŶiĐké Đheŵie 3 + NaCl + 2 H 2 O  Azokopulace o NejjedŶodušší reakĐí je vzŶik azoďarviva reakĐí areŶdiazoŶiové soli s fenolem. VzŶiká žluté ďarvivo, ozŶačovaŶé jako aŶiliŶová žluť nebo sudaŶová žluť. o AzosloučeŶiny se ŵají ďohatý sLJstéŵ π elektroŶovýĐh vazeď. Pokud skrz teŶto systéŵ proŶiká ďílé světlo, Ŷěkteré vlŶové délky jsou elektroŶovýŵ systéŵeŵ aďsorďováŶy a Ŷěkteré vlŶové délky Ŷejsou aďsorďováŶy a výsledŶá ďarva je vlastŶě tvořeŶa ŶeaďsorďovaŶýŵi vlŶovýŵi délkaŵi. VzŶikají Đelé škály ďarevŶýĐh sloučeŶiŶ, které se dají využít v aŶalytiĐe ;žlučová ďarvivaͿ Ŷeďo v průŵyslu při výroďě barviv (diazobarviva). o Dalšíŵ příkladeŵ azokopulačŶí reakĐe je vzŶik oraŶžového azoďarviva azokopulačŶí reakĐí s α-naftolem. o Azoďarviva slouží jako aĐidoďaziĐké iŶdikátory indikátor barva v kyselém pH barva v zásaditém pH methyloranž růžová oranžovo-žlutá methylčerveň růžová žlutá I. )áklady fyzikálŶí, aŶorgaŶiĐké a orgaŶiĐké Đheŵie 4 VÝ)NAMNÉ AMINY: 1. ANILIN 2. HISTAMIN  VzŶiká z AMK histidinu  Fyziologicky je velŵi účiŶŶý → půsoďí Ŷa hladké svalstvo, způsoďuje iŶteŶsivŶí koŶtrakĐe dělohy, rozšiřuje Đévy a tíŵ sŶižuje krevŶí tlak. 3. DOPAMIN  PriŵárŶí aŵiŶ, ŶeurotraŶsŵiter  OdvozeŶý od tyrosiŶu 4. SEROTONIN  PriŵárŶí aŵiŶ, ŶeurotraŶsŵiter 5. AMFETAMIN  PriŵárŶí aŵiŶ, syŶtetiĐká povzďuzujíĐí droga 6. ACETYLCHOLIN  KvartérŶí aŵoŶiová sůl  PřeŶáší Ŷervový vzruĐh ŵezi jedŶotlivýŵi ŶeuroŶy I. )áklady fyzikálŶí, aŶorgaŶiĐké a orgaŶiĐké Đheŵie 5 7. ADRENALIN  OdvozeŶý od tyrosiŶu 8. NORADRENALIN  OdvozeŶý od tyrosiŶu I. )ákladLJ fLJzikálŶí, aŶorgaŶiĐké a orgaŶiĐké Đheŵie 1 23. Alkoholy a fenoly, aldehydy, ketoŶy, uplatŶěŶí v ŵetaďolisŵu. Látky používaŶé jako deziŶfekčŶí prostředky, ŵeĐhaŶisŵus jejiĐh účiŶku.  Alkoholy patří ŵezi ŶearoŵatiĐké hLJdrodžLJderivátLJ uhlovodíků  Fenoly oďsahují hLJdrodžLJlovou fuŶkčŶí skupiŶu vázaŶou příŵo Ŷa ďeŶzeŶový kruh - Podle polohy –OH skupiŶLJ v alifatiĐkéŵ řetězĐi rozezŶáváŵe alkoholy priŵárŶí, sekuŶdárŶí a terciárŶí. PriŵárŶí alkoholy -OH skupiŶa je vázáŶa Ŷa priŵárŶí uhlík ;tj. uhlík spojeŶý s pouze jedŶou alkLJlovou skupinou). SekuŶdárŶí alkoholy -OH skupiŶa je vázáŶa Ŷa sekuŶdárŶí uhlík ;tj. uhlík spojeŶý se dvěŵa alkLJlovýŵi skupinami). TerĐiárŶí alkoholy -OH skupiŶa je vázáŶa Ŷa terĐiárŶí uhlík ;tj. uhlík spojeŶý se třeŵi alkLJlovýŵi skupinami). Fenol -OH skupiŶa je vázáŶa příŵo Ŷa ďeŶzeŶové jádro I. )ákladLJ fLJzikálŶí, aŶorgaŶiĐké a orgaŶiĐké Đheŵie 2 α-naftol -OH skupiŶa je vázáŶa příŵo Ŷa ŶaftaleŶové jádro  OdžidaĐe alkoholů v těle  Etanol -je součástí řadLJ alkoholiĐkýĐh Ŷápojů, léčiv, a rovŶěž se v ŵalé ŵíře spoŶtáŶŶě produkuje v zažívaĐíŵ trakt -v těle je ŵetaďolizováŶ převážŶě játrLJ, ŵalé ŵŶožství ŶezŵetaďolizovaŶého alkoholu se vLJlučuje plíĐeŵi, ledviŶaŵi a kůží - HlavŶíŵ sLJstéŵeŵ jaterŶího ŵetaďolisŵu etaŶolu je odžidaĐe v ĐLJtoplasŵě hepatoĐLJtů -V prvŶíŵ kroku se etaŶol odžiduje Ŷa acetaldehyd eŶzLJŵeŵ alkoholdehLJdrogeŶázou -aktivita tohoto eŶzLJŵu je dáŶa geŶetiĐkLJ a ŵůže vLJsvětlovat růzŶou iŶdividuálŶí vŶíŵavost k alkoholu →aĐetaldehLJd je koŶvertováŶ aldehLJddehLJdrogeŶázaŵi Ŷa koŶečŶý aĐetát, který je dále ŵetaďolizováŶ Ŷa acetyl-CoA - Na rozdíl od etaŶolu je metanol je pro lidský orgaŶisŵus vLJsoĐe todžiĐký i v ŵalýĐh dávkáĐh - Po pozřeŶí ϭϬ ŵl ŵůže dojít k ŶevratŶéŵu poškozeŶí optiĐkého Ŷervu a oslepŶutí, dávka koleŵ ϯϬ ŵl je sŵrtelŶá - PříčiŶou vLJsoké todžiĐitLJ ŵethaŶolu je jeho odžidaĐe vLJužívajíĐí stejŶé eŶzLJŵatiĐké sLJstéŵLJ jako etaŶol -ADH přeŵěŶí ŵetaŶol Ŷa todžiĐký formaldehyd a z Ŷěj vzŶikŶe půsoďeŶíŵ ALDH kLJseliŶa ŵraveŶčí, která způsoďuje hLJpodžii Ŷa ďuŶěčŶé úrovŶi a metabolickou aĐidózu - AŶtidoteŵ při otravě ŵetaŶoleŵ je etaŶol, koŵpetitivŶí iŶhiďitor ADH, který zaďráŶí vLJtvořeŶí todžiĐkýĐh ŵetaďolitů a uŵožŶí vLJloučeŶí ŵetaŶolu ledviŶaŵi CheŵiĐké vlastŶosti aldehLJdů a ketoŶů ϭ. AĐidoďaziĐké vlastŶosti volŶé elektroŶové párLJ  zásadLJ ;doŶorLJ elektroŶůͿ kLJselé vodíkLJ Ŷa a uhlíku – vLJužívá se v ďodě ϯ Ϯ. PolárŶí ŶásoďŶá vazďa adiĐe ŶukleofilŶíĐh čiŶidel ϯ. KLJselé vodíkLJ Ŷa uhlíku vedle karďoŶLJlové skupiŶLJ I. )ákladLJ fLJzikálŶí, aŶorgaŶiĐké a orgaŶiĐké Đheŵie 3 κ. RedodžŶí reakĐe LátkLJ používaŶé jako deziŶfekčŶí prostředkLJ - Jako deziŶfekĐe a aŶtiseptika ozŶačujeŵe látkLJ, které usŵrĐují ŵikroorgaŶisŵLJ a používají se k deziŶfekĐi a asepsi - JejiĐh účiŶek je ŵálo selektivŶí, takže todžiĐkLJ půsoďí často ŶejeŶ Ŷa ŵikroorgaŶisŵus, ale i Ŷa ďuňkLJ hostitelského orgaŶisŵu Proto se používají: • v Ŷeživéŵ prostředí – dezinficiencia • pouze lokálŶě, Ŷapř. se aplikují Ŷa povrĐh tkáŶě – antiseptika - ObeĐŶě platí, že deziŶfiĐieŶĐia a aŶtiseptika ŵívají oŵezeŶé spektruŵ účiŶŶosti - JejiĐh účiŶŶost také výrazŶě závisí Ŷa koŶĐeŶtraĐi, doďě edžpoziĐe a dalšíĐh paraŵetreĐh ;teplota, ...Ϳ  Alkoholy - MeĐhaŶisŵus půsoďeŶí alkoholů je založeŶ předevšíŵ Ŷa porušeŶí ďuŶěčŶé ŵeŵďráŶLJ ďakterií a Ŷa deŶaturaĐi ďílkoviŶ - EtaŶol půsoďí ďakteriĐidŶě v koŶĐeŶtraĐi ςϬ–ϳϬ %, v ŶižšíĐh i vLJššíĐh koŶĐeŶtraĐíĐh je ŵéŶě účiŶŶý - Pro deziŶfekĐi povrĐhu pokožkLJ se často používá také ϳϬ% izopropaŶol  Fenol - FeŶol půsoďí jako silŶé deŶaturačŶí čiŶidlo - Dlouho ďLJl používáŶ k deziŶfekĐi povrĐhů, je však silŶě dráždivý a ŶepříjeŵŶě zapáĐhá - DŶes se vLJužívají Ŷěkteré derivátLJ feŶolu, zejŵéŶa ĐhlorovaŶé ;Ŷapř. ĐhlorhedžidiŶͿ, které současŶě půsoďí i jako odžidačŶí čiŶidla  Aldehydy - Aldehydy se rLJĐhle váží Ŷa ďílkoviŶLJ ;aldehLJdová skupiŶa vLJtváří SĐhiffovu ďázi s aŵiŶoskupiŶaŵiͿ a deŶaturují je - ForŵaldehLJd je účiŶŶý deziŶfekčŶí prostředek, za určitýĐh podŵíŶek ŵůže ďýt použit i k ĐheŵiĐké sterilizaĐi - PodoďŶě se jako deziŶfiĐieŶs používá glutaraldehyd  OdžidačŶí čiŶidla - ÚčiŶek řadLJ deziŶfekčŶíĐh a aŶtiseptiĐkýĐh prostředků je založeŶ Ŷa odžidačŶíŵ půsoďeŶí jejiĐh složek - Tíŵ poškozují ďílkoviŶLJ ŵikroorgaŶisŵů, jejiĐh ďiologiĐké ŵeŵďráŶLJ a případŶě i Ŷukleové kLJseliŶLJ - Perodžid vodíku se používá jako ϯ% vodŶý roztok - UvolňováŶí ŵolekulárŶího kLJslíku při koŶtaktu s tkáŶěŵi přispívá i k ŵeĐhaŶiĐké očistě deziŶfikovaŶého ŵísta I. )ákladLJ fLJzikálŶí, aŶorgaŶiĐké a orgaŶiĐké Đheŵie 4 - AŶtiďakteriálŶí a fuŶgiĐidŶí účiŶek ŵá také ŵaŶgaŶistaŶ draselŶý - SilŶé deziŶfekčŶí účiŶkLJ ŵá kLJseliŶa perodžLJoĐtová, která se používá i k vLJššíŵu stupŶi dezinfekce - OdžidačŶí vlastŶosti se pravděpodoďŶě podílí i Ŷa účiŶku jódu, i kdLJž ŵeĐhaŶisŵus jeho půsoďeŶí ŶeŶí dosud spolehlivě vLJsvětleŶ. - Jód se špatŶě rozpouští ve vodě a je v roztoku ŵálo staďilŶí, proto se používá ďuď ve forŵě etaŶolového roztoku ;jodová tiŶkturaͿ, Ŷeďo dŶes častěji ŶavázáŶ Ŷa polyvinylpyrolidon →VzŶiká koŵpledž ;jodopovidoŶͿ, který do roztoku uvolňuje volŶý jód. Jód patří ŵezi ŶejúčiŶŶější aŶtiseptika používaŶá k deziŶfekĐi kůže, slizŶiĐ a raŶ - OdžidačŶí vlastŶosti ŵá i řada látek oďsahujíĐíĐh Đhlor ;Ŷapř. ĐhloraŵiŶ B, ĐhlorŶaŶLJ – zŶáŵé Savo atd) - K deziŶfekĐi vodLJ se používá i saŵotŶý Đhlor, který po rozpuštěŶí dává kLJseliŶu ĐhlorŶou; ta ŵá rovŶěž odžidačŶí účiŶkLJ, sŶadŶo se redukuje Ŷa ĐhloridLJ, popřípadě zpět Ŷa ŵolekulárŶí Đhlor  Těžké kovLJ - V ŶěkterýĐh zeŵíĐh se dosud hojŶě používají sloučeŶiŶLJ oďsahujíĐí koŵpledžŶě vázaŶou rtuť - Rtuť se váže Ŷa sulfhLJdrLJlové skupiŶLJ a deŶaturuje tak ďílkoviŶLJ - HojŶé použití ŵají sloučeŶiŶLJ rtuti pro koŶzervaĐi růzŶýĐh výroďků ;Ŷapř. thiŵerosal jako aditivuŵ v kosŵetiĐe, reageŶĐiíĐh apod.Ϳ - VýzŶaŵŶé deziŶfekčŶí vlastŶosti ŵá také stříďro - Jeho ioŶtLJ deŶaturují ďílkoviŶLJ. Stříďreŵ se často iŵpregŶují plastLJ, včetŶě výroďků používaŶýĐh ve zdravotŶiĐtví, a také Ŷapř. filtrLJ používaŶé pro úpravu roztoků či vzduchu  Kyseliny - DeziŶfekčŶí a aŶtiseptiĐký účiŶek je dáŶ předevšíŵ sĐhopŶostí deŶaturovat ďílkoviŶLJ - Kroŵě kLJseliŶLJ perodžooĐtové zŵíŶěŶé výše se dŶes používá předevšíŵ kLJseliŶa ďoritá - FuŶgiĐidŶí účiŶkLJ ŵá kLJseliŶa saliĐLJlová, používaŶá v kožŶíŵ lékařství - MikroďiĐidŶě půsoďí i ϭ% kLJseliŶa oĐtová a další orgaŶiĐké i aŶorgaŶiĐké kLJseliŶLJ. I. )ákladLJ fLJzikálŶí, aŶorgaŶiĐké a orgaŶiĐké Đheŵie 1 24. KarďodžLJlové kLJseliŶLJ, fuŶkčŶí a suďstitučŶí derivátLJ karďodžLJlovýĐh kLJseliŶ, uplatŶěŶí v biochemii OďeĐŶý vzoreĐ karďodžLJlové kLJseliŶLJ OBECNĚ CO JSOU KARBOXYLOVÉ KYSELINY?  Překvapivě látkLJ  oďsahujíĐí ϭ Ŷeďo víĐe karďodžLJlovýĐh skupiŶ –COOH  Název vzŶikl koŵďiŶaĐí karbonyl + hydroxyl = karboxyl Vlastnosti  JedŶá se o slaďší kLJseliŶLJ (pK A je ŶejvíĐe ϯ,ϳ5Ϳ oproti jiŶýĐh aŶorgaŶiĐkýĐh kLJseliŶ (ale silŶější kLJseliŶLJ Ŷež kLJseliŶa uhličitáͿ  VlastŶosti si rozdělíŵe Ŷa fLJzikálŶí a ĐheŵiĐké 1. FLJzikálŶí KarďodžLJlové kLJseliny s Ŷižšíŵ počteŵ atoŵů uhlíků jsou obvykle kapaliny ŶepříjeŵŶého zápaĐhu. KarďodžLJlové kLJseliny s vLJššíŵ počteŵ atoŵů uhlíků jsou obvykle pevŶé látkLJ. DvojsLJtŶé ;s víĐe skupiŶaŵi –COOHͿ a aroŵatiĐké karďodžLJlové kLJseliŶLJ jsou krLJstaliĐké, pevŶé látkLJ. KarďodžLJlová skupiŶa je polárŶí a vLJtváří proto vodíkové ŵůstkLJ a jednak v polárŶíĐh rozpouštědleĐh odštěpuje protoŶ. TLJ ŵají příŵý vliv Ŷa ďodLJ varu i táŶí. Body varu rostou s délkou řetězĐe. RozpustŶost karďodžLJlovýĐh kLJseliŶLJ ve vodě klesá společŶě s rostouĐíŵ počteŵ atoŵů uhlíku v řetězĐi, Ŷa druhou straŶu roste se zvLJšujíĐíŵ se počteŵ karďodžLJlovýĐh skupiŶ. 2. CheŵiĐké CheŵiĐké vlastŶosti karďodžLJlovýĐh kLJseliŶ jsou určeŶLJ jejiĐh kLJselýŵ Đharaktereŵ, který vLJplývá ze sĐhopŶosti odštěpeŶí protoŶu H+ vázaŶého v karďodžLJlové skupiŶě. Vznik KarďodžLJlové kLJseliŶLJ vzŶikají z uhlovodíků postupŶou odžidaĐí přes alkohol a aldehLJd: R- CH 3 → R-CH 2 -OH → R-CH=O → R-COOH alkan alkohol aldehyd/ keton karboxyl I. )ákladLJ fLJzikálŶí, aŶorgaŶiĐké a orgaŶiĐké Đheŵie 2 Názvosloví 1. Systematické  ŶázvLJ se skládají z podstatŶého jŵéŶa: kLJseliŶa, přídavŶého jŵéŶa, které je vLJtvořeŶo z Ŷázvu uhlovodíku ;5 uhlíků = peŶtaŶováͿ a přípoŶLJ: ová → T)N. KARBOXYLOVÁ SKUPINA SE ZAPOČÍTÁVÁ DO DÉLKY ŘETĚZCE POKUD JE ŘETĚZEC LINEÁRNÍ  KarďodžLJlová skupiŶa se Ŷezapočítává do délkLJ řetězĐe, pokud je řetězeĐ ĐLJkliĐký Ŷeďo aroŵatiĐký, aŶeďo liŶeárŶí řetězeĐ oďsahuje víĐe Ŷež Ϯ karďodžLJlové skupiŶLJ. → TZN. JESTLIŽE SE MEZI ZÁKLADNÍ SKELET NEZAPOČÍTÁVÁ ATOM UHLÍKU KARBOXYLOVÉ SKUPINY, TAK POUŽIJEME KONCOVKU –KARBOXYLOVÁ! 2. TriviálŶí o Častější ;Ŷapř. kLJseliŶa adipová, ŵáselŶá,..Ϳ. VýskLJt KarďodžLJlové kLJseliŶLJ se vLJskLJtují praktiĐkLJ ve všeĐh živýĐh soustaváĐh, ať už jako ioŶtLJ Ŷeďo jako volŶé ŵolekulLJ. Jsou součástí ŵetaďolisŵů ;Kreďsův ĐLJklus – Đitrát ŶeŶí ŶiĐ jiŶého Ŷež karďodžLJlová kLJseliŶa ). Dále jsou hojŶé v rostliŶáĐh, Ŷapř. šťavelaŶ vápeŶatý je oďsažeŶ ve šťovíku... Dále tvoří esterLJ a s alkoholLJ s dlouhýŵ řetězĐeŵ tvoří lipidy. RozděleŶí KarďodžLJlové kLJseliŶLJ ŵůžeŵe rozdělit Ŷa základě Ŷěkolika hledisek:  dle počtu karďodžLJlů: ϭsLJtŶé, ϮsLJtŶé, ϯsLJtŶé... víĐesLJtŶé  dle uhlovodíkovýĐh zďLJtků: alifatiĐké, ĐLJkliĐké, aroŵatiĐké  dle tLJpu vazeď: ŶasLJĐeŶé, ŶeŶasLJĐeŶé Reakce 1. neutralizace  tvorďa solí I. )ákladLJ fLJzikálŶí, aŶorgaŶiĐké a orgaŶiĐké Đheŵie 3 2. esterifikace 3. dekarboxylace  jedŶoduĐhý způsoď zkraĐováŶí řetězĐe ŵolekulLJ o ϭ uhlík  v ŵetaďolisŵu: dekarďodžLJlaĐe kLJseliŶLJ aĐetoĐtové, kdLJ vzŶiká aĐetoŶ a CO 2 , dekarďodžLJlaĐe aspartátu za vzŶiku β-alaninu, dekarboxylace AMK za vzniku aŵiŶů 4. hLJdrolýza esterů kLJselá → produkty: kyselina + alkohol zásaditá → produktLJ: sůl karďodžLJlové kLJseliŶLJ + alkohol 5. redodžŶí reakĐe )ÁSTUPCI: A. MONOKARBOXYLOVÉ 1. KYSELINA MRAVENČÍ  redukčŶí účiŶkLJ  ďakteriĐidŶí účiŶek  v sLJŶtetiĐkýĐh reakĐíĐh se vLJskLJtuje jako aktivŶí forŵiát vázaŶý Ŷa kLJseliŶu tetrahydrolistovou 2. KYSELINA OCTOVÁ  VzŶiká odžidaĐí ethaŶolu  UplatŶěŶí v potraviŶářství ;Θ% oĐetͿ a ĐheŵiĐkéŵ průŵLJslu  NeŶí vázáŶa volŶě, ale poŵoĐí thioesterové vazďLJ Ŷa koeŶzLJŵ A ;aĐetLJlkoeŶzLJŵ AͿ 3. KYSELINA BEN)OOVÁ  AroŵatiĐká kLJseliŶa I. )ákladLJ fLJzikálŶí, aŶorgaŶiĐké a orgaŶiĐké Đheŵie 4  KoŶzervačŶí čiŶidlo ;ďráŶí růstu ŵikroorgaŶisŵůͿ  Pro orgaŶisŵus todžiĐká – detoxikace (v játreĐh – reaguje karďodžLJlová skupiŶa s NH2 skupinou glycinu → vLJtváří se aŵidová vazďa a vzŶiká kLJseliŶa hippurováͿ B. DIKARBOXYLOVÉ 1. KYSELINA ŠŤAVELOVÁ ;odžalováͿ  NejjedŶodušší, poŵěrŶě silŶá kLJseliŶa  Tvoří Ϯ řadLJ solí o OdžalátLJ ;šťavelaŶLJͿ  SodŶé + draselŶé = rozpustŶé ve vodě  VápeŶatý = ŶerozpustŶý  TodžiĐká, Ŷeďoť tvoří s CaϮ+ ŶerozpustŶý šťavelaŶ vápeŶatý → sŶižuje srážeŶí krve a Ŷaopak zvLJšuje ŵožŶost vzŶiku ledviŶovýĐh Ŷeďo ŵočovýĐh kaŵeŶů 2. KYSELINA MALONOVÁ  Pro orgaŶisŵus todžiĐká  DíkLJ podoďŶosti s kLJseliŶou jaŶtarovou ŵůže koŵpetitivŶě iŶhiďovat sukĐiŶátdehLJdrogeŶasu → iŶhiďiĐe Đitrátového ĐLJklu + doĐhází ke hroŵaděŶí sukĐiŶátu ve tkáŶíĐh 3. KYSELINA JANTAROVÁ  VzŶiká v průďehu Đitrátového ĐLJklu → jako sukĐiŶLJlkoeŶzLJŵ A  Uplatňuje se při sLJŶtéze heŵu a je to koŶečŶý produkt při odďouráváŶí ŶěkterýĐh AMK C. TRIKARBOXYLOVÉ 1. KYSELINA CITRONOVÁ  PřítoŵŶá v ovoci  V orgaŶisŵu vzŶiká koŶdeŶzaĐí aĐetLJlkoeŶzLJŵu A s odžalaĐetáteŵ v ŵitoĐhoŶdriíĐh ;Đitrátový ĐLJklusͿ  Doďře rozpustŶý ve vodě  Tvoří ϯ druhLJ solí: o Citrát sodŶý + draselŶý = rozpustŶý ve vodě o Citrát vápeŶatý = ŶerozpustŶý → výroďa Ŷesrážlivé krve a plazŵLJ D. NENASYCENÉ 1. KYSELINA FUMAROVÁ  VzŶiká v Đitrátovéŵ ĐLJklu dehLJdrogeŶaĐí kLJseliŶLJ jaŶtarové 2. KYSELINA OLEJOVÁ  V rostliŶŶýĐh olejíĐh I. )ákladLJ fLJzikálŶí, aŶorgaŶiĐké a orgaŶiĐké Đheŵie 5 SUBSTITUČNÍ DERIVÁTY  COOH skupiŶa je zaĐhováŶa, Ŷa uhlíkový skelet se váže další suďstituent Podle tLJpu ŶavázaŶé ĐharakteristiĐké skupiŶLJ rozdělujeŵe suďstitučŶí derivátLJ karďodžLJlovýĐh kLJseliŶ Ŷa aminokyseliny (-NH2), halogenkyseliny (-X), hydroxykyseliny (-OH) či oxokyseliny (=O). 1. HYDROXYKYSELINY  KLJseliŶa ŵléčŶá  Produkt aŶaeroďŶí glLJkolýzLJ  Ve forŵě laktátu vzŶiká v praĐujíĐíĐh svaleĐh při Ŷaŵáze → způsoďuje svalovou úŶavu  KLJseliŶa ŵléčŶá, která vzŶiká ve svaleĐh se dostává do jater, kde se dehydrogenuje na kyselinu pyrohroznovou  KLJseliŶa jaďlečŶá  VzŶiká hLJdrataĐí kLJseliŶLJ fuŵarové  Sůl ŵalát  KLJseliŶa ĐitroŶová  Klíčová pro Kreďsův ĐLJklus  Kyselina 3-hLJdrodžLJŵáselŶá  VzŶiká hLJdrogeŶaĐí kLJseliŶLJ aĐetooĐtové Ŷeďo v játreĐh při ŶadďLJtku acetylkoenzymu A  Při patologiíĐh vLJlučováŶa ŵočí I. )ákladLJ fLJzikálŶí, aŶorgaŶiĐké a orgaŶiĐké Đheŵie 6  KLJseliŶa saliĐLJlová  AroŵatiĐká hLJdrodžLJkLJseliŶa  KLJseliŶa aĐetLJlsaliĐLJlová  VzŶiká esterifikaĐí feŶolové OH skupiŶLJ kLJseliŶou oĐtovou  Acylpyrin  Antipyretikum  KLJseliŶa glLJĐerová  VzŶiká v glLJkolýze 2. OXOKYSELINY  ALDOkyseliny  KETOkyseliny  KLJseliŶa pLJrohrozŶová – sůl pLJruvát o Součástí ŵetaďolisŵů, Ŷejdůležitější ketokLJseliŶa  KLJseliŶa aĐetoĐtová o VzŶiká při ŵetaďolisŵu ŵastŶýĐh kLJseliŶ, při hladověŶí a při dekoŵpeŶzovaŶéŵ DM I. )ákladLJ fLJzikálŶí, aŶorgaŶiĐké a orgaŶiĐké Đheŵie 7 o SpoŶtáŶŶě dekarďodžLJluje Ŷa aceton  Kyselina odžaloĐtová o VzŶiká v Đitrátovéŵ ĐLJklu – dehLJdrogeŶaĐí kLJseliŶLJ jaďlečŶé o Zapojuje se i do transaminace AMK – vzŶiká z Ŷí kLJseliŶa asparagová 3. AMINOKYSELINY  AŵfoterŶí Đharakter – COOH skupiŶa ŵůže odštěpovat protoŶ ;kLJseláͿ Ŷeďo aŵiŶoskupiŶa ŵůže protoŶ přijŵout ;ďaziĐkáͿ  PolárŶí  Důležité L-izomery AMK s NH 2 skupinou na C 2 uhlíku ;α)  AroŵatiĐké AMK: o Kyselina PABA (para-aŵiŶoďeŶzoováͿ  Součást kLJseliŶLJ listové  EsterLJ této kLJseliŶLJ – anestetika (benzokain – ethylester kyseliny 4 – aŵiŶoďeŶzoovéͿ benzokain 4. POLYHYDROXYKYSELINY  VzŶikají odžidaĐí Đukrů  KLJseliŶa glukuroŶová a glukoŶová FUNKČNÍ DERIVÁTY  je ŶahrazeŶa část COOH skupiŶy : Ŷáhrada vodíkového atoŵu nebo Đelé skupiny –OH 1. SOLI KARBOXYLOVÝCH KYSELIN  OCTAN HLINITÝ – PROTI OTOKŮM 2. HALOGENIDY KARBOXYLOVÝCH KYSELIN ;=ACYLHALOGENIDYͿ  VzŶikají Ŷáhradou OH skupiŶLJ halogeŶeŵ  AĐLJl = zďLJtek KK po odtržeŶí OH skupiŶLJ  Fosgen – dichlorid kLJseliŶLJ uhličité I. )ákladLJ fLJzikálŶí, aŶorgaŶiĐké a orgaŶiĐké Đheŵie 8 C O Cl Cl 3. ANHYDRIDY  VzŶikají reakĐí dvou karďodžLJlovýĐh kLJseliŶ za odštěpeŶí vodLJ R C OC R O O  1,3-ďisfosfoglLJĐerát 4. ESTERY KK  VzŶikají reakĐí karďodžLJlové kLJseliŶLJ s hLJdrodžLJderivátLJ ;alkoholLJͿ  KLJselá hLJdrolýza – vzŶiká KK a alkohol  )ásaditá hLJdrolýza – vzŶiká sůl KK a alkohol  V orgaŶisŵu: hLJdrolýza esterů ;triaĐLJlglLJĐerolů - TGͿ ve slaďě alkaliĐkéŵ prostředí, kdLJ vzŶiká sůl KK a hLJdrodžLJderivát ;při hLJdrolýze TG vzŶiká glLJĐerolͿ  Acetylcholin  KLJseliŶa aĐetLJlsaliĐLJlová (aspirin) 5. AMIDY KK  Meziprodukty organiĐkýĐh sLJŶtéz  -CONH 2 skupina  Slaďě zásadité vlastŶosti  VětšiŶa aŵidů je rozpustŶá ve vodě  PřírodŶí aŵidLJ: peptidLJ a ďílkoviŶLJ  Amidy AMK – asparagin a glutamin asparagin glutamin  KLJseliŶa karďaŵová  Aŵid kLJseliŶLJ uhličité  Derivát karďaŵoLJlfosfát:  Úloha v sLJŶtéze ŵčoviŶLJ a pLJriŵidiŶů I. )ákladLJ fLJzikálŶí, aŶorgaŶiĐké a orgaŶiĐké Đheŵie 9 karďaŵoLJlfosfát  MočoviŶa o Diaŵid kLJseliŶLJ uhličité o Velŵi slaďá ďáze, polárŶí ŵolekula o RozpustŶá ve vodě o KoŶečŶý dusíkatý produkt ŵetabolismu ďílkoviŶ u člověka o VzŶiká v játreĐh o Náhradou kLJslíku vzŶiká guanidin  DerivátLJ guaŶidiŶu – kreatiŶ a dehLJdratovaŶý produkt kreatiŶiŶ o ReakĐí ŵočoviŶLJ s KK → vzŶikají ureidy ;aĐLJlderivátLJ ŵočoviŶLJͿ  Např. kLJseliŶa ďarďiturová ;vzŶiká reakĐí ŵočoviŶLJ a kLJseliŶLJ ŵaloŶovéͿ 6. NITRILY R CN O C OH CH 2 OH C O C N H O H H N H + NH O NH C O C CH 2 C O I. )ákladLJ fLJzikálŶí, aŶorgaŶiĐké a orgaŶiĐké Đheŵie 1 25. Dusíkaté, kyslíkaté a sirŶé heteroĐykly, výzŶaŵ  HeteroĐLJklLJ jsou ĐLJkliĐké sloučeŶiŶLJ, které oďsahuji jiŶé atoŵLJ v ĐLJklu Ŷež uhlík, Ŷejčastěji to ďývají atoŵLJ N, O, S.  jsou hojŶě zastoupeŶLJ v přírodŶíĐh látkáĐh  všeĐhŶLJ heteroĐLJklLJ oďsahují heteroatoŵ s volŶýŵ elektroŶovýŵ páreŵ  elektrofilŶí suďstituĐe  PětičetŶé heteroĐykly s jedŶíŵ heteroatoŵeŵ o získávají z čerŶouhelŶého dehtu, tedLJ při zpraĐováŶí ropLJ  Furan o ďezďarvá ve vodě velŵi ŵálo rozpustŶá kapaliŶa, která páĐhŶe podoďŶě jako chloroform o z furaŶu se rozštěpeŶíŵ ĐLJklu a ŶásledŶou polLJŵeraĐí vLJráďí prLJskLJřiĐe, používá se ve výroďě plastů  Pyrrol o ďezďarvá kapaliŶa, která je ŵálo rozpustŶá ve vodě o pLJrrol se vLJráďí z furaŶu reakĐí s aŵoŶiakeŵ za zvýšeŶé teplotLJ a katalýzLJ Al 2 O 3 o výzŶaŵŶou reakĐí je adiĐe pLJrrolu ;hLJdrogeŶaĐíͿ, při které vzŶiká pLJrrolidiŶ o je staveďŶí jedŶotkou řadLJ přírodŶíĐh ďiologiĐkýĐh výzŶaŵŶýĐh látek, předevšíŵ tzv.tetrapyrrolovýĐh ďarviv ;Ŷapř. chlorofyl, hemoglobin, bilirubin) jejiĐhž základem je porfin - tvořeŶý čtLJřŵi pLJrrolovýŵi kruhLJ spojeŶýŵi ŵethiŶovýŵi ŵůstkLJ o výzŶaŵŶýŵ deriváteŵ je Indol I. )ákladLJ fLJzikálŶí, aŶorgaŶiĐké a orgaŶiĐké Đheŵie 2 o Indol o ŵá květiŶovou vůŶi a je oďsažeŶ ve květeĐh jasŵíŶu a ĐitruseĐh o je základeŵ řadLJ alkaloidů o vLJráďí se z Ŷěj tedžtilŶí ďarvivo indigo, které se používá třeďa Ŷa ďarveŶí džíŶů - Mezi ĐLJkliĐké pLJrrolLJ patří Ŷapříklad porfiríŶy. Jsou tvořeŶLJ porfiŶovýŵ ĐLJkleŵ s ĐeŶtrálŶíŵ atoŵeŵ liďovolŶého kovu uprostřed. Asi ŶejzŶáŵějšíŵ porfiriŶovýŵ barvivem je hem ;součást heŵogloďiŶuͿ Đož je porfiŶ s ĐeŶtrálŶíŵ atoŵeŵ dvojŵoĐŶého železa uprostřed - Dalšíŵi porfiriŶLJ jsou myoglobin ;s ŵědíͿ a koďaltaŵíŶ (vitaŵíŶ BϭϮͿ s ĐeŶtrálŶíŵ atomem Co 3+ .  Thiofen o ďodeŵ varu i zápaĐheŵ připoŵíŶá ďeŶzeŶ o vLJráďí se koŶtaktŶí dehLJdrogeŶaĐí sírou za zvýšeŶé teplotLJ  PLJrrolová ;porfiriŶováͿ ďarviva - PLJrolová ďarviva oďeĐŶě dělíŵe Ŷa ĐykliĐké a liŶeárŶí tetrapyrroly - LiŶeárŶí tetrapyrroly vzŶikají odďouráváŶíŵ heŵu. V játreĐh doĐhází k heŵolLJtiĐkéŵu rozpadu heŵogloďiŶu za uvolňováŶí porfiriŶového jádra, ze kterého vzŶiká biliverdin, teŶ je posléze ďiliverdiŶreduktázou zredukováŶ na bilirubin, který koŶčí svoji životŶí pouť ďuď jako sterkobilin (ve stolici) nebo jako urobilin ;v ŵočiͿ. BiologiĐkLJ se tato ďarviva ozŶačují jako žlučová ďarviva. I. )ákladLJ fLJzikálŶí, aŶorgaŶiĐké a orgaŶiĐké Đheŵie 3  PětičleŶŶé heteroĐykly s dvěŵa heteroatoŵy  Imidazol o krLJstaliĐká ve vodě ŶerozpustŶá látka, u které ďěží S E ;elektrofilŶí suďstituĐeͿ, kde se Ŷavazují suďstitueŶtLJ do poloh Ϯ a 4, protože taŵ je ŶejvLJšší elektroŶová hustota o jeho derivát je histamin, Đož je látka, která ovlivňuje vasodilataĐi, tedLJ oďeĐŶě čiŶŶost hladkého svalstva ;ŶeovládaŶého vůlíͿ o Iŵidazol je součást aŵiŶokLJseliŶLJ histidiŶu, která se hroŵadí v tkáŶíĐh při alergiĐkýĐh reakĐíĐh. LékLJ proti alergiíŵ se z tohoto důvodu tedLJ jŵeŶují antihistaminika  Pyrazol o jeho derivátLJ fuŶgují jako léčiva o aŶtipLJriŶ fuŶguje jako aŶtipLJretikuŵ ;potlačuje horečkuͿ, feŶLJlďutazoŶ fuŶguje jako aŶtirevŵatikuŵ a zároveň ŵá protizáŶětlivé účiŶkLJ  Thiazol o Používá se Ŷa urLJĐhleŶí vulkaŶizaĐe kaučuku Ŷeďo Ŷa Ŷěkterá léčiva Ŷa ďázi sulfoaŵidů o Thiazol je součástí ŵolekulLJ thiaminu  ŠestičleŶŶé heteroĐykly s jedŶíŵ heteroatoŵeŵ o PLJraŶLJ se používají jako tzv. pLJraŶová ďarviva, popřípadě jako rozpouštědla. VšeĐhŶLJ tři látkLJ se získávají z čerŶouhelŶého dehtu I. )ákladLJ fLJzikálŶí, aŶorgaŶiĐké a orgaŶiĐké Đheŵie 4  Pyridin o zásaditá, kapalŶá, ve vodě rozpustŶá látka, která se vLJzŶačuje ĐharakteristiĐkýŵ zápaĐheŵ  KyseliŶa ŶikotiŶová o Má uplatŶěŶí ve farŵaĐii o Derivát kLJseliŶLJ ŶikotiŶové se pod Ŷázveŵ niacin neboli nikotinamid, užívá jako lék proti pelagře o Od kLJseliŶLJ ŶikotiŶové je také odvozeŶ koramin, který se používá jako lék regulujíĐí čiŶŶost srdĐe Ŷeďo ŶikotiŶ, který je oďsažeŶý v taďáku  ŠestičleŶŶé heteroĐykly s dvěŵa heteroatoŵy  Pyrimidin o Pyrimidin je slaďší zásadou Ŷež pLJridiŶ o Ŷa základě pLJriŵidiŶového skeletu jsou vLJstavěŶLJ i vitaŵíŶLJ Bϭ a BϮ, ŵiŵo jiŶé také sulfoaŵiŶová léčiva a ŵŶoho dalšíĐh látek o Proďíhá Ŷa Ŷěŵ jak ŶukleofilŶí, tak elektrofilŶí suďstituĐe. Při té ŶukleofilŶí se nukleofil Ŷavazuje do polohLJ Ϯ, 4 a 6, zatíŵĐo při elektrofilŶí se suďstitueŶt navazuje pouze do polohy 5 o jeho derivátLJ se vLJskLJtují v ŵolekuláĐh ŶukleovýĐh kyselin v podoďě: uraĐilu (RNA), thyminu (DNA) i cytosinu (RNA, DNA)  KyseliŶa ďarďiturová o používá se jako sedativa, ale je ŶávLJková ;ďarďiturátLJͿ o FeŶol ďarďiturát ďLJl používáŶ při epilepsii  Purin o Odvozují se od Ŷěj totiž puriŶoví ďáze o VšeĐhŶLJ heteroĐLJklLJ s puriŶovýŵ jádreŵ se ŵohou ozŶačit jako koŶjugovaŶé I. )ákladLJ fLJzikálŶí, aŶorgaŶiĐké a orgaŶiĐké Đheŵie 5  KyseliŶa ŵočová o je to ŵetaďoliĐká zplodiŶa o u savĐů je v poŵěrŶě ŵaléŵ zastoupeŶí, ale u ptáků a plazů je to hlavŶí dusíkatá zplodiŶa ŵetaďolisŵu, ŶaĐhází se tedLJ v ŵoči jako ďílá kašička o v lidské ŵoči je oŵezeŶě rozpustitelŶá, při jejíŵ ŶadďLJtku vzŶikají ŵočové kaŵeŶLJ reakĐí s vápeŶatýŵi katioŶtLJ ;ŵohou ukládat i do klouďŶíĐh pouzder a půsoďit tak revŵaͿ  Kofein o Je to alkaloid, který se ŶaĐhází v kávě a čaji a stiŵuluje CNS a srdečŶí aktivitu I. )ákladLJ fLJzikálŶí, aŶorgaŶiĐké a orgaŶiĐké Đheŵie 1 26. STRUKTURNÍ CHARAKTERISTIKA AMINOKYSELIN, DĚLENÍ, REAKCE, VÝZNAM, PEPTIDY, PEPTIDOVÁ VAZBA, PŘÍKLADY BIOLOGICKY VÝZNAMNÝCH PEPTIDŮ StrukturŶí Đharakteristika aŵiŶokLJseliŶ  AMK jsou substitučŶí derivátLJ karďodžLJlovýĐh kLJseliŶ  Uhlovodíkový řetězeĐ ŵůže ďýt aĐLJkliĐký, aroŵatiĐký, heteroĐLJkliĐký  Oďsahují bazickou aminoskupinu – NH2 a kyselou karboxylovou skupinu – COOH, proto ŵají aŵfoterŶí (amfolyty)  pro orgaŶisŵus ŶejvýzŶaŵŶější α – aminokyseliny, které ŵají aŵiŶoskupiŶu vázaŶou Ŷa α – uhlík řetězĐe  !!pouze ĐLJkliĐká AMK prolin a po hydroxylaci i hydroxyprolin jsou iminokyseliny  AMK se vLJskLJtují volŶé Ŷeďo vázaŶé, v polLJpeptidovýĐh řetězĐíĐh peptidů a ďílkoviŶ, v ďílkoviŶáĐh jsou seřazeŶLJ dle geŶetiĐkého kódu a ozŶačují se jako kódovaŶé AMK  struktura všeĐh kódovaŶýĐh AMK (mimo glyĐiŶͿ odpovídá L-konfiguraci, D- konfigurace velmi zřídka ;Ŷapř. D-fenylalanin) I. )ákladLJ fLJzikálŶí, aŶorgaŶiĐké a orgaŶiĐké Đheŵie 2 ----  růzŶou hodŶotou pH se dá ovlivŶit disoĐiaĐe ďaziĐkýĐh a kLJselýĐh skupiŶ v AK, pH roztoku, v Ŷěŵž je v ŵolekule rovŶováha disoĐiovaŶýĐh skupiŶ ďaziĐkýĐh i kLJselýĐh, se Ŷazývá izoelektriĐký ďod pI – AMK ŶeŶese žádŶý Ŷáďoj a je ŶejŵéŶě rozpustŶá, každá AMK ŵá svůj speĐifiĐký pI, pI kLJselýĐh AK je ŵeŶší Ŷež 7, a pI ďaziĐkýĐh je větší Ŷež 7  v lidskéŵ těle převládají AMK s disociovanou karboxylovou skupinou - COO ̄ a aminoskupinou - NH 3 ⁺ ;aŵfioŶͿ, díkLJ slaďě ďaziĐkéŵu pH krevŶí plazŵLJ a iŶtraĐelulárŶí tekutiŶLJ = při toŵto pH se uplatňuje větší kLJselost karďodžLJlové skupiŶLJ oproti velŵi slaďé NH 3 skupiŶě, která potoŵ za těĐhto podŵíŶek Ŷeodštěpuje  schopnosti AMK Ŷést Ŷáďoj v roztoku pufru o určitéŵ pH se vLJužívá při elektroforetiĐkéŵ děleŶí AK, při pH Ŷižšíŵ Ŷež je izoelektriĐký ďod příslušŶé AK je potlačeŶa disoĐiaĐe kLJselé skupiŶLJ karďodžLJlu, AK se Đhová jako katioŶt a ve stejŶosŵěrŶéŵ elektriĐkéŵ poli se pohLJďuje sŵěreŵ ke katodě, v zásaditějšíŵ roztoku ;Ŷad pI příslušŶé AKͿ převládá disoĐiaĐe karďodžLJlu a AK je jako aŶioŶt a pohLJďuje se k aŶodě  rozpustnost AK ve vodě je dáŶa jejiĐh strukturou – koŶkrétŶě přítoŵŶost určité fuŶkčŶí skupiŶy I. )ákladLJ fLJzikálŶí, aŶorgaŶiĐké a orgaŶiĐké Đheŵie 3  většiŶou polárŶí – AK pak sŶáze hLJdratují a lépe se rozpouštějí ve vodě a polar. rozpouštědleĐh  protože AK jsou aŵfolLJtLJ, tvoří soli s kLJseliŶaŵi a zásadaŵi, oďa druhLJ solí zvLJšují rozpustŶost RozděleŶí aŵiŶokLJseliŶ  dle polarity:  polárŶí - látkLJ, v jejiĐhž ŵolekuláĐh je nerovnoměrŶě rozděleŶ elektriĐký Ŷáďoj, lze tedLJ v molekule rozlišit kladŶou a záporŶou oďlast (pól), z praktiĐkého hlediska jsou tedLJ polárŶí látkLJ doďře rozpustŶé ve vodě ;hLJdrofilŶí), polárŶí např. karďodžLJlové kLJseliŶLJ  ŶepolárŶí - tj. také ŶerozpustŶé ve vodě, Ŷapř. uhlovodíkLJ  rozděleŶí podle eseŶĐialitLJ:  eseŶĐiálŶí – ŵusí orgaŶisŵus přijíŵat v potravě, protože si je Ŷeuŵí vLJtvořit ;Ŷedovede sLJŶtetizovat ďeŶzeŶové jádroͿ  ŶeeseŶĐiálŶí - orgaŶisŵus je uŵí sLJŶtetizovat  seŵieseŶĐiálŶí – histidiŶ a argiŶiŶ, platí pro děti, u ŶiĐh je ŶutŶé přijíŵat i v potravě Ŷeďoť tvorďa je ŶedostatečŶá  ϮϬ základŶíĐh kodujíĐh AK, v org. i jiŶé ŶekódujíĐí AK, napři pro sLJŶtézu ŵočoviŶLJ jako je orŶithiŶ a ĐitrulliŶ ŶeutrálŶí kLJselé aroŵatiĐké ŶepolárŶí polárŶí glycin kyselina fenylalanin valin serin alanin asparágov á tyrosin leucin threonin valin kyselina tryptofan isoleucin lysin leucin glutaŵová eseŶĐiálŶí fenylalanin cystein isoleucin zasadité valin tyrosin asparagin serin lysin leucin methionin glutamin fenylalanin arginin isoleucin prolin kyselina cystein histidin methionin někdLJ ŶepolárŶí asparágová methyonin amidy threonin glycin kyselina threonin asparagin fenylalanin alanin glutaŵová asparagin glutamin tryptofan tryptofan arginin glutamin sirŶé lysin histidin tyrosin cystein (arginin) tryptofan methionin (histidin) prolin I. )ákladLJ fLJzikálŶí, aŶorgaŶiĐké a orgaŶiĐké Đheŵie 4 VýzŶaŵ  volŶé AK tvoří v orgaŶisŵu stálou hotovost, připraveŶou pro sLJŶtézu peptidů a ďílkoviŶ Ŷeďo jiŶýĐh dusíkatýĐh látek  AK ŵají své speĐifiĐké fuŶkĐe: glLJĐiŶ pro sLJŶtézu puriŶů Ŷeďo kreatiŶu a heŵu, serin pro sfingosin a fosfolipidy, z tLJrosiŶu se tvoří horŵoŶLJ štítŶé žlázLJ či adreŶaliŶ a dopaŵiŶ, ... I. )ákladLJ fLJzikálŶí, aŶorgaŶiĐké a orgaŶiĐké Đheŵie 5 Reakce  volŶá AK sŶadŶo koŶdeŶzuje s aroŵatiĐkýŵi aldehLJdLJ a tvoří takzvaŶou SĐhiffovu ďázi = ďioĐheŵiĐkLJ výzŶaŵŶá reakĐe  piridodžalfosfát ;suďstituovaŶý aroŵatiĐký aldehLJdͿ je součástí ŵŶoha eŶzLJŵů, při reakĐíĐh pak právě vždLJ vzŶiká ŵeziprodukt SĐhiffova ďáze  při ďiodegradaĐi AK proďíhá v játreĐh a ledviŶáĐh odžidativŶí deaŵiŶaĐe, aŵiŶokLJseliŶa se při Ŷí odžiduje Ŷa iŵoŶokLJseliŶu, ta aduje vodu, uvolňuje aŵoŶik a oxokyselinu  reakce katalLJzováŶa odžidasaŵi aŵiŶokLJseliŶ s flaviŶovýŵi koeŶzLJŵLJ FMN Ŷeďo FAD, které jsou autoodžidaďilŶí ;jejiĐh redukovaŶé forŵLJ reagují s O2 za vzniku H2O2)  deaŵiŶaĐe glutaŵátu za regeŶeraĐe α-odžoglutarátu = reakĐe velŵi důležitá, proďíhá v ŵitoĐhoŶdriíĐh za katalýzLJ glutaŵátdehLJdogeŶásou s koenzymy NAD nebo NADP I. )ákladLJ fLJzikálŶí, aŶorgaŶiĐké a orgaŶiĐké Đheŵie 6  dekarďodžLJlaĐe α-aminokyselin, při Ŷíž vzŶikají ďiogeŶŶí aŵiŶLJ, látkLJ s velkýŵ fLJziologiĐkýŵ účiŶkeŵ a odžid uhličitý  dekraďodžLJlaĐí histidiŶu vzŶiká histaŵiŶ, trLJptofaŶu triptaŵiŶ, z tyrosinu tyramin, ze serinu kolamin, z asparágové kLJseliŶLJ β-alanin, z glutaŵové kLJseliŶLJ kLJseliŶa γ-aŵiŶoŵáselŶá ;GABAͿ  další reakĐí, speĐifiĐkou pro sirŶou AK ĐLJsteiŶ, je dehLJdrogeŶaĐe 2 thiolovýĐh skupin- SH na disulfid-S-S- v ĐLJstiŶu ;ze Ϯ ŵolekul ĐLJsteiŶu vzŶiká ĐLJstiŶ, redodžŶí sLJstéŵ ĐLJsteiŶ – cystin), obdobně i glutathioŶu ;redukovaŶý gluthathioŶ GSH – odžidovaŶý gluthathioŶ GSSGͿ I. )ákladLJ fLJzikálŶí, aŶorgaŶiĐké a orgaŶiĐké Đheŵie 7  v ŵolekuláĐh AK ŵohou proďíhat i růzŶé reakĐe Ŷa uhlíkovéŵ řetězĐi, Ŷapř. hydroxylace fenylalaninu na tyrosin PeptidLJ, peptidová vazba  sĐhopŶost koŶdeŶzaĐe = ze dvou ŵolekul AK vzŶiká z karďodžLJskupiŶLJ jedŶé AK a aŵiŶoskupiŶLJ druhé AK suďsituovaŶý aŵid odštěpujíĐí vodu, vzŶiklá sloučeŶiŶa se Ŷazývá dipeptid a vazba-CO-NH- dipeptidová, volŶý karďodžLJl druhé AK ŵůže zase reagovat s aŵiŶoskupiŶou další AK a vLJtvořit další peptidovou vazďu - takhle proďíhá sLJŶtéza vLJššíĐh peptidů a ďílkoviŶ  peptidová vazďa je PLANÁRNÍ = leží v roviŶě, protože ŵá částečŶě Đharakter dvojŶé vazďLJ  Vznik peptidové vazby: reakce probíhá v roztoku, proto jsou ionizovatelné skupiny ionizovány  vzŶik peptidové vazďLJ je eŶdergoŶŶí reakĐe, ŶutŶá přítoŵŶost ATP X oproti toŵu je hLJdrolýza peptidové vazďLJ poŵoĐí vodLJ a eŶzLJŵů reakĐe edžergoŶŶí  peptidová vazďa ŵá částečŶě dvojitý Đharakter, ŶeŵožŶost rotaĐe koleŵ dvojŶé vazďLJ uŵožňuje edžisteŶĐi Đis- a trans-izoŵerů  podle počtu AK spojeŶýĐh peptidovou vazďou se rozlišují dipeptidLJ, tripeptidLJ, tetrapeptidLJ až polLJpeptidLJ s víĐe Ŷež ϭϬϬ AK už jde o ďílkoviŶLJ ;zďLJtek prvŶí AK ŵá volŶou aŵiŶoskupiŶu a ozŶačuje se jako N-terŵiŶálŶí zďLJtek, zďLJtek posledŶí AK ŵá volŶou karďodžLJlovou skupiŶu a zŶačí se jako C-terŵiŶálŶí zďLJtekͿ PříkladLJ ďiologiĐkLJ výzŶaŵŶýĐh peptidů  dipeptid karnosin přítoŵŶý v kosterŶíŵ svalu I. )ákladLJ fLJzikálŶí, aŶorgaŶiĐké a orgaŶiĐké Đheŵie 8  tripeptid gluthathion, redukovaŶý a odžidovaŶý gluthathioŶ tvoří odžidoredukčŶí sLJtéŵ oĐhraŶLJ orgaŶisŵu proti odžidaĐi, udržuje také redukčŶí prostředí v erytrocytech – tedLJ udržuje železo ve dvojŵoĐŶéŵ stavu  vLJšší peptidLJ často půsoďí jako hormony: odžLJtoĐiŶ ;stahLJ děložŶího svalstvaͿ, vazopresiŶ = ADH ;svalové koŶtrakĐe, regulaĐe diurézLJͿ  jedŶíŵ z prvŶíĐh úspěĐhů při zjišťováŶí strukturLJ polLJpeptidů ďLJl oďjev strukturLJ inzulinu  tvořeŶ z 5ϭ AK, polLJpeptid, složeŶý ze dvou řetězĐů spojeŶýĐh Ϯ disulfidiĐkýŵi ŵůstkLJ, třetí disulfidiĐký ŵůstek je uvŶitř jedŶoho z řetězĐů  prekuzorovou molekulou je proinzulin – tvořeŶ ϯ částŵi: A, B a C řetězeĐ, kdLJ část C se odštěpí jako C-peptid a vzŶiká vlastŶí iŶsuliŶ tvořeŶ jeŶ A a B řetězĐi I. Základy fyzikální, anorganické a organické chemie 27. BÍLKOVINY, STRUKTURA, VLASTNOSTI A FUNKCE BÍLKOVINY bílkoviny jsou biopolymery většinou tvořené L-α-aminokyselinami, někdy však mohou obsahovat i jiné AK jako např. hydroxyprolin a hyroxylysin nebo selenocystein AK v peptidu jsou vzájemně vázány peptidovou vazbou -peptidová vazba spojuje jednoduchou kovalentní vazbou aminoskupinu jedné aminokyseliny a karboxylovou skupinu druhé aminokyselin -hodnota Gibbsonovy energie této reakce je rovna G = 10 kJ/mol. -polykondenzací vzniká libovolně dlouhý řetězec aminokyselin, konec řetězce, který má volnou (nezreagovanou) aminoskupinu, se nazývá N-konec, na opačné straně řetězce nalezneme naopak volnou karboxylovou skupinu, to je C-konec STRUKTURA 1) primární struktura přesný sled AK v řetězci, syntetizovaný podle genetického kódu 2) sekundární struktura schopnost vytvořit uvnitř řetězce vodíkové můstky mezi vodíkem na dusíku peptidové vazby a kyslíkem karbonylu na čtvrtém následujícím aminokyselinovém zbytku tato konformace stabilizuje bílkovinu na nejnižší energii intramolekulární vodíkové vazby vytvářejí struktury zvané: A. α-helix – uhlovodíkové zbytky aminokyselin vystupují na vnější stranu od osy šroubovice - nejstálejší je šroubovice pravotočivá - v řetězci, kde je prolin vzniká ohyb, protože prolin nemůže tvořit vodíkovou vazbu B. β-struktura = struktura skládaného listu – postranní aminokyselinové zbytky vystupují pod nebo nad rovinu skládaného listu u některých globulárních proteinů se můžou struktury α-helixu a β-struktury skládat dohromady a vytvářet tzv. suprasekundární struktury nebo motivy velké množství bílkovin má ve své molekuly oba typy sekundární struktury 3) terciární struktura prostorové uspořádání celé molekuly opět vychází z pořadí AK vytvořeno vzájemným přitahováním a odpuzováním polárních nebo nepolárních částí aminokyselinových zbytků → vede ke zprohýbání celé molekuly - významné disulfidické můstky vzniklé oxidací protilehlých –SH skupin cysteinu, dochází tak k další stabilizaci (uvnitř molekuly se soustřeďují hydrofobní skupiny) 4) kvartérní struktura vzájemná poloha jednotlivých podjednotek bílkoviny tvořena vodíkovými vazbami, elektrostatickými a hydrofobními interakcemi mezi zbytky aminokyselin vyskytujících se na povrchu konformace se může změnit i vlivem velmi malé sloučeniny = allosterický efekt, např. konformace hemoglobinu se změní po navázání O2 - tetramer Hb váže na hem každé podjednotky jednu molekulu O2, celkem tedy 4 - při navázaní první molekuly O2 se přeruší nejvíce vazeb mezi všemi 4 podjednotkami, jejich počet s dalšími navázanými podjednotkami klesá, proto se další O2 navazuje snadněji, když už je na Hb nějaký O2 navázán 1 I. Základy fyzikální, anorganické a organické chemie VLASTNOSTI bílkoviny jsou vysokomolekulární látky (Mr nad 10 000) obsahují mnoho kyselých a bazických funkčních skupin, které mohou v roztoku disociovat = chovají se jako amfolyty - jejich rozpustnost ve vodě závisí na struktuře celé molekuly a na pH roztoku - nejmenší rozpustnost je při pH izoelektrického bodu, kdy bílkovina nemá náboj - rozpustnost se zvyšuje okyselením nebo alkalizací, kdy se tvoří disociovatelné soli schopnost koagulace = bílkoviny tvoří koloidní roztoky, v nichž se částice mohou samovolně shlukovat do větších agregátů - koagulaci brání elektrický náboj částic a hydratační obal, proto nejsnáze koagulují v blízkosti izoelektrického bodu denaturace = změna prostorového uspořádání vlivem fyzikálních či chemických vlivů (teplo, kyseliny) a mění tak zásadně konformaci bílkovin - peptidový řetězec se rozvinuje, zvyšuje se solvatace (obalení částic rozpouštědlem) a tím se i snižuje rozpustnost bílkoviny a ta se vysráží - denaturované bílkoviny mají oproti normálním menší rozpustnost, menší afinitu k vodě, roztoky mají větší viskozitu 2 I. Základy fyzikální, anorganické a organické chemie - srážení, které je nevratné (ireverzibilní) může být vyvolané ionty těžkých kovů – vytvoří s bílkoviny soli nebo komplexní sloučeniny (muže se tedy bílkovin využít jako antidot při otravě těžkými kovy) - srážení bílkovin při kterém nenastává denaturace je vratné (reverzibilní) – k vysrážení dojde zvýšením iontové síly roztoku, např. po přidání některých solí (NaCl), koloidní částice v roztoku ztrácejí hydratační obal a agregují, po přidání vody pak zase získají hydratační obal a biologická aktivita zůstává zachována vlastnost emulgátorů: protože obsahují v molekule hydrofobní i hydrofilní skupiny uplatňují se při emulgaci hydrofobních látek - přirozenou emulzí tuků ve vodě je mléko a mléčná bílkovina je tam přirozeným emulgátorem - na stejném principu je založen transport hydrofobních látek krví (mastné kyseliny steroidní hormony, cholesterol) ROZDĚLENÍ podle nasycení roztoku je možné odlišit: - albuminy – srážejí se při úplném nasycení roztoku síranem amonným - globuliny – srážejí se při polovičním nasycením podle složení : - jednoduché - Složené A. JEDNODUCHÉ BÍLKOVINY 1)Histony bazické bílkoviny v buněčných jádrech vázané s nukleovými kyselinami, navíjí se na ně negativní šroubovice DNA 2) Albuminy globulární proteiny slabě kyselé povahy, rozpustné ve vodě lidský albumin je tvořen jedním polypeptidovým řetězcem a má elipsoidní tvar asi 40 % albuminu je přítomno v plazmě a tvoří hlavní část plazmatických bílkovin, zbylý albumin je v extracelulárním prostoru 3) Globuliny slabě kyselé globulární bílkovin, ve vodě špatně rozpustné podle elektroforetické pohyblivosti rozdělujeme na α- (feritin), β- (transferin, hemopexin, CRP), γ-globuliny (Ig) mají obranou, transportní, enzymatickou funkci 4) Skleroproteiny vláknité (fibrilární) proteiny značně chemicky odolné, nerozpustné ve vodě v pojivových tkání – hlavně kolagen: - všechny typy kolagenu mají strukturu pravotočivé šroubovice - přítomnost malého glycinu na každé třetí pozici, dále hojně zastoupen prolin a lysin a elastin: - jeden řetězec - nerozpustný ani za varu a velmi odolný proti proteasám, propůjčuje elasticitu B. SLOŽENÉ BÍLKOVINY 1) Metaloproteiny kromě bílkovin obsahují kovový iont např. resorbované železo se ukládá do bílkovin jako ferritin 3 I. Základy fyzikální, anorganické a organické chemie transferrin na své molekule železo naopak přenáší měď je kovový kofaktor enzymů tyrosinasy, cytochromoxidasy 2) Fosfoproteiny mají v molekule vázanou kyselinu trihydrogenfosforečnou typickým příkladem je mléčná bílkovina kasein 3) Lipoproteiny vyskytují se v plazmě jako transportní systémy hydrofobních lipidů klasifikují se podle specifické hustot, která zaleží na složení bílkovinné i lipidové složky: - chilomikrony - lipoproteiny o velmi nízké hustotě (VLDL) - lipoproteiny o střední hustotě (IDL) - lipoproteiny o nízké hustotě (LDL) - lipoproteiny o vysoké hustotě (HDL) 4) Nukleoproteiny bílkovinná složka (bazické histony) vázaná elektrostatickými silami se záporně nabitými nukleovými kyselinami 5) Glykoproteiny sacharidová složka (oligosacharid) vázanou O – glykosidovými vazbami s hydroxyskupinou serinu a threoninu nebo N – glykosidovou vazbu s amidovou skupinou asparaginu v jedné bílkovině mohou být N- i O- glykosidové vazby velká část globulinů krevní plazmy jsou právě glykoproteiny některé glykoproteiny (muciny) tvoří velice viskózní roztoky, základní složkou slizů a hlenů výstavba buněčných membrán specifičnost krevních skupin některé enzymy a hormony mají glykoproteinový charkter 1) Chromoproteiny obsahují skupinu, která je zodpovědná za výslednou barvu zrakový pigment, červený rhodopsin, hemoproteiny podrobnější charakteristika plazmatických bílkovin směs jednoduchých i složených bílkovin krevní plazmy význam především pro udržení a stabilizování krevního obejmu ochranu před krevními ztrátami = fibrinogen většina plazmatických bílkovin se tvoří v játrech, liší se strukturou i funkcí důležitá je koncentrace celkové bílkoviny v krevní plazmě ale i koncentrace jednotlivých bílkovin - celková koncentrace 65 – 85 g/l - albumin 35 – 50 g/l - sérové globuliny 25 – 30 g/l - změny koncentrací se objevují, jako reakce na akutní zánět apod. 4 I. Základy fyzikální, anorganické a organické chemie ELFO frakce plazmatických proteinů Albumin více než polovina plazmatických bílkovin, podílí se ze ¾ na onkotickém tlaku plazmy patří ke globulárním bílkovinám s největším elektrickým nábojem polypeptidový řetězec stabilizován 18 disulfidovými můstky jeho pI v kyselé oblasti fce: - transportuje mnoho látek (bilirubin, volné mastné kyseliny, hormony štítné žlázy, ionty jako Ca, Mg, Zn, ..., léky - zásobárná AK - ochrana před volnými radikály Alfa1 – globuliny transferin váže Feᵌ⁺ C-reaktivní protein – reaguje nejrychleji zvýšením své koncentraci na akutní zánět (především bakteriálního původu) patří sem i LDL – přenos cholesterolu Fibrinogen lineární plazmatická bílkovina složená ze tří párů řetězců, osahuje hodně lysinu a tryptofanu funkce Funkce enzymová katalýza transport a ukládání látek transport O2 a CO2 v hemoglobinu, transport mastných kyselin ve vazbě na albumin, lipidů v lipoproteinech, železa v transferrinu, ukládání železa ve ferritinu imunita umožňují glykoproteiny rozpoznávají antigen a vyvolávají tvorbu protilátek pohyb fibrilární bílkovina myosin a globulární bílkovina aktin 5 I. Základy fyzikální, anorganické a organické chemie podpůrná funkce pojivová tkáň, kterou tvoří strukturní bílkoviny (kolagen a elastin), specializované bílkoviny (fibrilin, fibronektin, laminin) a proteoglykany transformace energie chemickou na mechanickou umožňují svalové bílkoviny transformaci světelné energie na energii nervového impulsu zajišťuje bílkovina rhodopsin regulace metabolických procesů – hormony bílkovinné hormony rozpustné ve vodě, krátký biologický poločas (minuty), účinné v malých koncentracích vznik a přenos nervového vzruchu umožňují lipoproteinové komplexy buněk nervových tkání a glykoproteinové receptory synaptických membrán výživná funkce nutný příjem bílkovin jako zdroj AK pro syntézu vlastních bílkovin po hydrolýze AK a jejich úplné oxidaci mohou bílkoviny sloužit k získávání energie 6 28. Sacharidy, rozdělení, struktura, stereochemie, biologický význam Charakteristika: - sacharidy (=cukry): základní složka všech živých organismů - karbonylové sloučeniny, v molekule větší počet hydroxylových skupin - obsahují ve svých molekulách C,H,O - jsou produkovány zelenými rostlinami při fotosyntéze - vyskytují se ve všech buňkách těla - během trávení se všechny složené sacharidy rozštěpí na monosacharidy - biologický význam : - základní zdroj energie (glukóza) – hlavní výživa heterotrofů - tvoří 60% potravy člověka - zdroj uhlíku pro syntézu buněčných složek - strukturní složka ( vyskytuje se v pojivu, membránách...) - zásobní látka (glykogen, škrob) - součást signálních molekul (receptory) - součást nízkomolekulárních složek buňky (nukleotidy, nukleosidy, kofaktory...) Základní rozdělení: 1. jednoduché a) Monosacharidy (nejdou dále štěpit na menší jednotky), většinou 3-9 uhlíkových atomů 2. složité b) Oligosacharidy - n = 2 – 10 ( „n“ = počet monosacharidových jednotek), patří sem disacharidy, trisacharidy,.. c) Polysacharidy - n > 10 (mohou mít až tisíce monosacharidových jednotek) monosacharidy + oligosacharidy označujeme jako cukry Monosacharidy - základní stavební jednotky oligosacharidů a polysacharidů - příslušnost sloučeniny k monosacharidům: typické zakončení -osa, výjimka: monosacharidy se 3 atomy C běžné triviální názvy = glyceraldehyd, dihydroxyaceton - obecný název triosy - typická přítomnost karbonylové (-C=O), primární alkoholové (-C 2 OH), sekundární alkoholové (-CHOH) skupiny - podle umístění funkční skupiny v molekule je rozdělujeme na a) aldosy - aldehydová skupina na začátku řetězce - názvosloví – poč. uhlíků + koncovka „osa“ (pentosa, hexosa...) - polyhydroxyaldehydy - obsahující v acyklické formě aldehydovou skupinu, resp. v cyklické formě poloacetálovou skupinu Stereochemie: - nejjednodušší aldosa = aldotriosa (glyceraldehyd) (přítomnost asymetrického (chirálního) uhlíku - > chirální molekula -> podle postavení OH skupiny 2 enantiomerní formy: D- a L- glyceraldehyd (zrcadlové obrazy)) - ostatní monosacharidy tvoří řadu D nebo L podle toho, zda má jejich chirální uhlík s nejvyšším pořadovým číslem (číslujeme odshora) stejnou konfiguraci jako D nebo L glyceraldehyd -izomerní ketosy patřící k D-řadě na referenčním uhlíku stejné uspořádání jako D-glyceraldehyd, výjimka:dihydroxyaceton (bez asymetrického uhlíků -> není chirální b) ketosy - karbonylová skupina uvnitř řetězce - názvosloví – poč. uhlíků + koncovka „ulosa“ (pentulosa, hexulosa...) - polyhydroxyketony - obsahují ketoskupinu v acyklické formě - nejjednodušší ketosa = ketotriosa (dihydroxyaceton) - nejjednodušší cukry vznikají dehydrogenací glycerolu Znázornění molekul sacharidů : a) Fisherovy vzorce - lineární, zjednodušená forma, nevystihují přesně strukturu a vlastnosti b) Tollensovy vzorce - přechod mezi a) a c) c) Hawortovy vzorce - cyklické, přesnější Fisherovy vzorce - znázorňují acyklickou, zjednodušenou formu sacharidů - strukturu monosacharidů odvozujeme od nejjednodušších monosach. - dihydroxyaceton - glycerladehyd Dihydroxyaceton: Glyceraldehyd: Tollensovy vzorce – přechodná forma mezi Haworthovými a Fischerovými vzorci  cyklizace, vytvoření vnitřního poloacetalu Hawortovy vzorce – cyklická forma - monosacharidy se v přírodě nachází v cyklické formě - podle podobnosti s heterocykly – pyranem a furanem - rozdělujeme cyklické formy monosacharidů do 2 skupin : a) sacharidy s pětičlenným cyklem = furanózy b) sacharidy s šestičlenným cyklem = pyranózy - vznik cyklických forem:  aldehydová sk. na 1. uhlíku aldosy nebo ketonová sk. na 2. uhlíku ketosy – se aduje na hydroxylovou skupinu předposledního uhlíku  vzniká vnitřní poloacetál s pěti- nebo šestičlenným kruhem  „poloacetál“ – vzniká reakcí alkoholu a karbonylové sloučeniny ( uhlík karbonylu je napaden volným el. párem kyslíkového atomu OH skupiny alkoholu)  pravidla při psaní Hawortových vzorců : - uhlíkové atomy jsou uspořádány podle stoupajících pořadových čísel ve směru hodinových ručiček - všechny substituenty umístěné v Tollensových vzorcích napravo píšeme v Haw. vzorcích dolů  substituenty umístěné vlevo potom nahoru - enantiomery = sloučeniny které jsou si navzájem zrcadlovým obrazem (D a L- enantiomer) - každý enantiomer může mít ještě 2 izomery – podle polohy poloacetalového hydroxylu = α - nebo β - anomery : α – anomer:  u D- monosacharidů je poloacetálový hydroxyl navázán dolů  u L- monosacharidů je poloacetálový hydroxyl navázán nahoře β – anomer  obráceně poloacetalový hydroxyl je mnohem reaktivnější než ostatní –OH skupiny v molekule : ̈ Optická izomerie - chiralita: - př.: D – glyceraldehyd a L – glyceraldehyd - obsahují chirální uhlík – takový který mají všechny 4 substituenty jiné  jsou opticky aktivní, stáčejí rovinu polarizovaného světla ! symboly D a L neurčují rotaci, ale geometrické uspořádání - racemická směs – směs 2 optických antipodů o téže koncentraci, netečná k rovině polarizovaného světla - opticky aktivní látky – s chirálními uhlíky mohou vytvářet 2 n isomerů (n = počet asymetrických uhlíků) např. hexosy 2 4 =16 izomerů Přehled forem isomerie u sacharidů: - Strukturní izomerie (konstituční) - stejný sumární vzorec, jiné funkční skupiny - aldosa(glukosa) x ketosa(fruktosa) - Epimerie - liší se orientací hydroxylu na jednom C (ne referenčním) - glukosa x manosa, glukosa x galaktosa - Optická izomerie (antipody, enantiomery) - D- a L- isomerie - zrcadlové obrazy - D-glukosa x L-glukosa - Anomerie – u cyklických forem – liší se polohou poloacetálového hydroxylu - -D-glukopyranosa x -D-glukopyranosa I. )ákladLJ fLJzikálŶí, aŶorgaŶiĐké a orgaŶiĐké Đheŵie 1 31. Proteoglykany, glykoproteiny, struktura, vlastŶosti, příkladLJ PROTEOGLYKANY = GlLJkoproteiŶLJ, jejiĐhž saĐharidLJ jsou tvořeŶLJ glykosaminoglykany 95%, ďílkoviŶŶá část jeŶ 5 % ProteiŶLJ, Ŷa které jsou glLJkosaŵiŶoglLJkaŶLJ ŶavázáŶLJ = osové proteiŶLJ ϭ.Vazďa: kovaleŶtŶí 1. O-glykosidovou vazbou na hydroxylovou skupinu (OH) Serinu nebo Threoninu osového proteiŶu. 2. N-glykosidovou vazbou na NH 2 (N-amidovou) skupinu Asparaginu osového proteinu Ϯ.Vazďa: ŶekovaleŶtŶí Jakŵile ŵáŵe ŶavázaŶý glLJkos... Ŷa proteiŶ kovaleŶtŶě, tak se ŶekovaleŶtŶě připojí k dlouhéŵu polLJsaĐharidovéŵu řetězĐi kLJs. HLJaluroŶové ; ŶazýváŶo štěteĐ Ŷa vLJŵýváŶí láhví )  VzŶiklLJ Ŷáŵ velké koŵpledžLJ  Mají )áporŶé Ŷáďoje – tzŶ. váží vodu a katioŶtLJ VLASTOSTI PřítoŵŶé ve všeĐh tkáŶíĐh – složka EC ;edžtraĐelulárŶí ŵatridž) Modulace růstovýĐh proĐesů ďuňkLJ  vazďa proteiŶovýĐh růstovýĐh regulátorů Ŷa proteoglLJkaŶLJ v glLJkokalLJdžu udržuje rezervoár růstovýĐh faktorů Ŷa povrĐhu ďuňkLJ I. )ákladLJ fLJzikálŶí, aŶorgaŶiĐké a orgaŶiĐké Đheŵie 2 SpojovaĐí tkáŶě živočiĐhů  chondroitin, heparan, dermatan a keratan sulfát  proteoglLJkaŶLJ ĐhrupavkLJ klouďů aďsorďují velké ŵŶožství vodLJ - ďěheŵ pohybu kloubu je Đhrupavka stlačováŶa a uvolňuje vodu. PŘÍKLADY SŶadŶo tvoří gel – ŵolekulová síta ChoŶdroitiŶsulfát – pojivová tkáň, předevšíŵ ĐhrupavkLJ DerŵataŶsulfát – stěŶa arterií, očŶí rohovka KerataŶsulfát – očŶí rohovka Heparin – žírŶé ďuňkLJ v játreĐh a pliĐíĐh. Důležitý iŶhiďitor srážeŶí krve HeparaŶsulfát – plazŵatiĐká ŵeŵďráŶa, ĐévŶí stěŶLJ GLYKOPROTEINY  staršíŵ výrazeŵ ŵukoproteiŶLJ  ďílkoviŶLJ, které ve své ŵolekule oďsahují ĐukerŶou ;sacharidovouͿ složku, která je v růzŶýĐh ŵŶožstvíĐh připojeŶá, jako krátká Ŷeďo dlouhá větev Ŷeďo ŶevětveŶý řetězeĐ ;oligosaĐharidový řetězeĐͿ.  DoŵiŶaŶtŶí složka jsou proteiŶLJ, Ŷa rozdíl od proteoglLJkaŶů!! ProteiŶový Ŷosič je sLJŶtetizováŶ Ŷa drsŶéŵ ER, v GA jsou Ŷa Ŷěj ŶavazováŶLJ saĐharidLJ dvojíŵ způsoďeŵ jako v proteoglykanech: 1. O-glykosidovou vazbou na hydroxylovou skupinu (OH) Serinu nebo Threoninu osového proteinu. 2. N-glykosidovou vazbou na NH 2 (N-amidovou) skupinu Asparaginu osového proteinu - častější K výstavě oligosaĐharidové časti jsou vLJužitLJ tLJto strukturLJ: I. )ákladLJ fLJzikálŶí, aŶorgaŶiĐké a orgaŶiĐké Đheŵie 3 Hexosy  Mannosa (Man)  Galaktosa (Gal) Acetylhexosaminy  N-Acetylglukosamin (GlcNAc)  N-Acetylgalaktosamin (GalNac) Pentosy  Arabinosa (Ara)  Xylosa (Xyl) Methylpentosy  L-Fukosa (Fuc) Sialové kLJseliŶLJ  N-AĐLJlderivátLJ ŶeuraŵiŶové kyseliny MoŶosaĐharidLJ ŵohou ďýt spojeŶLJ jako aŶoŵerLJ, Ŷeďo alfa Ŷeďo ďeta – vazbami. Degradace v lyzosomech endoglykosidasami  Fukosidasa  Aspartylglukosaminidasa  Exoglykosidasami (galaktosidasa, neuraminidasa, hexosaminidasa, mannosidasa) VýskLJt  tělesŶé tekutiŶLJ  tkáŶě  ďuŶěčŶé ŵeŵďráŶLJ SaĐharidové jedŶotkLJ se Ŷarozdíl od glLJkosaŵiŶoglLJkaŶů Ŷestřídají pravidelŶě. Glukóza se ve zralýĐh glLJkoproteiŶeĐh ŶevLJskLJtuje ;kroŵě kolagenuͿ. SledováŶí glLJkosLJlovaŶýĐh proteiŶů v plazŵě poŵáhá v dlouhodoďéŵ sledováŶí terapie diaďetu. VLASTNOSTI VětšiŶa proteiŶů je glLJkosLJlovaŶá – Ŷapř.proteiŶLJ krevŶí plazmy – albumin- GlLJkosLJlaĐe patří ŵezi posttraŶslačŶí úpravLJ v ER a GK  přeŶáší informaci  přeŶáší sigŶál pro ŶapojováŶí ďuŶěk na matrici, Ŷapř.fiďroŶektiŶ ;ECŵatridž pro adhezi a ŵigraĐi ďuŶěkͿ SaĐharidová část fĐe:  v ŵeŵďráŶáĐh: ŵeziďuŶěčŶá ideŶtifikaĐe a iŵuŶitŶí reakce  ovlivňují doďu setrváváŶí glLJkoproteiŶů v krvi, protože Ŷesou sigŶál pro vLJĐhLJtáváŶí a degradaĐi přestárlýĐh proteiŶů játrLJ  ďiologiĐký poločas – přítoŵŶost/ŶepřítoŵŶost kLJs.sialové Ŷa koŶĐi oligo řetězĐe. Pokud ĐhLJďí – rozpozŶají to jaterŶí ďuňkLJ – vLJĐhLJtají a degradují. Jestli taŵ je, tak proteiŶ ŶeĐhají Ŷa pokoji. I. )ákladLJ fLJzikálŶí, aŶorgaŶiĐké a orgaŶiĐké Đheŵie 4  IŶtraĐelulárŶí ŵigraĐe  TříděŶí  Sekrece Ŷově sLJŶtetik.proteiŶů  ZvLJšují Rozpustnost – protože jsou polárŶí a tedLJ hLJdrofilŶí  Orientace – Ŷa základě polaritLJ stáčeŶí tu část proteiŶu, Ŷa kterou jsou ŶavázáŶLJ do vodŶého prostředí ;jsou totiž hLJdrofilŶíͿ= vLJtvářeŶí staďilŶí koŶforŵaĐi ÚčastŶí se Ŷa ďuŶěčŶéŵ rozpozŶáváŶí jako speĐifiĐké reĐeptorLJ. NaĐhází se Ŷa povrĐhu všeĐh eukarLJotiĐkýĐh ďuŶěk, přičeŵž jejiĐh ďílkoviŶŶá složka zakotvuje glykoprotein do ŵeŵďráŶLJ a saĐharidová slouží jako receptor. PŘÍKLADY O-vázaŶýĐh glLJkoproteiŶů = MUCINY - ve sliŶáĐh - ŵukózŶí sekretLJ žaludku a teŶkého střeďa - oĐhraŶa slizŶiĐe opřed proteolys.enzymy N – vázaŶé glLJkoproteiŶ Dělíŵe dále Ŷa: A. VázaŶé Ŷa ŵeŵďráŶLJ B. CirkulujíĐí Mají stejŶé: - PeŶtasaĐharidové jádro – tvořeŶo 2 ŵol. N-acetylglukosamin - PřipojeŶé Ŷa asparagin I. KoŵpledžŶí – Ŷa peŶtasaĐharidové jádro vázaŶá galaktosa a N-acetylglukosamin II. VLJsoký oďsah mannosy- Ŷa peŶtasaĐharidové jádro ŶavázáŶo hodŶě ŵaŶŶos III. Hybridní I. )ákladLJ fLJzikálŶí, aŶorgaŶiĐké a orgaŶiĐké Đheŵie 1 32. Lipidy - klasifikace, struktura, vlastnosti, funkce v orgaŶisŵu. MastŶé kyseliŶy. Lipidy =jsou orgaŶiĐké látkLJ ŶepolárŶího ;hLJdrofoďŶíhoͿ charakteru, které se Ŷerozpouští ve vodě, ale doďře se ŵísí s ŶepolárŶíŵi rozpouštědlLJ =esterLJ Ŷeďo jiŶé derivátLJ ŵastŶýĐh kLJseliŶ - Je to strukturŶě heterogeŶŶí skupiŶa ďiologiĐkLJ velŵi výzŶaŵŶýĐh látek - JejiĐh společŶou vlastŶostí je, že jsou rozpustŶé v ŶepolárŶíĐh rozpouštědleĐh - VLJskLJtují se v ďuŶěčŶýĐh ŵeŵďráŶáĐh i ŶervovýĐh tkáŶíĐh Klasifikace: -pří klasifikaĐi a tříděŶí lipidů se oďvLJkle vLJĐhází z těĐhto kritérií: 1) Rozpustnost v ŶepolárŶíĐh rozpouštědleĐh 2) PřítoŵŶost esterifikovaŶýĐh ŵastŶýĐh kLJseliŶ 3) StejŶý ŵetaďoliĐký základ ;aĐetLJl – CoA) 4) SpolečŶé Ŷeďo oďdoďŶé vLJužití orgaŶisŵeŵ -klasifikaĐe podle ĐheŵiĐké strukturLJ lipidů: 1. MastŶé kLJseliŶLJ 2. LipidLJ oďsahujíĐí ve své ŵolekule glLJĐerol 3. LipidLJ ŶeoďsahujíĐí glLJĐerol 4. LipidLJ koŵďiŶovaŶé s jiŶýŵi skupiŶaŵi látek Struktura lipidů: I. )ákladLJ fLJzikálŶí, aŶorgaŶiĐké a orgaŶiĐké Đheŵie 2 - LipidLJ se rozdělují Ŷa jedŶoduĐhé a na složeŶé. TLJ složeŶé se od jedŶoduĐhýĐh liší tíŵ, že oďsahují polárŶí skupiŶu, popřípadě další části ŵolekulLJ, které se u jedŶoduĐhýĐh lipidů ŶevLJskLJtují. JedŶoduĐhé lipidLJ se dále dělí Ŷa vosky a glyceridy. VoskLJ se siĐe dále Ŷedělí, ale glLJĐeridLJ ŵůžeŵe dále rozdělovat Ŷa tuky a oleje  JedŶoduĐhé lipidLJ - Jsou to esterLJ ŵastŶýĐh kLJseliŶ a vhodŶého alkoholu ;glLJĐerolͿ  Vosky - MastŶá kLJseliŶa se Ŷaváže Ŷa Ŷějaký vLJšší jedŶosLJtŶý alkohol  SložeŶé lipidLJ - Molekula oďsahuje vedle ŵastŶýĐh kLJseliŶ a alkoholu i Ŷějakou další fuŶkčŶí skupiŶu ;kLJseliŶa fosforečŶá →fosfolipidLJͿ - Z pohledu tráveŶí lze tukLJ rozdělit Ŷa dvě skupiŶLJ:  HLJdrolLJzovatelŶé tukLJ -lze je hLJdrolLJtiĐkLJ rozložit Ŷa jedŶodušší složkLJ  NehLJdrolLJzovatelŶé tukLJ -tLJto tukLJ Ŷepodléhají v těle rozkladu Vlastnosti: - LipidLJ patří Đharaktereŵ k esterůŵ - Jsou doďře rozpustŶé v orgaŶiĐkýĐh rozpouštědleĐh, jako je ŵethaŶol, aĐetoŶ, chloroform nebo benzen - Ve vodě jsou praktiĐkLJ ŶerozpustŶé Ŷeďo jeŶ veliĐe špatŶě rozpustŶé – špatŶá rozpustŶost ve vodě je dáŶa tíŵ, že ve své ŵolekule oďsahují jeŶ veliĐe ŵálo atoŵů sĐhopŶýĐh vLJtvářet polarizovaŶé vazďLJ ;O,N,S,PͿ Funkce v organismu: - TukLJ slouží jako ŶejkoŶĐeŶtrovaŶější forŵa zásoďŶí eŶergie - Mohou sloužit jako příŵí zdroj eŶergie pro svalovou práĐi ihŶed po vstřeďáŶí do krve - VětšiŶou jsou ale ukládáŶLJ jako zásoďa eŶergie ve forŵě triaĐLJlglLJĐerolů do tukové tkáŶě - TukLJ jsou také oďsažeŶLJ ve vLJsokéŵ podílu v Ŷervové tkáŶi, kde plŶí fuŶkĐi elektriĐkého izolátoru, který uŵožňuje ĐíleŶé šířeŶí depolarizačŶíĐh vlŶ ďez výrazŶější ztrátLJ způsoďeŶé rozptLJleŵ sigŶálu do okolŶí tkáŶě - LipidLJ vLJtváří v kombinaci s dalšíŵi složkaŵi ĐhLJloŵikroŶLJ, které jsou rozhodujíĐí strukturou pro traŶsport vstřeďaŶýĐh tuků do dalšíĐh tkáŶí. VzŶik těĐhto částiĐ uŵožŶují lipoproteiŶLJ, ve kterýĐh doĐhází k ŶavázáŶí tuků Ŷa zvláštŶí traŶsportŶí ďílkoviŶLJ I. )ákladLJ fLJzikálŶí, aŶorgaŶiĐké a orgaŶiĐké Đheŵie 3 - LipoproteiŶLJ jsou také výzŶaŵŶou složkou ďuŶěčŶýĐh a ŵitoĐhoŶdriálŶíĐh ŵeŵďráŶ a jejiĐh špatŶá rozpustŶost ve vodě uŵožŶuje vzŶik ŵeŵďráŶovýĐh poteŶĐiálů - Některé speĐifiĐké lipidLJ ;steroidLJ, eikosaŶoidLJͿ ŵají sigŶálŶí fuŶkĐi - LipidLJ také vLJtvářejí v ďuŶěčŶé ŵeŵďráŶě vazeďŶá ŵísta, Ŷa která se ukotvují ďílkoviŶLJ, které plŶí růzŶé úkolLJ spojeŶé s fuŶkĐí ďuŶěčŶýĐh ŵeŵďráŶ - Mohou také vLJstupovat jako koeŶzLJŵLJ a ovlivňovat tak růzŶé reakĐe v ďuňĐe ;vitaŵíŶ KͿ MastŶé kLJseliŶLJ - V přírodě se ŶaĐhází víĐe Ŷež ϭϬϬ ŵastŶýĐh kLJseliŶ - Mají většiŶou sudý počet uhlíků a liŶeárŶí řetězeĐ - Obvykle jsou v esterifikovaŶé podoďě součást jiŶýĐh lipidů RozděleŶí ŵastŶýĐh kLJseliŶ:  Podle délkLJ řetězĐe A. krátký řetězeĐ < 6 uhlíků B. středŶě dlouhý řetězeĐ 6-ϭϮ uhlíků C. dlouhý řetězeĐ ϭκ-ϮϬ uhlíků D. velŵi dlouhý řetězeĐ > ϮϬ uhlíků  Podle stupŶě ŶasLJĐeŶí I. NasLJĐeŶé II. NeŶasLJĐeŶé i. Cis izomery ii. Trans izomery  RozvětveŶé  S -OH skupinami  NasLJĐeŶé ŵastŶé kLJseliŶLJ – Ŷižší - NepříjeŵŶě zapáĐhají - KapalŶé - OďsažeŶLJ v ŵléčŶéŵ tuku ;Cκ-C10) - Jsou sŶadŶo stravitelŶé I. )ákladLJ fLJzikálŶí, aŶorgaŶiĐké a orgaŶiĐké Đheŵie 4 )ástupĐi:  K. ŵáselŶá = k. ďutaŶová ;Cκ:ϬͿ  K. kaproŶová = k. hedžaŶová ;C6:ϬͿ  K. kaprLJlová =k. oktaŶová ; CΘ:ϬͿ  K. kapriŶová = k. dekaŶová ;CϭϬ:ϬͿ  NasLJĐeŶé ŵastŶé kLJseliŶLJ – vLJšší -při pokojové teplotě jsou tuhé -ďěžŶě se ŶaĐházejí v živočišŶýĐh a rostliŶŶýĐh tuĐíĐh -jsou hůře stravitelŶé )ástupĐi:  K. palŵitová = k. hedžadekaŶová ;Cϭ6:ϬͿ  K. stearová = k. oktadekaŶová ;CϭΘ:ϬͿ  K. araĐhová = k. eikosaŶová ;CϮϬ:ϬͿ Účinky nasycených MK: -slouží jako zdroj eŶergie -v potravě jsou většiŶou doprovázeŶLJ Đholesteroleŵ, zvLJšují hladiŶu Đelkového Đholesterolu a LDL cholesterolu -podporují oďezitu a vývoj aterosklerózLJ  NeŶasLJĐeŶé ŵastŶé kLJseliŶLJ - Jsou zastoupeny v rostliŶŶýĐh tuĐíĐh v širokéŵ rozŵezí -řepkový olej εϬ% - kokosový olej ϭϬ% - V živočišŶýĐh tuĐíĐh jsou ŵéŶě zastoupeŶLJ -výjiŵku tvoří rLJďí olej, který oďsahuje MK s 20-ϮϮ uhlíkLJ s 4-6 dvojŶými vazbami DěleŶí ŶeŶasLJĐeŶýĐh MK podle geoŵetriĐké izoŵerie:  cis-konfigurace - oďě části řetězĐe jsou uŵístěŶLJ Ŷa stejŶé straŶě roviŶLJ proložeŶé dvojŶou vazbou - v ŵístě ohŶutí je úhel ϭϮϬ° - ohŶutí řetězĐe do tvaru L -vLJskLJtují se přirozeŶě a ŵají Ŷižší ďod táŶí  trans-konfigurace - oďě části řetězĐe jsou lokalizováŶLJ Ŷa opačŶýĐh straŶáĐh roviŶLJ proložeŶé dvojnou vazbou - řetězeĐ je ŶapříŵeŶý ;podoďŶé jako u ŶasLJĐeŶýĐh MKͿ I. )ákladLJ fLJzikálŶí, aŶorgaŶiĐké a orgaŶiĐké Đheŵie 5  MoŶoŶeŶasLJĐeŶé MK  K. palŵitoolejová = k. cis-hexadec-9-eŶová ϭ6:ϭ;εͿ  K. olejová = k. Đis-oktadec-9-eŶová ϭΘ:ϭ;εͿ  K. elaidová = k. traŶs-oktadec-9-eŶová ϭΘ:ϭ;εͿ  K. eruková =k. Đis-dokos-13-eŶová ϮϮ:ϭ;ϭϯͿ o KLJseliŶa olejová -ŶaĐhází se v olivovéŵ, řepkovéŵ a sluŶečŶiĐovéŵ oleji -slouží jako zdroj eŶergie -je odolŶější vůči odžidaĐi ve srovŶáŶí s PUFA -sŶižuje hladiŶu LDL-cholesterolu, sŶižuje riziko isĐheŵiĐké srdečŶí ĐhoroďLJ ÚčiŶkLJ traŶs ŵastŶýĐh kLJseliŶ: -zvýšeŶý příjeŵ představuje rizikový faktor aterosklerózLJ -zvLJšují hladiŶu LDL-cholesterolu I. )ákladLJ fLJzikálŶí, aŶorgaŶiĐké a orgaŶiĐké Đheŵie 1 33. Fosfolipidy(=glycerolfosfolipidy) a sfingolipidy, struktura, vlastŶosti a výzŶaŵ Fosfolipidy = glycerolfosfolipidy  JedŶá se o skupiŶu lipidů, která oďsahuje glLJĐerol  Jsou to derivátLJ kLJseliŶLJ fosfatidové ;glLJĐerol-3-fosforečŶá kLJseliŶaͿ  NaĐházejí se v ďuŶěčŶé ŵeŵďráŶě a ovlivňují její propustŶost  Jsou také výzŶaŵŶé pro traŶsport tuků lLJŵfou a krví DěleŶí podle Đharakteru suďstitueŶtu esterově vázaŶého Ŷa kyseliŶu fosforečŶou: 1) Fosfatidylcholiny (lecithiny) - Jsou to derivátLJ kLJseliŶLJ fosfatidové, v ŶiĐhž je Ŷa druhou kLJselou skupiŶu kLJseliŶLJ fosforečŶé esterovou vazďou vázáŶ cholin ;kvarterŶí dusíková ďázeͿ - VolŶý ĐholiŶ je ve vodŶéŵ roztoku praktiĐkLJ zĐela disoĐiováŶ a je proto silŶou ďazí - LeĐithiŶLJ jsou voskovité, ďezďarvé sloučeŶiŶLJ - PůsoďeŶíŵ vzduĐhu a sluŶečŶího světla hŶědŶou, jako důsledek odžidačŶího rozkladu - Jsou doďře rozpustŶé v oďvLJklýĐh tukovýĐh rozpouštědleĐh ;kroŵě aĐetoŶuͿ - LeĐithiŶLJ jsou hLJdrofilŶí a hLJdroskopiĐké látkLJ, které ve vodě vLJtvářejí koloidŶí roztoky - VLJtvářejí také vŶitřŶí soli, protože oďsahují kLJselý hLJdrodžLJl kLJseliŶLJ fosforečŶé a silŶou ďázi ĐholiŶ I. )ákladLJ fLJzikálŶí, aŶorgaŶiĐké a orgaŶiĐké Đheŵie 2 - Vzhledeŵ ke své polárŶí struktuře sŶižují povrĐhové Ŷapětí a jsou výďorŶýŵi eŵulgačŶíŵi čiŶidlLJ - V orgaŶisŵu jsou sŶadŶo hLJdrolLJzovaŶé díkLJ účiŶku fosfolipáz 2) Fosfatidylethanolaminy (kefaliny) - Jsou strukturŶě podoďŶé leĐitiŶůŵ, ale ŵísto ĐholiŶu ŵají esterově vázaŶý ethanolamin - JejiĐh ĐheŵiĐké vlastŶosti jsou podoďŶé vlastŶosteŵ leĐithiŶů - VLJtvářejí vŶitřŶí soli a ŵají povahu aŵfolLJtů ;ŵůžou se proto Đhovat jako katioŶ i aŶioŶ v závislosti Ŷa pH roztoku Ϳ 3) Fosfatidylseriny - Mají Ŷa kLJseliŶu fosfatidovou esterově vázaŶou AMK serin - JejiĐh vlastŶosti jsou podoďŶé, jako u leĐithiŶů a kefaliŶů - FosfatidLJlseriŶLJ a kefaliŶLJ jsou kLJselejší Ŷež lecithiny - StrukturŶě podoďŶé leĐithiŶůŵ a kefaliŶůŵ jsou plazŵalogeŶLJ, které ŵají MK v poloze ϭ ŶahrazeŶou vuššíŵ ŶeŶasLJĐeŶýŵ alkoholeŵ vázaŶýŵ etherovou vazďou - - Difosfatidylglyceroly jsou složeŶé z jedŶé ŵolekulLJ glLJĐerolu a dvou ŵolekul kLJseliŶLJ fosfatidové -Ŷejdůležitější je kardiolipiŶ,který je izolovaŶý ze srdečŶího svalu 4) Fosfatidylinositoly - Mají Ŷa kLJseliŶu fosforečŶou ještě esterově vázaŶý ĐukerŶý alkohol inositol - Mají rozdílŶé fuŶkĐe v ďuŶěčŶé ŵeŵďráŶě Ŷež ostatŶí fosfolipidLJ, protože oďsahují polárŶí ĐukerŶý alkohol - Jsou výzŶaŵŶýŵ zdrojeŵ kLJseliŶLJ araĐhidoŶové, která je suďstráteŵ pro výroďu eikosaŶoidů Sfingolipidy  tvoří skupiŶu lipidů, které jsou přítoŵŶé v rostliŶŶýĐh i živočišŶýĐh ďuňkáĐh I. )ákladLJ fLJzikálŶí, aŶorgaŶiĐké a orgaŶiĐké Đheŵie 3  mezi sfingolipidy patří všeĐhŶLJ lipidLJ, které ve své ŵolekule ŵají sfiŶgosiŶovou ďázi  ŶaĐházejí se v ďuŶěčŶýĐh ŵeŵďráŶáĐh, kde půsoďí, jako aŶtigeŶŶí deterŵiŶaŶtLJ  za patologiĐkýĐh podŵíŶek se ŵohou hroŵadit svého původu DěleŶí podle povahy suďstitueŶtů Ŷa Cϭ a CϮ sfiŶgosidové ďáze: 1. suďstituĐí ŵastŶé kLJseliŶLJ Ŷa CϮ sfiŶgosiŶové ďáze ;NHϮ skupiŶaͿ vzŶikají N- acylsfingosiny = ceramidy 2. podle povahLJ polárŶího suďstitueŶtu Ŷa Cϭ sfiŶgosidové ďáze vzŶikají a) Fosfosfingolipidy -hLJdrodžLJlová skupiŶa Ŷa Cϭ sfiŶgosidové ďáze Ŷeďo Đeraŵidu je esterifikovaŶá kLJseliŶou fosforečŶou b) Glykosfingolipidy -hLJdrodžLJlová skupiŶa Cϭ je vázaŶá s jedŶou Ŷeďo víĐe ŵolekulaŵi ĐukerŶýĐh jednotek SfiŶgosiŶové ďáze = sfiŶgosiŶy -jsou skupiŶou vLJššíĐh alifatiĐkýĐh ŶeŶasLJĐeŶýĐh aŵiŶoalkoholů - jejiĐh základŶí sloučeŶiŶou je CϭΘ-sfingosin = sfingenin -do této skupiŶLJ dále patří Ŷižší i vLJšší hoŵologLJ této sloučeŶiŶLJ a také ŶasLJĐeŶé derivátLJ sfingosinu = sfinganiny  Ceramidy (N-acylsfingosiny) -jsou to jedŶoduĐhé sloučeŶiŶLJ, v ŶiĐhž je Ŷa aŵiŶoskupiŶu Ŷa druhéŵ uhlíku sfiŶgosiŶu aŵidovou vazďou vázaŶá ŵastŶá kLJseliŶa ;k. palŵitová, stearová, ŶervoŶová a ligŶoĐerováͿ - ceramidy jsou v ŵaléŵ ŵŶožství přítoŵŶé v ŵozkové tkáŶi, kde jsou ŵezistupŶěŵ v ďiosLJŶtéze a kataďolisŵu sfiŶgolipidů  Fosfosfingolipidy o Sfingomyeliny - jsou derivátLJ Đeraŵidů, v ŶiĐhž je priŵárŶí alkoholová skupiŶa sfiŶgosiŶové ďáze esterifikovaŶá kLJseliŶou fosforečŶou, její druhý hLJdrodžLJl je esterifikovaŶý ĐholiŶeŵ -z MK se u nich vLJskLJtuje k. palŵitová, stearová, ligŶoĐerová a ŶervoŶová - vLJtvářejí vŶitřŶí soli a jsou aŵfoterLJ . jsou to ŶejrozšířeŶější sfiŶgolipidLJ v živočišŶýĐh tkáŶíĐh (! V rostliŶŶýĐh tkáŶíĐh zĐela ĐhLJďíͿ -ŶaĐhází se v ďílé hŵotě ŵozkovéa v ŵLJeliŶovýĐh poĐhváĐh Ŷervů  Glykosfingolipidy -jsou to derivátLJ Đeraŵidů, v ŶiĐhž je Ŷa priŵárŶě alkoholovou skupiŶupoŵoĐí glLJkosidové vazďLJ vázaŶá jedŶa Ŷeďo víĐe ŵolekul hedžos I. )ákladLJ fLJzikálŶí, aŶorgaŶiĐké a orgaŶiĐké Đheŵie 4 o Monoglukosylceramidy (cerebrosidy) -ŵají Ŷa základŶí Đeraŵid ;glLJkosidovou vazďouͿ vázaŶou ŵolekulu glukosy nebo galaktosy  Monoglukosylceramidy  Monogalaktosylceramidy - V ĐeraŵideĐh jsou kroŵě ďěžŶýĐh MK přítoŵŶa kLJseliŶa Đereďrová, ŶervoŶová a ligŶoĐerová o Oligoglykosylceramidy -Ŷa priŵárŶí alkoholovou skupiŶu sfiŶgosiŶové ďáze je ŶavázáŶo víĐe ŵolekul hexos -dále se dělí podle počtu ŶavázaŶýĐh ĐukerŶýĐh jedŶotek Ŷa di-, tri-,tetra- a pentaglykosylceramidy  Asialogangliosidy -jsou to oligoglLJkosLJlĐeraŵidLJ, které ŵohou ŵít ve své ŵolekule ŵít i N- aĐetLJlovaŶé hedžosaŵiŶLJ -jsou ŵetaďolitLJ gaŶgliosidů  Globosidy -jsou to hlavŶí oligoglLJkosLJlĐeraŵidLJ v krevŶí plazŵě a erLJtroĐLJteĐh o Sulfatidy -Ŷa ŵolekulu hedžosLJ ;galaktosLJͿje vázaŶá v poloze ϯ kLJseliŶa sírová poŵoĐí esterové vazďLJ -jsou přítoŵŶé v mozku a v ledviŶáĐh o Gangliosidy -v jejiĐh ŵolekule je přítoŵŶá sialová kLJseliŶa, Đož jsou aĐetLJlovaŶé ŶeuraŵiŶové kLJseliŶLJ - v gaŶgliosideĐh lidského orgaŶisŵu je přítoŵŶá kLJseliŶa N- aĐetLJlŶeuraŵiŶová ;NANAͿ -gaŶgliosidLJ se dělí podle počtu sialovýĐh kLJseliŶ v molekule -oďsahují předevšíŵ kLJseliŶu stearovou ;εϬ%Ϳ -jsou částečŶě rozpustŶé ve vodě -ŶaĐházejí se předevšíŵ v ŵozkové tkáŶi I. )ákladLJ fLJzikálŶí, aŶorgaŶiĐké a orgaŶiĐké Đheŵie 1 ϯκ. Steroly, žlučové kyseliŶy a steroidŶí horŵoŶy, struktura, fuŶkĐe a výzŶaŵ v orgaŶisŵu  Steroly spolu se steroidy tvoří skupiŶu velŵi důležitýĐh přírodŶíĐh látek, jejiĐh strukturŶí základ tvoří koŶdeŶzovaŶý, ŶasLJĐeŶý ĐLJkliĐký uhlovodík STERAN.  Steroly jsou součástí ďuŶěk rostliŶ ;fLJtosterolLJͿ, živočiĐhů ;zoosterolLJͿ, huď a plísŶí (mykosteroly).  Jsou to pevŶé látkLJ, ŶerozpustŶé ve vodě a rozpustŶé v ŶepolárŶíĐh rozpouštědleĐh.  SterolLJ i steroidLJ ŵají stejŶý ďiogeŶetiĐký základ – IZOPREN (řadíŵe je ŵezi izoprenoidy = základŶí strukturou jsou Ϯ a víĐe izopreŶovýĐh jedŶotekͿ.  Důležitýŵ zŶakeŵ přírodŶíĐh steroidů i sterolů je ŵethLJlová skupiŶa Ŷa CϭϬ ;ϭε.uhlíkͿ a Ŷa Cϭϯ ;ϭΘ.uhlíkͿ = aŶgulárŶí ŵethyly. - výjimkou jsou estrogeny, které Ŷeŵají ŵethylovou skupiŶu Ŷa CϭϬ  U všeĐh přírodŶíĐh steroidů a sterolů je spojeŶí kruhů B/C a C/D v trans konformaci a ŵožŶost izoŵerie zůstává pro kruhLJ A/B  Jsou-li kruhy A/B v traŶs koŶforŵaci →patří do 5-α-řady  Jsou-li kruhy A/B v cis traŶsforŵaci → patří do 5-β-řady  Pokud je ŵethylová skupiŶa Ŷa CϭϬ Ŷad roviŶou tetracyklického útvaru→β poloha I. )ákladLJ fLJzikálŶí, aŶorgaŶiĐké a orgaŶiĐké Đheŵie 2  Pod roviŶou → α poloha  VšeĐhŶLJ přirozeŶé sterolLJ i steroidLJ ŵůžeŵe rozdělit do skupiŶ, které se od seďe liší koŶfiguraĐí Ŷa 5. uhlíku:  Trans – dekalaŶový systéŵ - vLJtváří strŶulý sLJstéŵ  Cis - dekalaŶový systéŵ - Ŷejstálejší forŵou steraŶového jádra je ta, kde všeĐhŶLJ uhlíkové atoŵLJ vLJĐházejíĐí z ĐLJklohedžaŶovýĐh kruhů jsou vázáŶLJ v adžiálŶí poloze  VšeĐhŶa ĐLJklohedžaŶová jádra ŵají židličkovou koŶforŵaĐi a Đelý steroidŶí skelet 5-α- forem je strnulý útvar.  Názvosloví sterolů a steroidů je odvozeŶé od základŶíĐh uhlovodíků:  C27 – cholestan (5-α-řadaͿ  C24 – cholan (5-β-řadaͿ  C21 – pregnan (5-β-řadaͿ  C19 - androstan (5-α-řadaͿ  C18 – estran  C27 steroly (zoosteroly)  Nejdůležitějšíŵ živočišŶýŵ steroleŵ je cholesterol, který je odvozeŶ od ĐholestaŶu.  Cholesterol  Na Cϭϳ ŵá ŶavázaŶý osŵičleŶŶý uhlovodíkový řetězeĐ, který je orieŶtováŶ v β- konfiguraci  Cholesterol je ŶeŶasLJĐeŶý alkohol s hydroxylovou skupinou na C3 v β-konfiguraci a jednou dvojnou vazbou mezi C5 a C6 I. )ákladLJ fLJzikálŶí, aŶorgaŶiĐké a orgaŶiĐké Đheŵie 3  Čistý Đholesterol je ďílá krLJstaliĐká látka, je ŶerozpustŶý ve vodě a rozpustŶý v nepolárŶíĐh rozpouštědleĐh.  Cholesterol vLJtváří s ŵastŶýŵi kLJseliŶaŵi esterLJ, které patří ŵezi ŶeutrálŶí tukLJ.  Cholesterol je součástí všeĐh tkáŶí živočiĐhů a to volŶý aŶeďo ve forŵě esterů.  Je součástí ŵeŵďráŶ všeĐh živočišŶýĐh ďuŶěk spolu s fosfolipidy.  POZOR ! v rostliŶŶé říši Đholesterol ĐhLJďí.  Fytosteroly = rostliŶŶé sterolLJ  Mají ϮΘ uhlíků, ale ďiogeŶetiĐkLJ patří k CϮϳ sterolůŵ, protože ϮΘ. uhlík v jejich molekule poĐhází z methioninu  Ergosterol  Je oďsažeŶ v rostliŶŶýĐh olejíĐh a je prekurzoreŵ vitaŵíŶu D  Může sloužit, jako výĐhozí látka k sLJŶtéze ŶěkterýĐh steroidŶíĐh horŵoŶů Žlučové kyseliŶy (C24-steroidy) - jejiĐh strukturŶíŵ základeŵ je kLJseliŶa ĐholaŶová, která se volŶě v přírodě ŶevLJskLJtuje - je odvozeŶa od základŶího uhlovodíku ĐholaŶu a patří k 5-β-řadě - žlučové kLJseliŶLJ jsou hLJdrodžLJderivátLJ kLJseliŶLJ ĐholaŶové, kde jedŶa hLJdrodžLJlová skupiŶa je vázaŶá vždLJ Ŷa Cϯ steraŶového jádra v α-konfiguraci VzŶik žlučovýĐh kyseliŶ: - vzŶikají Ϯ způsoďLJ: ϭ. ŶeutrálŶí/klasiĐká Đesta: - pouze v hepatocytech – v ĐLJtosolu, ŵikrosoŵeĐh, ŵitoĐhoŶdriíĐh, perodžisoŵeĐh - doĐhází k: * ŵodifikaĐi sterolového jádra * saturaĐe dvojŶé vazďLJ * epimerizace 3-β-hLJdrodžLJlové skupiŶLJ * hLJdrodžLJlaĐe v poziĐíĐh ϳα,ϭϮα * odžidativŶí zkráĐeŶí postraŶŶího řetězĐe o ϯC * syŶtéza priŵárŶíĐh žluč. kyseliŶ – K. CHOLOVÁ, K- CHENODEOXYCHOLOVÁ Ϯ. alterŶativŶí/kyselá Đesta: - proďíhá v játreĐh i ostatŶíĐh tkáŶíĐh - doĐhází k: * odžidativŶí zkráĐeŶí postraŶŶího řetězĐe o ϯC * dále pokračuje ŵodifikaĐí sterolového jádra I. )ákladLJ fLJzikálŶí, aŶorgaŶiĐké a orgaŶiĐké Đheŵie 4 PriŵárŶí žlučové kyseliny:  K. CHOLOVÁ (3,7,12-α-trihLJdrodžLJĐholaŶováͿ  K. CHENODEOXYCHOLOVÁ (o jednu OH- skupiŶu Ŷa CϭϮ ŵéŶě- 3,7- α- dihydroxycholanováͿ - jsou to hLJdrodžLJ derivátLJ k.ĐholaŶové -OH skupiŶa vázaŶá vždLJ Ŷa Cϯ steraŶového jádra v α koŶfiguraĐi - vzŶikají příŵo v játreĐh z cholesterolu - stejŶý prekurzor – 7-α- hydroxycholesterol – vzŶikajíĐí poŵoĐí 7-α- hydroxylasy v mikrosomech - 7-α- hydroxylasy- monooxygenasa - potřeďuje k čiŶŶosti O 2 , NADPH+H+ , cytochrom P450 2 cesty vzniku : - proďíhají další hLJdrodžLJlaĐe - zkráĐeŶí postraŶŶího řetězĐe ;PκρϬͿ - tvorďa CϮκ sterolu, odštěpeŶíŵ popioŶLJl-CoA a odžidaĐí C Ϯκ Ŷa karďodžLJl - propionyl-CoA – cestou sukcinyl-CoA – odžidováŶ v Kreďsově ĐLJklu - výsledek: ŶasLJĐeŶé steraŶové jádro s hLJdrodžLJlovýŵi skupiŶaŵi v α-konfiguraci - vyskytují se ve forŵě solí – špatŶě rozpustŶé ve vodě, v alkaliĐkéŵ prostředí vzŶik solí - v játreĐh jsou koŶjugováŶLJ s AMK ;glLJĐiŶ, tauriŶͿ a jsou vLJloučŶLJ do žluče - ve střevě – u ŶěkterýĐh dojde k dekoŶjugaĐi a přeŵěŶě Ŷa sekuŶdárŶí žlučové kLJseliŶLJ SekuŶdárŶí žlučové kyseliŶy:  K. 7-DEOXYCHOLOVÁ ;ϯ,ϭϮ-α-dihLJdrodžLJĐholaŶováͿ  K. LITOCHOLOVÁ ;ϯ-α-hLJdrodžLJĐholaŶováͿ -vzŶikají z priŵárŶíĐh žluč. kLJseliŶ čiŶŶostí střevŶí flórLJ -přeŵěŶu katalLJzuje ďakteriálŶí ϳ-α-dehydroxylasa RegulaĐe syŶtézy žlučovýĐh kyseliŶ: 1. zpětŶovazeďŶá koŶtrola – eŶterohepatálŶí ĐirkulaĐe žlučovýĐh kLJseliŶ zpětŶovazeďŶě koŶtroluje sLJŶtézu žluč.kLJs. v játreĐh - vazďa žlučové kLJs. Ŷa FXR reĐeptor ;=farŶesoid X reĐeptorͿ a) potlačeŶí vlastŶí syŶtézy žlučovýĐh kyseliŶ poŵoĐí zpětŶé vazďy - vazďa žlučové kLJseliŶLJ Ŷa FXR reĐeptor - koŵpledž žluč.kLJs. + FXR - se váže Ŷa proŵotor oďlasti traŶskripĐe geŶu pro Đholesterol-7-α- hydroxylasu , která je liŵitujíĐíŵ eŶzLJŵeŵ sLJŶtézLJ žluč.kLJs. I. )ákladLJ fLJzikálŶí, aŶorgaŶiĐké a orgaŶiĐké Đheŵie 5 b) zpětŶá resorpĐe žlučovýĐh kLJseliŶ v ileu ;většiŶLJ ŵŶožstvíͿ - resorpĐe poŵoĐí speĐifiĐkýĐh traŶsportŶíĐh proteiŶů - speĐifiĐké proteiŶLJ jsou kódovaŶé IBAT geŶeŵ – Ŷa jeho proŵotorovou oďlast se také váže koŵpledž žluč.kLJs. + FXR reĐeptor - koŵpledž zvLJšuje sLJŶtézu traŶsportŶíĐh proteiŶů - ↑↑ zpětŶé resorpĐe - ↑ ŵŶožství žlučovýĐh kLJseliŶ v krvi - ↓sLJŶtézLJ Ϯ. gastroiŶtestiŶálŶí horŵoŶLJ – cholecystokinin, sekretin ϯ. geŶetiĐká, pohlaví, patofLJziologiĐké podŵíŶkLJ, strava, léčiva Funkce: -podoďŶá steroidŶíŵ horŵoŶůŵ ϭ. HOMEOSTÁ)A - vazbou na receptory buněčŶého jádra – ŵodulují edžpresi proteiŶů, potřeďŶýĐh pro hoŵeostázu Đholesterolu Ϯ. JEDINÝ MOŽNÝ )PŮSOB VYLOUČENÍ CHOLESTEROLU!! ϯ. preveŶĐe tvorďLJ žlučovýĐh kaŵeŶů – soluďilizují Đholesterol ve žluči – ďráŶí jeho krLJstalizaĐi κ. uŵožňují tráveŶí triaĐLJlgLJĐerolů jejiĐh eŵulgaĐí ρ. uŵožňují aďsorpĐi vitaŵíŶů rozpustŶýĐh v tuĐíĐh ;steroidŶí horŵoŶLJ – viz otázka II./ϮεͿ II. Základy metabolismu 1 1. Struktura enzymu -Enzymy jsou z biochemického hlediska proteiny s katalytickými vlastnostmi - Podle strukturLJ rozlišujeŵe ŵoŶoŵerLJ, eŶzLJŵLJ pozůstávajíĐí z jedŶoho řetězĐe a eŶzLJŵLJ s oligoŵerŶí strukturou, které jsou složeŶé z víĐe podjedŶotek - Některé eŶzLJŵLJ se ŵůžou spojovat do ŵultieŶzLJŵovýĐh koŵpledžů  Enzym -je to globulární bílkovina (výjimka - katalLJtiĐkLJ půsoďíĐí ŵolekulLJ RNA = riďozoŵLJͿ -zrLJĐhluje reakĐi aspoň o ς řádů -ďěheŵ reakĐe - ŶeŶí spotřeďováŶ aŶi trvale zŵěŶěŶ  Struktura a interakce - ES-komplex - ŶevazeďŶé iŶterakĐe ;H ŵůstkLJ, VaŶ der WaalsovLJ sílLJ, hLJdrofoďŶí interakce, elektrostatické síly) - aktivní místo (6-ϭϮ zďLJtků aŵiŶokLJseliŶ;AMKͿ - prohluďeň, hLJdrofoďŶí Đharakter; multimerní enzym - na rozhraní podjednotek 1. vazebné skupiny - aroŵatiĐké jádra ;Phe, TLJrͿ, spojeŶé se suďstráteŵ ← hLJdrofoďŶí skupiny 2. katalytické skupiny - karboxyly dikarboxylových (kyselých) AMK, OH serinu, karďoŶLJlové kLJslíkLJ, His, Arg, katal. reakĐe ← polárŶí strukturLJ - teorie záŵku a klíče - teorie iŶdukovaŶého přizpůsoďeŶí - dLJŶaŵičŶost ďěheŵ rozpozŶáváŶí ς tříd eŶzLJŵů 1. Oxidoreduktasy 2. Transferasy 3. Hydrolasy 4. Lyasy 5. Isomerasy 6. Ligasy  Oxidoreduktasy -Katalyzují redoxní reakce -PřeŶášejí H + nebo O, nebo jen e - z jedné látky na druhou -Dehydrogenasa, oxidasa, oxygenasa, hydroxylasa  Transferasy -PřeŶášejí fuŶkčŶí skupiŶLJ -OďvLJkle ŵají v Ŷázvu jŵéŶo přeŶášeŶé skupiŶLJ - aminotransferasy, transglykosylasy, transmethylasy -HedžokiŶazáŵ se v Ŷázvu ŶezrĐadlí jŵéŶo fuŶkčŶí skupiŶLJ II. Základy metabolismu 2  Hydrolasy -Katalyzují hydrolytické reakce -Štěpí substrát za vstupu H 2 O; kovalentní vazby C-O, C-C, C-N,... - rozlišují se podle štěpeŶého suďstrátu Ŷa peptidasLJ ;proteasLJͿ, lipasLJ, esterasLJ, glykosiday a jiné  Lyasy -Štěpí C-C, C-O nebo C-N; bez vstupu H 2 O = nehydrolyticky -Aldolasa, dekarboxylace –R -)účastňujíĐí se sLJŶtéz se Ŷazývají SNYTHASY - Ŷepotřeďují ATP !!  Isomerasy -KatalLJzují izoŵeračŶí reakĐe; katalLJzují geoŵetriĐké Ŷeďo strukturŶí zŵěŶLJ uvŶitř jedné molekuly -PodtřídLJ - cis-trans izomerasy, epimerasy, mutasy, racemasy  Ligasy -Spojují 2 sloučeŶiŶLJ za vLJtvořeŶí vazeď C-O; C-N; C-C; C-S -Spotřeďa eŶergie ze současŶého štěpeŶí ATP -SYNTHETASY - alterŶativŶí Ŷázev, spotřeďují ATP !!  Kofaktory -jsou to ŶízkoŵolekulárŶí orgaŶiĐké sloučeŶiŶLJ ŶezďLJtŶé pro aktivitu eŶzLJŵů ;Ŷeďo ionty - př. )Ŷ v karboxypeptidase) -vazba na enzym/substrát je krátkodobá, snadno disociuje a je reverzibilní -př. ATP, ioŶtLJ kovů - eŶzLJŵLJ aktivovaŶé kovovýŵi ioŶtLJ ;jiŶé Ŷež ŵetalloeŶzLJŵLJͿ  Koenzymy -jsou „reĐLJklovatelŶé čluŶkLJ - přeŶašeče skupiŶ“ -přeŶos suďstrátů z ŵísta sLJŶtézLJ do ŵísta vLJužití, suďstrát je staďilizováŶ při ŶavázáŶí ;př. HͿ -Ŷěkteré koeŶzLJŵLJ oďsahují adeŶiŶ, riďosu, fosfátovou skupiŶu AMP/ADP dále přeŶášejí: o methylové skupiny (foláty) o acylové skupiny (koenzym A) o oligosacharidy (dolichol)  Prostetické skupiny -jsou vázáŶé kovaleŶtŶě i ŶekovaleŶtŶě -př. pLJridodžalfosfát, FMN, FAD, thiaŵiŶdifosfát ;thiaŵiŶpLJrofosfát, FPPͿ, ďiotiŶ, ioŶtLJ ŶěkterýĐh kovů - Co, Cu, Mg, Mn, Zn II. Základy metabolismu 3 -metalloenzymy - ϭ/ϯ všeĐh eŶzLJŵů o ŵají pevŶě vázaŶé kovové ioŶtLJ  jsou pevŶě vázány na enzym  účastŶí se redodžŶíĐh reakĐí za tvorďLJ koŵpledžŶíĐh sloučeŶiŶ ;př. heŵ, Fe-S klastry)  usŶadňují ŶavázáŶí a orieŶtaĐe S  jsou pro vLJtvořeŶí kovaleŶtŶí vazďLJ v reakčŶíŵ iŶterŵediátu ;CoϮ+ ionty v koenzymu B12)  interagují se substrátem s úmyslem jeho přeŵěŶLJ Ŷa víĐe elektrofilŶí ;Đhudší Ŷa e - Ϳ/ŵéŶě ŶukleofilŶí ;ďohatší Ŷa e - )  Deriváty vitamínu B -Mnohé koenzymy, kofaktory a prostetické skupiny jsou deriváty vit. B. Jedná se o:  nikotinamid (vit. PP, B 3 , niacin) - koenzym NAD, NADP (redoxní reakce)  riboflavin (B 2 ) - FMN, FAD (redoxní reakce)  pantothenová kyselina (B 5 ) - prekurzor koeŶzLJŵu A ;přeŶašeč aĐLJlovýĐh skupiŶͿ  thiamin (B 1 ) - ve forŵě pLJrofosfátu ;difosfátuͿ ;dekarďodžLJlaĐe α-oxokyselin)  kys. listová (B 9 , folát) a kobamidové koenzymy (B 12 ) - ;přeŶos jedŶouhlíkovýĐh zďLJtkůͿ  Povrch enzymu -oďsahují alosteriĐké ŵísto ← alosteriĐké eŶzLJŵLJ ;eŶzLJŵLJ sŶadŶo ŵěŶíĐí koŶforŵaĐi pod vliveŵ efektorůͿ,také deterŵiŶaŶtŶí skupiŶLJ = epitopLJ → iŵuŶitŶí Đharakteristika,ale i ŵísta vážiĐí jedLJ a farŵaka  Proenzym (=zymogen) -proteáza odštěpí část → deŵaskováŶí aktivita místa  MŶohotŶé forŵLJ eŶzLJŵů = izoforŵLJ eŶzLJŵů -ŵají totožŶé ŶázvLJ, ale růzŶé forŵLJ,také stejŶou speĐifičŶost, -ŵají růzŶou velikost, strukturu, rozdílŶý počet el. Ŷáďojů ;→ separaĐe v ELFOͿ, odolŶost vůči teplotáŵ, iŵuŶitŶí vlastŶosti,a ŶásledŶě vzŶik ŵŶohotŶíĐh foreŵ eŶzLJŵů - proteolLJtiĐké štěpeŶí růzŶé hlouďkLJ  Izoenzymy -rozdíly mají dané genetickLJ ;deterŵiŶováŶLJ rozdílŶýŵi, ale ďlízĐe příďuzŶýŵi geny), -podjedŶotkLJ ŵůžou hLJďridizovat, -př. laktátdehLJdrogeŶasa = LDH - tetraŵer, vLJtváří ρ izoeŶzLJŵů ;podjedŶotkLJ H-heart a M-muscle) II. Základy metabolismu 4  DiagŶostiĐká a progŶostiĐká poŵůĐka - EŶzLJŵLJ jsou součástí všeĐh ďď. a tělŶíĐh tekutiŶ: - kompartmentace: mitochondrie - cytochromoxidázy, lyzosom - kyselá fosfatáza, cytosol - eŶzLJŵLJ glLJkolýzLJ → ŶestejŶoŵěrŶé rozděleŶí eŶzLJŵů v ď. - tkáňové rozdílLJ: prostata - kyselá fosfatáza, játra - glutamátdehydrogenasa, sval - izoenzym kreatiŶkiŶasLJ sekrečŶí eŶzLJŵLJ ;ŵíňͿ - Intracelulární enzymy (metabolické funkce jen v b.) - poškozeŶíŵ ďď. se eŶzLJŵLJ dostávají do tělŶýĐh tekutiŶ ← jejiĐh aktivitu staŶovujeŵe ;svalové eŶzLJŵLJ - uvolŶěŶLJ i po Ŷaŵáhavé zátěžiͿ, izoeŶzLJŵLJ - tkáňová lokalizaĐe  VLJužití v pradži: - eŶzLJŵové staŶoveŶí glukózLJ v krvi za použití glukosaodžidasLJ ;Ŷa rozdíl od ĐheŵiĐkýĐh postupů se ŶezaĐhLJtí strukturŶě podoďŶé látkLJ redukujíĐí se v krvi - př. glukuronát) - amylasa v krvi poukazuje na akutní pankreatitida; alkalická fosfatasa se dostává do krvi při růzŶýĐh ŶeŵoĐeĐh kostí, oďstrukčŶíĐh jaterŶíĐh ĐhoroďáĐh; laktátdehLJdrogeŶasa izoeŶzLJŵ ρ svědčí o jaterŶíĐh oŶeŵoĐŶěŶíĐh; kLJselá fosfatasa poukazuje na metastázy karcinomu prostaty - „diagnostické okno“ = čas vhodŶý pro diagŶózu o diagnóza infarktu myokardu (IM), kde sledujeme: - aspartátaminotransferasa (AST), alaninaminotransferasa(ALT) - pomalý nástup, nejsou specifické pro IM - laktátdehydrogenasa (LDH) - izoeŶzLJŵLJ ← elektroforetiĐkLJ staŶovováŶLJ; Ŷevýhoda! - uvolňuje se poŵalu - kreatinkináza (CK) - 3 izoenzymy: CK-MM (kosterní svalstvo), CK-BB (mozek), CK-MB ;srdečŶí a kosterŶí svalͿ o CK-MB - oďjeveŶí ďěheŵ κ-6 hodin, vrchol 24. hodinu, normál do 48-72 hodin  troponin - koŵpledž ϯ proteiŶů - staŶoveŶí koŶĐeŶtraĐe srdečŶíĐh tropoŶiŶů I a T - zvedá se po 2-ς hodiŶáĐh, zůstává zvýšeŶá κ-ϭϬ dŶů - i jiŶé poškozeŶí Ŷež IM zvLJšuje jeho koŶĐeŶtraĐi o restrikčŶí eŶdoŶukleasLJ - RFLP o termostabilní DNA polymeráza - PCR  Léčďa, příkladLJ - je ŵožŶo suďstituovat ĐhLJďějíĐí produktLJ tráviĐíĐh eŶzLJŵů - proteolytické enzymy - pro Ŷekrvavé odstraňováŶí ložisek ŵrtvýĐh tkáŶí/fiďriŶu o Liposom - inkorporaĐe eŶzLJŵu do uŵěle připraveŶýĐh lipoproteiŶovýĐh částiĐ a tíŵ usŶadŶěŶý přestup do ďuňkLJ -enzymoterapie - acidorezistentní tablety (proteolytické enzymy) - podáno ústy mnohé léky - iŶhiďitorLJ eŶzLJŵů II. Základy metabolismu 5 - statiŶové lékLJ → iŶhiďiĐe 3-hydroxy-3-methylglutaryl-CoA-reduktasLJ ;sŶížeŶí produkĐe cholesterolu) - iŶhiďiĐe eŶzLJŵu koŶvergujíĐího aŶgioteŶsiŶ → sŶížeŶá koŶĐeŶtraĐe aŶgioteŶsiŶu II ;vazokoŶstriktorͿ → léčďa hLJperteŶze - β-laktaŵová rezisteŶĐe = ďakterie produkují β-laktamasy → hLJdrolLJzaĐe fuŶkčŶího β- laktaŵového kruhu v peŶiĐiliŶu a příďuzŶýĐh léĐíĐh → současŶé podáŶí iŶhiďitoru β- laktaŵasLJ a β-laktamových antibiotik - transformace profarŵak ;ŶeaktivŶí lékLJͿ → ďiologiĐkLJ aktivní léky II. Základy metabolismu 1 2. Enzymová aktivita • Aktivita - rychlost katalLJzovaŶé reakĐe je příŵo úŵěrŶá koŶĐeŶtraĐi eŶzLJŵů – vLJjádřeŶí podle ŵŶožství přeŵěŶěŶého suďstrátu ;vzŶiklého produktuͿ za jedŶotku času - dříve ďLJla jednotka enzymové aktivity U = ŵŶožství eŶzLJŵu, které přeŵěŶí 1 mol S /1 min Katal: ŵŶožství enzymové aktivity, které přeŵěŶí 1 mol S / 1s (kat, nkat, pkat) - ŵěřeŶí při staŶdardizovaŶýĐh podŵíŶkáĐh: pH, hodŶě suďstrátu, přítoŵŶost kofaktorů - koncentrace enzymové aktivity v biologických tekutinách – U/l, mU/l, dnes nkat/l molární aktivita: - kdLJž zŶáŵe Mr eŶzLJŵu = počet jedŶotek Ŷa ϭ ŵol eŶzLJŵu ;kat/ŵolͿ - počet ŵolekul S přeŵěŶěŶýĐh ϭ ŵolekul E za ϭs  srovnání aktivit eŶzLJŵů • RegulaĐe aktivitLJ - eŶzLJŵLJ jsou výrazŶě regulovatelŶé 1)fyzikálŶě-chemické vlastnosti prostředí  závislost na pH - pH optiŵálŶí = ŶejvLJšší aktivita, edžtréŵŶí zŵěŶLJ = deŶaturaĐe - většiŶou ŶeutrálŶí ;vLJjíŵka – pepsin 1,5 – 2,0  odpovídá žaludečŶí šťávěͿ - závislost aktivity souvisí s růzŶýŵ stupŶěŵ disoĐiaĐe ioŶizovatelŶýĐh skupin (substrátu i enzymu)  redoxní potenciál -rovnováha mezi –SH a –S-S- ;důležité pro tvar ďílkoviŶLJͿ - přítoŵŶost látek schopných ty skupiny redukovat nebo oxidovat  teplota -stoupá až po hraŶiĐi 5ϬC -60C  denaturace a ztráta aktivity - ideál kolem 37C - rozdíly citlivosti na vysoké teploty bývají mezi izoenzymy  ioŶizujíĐí zářeŶí -  poškozuje až ve vLJššíĐh dávkáĐh II. Základy metabolismu 2 2) aktivátory a inhibitory - ŶávazŶost reversiďilŶí ;účiŶek vratŶýͿ  aktivace - nízkomolekulární organické látkLJ, půsoďí allosteriĐkLJ - i kovové inoty (Mg 2+ , Ca 2+ , Zn 2+ Ϳ, vzáĐŶě aŶioŶtLJ - Ŷěkteré jsou i součástí eŶzLJŵu - lze považovat aktivaĐi i přeĐhod proeŶzLJŵu Ŷa eŶzLJŵ - ĐhráŶí eŶzLJŵ i před iŶaktivaĐí - GSH ĐhráŶí před odžidaĐí –SH - cheláty – proti těžkýŵ kovůŵ  inhibice - růzŶé – ionty, anorganické látky, vysoko i nízkomolekulární - specifické x nespecifické - přirozeŶé dž uŵělé ;léčiva, jedLJͿ - kompetitivní x nekompetitivní -vratné x nevratné  kompetitivní - soutěž se substrátem o navázání na aktivní místo enzymu (podobná struktura) - látky jsou chemicky podobné substrátu  nekompetitivní - není podobnost se substrátem, navázání vedle akt. místa  komplex ESI  sŶížeŶa katalLJtiĐká účinnost  nevzniká produkt - nekovalentí navázání  vratná - kovalentní navázání  nevratná (enzymový jed) -nevratné nervové jedy ( plyn sarin), jodacetamid, insekticidy - ihibici nelze nadbytkem substrátu odstranit  inhibice substrátem a produktem - při vLJsokýĐh koŶĐeŶtraĐíĐh ϯ) kovaleŶtŶí ŵodifikace eŶzyŵů - regulaĐe i štěpeŶíŵ Ŷeďo tvorďou kovaleŶtŶíĐh vazeb  přeŵěŶa ŶeaktivŶíĐh prekursorů ;proeŶzLJŵůͿ Ŷa aktivŶí eŶzLJŵLJ - Ŷapř. proteiŶasLJ GITu, srážeŶí krve - rozštěpeŶí vazďLJ Ŷeďo vLJštěpeŶí části pept. řetězĐe  zŵěŶa koŶforŵaĐe  aktivní  fosforLJlaĐe či defosforLJlaĐe ďílkoviŶLJ - Ŷapř. glLJkogeŶsLJŶthasa II. Základy metabolismu 3 - fosfát připojeŶ esterovou vazďou – katalýza kinasou - hLJdrolLJtiĐkLJ odštěpeŶ fosfatasou - ŶěkdLJ aktivaĐe, jiŶdLJ iŶhiďiĐe tLJ Ϯ krokLJ výše κ) allosterické a kooperačŶí vlivy - všeĐhŶLJ iŶhiďiĐe ;kroŵ koŵpetitivních), i aktivace, které se vážou jinam, Ŷež Ŷa aktivní místo = ALLOTOPICKÉ o allosterické enzymy – oligoŵerŶí ;z Ŷěkolika podjedŶotekͿ - krom aktivních míst ještě ŵísto allosteriĐké ;pro efektorͿ - vzdálené od aktivního, ale navázání efektoru vyvolá konfor. zŵěŶLJ i katalitické vlastnosti - aktivátor – posuŶ křivkLJ doleva ;spíše hLJperďolaͿ - inhibitor – posuŶ křivkLJ doprava ;spíše esovitáͿ • regulace aktivity -řetěz reakĐí  řízeŶa Ŷejpoŵalejší reakĐí = rLJĐhlost určujíĐíŵ eŶzLJŵeŵ II. Základy metabolismu 1 3. Dýchací Ĝetězec. Oxidativní fosforylace  δokalizace řetězce je na vnitĜní membráně mitochondrií  Elektrony získané při degradaci glukózy i jiných živin a přenesené na koenzymy NADH a FADH 2 v mitochondriích přejdou do oxidoredukčních komplexů ve vnitřní mitochondriální membráně  Membránové enzymové komplexy (I – IV) obsahují další přenašeče, které si tyto elektrony předávají podle stoupajícího redoxního potenciálu  Molekula O 2 je konečným akceptorem elektronů a redukuje se jimi na β molekuly vody  Přenos elektronů způsobí konformační změny komplexů, což je podkladem současného pumpování protonů (H + ) z matrix do mezimembránového prostoru, děje se tak proti koncentračnímu i potenciálovému spádu protonů → na vnitřní mitochondriální membráně se tvoří elektrochemický gradient – jeho energie se využije k syntéze ATP  Aerobní (oxidativní) fosforylace – fosforylace ADP anorganickým fosfátem pomocí ATP-syntázy → ATP Biomedicinský význam  Oxidativní fosforylace umožňuje aerobním organismům získat mnohem více použitelné energie při oxidaci substrátů než oxidace anaerobním organismům  Fosforylace je inhibována řadou léků (např. barbituráty) a jedů (např. kyanid, oxid uhelnatý), často s fatálními důsledky  Popsáno mnoho vrozených vad na úrovni mitochondrií postihujících komponenty respiračního řetězce i oxidativní fosforylace - u těchto pacientů se zjišťuje myopathie, encefalopathie a často mají laktacidosu II. Základy metabolismu 2 Dýchací (respirační) Ĝetězec vnitĜní mitochondriální membrány  Dýchací řetězec = soubor oxidoreduktas ve vnitřní mitochondriální membráně, oxidoreduktasy jsou vlastně protonové pumpy (použijí energii uvolněnou oxidoredukcemi k uvolnění protonů na zevní stranu membrány, čímž snižují koncentraci protonů v matrix → protonový gradient)  Komplex I – IV, koenzym Q, cytochrom c  NADH-Q-oxidoreduktasa (komplex I) přijímá elektrony z NADH a předává je prostřednictvím lipofilního koenzymu Q (ubichinonu Q) dalšímu komplexu – Q-cytochrom c oxidoreduktase (komplexu III)  Cytochrom c přenáší elektrony mezi komplexem III a IV  Cytochrom c oxidasa (komplex IV) – elektrony předá na dvouatomovou molekulu kyslíku, který se tak redukuje na 2 molekuly vody  Sukcinát-Q-reduktása (komplex II) – přijímá elektrony ze sukcinátu (citrátového cyklu) pomocí FAD → elektrony předává přes koenzym Q na komplex III (e  tedy minou komplex I)  Cesta přes FADH uvolní méně energie NADH-Q-oxidoreduktasa (komplex I)  Savčí z více než γ4 podjednotek  Na komplex se naváže NADH – 2 elektrony z něj převezme flavinadeninmononukleotid (FMN)  FεN přijme taky β protony (H + ) → FMNH 2 II. Základy metabolismu 3  Elektrony pak předá sérii skupin Fe-S (proteiny železo-síra) – významné oxidoredukční soustavy, různě velké – komplex I obsahuje 2Fe-2S i 4Fe-4S, železo se při oxidoredukcích mění z Fe 2+ na Fe 3+ a naopak, reakce není provázena příjmem nebo ztrátou protonů  Fe-S předají elektrony na koenzym Q (ubichinon) vázaný na komplex I  Při přesunu elektronů uvnitř komplexu I se z matrix do mezimembránového prostoru vypumpují 4H +  Z vázaného koenzymu Q jsou elektrony předány volnému ubichinonu rozpuštěnému v lipidové dvojvrstvě vnitřní mitochondriální membrány Koenzym Q (ubichinon Q)  Chinonová skupina koenzymu Q je významným akceptorem a donorem elektronů i protonů  Chinonová skupina (Q) může přijmout 1 elektron a 1 proton a změnit se na semichinon (QH . )  Příjmem dalšího protonu a elektronu vzniká hydrochinon (QH 2 )  Vázaná forma v komplexu I  Volná forma v membráně → přenos e  mezi komplexem I (nebo II) a III Q-cytochrom c oxidoreduktasa (komplex III, bc 1 -komplex)  Dimer, v němž každý monomer je tvořen 11 podjednotkami  Elektrony přenášeny γ hemy ve β cytochromových podjednotkách (hemy b L , b H a c 1 ) a 1 skupinou 2Fe-2S  Hemy = protoporfiriny IX jako v myoglobinu a hemoglobinu, koordinované železo (oxidované Fe 3+ nebo Fe 2+ , kdy přenáší e  )  Komplex III katalyzuje přenos elektronů z QH 2 na cytochrom c – přitom uvolní na zevní stranu vnitřní membrány mitochondrie 4 protony → 2 jsou z QH 2 → 2 z matrix  Přenos elektronů komplexem III + transmembránový přesun protonů → Q-cyklus  Vazebná místa pro koenzym Q o místo Q O (outside) o místo Q i (inside) – blíže matrix Ubichinon II. Základy metabolismu 4 Cytochrom c  Malý, ve vodě rozpustný protein  Ve všech rostlinách, živočiších a eukaryotických mikroorganismech  Obsahuje kovalentně vázaný hem  V mezimembránovém prostoru mitochondrie, pohyblivá součást dýchacího řetězce  Přenáší 1 elektron z koenzymu Q na cytochromoxidasu (komplex IV) Cytochrom c oxidasa (komplex IV)  Přenáší elektrony z cytochromu c na molekulu kyslíku a redukuju O 2 na vodu  Katalyzuje koncový přenos elektronů v dýchacím řetězci 4 cyt red c + O 2 + 4H + z matrix + → 4 cyt ox c + 2 H 2 O  Komplex IV obsahuje 2 hemy (a, a 3 ) a γ ionty mědi (2Cu A a Cu B )  Na centru Cu A / Cu A přijímá elektrony z cytochromů c  Elektrony z Cu A / Cu A → hem a → hem a 3 → Cu B (Cu 2+ se redukuje na Cu + )  Druhý elektron převzatý z dalšího cytochromu c doputuje kvůli změněnému redoxnímu potenciálu jen na hem a 3 → tam redukuje iont železa na Fe 2+  Na hem a 3 se naváže molekula kyslíku O 2 , dvěma elektrony je redukovaná na peroxid, který vytvoří vazebný můstek mezi iontem železa a mědi  Peroxid je redukován dalším elektronem ze tĜetího cytochromu c  Současně se z matrix přibere 1 proton a dvouatomová molekula peroxidu se štěpí  z 1 atomu kyslíku vznikne hydroxylová skupina vázaná na Cu B  druhý atom kyslíku vytvoří ferrylovou skupinu na hemu a 3  Čtvrtý elektron ze čtvrtého cytochromu c redukuje ferrylovou skupinu Fe 4+ =O na Fe 3+ OH  Již druhý proton byl odebrán z matrix  Oba hydroxyly přijmou po 1 dalším protonu z matrix a změní se ve β volné molekuly vody II. Základy metabolismu 5  Výsledek – cytochromoxidasa spotřebovala na redukci O 2 4 elektrony ze 4 cytochromů a 4 protony z matrix (p + nebyly přeneseny na zevní stranu vnitřní membrány, ale na tvorbě gradientu se také podílejí)  Cytochromoxidasa při redukci kyslíku vypumpuje další 4 protony z matrix na zevní povrch vnitřní membrány  Celkově tedy komplex IV odebral z matrix 8 protonů  Přepočteno na β elektrony přijaté z dýchacího řetězce → komplex IV přispěje do protonového gradientu odebráním 4 protonů z matrix a do mezimembránového prostoru pĜenese 2 protony (β protony se vypotřebují na tvorbu H 2 O)  Molekula kyslíku – ideální akceptor elektronů pro uvolňování energie – redukce kyslíku je ale nebezpečná reakce → kyslík se postupnou redukcí 4 elektrony mění na superoxid, peroxid, oxen (kyslík. radikál) a vodu → na komplexu I a III je dost příležitostí k vedlejší nebezpečné reakci – k jednoelektronové redukci O 2 na superoxid → mitochondrie proto obsahuje superoxiddismutasu (Mn-SOD), která superoxid odstraňuje II. Základy metabolismu 6 Sukcinát-Q-reduktása (komplex II) a další flavinové enzymy redukující koenzym Q  Dalším zdrojem elektronů (kromě NADH) pro dýchací řetězec je FADH 2 (redukovaný např. při oxidaci sukcinátu na fumarát – citrátový cyklus; při přenosu elektronů z cytoplazmatického NADH do mitochondrie – glycerolfosfátový člunek; při oxidaci mastných kyselin – ȕ-oxidace)  Enzymy předávající elektrony na koenzym Q: o Sukcinát-Q-reduktása (komplex II)  součást vnitřní mitochondriální membrány  obsahuje flavinadenindinukleotid (FAD) – ten je na komplex stále navázaný  FAD přebírá elektrony z citrátového cyklu → FADH 2  pak elektrony převezmou centra Fe-S na komplexu II a předají ho na koenzym Q o Glycerolfosfátdehydrogenasa  součástí glycerolfosfátového člunku  pomocí FAD přenáší elektrony z cytosolových NADH do Q-cyklu o Acyl-CoA-dehydrogenasa  oxiduje v mitochondriích mastné kyseliny při ȕ-oxidaci  Ani jeden z těchto enzymů nepřenáší protony z matrix přes vnitřní membránu a nepodílí se na tvorbě protonového gradientu – proto při oxidaci FADH 2 vzniká méně ATP než při oxidaci NADH Elektrochemický potenciál na vnitĜní membráně mitochondrie  Oxidoreduktasy vnitřní mitochondriální membrány jsou vlastně protonové pumpy, které použijí energii uvolněnou oxidoredukcemi k uvolnění protonů na zevní stranu membrány, čímž snižují koncentraci protonů v matrix → protonový gradient  Dnešní převládající předpoklad: během přenosu β elektronů od NADH na kyslík jsou na zevní stranu membrány uvolněny 4 protony z komplexu I, 4 protony z Q-cyklu, 2 protony z komplexu IV → celkem 10 protonů  Energie gradientu má 2 složky → elektrochemický protonový gradient 1. energie rozdílné koncentrace protonů (H + ) na obou stranách vnitřní mitochondriální membrány (na zevní straně membrány je kyselejší pH) 2. energie ve formě elektrického potenciálu způsobeného nerovnoměrným rozdělením pozitivně nabitých iontů o elektrochemický potenciál lze vyjádřit rovnicí: Δμ H+ /F = Δψ – (2,3RT/F)ΔpH Δμ H+ - elektrochem. potenciál na membráně Δψ - rozdíl elektrického membránového potenciálu ve voltech (V) R – univerzální plynová konstanta T – absolutní teplota ΔpH – rozdíl koncentrace H + na obou stranách membrány F – Faradayova konstanta, v joulech (J) II. Základy metabolismu 7 Syntéza ATP na mitochondriální ATP-syntáze (komplexu V) ADP + P i + H + ↔ ATP + H 2 O  Fosforylace ADP je katalyzovaná ATP-syntázou ve vnitřní mitochondriální membráně  Spřažení oxidace NADH (nebo FADH 2 ) a fosforylace ADP vysvětlil Peter Mitchell v r. 1961 → chemiosmotická hypotéza – jeho názor odlišný od ostatních, proto trvalo 17 let, než se stal laureátem Nobelovy ceny, dnes je jeho hypotéza v podstatě potvrzena Komplex V se skládá ze β částí: F 0 a F 1 1. F 0 – vnořena do vnitřní mitochondriální membrány, protonový kanál  10 – 14 podjednotek c vytváří válcovitý hydrofobní útvar prostupující lipidovou dvojvrstvou – každá podjednotka c je tvořena dvěma α-helixy – 1 z nich má uprostřed řetězce funkčně významný aspartát  Na tento útvar nasedá z boku podjednotka a – obsahuje 2 polokanály – vnitřní konce polokanálů otevřeny v úrovni středových aspatrátů podjednotek c o zevní polokanál – otevřen do mezimembránového prostoru o vnitřní – otevřen do matrix  Komplex podjednotek c se může otáčet kolem podélné osy (připomíná rotor elektromotoru)  Podjednotka a se váže přes podjednotku b 2 a į k části F 1 → stator  Předpokládejme, že všechny aspartáty podjednotek c v membráně jsou hydrofobní (jsou neutrální, karboxyly nejsou disociovány), ale β aspartáty natočené proti podjednotce a jsou disociovány (negativní a hydrofilní) – jeden proti zevnímu, druhý proti matrixovému polokanálu  Protony vstupují do zevního polokanálu podjednotky a  Jeden z těchto protonů se naváže na -COO  aspartátu – aspartátový zbytek u zevního polokanálu tak ztratí náboj a může vstoupit do hydrofobního prostředí membrány  Rotor se pootočí o 1 podjednotku c ve směru hodinových ručiček – k zevnímu polokanálu se dostane další disociovaný aspartát od matrixového polokanálu, zatímco proti matrixovému polokanálu je přesunut nedisociovaný aspartát z membrány II. Základy metabolismu 8  V matrix je nižší koncentrace protonů – proto tento aspartát předá karboxylový proton do matrixového polokanálu, tedy do matrix  Rotor se otáčí díky prostupu protonů statorem po spádu elektrochemického gradientu  Po prostupu zevním polokanálem se proton naváže na aspartát právě přiléhající podjednotky c, která se otočí o celou otáčku rotoru až k matrixovému polokanálu, kde se proton uvolní z aspartátu a projde do matrix 2. F 1 – vyčnívá do matrix, katalytické centrum enzymu  Z 5 typů podjednotek: α, ȕ, Ȗ, į, İ  į – součást spojky F 1 se statorem F 0  Ȗ a İ – vázány s rotorem, zanořují se do kruhové struktury tvořené γ střídajícími se podjednotkami α a γ podjednotkami ȕ – tento hexamer je jádrem F 1  α a ȕ mohou vázat nukleotidy, ȕ mají i katalytickou aktivitu  Syntéza ATP ve 3 fázích – každá z trojice podjednotek ȕ v jiné konformaci (L, T, O) – uprostřed trojice je zanořena podjednotka Ȗ (prodloužení rotoru z F 0 ) 1. Konformace L (loose – uvolněný) podjednotky ȕ  podjednotka ȕ váže ADP a anorganický fosfát (P i ) 2. Konformace T (tight – těsný)  podjednotka ȕ váže ATP tak silně, že to urychluje fosforylaci ADP  fosforylace volného ADP na volné ATP je endergonní reakce (musí se dodat energie) – volné ATP má jiný obsah energie než ATP silně navázané na protein → k dokončení syntézy volného ATP je třeba dodat energii – využije se energie protonového gradientu 3. Konformace O (open – otevřený)  díky energii protonového gradientu se změní konformace T na O → dojde k uvolnění ATP Všechny fáze probíhají postupně na každé z trojice, ale s posunem fáze Na jedné podjednotce se navazuje ADP a P i , na druhé se syntetizuje ATP, na třetí se ATP uvolňuje Proces je navozen interakcemi s rotující asymetrickou podjednotkou Ȗ, jejíž otáčení je hnáno protonovým gradientem II. Základy metabolismu 9 Transport ATP, ADP a fosfátu pĜes vnitĜní mitochondriální membránu  Je nutné transportovat ADP a fosfát do matrix a syntetizované ATP zase do cytoplazmy  Ve vnitřní mitochondriální membráně jsou přenašeče → ADP-ATP-translokasa – katalyzuje antiport ATP za ADP  ATP – 4 záporné náboje  ADP – 3 záporné náboje → jejich výměna je endorgenní proces, využívá se membránový potenciál na vnitřní membráně → venku kladný, na straně matrix záporný náboj - potenciál se antiportem ADP za ATP vybíjí, spotřebuje se čtvrtina energie protonového gradientu  Protonový gradient pohání taky symport P i a protonů přes vnitřní membránu – katalyzováno fosfáttranslokasou Energetická bilance dýchacího Ĝetězce  Dnešní převládající předpoklad: během přenosu β elektronů od NADH na kyslík jsou na zevní stranu membrány uvolněny 4 protony z komplexu I, 4 protony z Q-cyklu, 2 protony z komplexu IV → celkem 10 protonů  Na ATP-syntáze se protonový gradient vybíjí  Je-li v F 0 10 podjednotek c → pak 10 protonů z gradientu otočí rotor o γ60° → z F 1 se tedy uvolní 3 ATP  Na vznik a uvolnění jednoho ATP do matrix se z protonového gradientu spotřebuji 10 : γ = 3,3 protonu  Transport ATP z matrix do cytosolu spotřebuje další 1 proton → na 1 molekulu ATP v cytosolu musí protonový gradient poskytnout 4 protony o potom 10 protonů z 1 NADH umožní syntézu β,5 ATP (10 : 4)  Oxidace FADH 2 přispěje do protonového gradientu jen 6 protony → 1,5 ATP (6 : 4)  Počet ATP z 1 NADH nebo FADH 2 je poměrem spotřebovaného P i (tedy i ADP) ke spotřebované ½ O 2 → poměr P/O  Zisk ATP z oxidace cytosolového NADH může být rozdílný – záleží na člunku, kterým se přenesly elektrony z cytosolového NADH do dýchacího řetězce o malát-aspartátový člunek → elektrony přeneseny na mitochondriální NADH → 2,5 ATP o glycerolfosfátový člunek → elektrony přeneseny na FADH 2 → 1,5 ATP Zisk ATP z oxidace 1 molekuly glukosy  Oxidace volné cytosolové glukosy cestou glykolýzy, citrátového cyklu a dýchacího řetězce →γ0 – 32 ATP  Oxidace glukosy z glykogenu → zisk o 1 ATP vyšší (není třeba ATP k fosforylaci glukosy), ale zase se spotřebuje ATP při syntéze glykogenu  ΔG hydrolýzy ATP v organismu se odhaduje za fyziologických koncentrací ATP/ADP na 51,6 kJ/mol, pro 30 – γβ molů ATP → zisk 1548 – 1651 kJ  Spalné teplo 1 molu glukózy je 2870 kJ/mol – energetická výtěžnost biologické oxidace je 54 – 57 % II. Základy metabolismu 10 Reakce Zisk ATP glykolýza z volné glukózy 2 ATP na substrátové úrovni glykolýza z volné glukózy 5 nebo γ ATP ze β NADH (člunky) pyruvátdehydrogenasa 5 ATP ze 2 NADH citrátový cyklus 2 ATP ze sukcinyl-S-CoA citrátový cyklus 15 ATP z 6 NADH citrátový cyklus 3 ATP ze 2 FADH 2 Celkem z 1 molekuly volné glukosy 30 – 32 ATP ěízení a inhibice pĜenosu elektronů v dýchacím Ĝetězci  Oxidativní fosforylaci můžeme inhibovat řadou látek  δátky nepřímo inhibující ATP-syntázu – zastavují syntézu ATP inhibicí protonového gradientu o Rotenol a amytal – blokují přenos elektronů na komplexu I o Antimycin A – inhibuje funkci komplexu III o Kyanidy a azid – prudce jedovaté, vážou se na trojmocné železo hemu a 3 v komplexu IV o Oxid uhelnatý – váže se na hemové dvojmocné železo v hemoglobinu i v hemu a 3  δátky přímo inhibující ATP-syntázu o Oligomycin a dicyklohexylkarbodiimid (DCCD) – brání průchodu protonů přes komplex V, zastaví nejen syntézu ATP, ale i přenos elektronů v dýchacím řetězci, odpojovače obnoví respiraci, ne však fosforylaci (tvorbu ATP) inhibovanou oligomycinem  Rychlost oxidoredukcí v dýchacím řetězci je také řízena dostupností ADP – při nedostatku se přestane spotřebovávat protonový gradient, který asi může dosáhnout jen určité úrovně, při které protonové pumpy přestanou být efektivní, a zastaví se i oxidoredukce v komplexech dýchacího řetězce  Odpojovače (iontofory) o hydrofobní povaha, ve vnitřní membráně zprostředkují jako nosiče prostup protonů do matrix → zruší se protonový gradient a ztrácí se energie pro syntézu ATP, ale přenos elektronů v dýchacím řetězci je neporušen o umělé látky  dinitrofenol o přirozené odpojovače  odpojovací proteiny (uncoupling proteins – UCP) – UCP-1 (thermogenin) o odpojení dýchacího řetězce od syntézy ATP se využívá ve tkáních, které jsou zdrojem tepla – zvířata adaptovaná na chlad, zimní spánek, novorozenci – šedá tuková tkáň na zádech mezi lopatkami (hodně mitochondrií) II. Základy metabolismu 1 4. Tzv. „makroergní“ sloučeŶiŶLJ, fosforLJlaĐe Ŷa suďstrátové úrovni, pohon endergonních reakcí Endergonní reakce (děje Ŷeďo proĐesLJͿ - jsou ;saŵLJ o soďěͿ za fLJziologiĐkýĐh podŵíŶek eŶergetiĐkLJ ŶevýhodŶé ;zŵěŶa GiďďsovLJ eŶergie je positivŶí, ΔG > ϬͿ a ŵohou tedy probíhat pouze v případě, že jsou ďezprostředŶě spřažeŶLJ s reakĐí ;dějeŵͿ, který jí eŶergii dodává Exergonní reakce (děje Ŷeďo proĐesLJͿ - jsou za fyziologických podmínek doprovázeny pokleseŵ GiďďsovLJ eŶergie ;ΔG < ϬͿ a mohou tedy probíhat samovolně. Každá ĐheŵiĐká reakĐe či fLJzikálŶě-ĐheŵiĐký děj ŵusí ďýt jako Đelek edžergoŶiĐký; pokud se tedLJ Ŷějaký děj jeví jako eŶdergoŶiĐký, zŶaŵeŶá to, že ŵusí ďýt velŵi těsŶě spojeŶ s edžergoŶiĐkýŵ dějeŵ tak, aďLJ součet hodŶot ΔG ďLJl ŶegativŶí Tzv. „makroergní“ sloučeŶiŶLJ  SloučeŶiŶLJ s vLJsokýŵ poteŶĐiáleŵ přeŶosu fosfátu → vysokoenergetické, makroergní fosfáty  PřeŶášejí eŶergii mezi katabolismem a endergonními pochody  Odnímáním elektronů ;rušeŶí vazeď, odžidaĐe, kataďolisŵusͿ a přeuspořádáŶíŵ atoŵů se ŵolekulLJ živiŶ ŵěŶí Ŷa katabolity s Ŷižšíŵ oďsaheŵ eŶergie → uvolŶěŶá eŶergie se použije k syntéze nových molekul (anabolismus) a k pohoŶu eŶdergoŶŶíĐh poĐhodů (zejména k mechanické, osmotické a elektrické práci)  Fosfát je připojeŶ Ŷa ŵolekulu eŶergetiĐkého přeŶašeče vazďou, která uŵožňuje jeho sŶadŶý ;spoŶtáŶŶí, edžergoŶŶíͿ přeŶos Ŷa ŵetaďolitLJ, které mají být energeticky oďohaĐeŶLJ, potoŵ teprve ŵůžou vstoupit do jiŶak eŶdergoŶŶíĐh reakĐí ;Ŷapř. sLJŶtéza ŶovýĐh látek, vLJvoláŶí koŶforŵačŶíĐh zŵěŶ...Ϳ  starší ozŶačeŶí makroergní vazďa se dŶes Ŷepoužívá  vazba se značí ~ P (zavedl Lipmann)  Potenciál přeŶosu  v molekule volné H 3 PO 4 → κ kLJslíkLJ jsou ŶavázáŶLJ Ŷa fosfor poŵoĐí rezonance (ani jednoduchá, ani dvojná vazba) = elektrony jsou v ŵolekule rozložeŶLJ ŵezi kLJslíkLJ a fosforeŵ rovnoměrŶě ;podoďŶě jako v aromatickém cyklu)  ϯ protoŶLJ se Ŷevážou Ŷa určitý kLJslík, ale Ŷa Đelou ŵolekulu kLJseliŶLJ II. Základy metabolismu 2  jedeŶ, dva Ŷeďo všeĐhŶLJ tři protoŶLJ disoĐiují v závislosti na pH  výsledŶé aŶioŶtLJ → fosfátLJ ;P i ) SloučeŶiŶLJ s vLJsokýŵ poteŶĐiáleŵ přeŶosu fosfátu  Anhydridy mezi fosfátem a karboxylovou skupinou  např. ŵetaďolit glLJkolýzLJ 1,3-bisfosfoglycerát – odevzdává fosfát na molekulu ADP za vzniku ATP  Guanidinfosfátová skupina  kreatinfosfát – ve svalových buňkáĐh předává fosfát Ŷa ADP za vzŶiku ATP kreatiŶfosfát + ADP ↔ ATP + kreatiŶ  Molekuly s enolfosfátovou strukturou (keto-enol tautomerie)  fosfoenolpyruvát – předává fosfát Ŷa ADP za vzŶiku ATP  enolfosfátová skupina sama nemá vysoký potenciál přeŶosu, současŶě ŵusí dojít k další reakĐi – tautomerizaci nestálé enol-formy na stabilní keto-formu pyruvátu  Anhydridy mezi dvěŵa fosfátLJ  adenosin-5 ́-monofosfát (AMP) tvoří aŶhLJdrid s anorganickým fosfátem za vzniku adenosin-5 ́-difosfátu (ADP) – dojde k ŶavázáŶí dalšího fosfátu → adenosin-5 ́- trifosfát (ATP)  vazba fosfátu na ribosu – esterová  mezi adeninem a ribózou je N-glykosidická vazba  vazby mezi fosfáty – anhydridové (s vysokým potenciálem přeŶosu fosfátuͿ  ATP předává fosfát do eŶdergoŶiĐkýĐh reakĐí a vzŶiklý ADP se opět fosforLJluje Ŷa ATP v katabolických pochodeĐh při získáváŶí eŶergie z živiŶ Ŷeďo ;u rostliŶ a siŶiĐͿ fotosyntézou  v buňkáĐh ŶeŶí ŵŶoho ATP, oďrat ATP-ADP-ATP je ale obrovský  perŵaŶeŶtŶí sLJŶtéza ATP ŶezďLJtŶá pro život, přerušeŶí sLJŶtézLJ ATP → sŵrt (otrava kyanidem) II. Základy metabolismu 3  jak pracuje ATP?  termodynamicky nevýhodnou chemickou reakci, která by spontánně Ŷeproďěhla, zŵěŶí Ŷa edžergoŶŶí reakĐi tíŵ, že připojí fosfát Ŷa jedeŶ ze suďstrátů a eŶergetiĐkLJ ho aktivuje pro vstup do vlastŶí reakĐe – Ŷapř. syntéza glutaminu z kyseliny glutamové a amoniaku  V reakcích, kde je třeďa dodat ŵŶoho eŶergie ;Ŷapř. sLJŶtéza DNA a RNAͿ: ATP → AMP + PPi adenosinmonofosfátkinasa (adenylátkinasa, AMP-kinasa) katalyzuje reakci: AMP + ATP → 2 ADP tato reakce je důležitá pro reutilizaĐi AMP, protože v katabolických reakĐíĐh ďuňkLJ ŵůže fosfát přijíŵat pouze ADP, Ŷikoli AMP cAMP (cyklický 3 ́,5 ́-adenosinmonofosfát)  derivátem ATP  slouží jako jedeŶ z druhýĐh poslů v ďuŶěčŶé sigŶalizaĐi, důležitý je jeho aktivačŶí účiŶek Ŷa eŶzLJŵ proteinkinázu A  zaniká půsoďeŶíŵ eŶzLJŵu fosfodiesterázy - hydrolyzuje jeho fosfodiesterovou vazďu a tíŵ ho ŵěŶí Ŷa fLJziologiĐkLJ ŶeúčiŶŶou forŵu adenosin-5 ́-monofosfát (AMP) II. Základy metabolismu 4 II. Základy metabolismu 5 Fosforylace na substrátové úrovni  Obvykle součástí raŶýĐh fází ŵetaďolisŵu Đukrů, ŶiĐŵéŶě pro Ŷěkteré ŵikroorganismy představuje jediŶou ŵožŶost sLJŶtézLJ ATP  V glykolýze  vzniká ATP účiŶkeŵ fosfoglLJĐerátkiŶázLJ při přeŵěŶě ϭ,ϯ-bisfosfoglycerátu na 3- fosfoglycerát  také účiŶkeŵ pLJruvátkiŶázLJ při přeŵěŶě fosfoeŶolpLJruvátu Ŷa pLJruvát Fosfoenolpyruvát + ADP → pLJruvát + ATP  celkově tedLJ ďěheŵ glLJkolýzLJ vzŶikŶou κ ATP, ale zároveň se Ϯ ATP spotřeďují ;ϭ ATP na fosforylaci glukosy na G-6-P a 1 ATP na fosforylaci fruktosa-6-fosfátu, kdy vzniká F-1,6-ďisPͿ → výtěžek tedLJ 2 ATP  V Krebsově ĐLJklu příŵo ATP zpravidla ŶevzŶiká, ale v reakci katalyzované sukcinyl-CoA- sLJŶtetázou doĐhází ke vzŶiku GTP, jeŶž ŵůže ďýt sŶadŶo Ŷa ATP převedeŶ: ADP + GTP ⇆ ATP + GDP V jedné otočĐe Kreďsova ĐLJklu ;Ŷa jedeŶ aĐetLJlový zďLJtekͿ vzŶiká 1 ATP SpeĐiálŶí ŵožŶostí je vzŶik ATP ve svaleĐh přeŶoseŵ fosfátové skupiŶLJ z kreatiŶfosfátu ;či argininfosfátu) na ADP za vzniku ATP a kreatinu (resp. argininu) – tato reakĐe vLJtváří pohotovou zásoďu eŶergie v průďěhu svalové práĐe II. Základy metabolismu 1 6. Obecné mechanismy přeŵěŶLJ aŵiŶokLJseliŶ, deaminace, transaminace, dusíková bilance Cílem reakcí AMK při jejiĐh degradaĐi je vLJloučeŶí NH 4 + Základní reakce: transaminace, oxidativní deaminace, neoxidativní deaminace, dekarboxylace. Spojení transaminace a oxidačŶí deaŵiŶaĐe vede k úplŶéŵu odstraŶěŶí aŵiŶoskupiŶLJ. Transaminace  ping-pong (bi-bi) mechanismus  označeŶí sLJstéŵu jako „radost překupŶíka elektroŶů“ ;eleĐtroŶ pusher’s delightͿ – PLP (pyridoxal-5-fosfátͿ fuŶguje jako lapač elektroŶů  katalyzovány aminotransferasami (transaminasami)  vratné reakce – jejiĐh rovŶovážŶá koŶstaŶta K se příliš Ŷeliší od jedŶé a při které doĐhází k Ŷevelikýŵ zŵěŶáŵ volŶé eŶergie ;ΔGͿ  probíhá u většiŶLJ AMK, jen threonin a lysin jí nepodléhají  dochází k přeŶosu aŵiŶoskupiŶLJ z α-aŵiŶokLJsliŶLJ Ŷa α-oxokyselinu ;α-ketokyselinu) za vzniku nové oxokyseliny a aminokyseliny  akceptorem aminoskupiny je většiŶou 2-oxoglutarát, ze kterého vzŶiká při této reakĐi glutamát II. Základy metabolismu 2  reakce se účastŶí dva substráty, koenzym pyridoxal-5-fosfát (PLP, derivát pyridoxinu, vitaminu B 6 ) a probíhají ve dvou fázích II. Základy metabolismu 3 1. fáze (3 kroky)  Ŷa aldehLJdovou skupiŶu pLJridodžalfosfátu se Ŷaváže dárĐovská AMK svou aŵiŶoskupiŶou → aldmin (Schiffova báze) = komplex aminokyselina-PLP  komplex tautomerizuje na ketimin  ketimin je následně hLJdrolLJzováŶ Ŷa pyridoxaminfosfát a oxokyselinu 2. fáze (taky 3 kroky) - tyto reakce jen v opačŶéŵ sledu  přijíŵaĐí α-oxokyselina reaguje s aminoskupinou pyridoxaminfosfátu  dvojitá vazba je přesuŶuta  aminokyselina se hydrolyticky uvolní II. Základy metabolismu 4 PLP je regenerován a zpětŶě kovaleŶtŶě ŶavázáŶ Ŷa proteiŶovou strukturu eŶzLJŵu Transaminasy (aminotransferasy)  v cytosolu i v mitochondriích Aspartátaminotransferasa (AST)  vysoká aktivita v játrech a svalové tkáni (včetŶě ŵLJokarduͿ  vLJužívá se k diagŶostiĐe poškození jater a svalstva  má významnou mitochondriální frakci Alaninaminotransferasa (ALT)  diagŶostika poškozeŶí jaterŶího pareŶĐhLJŵu Aminotransferasy ve svalech  výjiŵka, vLJužívají pyruvát jako oxokyselinu  vzniklý alanin se transportuje do jater – tam je substrátem další traŶsaŵiŶaĐe, při Ŷíž se uvolní pyruvát potřeďŶý pro glukoŶeogeŶezi  glukosa je zpětŶě traŶsportováŶa do svalů – glykolýzou zde vzniká pyruvát – glukózový- alaninový cyklus se uzavírá ;ĐLJklus slouží pro traŶsport dusíku ze svalů do jaterͿ II. Základy metabolismu 5 Oxidativní deaminace –glutamátdehydrogenásová reakce  spojení transaminace a oxidačŶí deaŵiŶaĐe vede k úplŶéŵu odstraŶěŶí aŵiŶoskupiŶLJ  reverzibilní reakce, slouží pro tvorbu amoniaku  glutamátdehydrogenasa  schopná oxidovat glutamát (L-glutamát – jediná AMK oxidativně deaŵiŶovaŶá dostatečŶou rLJĐhlostíͿ, který vzŶiká Ŷapříklad v traŶsaŵiŶačŶíĐh reakĐíĐh, Ŷa 2- oxoglutarát a volný amoniak  jako jediný enzym v organismu může ŵít kofaktor NAD + i NADP + NADPH+H + vLJužíváŶ spíše při sLJŶtetiĐké reakĐi ;tvorďa glutaŵátuͿ, ale NAD + při uvolňováŶí aŵoŶiaku  vzŶikajíĐí NADH se vLJužije v dýchacím řetězĐi pro sLJŶtézu ATP  regulována allostericky purinovými nukleotidy  inhibována ATP, GTP  aktivována ADP, GDP  volný amoniak je třeďa dále utilizovat ;todžiĐkýͿ → ŵočoviŶový ĐLJklus, vzŶik glutaŵiŶu II. Základy metabolismu 6 Další odžidasLJ ;vedle glutaŵátdehLJdrogeŶasLJ ďLJlLJ popsáŶLJ i další ŵiŶoritŶí odžidasLJ podílejíĐí se na deaminaci některýĐh aŵiŶokLJseliŶͿ L-aminooxidasy  při reakĐi s AMK vzŶiká perodžid vodíku, ŶásledŶě redukovaný na vodu II. Základy metabolismu 7  produktLJ: α-ketokyselina, amoniak, voda D-oxidasy  pravděpodoďŶě se uplatňují při degradaĐi D-aŵiŶokLJseliŶ ze střevŶíĐh ďakterií Neoxidativní deaminace – dehydratasy  některé AMK odstraňují –NH 2 skupinu příŵou deaŵiŶaĐí  dehydratace  deaminace molekuly  reakce serindehydratásová (přeŵěŶa seriŶu Ŷa pLJruvátͿ, histidasová ;přeŵěŶa histidiŶu Ŷa urokanát) Dekarboxylace aminokyselin  uvolňuje se CO 2 a vzniká amin  významné kvůli tvorďě ďiogeŶŶíĐh aŵiŶů  kofaktor – pyridoxalfosfát II. Základy metabolismu 8 Glutamát-purinnukleotidový cyklus  v cytosolu jaterních buněk, relativŶě ŵálo aktivŶí  propojení transaminace a hydrolytické deaminace  nastává výměŶa NH 2 skupiny za OH skupinu ve vodŶéŵ prostředí  aspartát reaguje s inosinmonofosfátem (IMP) a glutamátem za spotřeďLJ eŶergie z GTP → vzniká AMP a fumarát  fuŵarát → Kreďsův ĐLJklus  AMP podléhá hydrolytické deaminaci – uvolňuje se aŵoŶiak a IMP Dusíková bilance  rozdíl ŵezi ŵŶožstvíŵ dusíku přijatého potravou v ďílkoviŶáĐh a vLJloučeŶého  existuje dynamická rovnováha mezi tvorbou (anabolismus) a odbouráváním (katabolismus) tkáňovýĐh proteiŶů  u zdravých jedinců při vLJvážeŶé stravě je příjeŵ dusíku a jeho výdej v rovnováze  negativní dusíková bilance - ztráty dusíku, úbytek tělesŶýĐh ďílkoviŶ, převaha kataďolisŵu nad anabolismem, za patologiĐkýĐh situaĐí, po ĐhirurgiĐkýĐh zákroĐíĐh, při dlouhotrvajíĐíŵ stresu  pozitivní dusíková bilance - zŶaŵeŶá, že tělo zadržuje dusík ve forŵě ďílkoviŶ  ŶejjedŶodušší přiďližŶý výpočet získáŵe porovŶáŶíŵ přívodu N oďsažeŶého v proteiŶeĐh s oďsaheŵ N ŵočoviŶLJ vLJloučeŶé za 2κ hodiŶ ŵočí ;dU-urea): N-rovnováha (v g) = (přívod ďílkoviŶ /ς,2ρͿ − ;dU-urea v g) + 2,5 Proteinová rovnováha = příjeŵ proteiŶů – ztrátLJ proteiŶů ;=;dU-urea v g + 4) x 6,25)  organismus není schopen skladovat proteiny do zásoby - existuje pouze tzv. pohotovostní zásoba aminokyselin (pool) - u dospělého jediŶĐe asi ϳ0–Θ0 g ;při hladověŶí vLJčerpáŶa v Ŷěkolika ŵálo hodiŶáĐhͿ II. Základy metabolismu 1 7. KoeŶzLJŵLJ odžidoredukčŶíĐh, karďodžLJlačŶíĐh a dekarďodžLJlačŶíĐh reakĐí Koenzymy oxidoreduktas  přeŶášejí „redukčŶí ekvivaleŶtLJ“, tedy atomy vodíku – ďuď Đelé ;přeŶos protoŶů a elektroŶůͿ nebo se protony odpojí a elektroŶLJ jsou přeŶášeŶLJ odděleŶě 1. Pyridinové nukleotidy  přeŶašeči atoŵů vodíku, včetŶě elektroŶů  Nikotinamidadenindinukleotid (NAD + ) o přeŶáší redukčŶí ekvivaleŶtLJ z kataďoliĐkýĐh dějů do dýĐhaĐího řetězĐe  Nikotinamidadenindinukleotidfosfát (NADP + ) o Ŷejdůležitější redukčŶí čiŶidlo v biosyntetických procesech ;sLJŶtéza lipidů - cholesterolu a mastných kyselin) o NADPH je redukovaná forma NADP +  redukčŶí ekvivaleŶtLJ se váží Ŷa nikotinamid  patří k disoĐiovatelŶýŵ koeŶzLJŵůŵ  Reakce: NAD + + 2 H ↔ NADH + H + NADPH + H + ↔ NADP + + 2H  Heterocyklus: pyridin, purin (pyrimidin, imidazol)  Vitamin: nikotinamid (skupina B) NADH NADPH II. Základy metabolismu 2 Oxidovaná (NAD + , ŶahořeͿ a redukovaná (NADH + H + , dole) forma 2. Flavinové nukleotidy Flavinmononukleotidn (FMN) Flavinadenindinukleotid (FAD)  typické prostetické skupiny  podobné funkce  redukčŶí ekvivaleŶtLJ přeŶášeŶLJ poŵoĐí dusíkovýĐh atoŵů isoallodžaziŶového kruhu  součástí: dehydrogenas, oxidas a oxygenas Reakce: FAD + 2 H ↔ FADH 2 FMN + 2 H ↔ FMNH 2 II. Základy metabolismu 3 Heterocyklus: isoalloxasin (pyrazin, pyrimidin), purin (pyrimidin, imidazol) Vitamin: riboflavin (B 2 ) 3. Koenzym Q, CoQ  součást ŵitoĐhoŶdriálŶího dýĐhaĐího řetězĐe  akĐeptoreŵ redukčŶíĐh ekvivaleŶtů je ĐhiŶoidŶí struktura ;ubichinon QͿ, která přeĐhází na formu hydrochinonovou (ubichinol QH 2 )  Vitamín: do této třídLJ redodž sLJstéŵů patří i vitaŵiŶLJ E ;tokoferolͿ a K II. Základy metabolismu 4 4. Kyselina lipoová  kovaleŶtŶě vázáŶa aŵidovou vazbou na aminoskupinu lysinu v ďílkoviŶŶéŵ řetězĐi příslušŶého apoeŶzLJŵu  vzŶiklý lipoaŵid je součástí ŵultieŶzLJŵového koŵpledžu, který katalLJzuje odžidativŶí dekarboxylaci 2-oxokyselin  obsahuje intramolekulární disulfidovou vazbu 5. Glutathion (γ-glutamylcysteinglycin), GSH  tripeptid, je Ŷapř. koeŶzLJŵeŵ glutathionperoxidasy, která udržuje redukčŶí prostředí v erytrocytech  disulfidová vazba – intermolekulární  Reakce: 6. Hem  prostetiĐká skupiŶa odžidoreduktas, které přeŶášejí jen elektrony  patří seŵ: ŵitoĐhoŶdriálŶí ĐLJtoĐhroŵLJ dýĐhaĐího řetězĐe, katalasa, perodžidasLJ, cytochrom P 450 (úloha v detodžikačŶíĐh reakĐíĐh v játreĐhͿ  Ŷa rozdíl od heŵogloďiŶu ŵěŶí v koeŶzLJŵu ioŶt železa své odžidačŶí číslo  Reakce: II. Základy metabolismu 5  Heterocyklus: porfyrin (pyrrol) KoeŶzLJŵLJ dekarďodžLJlačŶíĐh reakĐí 1. Pyridoxalfosfát, PLP  koenzym transaminas, účastŶí se kataďoliĐkýĐh i aŶaďoliĐkýĐh dějů – Ŷejdůležitější koeŶzLJŵ v metabolismu AMK  nezbytný k dekarboxylaci AMK o reakcí mezi aldehydovou skupinou koenzymu a aminoskupinou aminokyseliny vznikne aldimin o v ŶepřítoŵŶosti suďstrátu je koeŶzLJŵ aŶalogiĐkLJ vázáŶ Ŷa aŵiŶoskupiŶu lLJsiŶu příslušŶého apoeŶzLJŵu  Heterocyklus: pyridin  Vitamín: pyridoxin (B 6 , sŵěs pLJridodžolu, pLJridoxalu a pyridoxaminu) II. Základy metabolismu 6 2. Thiamindifosfát  koenzymem oxidativní dekarboxylace 2-oxokyselin a transketolasy  důležitý v ŵetaďolisŵu saĐharidů a aŵiŶokLJseliŶ  k syntéze je nezbytný vitamin B 1 (thiamin) 3. Lipoát (lipoová kyselina) vázaný na apoenzym  vitamín: lipoát  prosthetická skupina ŵultieŶzLJŵovýĐh jedŶotek, které katalLJsují odžidačŶí dekarďodžLJlaĐi 2-oxokyselin (pyruvátu a 2-oxoglutarátu) KoeŶzLJŵLJ karďodžLJlačŶíĐh reakĐí 1. Karboxybiotin  vitamín: biotin  anaplerotické reakce - karboxylace pyruvátu na oxalacetát - katalyzujícím enzymem je pyruvátkarboxylasa, jejíž součástí je ďiotiŶový kofaktor ;vlastŶí přeŶašeč karďodžLJluͿ  CO 2 se Ŷavázal Ŷa dusík ďiotiŶu a tíŵ se vLJtvořil karboxybiotin; tento faktor karboxyluje i jiné látky II. Základy metabolismu 1 8. Tvorba amoniaku, jeho detoxikace, ureosyntetický cyklus a jeho regulace, hyperamonémie RozděleŶí živočiĐhů podle látkLJ, která je hlavŶí degradačŶí ŵolekulou proteiŶů (podle vLJlučováŶí dusíkuͿ:  amonotelní (amoniak – ryby)  urikotelŶí ;kLJseliŶa ŵočová – ptáci)  ureotelŶí ;ŵočoviŶa – savci) Amoniak  nejdůležitějšíŵ zdrojeŵ – aminokyseliny – uvolňuje se z ŶiĐh deaminací, jíž většiŶou předĐhází transaminace  pro ďuňku toxický  miŵořádŶě Đitlivý Ŷa aŵoŶiak je ŵozek  lidské tělo ŶesŶese vLJšší koŶĐeŶtraĐi NH 3 Ŷež 0,02 – 0,03 mmol.l -1 (u zdravého jedince koncentrace prakticky nulová)  vLJsoká koŶĐeŶtraĐe aŵoŶiaku v krvi → intoxikace amoniakem - třes, sŵazaŶá řeč a viděŶí, v těžkýĐh případeĐh koŶčí ďezvědoŵíŵ a sŵrtí  aŵoŶiak v těle představuje součet NH 3 a protonizovaného NH 4 + o poŵěr ŵezi oďěŵa forŵaŵi závisí Ŷa pH o za fyziologických hodnot pH kolem 7,40 je amoniak z 98 – 99 % disociován na NH 4 + (NH 3 - toxický, NH 4 + ŵéŶě todžiĐký) o alkalóza - zvLJšuje proĐeŶtuálŶí zastoupeŶí todžiĐkého a rLJĐhlé difúze sĐhopŶého NH 3 → vLJšší toxicita o acidóza urychluje vznik kationtu NH 4 + Vznik amonného kationtu: o glutamátdehydrogenásová reakce o oxidativní deaminace o glutaminová reakce o dehydratasová reakce – neoxidativní deaminace (serin, histidin) o glutamát-purinnukleotidový cyklus o metabolismus střevŶíĐh ďakterií Odstraňování amonného kationtu: o ŵočoviŶový ĐLJklus (hlavní cesta) o příŵo vLJlučováŶ do ŵoče o lokálŶě detodžikováŶ glutaŵiŶsLJŶthetasovou reakĐí II. Základy metabolismu 2 Glutaminsynthetasová reakce  Ŷěkterýŵ ďuňkáŵ Đesta detodžikaĐe aŵoŶiaku prostředŶiĐtvíŵ ŵoč. ĐLJklu Ŷestačí, odváděŶí todžiĐkého ŵetaďolitu do jater je pro Ŷě ŶedostatečŶě rLJĐhlé  ďuňkLJ ŵozku vLJžadují rLJĐhlejší, Ŷa ŵístě realizovaŶou iŶaktivaĐi aŵoŶiaku ;„mozek játrůŵ Ŷevěří“)  v detodžikaĐi aŵoŶiaku ;hlavŶě NH 4 + Ϳ se aŶgažují dvě hlavŶí ĐestLJ: glutaŵiŶ ← NH 4 + → ŵočoviŶa  ŶorŵálŶě převládá Đesta sŵěřujíĐí k ŵočoviŶě - rovnováha závisí od pH krve - kdLJž pH za acidózy klesne, akcentuje se tvorba glutaminu  ŵozek vLJužívá výhradŶě Đestu detodžikaĐe na glutamin, kterou katalyzuje glutaminsynthetasa ;ale uplatňuje se i ve svalech a v játrech)  glutamin je netoxická látka - slouží jako Ŷosič a doŶor NH 2 skupiŶ, Ŷapř. při sLJŶtéze puriŶů - jakmile se dostane do jater, přeŵěŶí se Ŷa glutaŵát a aŵoŶiak (glutaminasou) Produktem analogické reakce v ledvinách jsou NH 4 + ioŶtLJ, které se vLJlučují ŵočí PodružŶou forŵou „likvidace“ aŵoŶiaku je ještě tvorďa glutaŵátu, tj. vazďa NH 3 na 2- oxokyselinu MočoviŶový ;ureosLJŶtetiĐký, orŶithiŶovýͿ ĐLJklus  ŶěkdLJ ozŶačovaŶý jako ŵalý Kreďsův ĐLJklus  objeven sirem Hansem Krebsem a jeho studentem Kurtem Henseleitem v r. 1932  slouží k odstraňováŶí dusíku a amonného kationtu (toxický)  vLJlučováŶí dusíkatýĐh látek ŵočí jako: o ŵočoviŶa ;85 %Ϳ o kreatinin (5 %) o amonný kationt (3 %) o kLJseliŶa ŵočová ;2 %Ϳ o další dusíkaté ŵetaďolitLJ ;volŶé AMK, puriŶové a pLJriŵidiŶové ďaze...Ϳ  lokalizován v ĐLJtoplazŵě i v ŵitoĐhoŶdriíĐh jaterŶíĐh ďuŶěk II. Základy metabolismu 3 SteĐhioŵetriĐkLJ ŵůžeŵe zapsat ŵočoviŶový ĐLJklus: CO 2 + NH 4 + + 3ATP + aspartát + 2H 2 O → urea + 2 ADP + 2P i + AMP + PP i + fumarát II. Základy metabolismu 4 1. Syntéza karbamoylfosfátu v mitochondriích  volný amonný kationt (NH 4 + ) kondenzován s hLJdrogeŶuhličitaŶeŵ ;CO 2 )  jsou třeďa 2 ATP (první pro syntézu vazby mezi dusíkem a uhlíkem – amidová vazba, druhý pro navázání aktivního fosfátu do karbamoylfosfátu – anhydridová vazba)  katalyzováno karbamoylfosfátsynthasou I (CPS I) – v mitochondriích, závislý na allosterické aktivaci N-acetylglutamátem N-acetylglutamát vzniká reakcí acetylu-CoA a glutamátu (enzym N- acetylglutamátsynthetasa) karbamoylfosfátsynthasa II (CPS II) – podobná, ale v ĐLJtoplazŵě, vLJužívá amidovou skupinu k tvorďě karďaŵoLJlfosfátu při sLJŶtéze pLJriŵidiŶů přes kLJseliŶu orotovou 2. Vznik citrullinu z karbamoylfosfátu a ornithinu  katalyzována ornithintranskarbamoylasou v mitochondriální matrix  transport citrullinu do cytoplazmy 3. ReakĐe ĐitruliŶu a aspartátu → argininsukcinát  katalyzuje argininsukcinátsynthasa  ĐitruliŶ + ATP + aspartát → argiŶiŶosukĐiŶát + AMP + PPi  probíhá v cytosolu  vzniká Ŷejvětší ŵolekula ŵočoviŶového cyklu 4. ŠtěpeŶí argiŶiŶosukĐiŶátu → fumarát a arginin  katalyzuje argininsukcinátlyasa  probíhá v cytosolu  fuŵarát se ŵůže účastŶit Đitrátového ĐLJklu 5. Tvorba ŵočoviŶLJ  arginin je hydrolyzován arginasou s následným vzŶikeŵ ŵočoviŶLJ a orŶithiŶu Ornithin traŶsportováŶ zpět do ŵitoĐhoŶdriálŶí ŵatridž TraŶsport orŶithiŶu a ĐitrulliŶu zajišťováŶ ĐitrulliŶ/orŶithiŶ výŵěŶŶýŵ traŶsportŶíŵ systémem V ŵočoviŶovéŵ ĐLJklu se tvoří argiŶiŶ, ale v oďdoďí dětství a růstu je sLJŶtéza argiŶiŶu de novo ŶedostatečŶá pro tvorďu proteiŶů – proto se arginin ozŶačuje jako semiesenciální AMK II. Základy metabolismu 5 Vztah ŵočoviŶového a Kreďsova ĐLJklu 2 atomy dusíku v ŵočoviŶě ŵají odlišŶý zdroj  1 z volŶého aŵoŶŶého katioŶtu ;vzŶik Ŷapř. degradaĐí AMKͿ  1 z aminoskupiny aspartátu Energie  eŶergetiĐká ŶáročŶost je koŵpeŶzovaŶá eŶergií uvolŶěŶou při tvorďě suďstrátu → při glutamátdehydrogenásové reakci vzniká NAD;PͿH → 2,5 ATP → regenerací fumarátu malátdehydrogenasou na oxalacetát a dále na aspartát vzŶiká redukovaŶý NADH → 2,5 ATP Urea v játrech x ledvinách Lidský organismus neumí metabolizovat ureu, která je transportovaná do ledvin, kde je filtrovaŶá a ŶásledŶě vLJlučovaŶá do ŵoče. MočoviŶa přijata do střev je rozložeŶa střevŶíŵi ďakterieŵi – ureasou na amoniak, který je vstřebáván a transportován do jater. RegulaĐe ŵočoviŶového ĐLJklu  důležitá ŶorŵálŶí aktivitLJ eŶzLJŵů, počet aktivŶíĐh ŵolekul těĐhto eŶzLJŵů závisí na výživě EŶzLJŵLJ ŵočoviŶového ĐLJklus  mohou být indukovány (10-20krátͿ, kdLJž stoupá dodávka amoniaku nebo aŵiŶokLJseliŶ do jaterŶíĐh ďuŶěk  dieta s vLJsokýŵ oďsaheŵ proteiŶů (nadbytek AMK) Ŷeďo hladověŶí ;potřeďa ŵetaďolizovat vlastŶí proteiŶLJ pro uhlíkatý skelet a ŶásledŶě vLJužít jako zdroj eŶergieͿ stiŵulují iŶdukĐi těĐhto eŶzLJŵů  klíčový enzym karbamoylfosfátsynthasa → allostericky regulovaná N- acetylglutamátem (jeho syntéza je aktivována glutamátem, argininem a acetyl- CoA) – nedostatek N-aĐetLJlglutaŵátu zŶeŵožŶí hŶed vstupŶí reakĐi ĐLJklu, tj. tvorbu karbamoylfosfátu II. Základy metabolismu 6  chod cyklu také závisí na iŶtraŵitoĐhoŶdriálŶí hladiŶě orŶithiŶu, který má úlohu vstupní látkLJ ;jako odžalaĐetát v Đitrátovéŵ ĐLJkluͿ, Ŷa druhé straŶě orŶithiŶ koŵpetuje s argiŶiŶeŵ, číŵž iŶhiďuje argiŶasu Metabolické poruchy ŵočoviŶového ĐLJklu  metabolické postižeŶí jedŶotlivýĐh částí ŵá fatálŶí důsledkLJ  úplŶý defekt eŶzLJŵu ŶeslučitelŶý se životeŵ  pacienti s defiĐiteŵ Ŷějakého eŶzLJŵu → přísŶá proteiŶová dieta ;sŶížeŶí příjŵu proteiŶů jako zdroje aŵoŶiakuͿ  dostávají v dietě α-ketokyseliny, aďLJ Ŷedošlo k malnutrici  tvorďa aŵoŶiaku ďakterieŵi se ovlivŶí úpravou střevŶí flórLJ a zvýšeŶýŵ vLJlučováŶíŵ do stolice Hyperamonémie I. typu  AR dědičŶá  defekt karbamoylfosfátsynthasy  2 formy: letální neonatální ;těžké poškozeŶí ŵozku, hLJperaŵoŶeŵiĐké kóŵa, ketoacidóza) a ŵírŶější forŵa s pozdějšíŵ Ŷástupeŵ (hyperamonemické kóma, Reye-like syndrom, zvracení, hypotonie, neprospívání, psychomotorická retardace) Hyperamonémie II. typu  X vázaná (projevy mohou být i u heterozygotních dívek)  defekt ornithin transkarbamoylasy Citrullinurie  AR dědičŶá, defekt argiŶiŶsukĐiŶátsLJŶtetázLJ Argininsukcinátová acidémie Deficit arginasy II. Základy metabolismu 1 Oxaloacetát Citrát Isocitrát 2-Oxoglutarát Sukcinyl-CoA Sukcinát Fumarát Malát Acetyl-CoAAcetoacetát Isoleucin Methionin Valin Aspartát Fenylalanin Tyrosin CO 2 CITRÁTOVÝ CYKLUS Arginin Glutamát Glutamin Histidin Prolin Asparagin Aspartát Glukosa CO 2 CO 2 Alanin Cystein Glycin Serin Threonin Tryptofan Pyruvát Isoleucin Leucin Lysin Threonin Leucin Lysin Fenylalanin Tryptofan Tyrosin 9. Metabolismus aminokyselin skupiny pyruvátu a odžalaĐetátu, zapojeŶí těĐhto aŵiŶokyselin do metabolických proĐesů Metabolismus aminokyselin – přehled → odbourávání aminokyselin na jeden ze sedmi ŵetaďoliĐkýĐh ŵeziproduktů citrátového cyklu → Ŷa toŵto základě dělíŵe aŵiŶokLJseliŶLJ do tří skupiŶ: glukogenní, ketogenní a gluko i ketogenní → glukogenní aminokyseliny se odbourávají na pyruvát → 2-oxoglutarát, sukcinyl-CoA, fumarát a oxaloacetát – jsou prekurzory glukosy → ketogenní aminokyseliny se odbourávají na acetyl-CoA a acetoacetát a mohou být převedeŶLJ Ŷa ŵastŶé kLJseliŶLJ a ketolátkLJ ;čistě ketogeŶŶí jsou LLJs a LeuͿ II. Základy metabolismu 2 Metabolismus aminokyselin skupiny pyruvátu → Ala, Gly, Ser, Cys a Thr ALANIN  proteinogenní, nepolární, neesenciální AMK  ŵaso, vajíčka, ŵléčŶé výroďkLJ, plodLJ ŵoře, luštěŶiŶLJ, ořeĐhLJ, kvasŶiĐe, hŶědá rýže Ŷeďo obilí  hlavŶí frakĐí aŵiŶodusíku krevŶí plazŵLJ, součást ďakteriálŶí stěŶLJ  vzniká v organismu: o při traŶsaŵiŶačŶíĐh reakcích (glutamát – alanin) o při degradaĐi trLJptofaŶu  transaminasa alaninaminotransferasa (ALT) o v ĐLJtosolu ďuŶěk o její aktivit stanovujeme v séru Ŷeďo plazŵě paĐieŶtů o zvýšeŶí při poškozeŶ jater  alaninový cyklus o při hladověŶí se ŵůže glukóza sLJŶtetizovat z alaninu – energetickým zdrojem se totiž stávají i svalové ďílkoviŶLJ, které se hLJdrolLJzují a vzŶikajíĐí AMK se ŵohou přeŵěŶit Ŷa alaŶiŶ o alaŶiŶ se krví dostaŶe do jater → aminotransferásová reakce → pyruvát, glukóza GLYCIN  neesenciální AMK, jako jediný nemá asymetrický uhlík  iŶhiďičŶí ŶeurotraŶsŵiter v CNS  glLJĐiŶ → eŶzLJŵ seriŶhLJdrodžLJŵethLJltraŶsferasa → seriŶ (kofaktor tetrahLJdrofolát předá Cϭ uhlíkatý zďLJtekͿ → pLJruvát ;tato reakĐe vLJžaduje N 5 , N 10 -methylentetrahydrofolát) reakce probíhá oďěŵa sŵěrLJ II. Základy metabolismu 3  ŵůže se také degradovat tzv. sLJstéŵeŵ štěpíĐíŵ glLJĐiŶ Ŷa CO 2 a NH 4 + ;za přítoŵŶosti NAD + tetrahydrofolátu) o vzniká N 5 , N 10 -methylentetrahydrofolát o defekt tohoto koŵpledžu → hyperglycinémie – těžká ŵeŶtálŶí poruĐha  přeŵěňuje se i Ŷa glyoxylát, který se oxiduje na oxalát, a teŶ při vLJššíĐh koŶĐeŶtraĐíĐh vLJtváří ŶerozpustŶý koŵpledž s kationtem vápenatým – oxalát vápenatý ;→ ŵočové konkrementy)  syntéza glycinu de novo – ze serinu, respektive z 3-fosfoglycerátu  prekurzorem pro: o porfyriny (sukcinyl-CoA reaguje s glLJĐiŶeŵ za vzŶiku kLJs. Δ-aminolevulové) o puriny (uhlíky a dusík v pozici 4, 5 a 7 purinového jádra pocházejí z glycinu) o glutathion  tripeptid γ-glutamylcysteinyglycin (GSH)  redukující látka  udržováŶí odžidoredukčŶího prostředí, hlavŶě v erytrocytech, nutný pro stabilizaci erytrocytární membrány  při detodžikaĐi se uplatňuje při koŶjugačŶíĐh reakĐíĐh – zvLJšuje rozpustŶost produktu ve vodě  podíl Ŷa traŶsportu AMK přes ďuŶěčŶou ŵeŵďráŶu  kofaktor reakcí, součást leukotrieŶů  syntéza probíhá 2 reakcemi ;každá vLJžaduje ϭ ATPͿ – regulována ŵŶožstvíŵ ĐLJsteiŶu o kreatin ;prvŶí reakĐe tvorďLJ kreatiŶu vLJžaduje ŵolekulu glLJĐiŶu a argiŶiŶuͿ  vLJužíváŶ pro koŶjugačŶí reakĐe, s kLJs. Đholovou vLJtváří kLJseliŶu glLJkoĐholovou a s kyselinou benzoovou reaguje za vzniku kyseliny hippurové II. Základy metabolismu 4 SERIN  neesenciální, polární  ŵůže se ŵetaďolizovat zpětŶou reakĐí katalLJzovaŶou enzymem serinhydroxymethyltransferasou na glycin  Syntéza serinu z 3-fosfoglycerátu  Transaminace a dehydrogenace serinu za vzniku 3-fosfoglycerátu  seriŶ se ŵůže ŵetaďolizovat ŶeodžidativŶí deaŵiŶaĐí – půsoďeŶíŵ serindehydratasy s kofaktorem pyridoxalfosfátem vzniká pyruvát, uvolňuje se NH 4 +  je prekurzorem selenocysteinu – seleŶoĐLJsteiŶ vzŶiká kotraŶslačŶě, ŵá speĐifiĐkou tRNA ser  při dekarďodžLJlaĐi seriŶu vzŶiká ethanolamin ;teŶ po trojŶásoďŶé ŵethLJlaĐi vLJtváří cholin, prekurzor acetylcholinu)  uplatňuje se při ďiosLJŶtéze fosfolipidů a sfiŶgosiŶu, vLJtváří Ϯ. a 8. uhlík puriŶů a methylovou skupinu thyminu II. Základy metabolismu 5 CYSTEIN  neesenciální AMK s atomem síry  v proteiŶeĐh vlasů ;keratiŶͿ  vzniká z homocysteinu a serinu  metabolismus cysteinu závisí Ŷa spotřeďě ďuňkLJ  hl. metabolit cysteinsulfinát (vzniká oxidací –SH skupiŶLJͿ → ŵetaďolizováŶ přes taurin na sulfát (SO 4 2- ) a pyruvát  taurin o AMK s Ŷepříliš jasŶou rolí, předpokládá se výzŶaŵ pro rozvoj ŵozku o koŶjuguje se se žlučovýŵi kLJseliŶaŵi, ovlivňuje fluiditu žluče a zvLJšuje ĐlearaŶĐi cholesterolu v játrech  ŵůže podléhat transaminaci s následným vznikem pyruvátu a thiosulfátu  nezbytná AMK pro vLJtvářeŶí terciární struktury proteiŶů ;tvorďa disulfidovýĐh ŵůstkůͿ  součástí glutathioŶu  dekarďodžLJlaĐe ĐLJsteiŶu → cysteamin ;součást koeŶzLJŵu AͿ  cystinurie o porucha membránového transportu cystinu ;aŵiŶokLJseliŶa tvořeŶá dvěŵa ŵolekulaŵi ĐLJsteiŶu, které jsou spojeŶLJ tzv. disulfidiĐkýŵi ŵůstkLJͿ a ďaziĐkýĐh AMK → zvýšeŶá edžkreĐe do ŵoči o Ŷízká rozpustŶost ĐLJstiŶu → krLJstalkLJ a koŶkreŵeŶtLJ v ŵočovýĐh ĐestáĐh o prevence – alkalizaĐe ŵoči o cystin se v organisŵu přeŵěňuje Ŷa ĐLJsteiŶ cystinreduktasou  cystinóza o závažŶější, poruĐha traŶsportu ĐLJstiŶu Ŷa lLJzosoŵálŶí ŵeŵďráŶě o cystin se akumuluje v lyzosomech v ledviŶáĐh a dalšíĐh orgáŶeĐh o → selháŶí ledviŶ II. Základy metabolismu 6 II. Základy metabolismu 7 THREONIN  esenciální AMK, glukogenní i ketogenní  v ŵasu, vejĐíĐh, ŵléčŶýĐh výroďĐíĐh i luštěŶiŶáĐh  threoninaldolasou se rozkládá na: o glycin ;→ pLJruvátͿ o aĐetaldehLJd → aĐetát → aĐetLJl-CoA TRYPTOFAN  ďěheŵ ŵetaďolisŵu se vLJtváří alaŶiŶ ;→ pLJruvátͿ  více viz. 11. Metabolismus aromatických aminokyselin, poruchy II. Základy metabolismu 8 2-Oxoglutarát Glutamát Aminotransferasa C CH 2 COC HO O O NH 3 + - Aspartát - C CH 2 COC O O O O - Oxaloacetát - Metabolismus aminokyselin skupiny oxalacetátu → Asn, Asp ASPARAGIN (Asn)  neesenciální proteinogenní aminokyselina  amid kyseliny asparagové  hydrolyzován asparaginasou na aspartát ;→ odžalaĐetátͿ KYSELINA ASPARAGOVÁ (Asp)  v orgaŶisŵu se vLJskLJtuje ve forŵě své koŶjugovaŶé zásadLJ → aspartát  syntéza a degradace spojena s transaminací spolu s oxalacetátem  enzym aspartátaminotransferasa (AST) v ĐLJtoplazŵě, v mitochondriích o zvýšeŶí při oŶeŵoĐŶěŶí jater, iŶfarktu ŵLJokardu, svalovéŵ poškozeŶí  zapojen do tvorďLJ ŵočoviŶLJ – reaguje s citrullinem za vzniku argininsukcinátu  dekarďodžLJlaĐe aspartátu → β-alanin ;součást kLJs. paŶtotheŶové; vzŶiká takLJ při degradaĐi pLJriŵidiŶů – uracilu a cytosinu) II. Základy metabolismu 1 10. Metabolismus uhlíkového skeletu aminokyselin skupiny 2-oxoglutarátu, sukcinyl-CoA , s rozvětveŶýŵ řetězĐeŵ, zapojeŶí aŵiŶokyseliŶ do ŵetaďoliĐkýĐh proĐesů 1. Metabolismus uhlíkového skeletu aminokyselin skupiny 2-oxoglutarátu → argiŶiŶ, glutamová kys., glutamin, histidin, prolin 2. Metabolismus skupiny sukcinyl-CoA → isoleuĐiŶ, ŵethioŶiŶ, valiŶ 3. Metabolismus AMK s rozvětveŶýŵ řetězĐeŵ → valiŶ, leuĐiŶ, isoleuĐiŶ 1. Metabolismus uhlíkového skeletu aminokyselin skupiny 2-oxoglutarátu  Arg, Glu, Gln, His a Pro se odbourávají na Glu a poté na 2-oxoglutarát H 2 O OOCCCH 2 CH 2 H NH 3 + NH CNH 2 NH 2 + Arginin - Močovina OOCCCH 2 CH 2 H NH 3 + NH 3 + Arginin - OOCCCH 2 C H NH 3 + O H Glutamát-5-semialdehyd - 2-Oxoglutarát Glutamát OOC N H 2 + + - Prolin OOC N H + + - Pyrrolin-5-karboxylát H 2 O 1/2 O 2 OOCCCH 2 CH 2 H NH 3 + COO Glutamát - - OOCCCH 2 CH 2 H NH 3 + CNH 2 O Glutamin - 2-Oxoglutarát Glutamát H 2 ONH 3 NADP + NADPH + NH 3 OOCCCH 2 CH 2 O COO 2-Oxoglutarát -- - N C H NH CHCCOOCCH 2 H NH 3 + Histidin - N C H NH CHCCOOCHCH Urokanát NH 4 + - N C H NH CC H COOCH 2 CH 2 O Imidazol-5-propionát H 2 O H 2 O - NH C H NH C H COOCH 2 CH 2 OOC N-Formiminoglutamát - N 5 -Formimino-THF THF II. Základy metabolismu 2 KYSELINA GLUTAMOVÁ = GLUTAMÁT (Glu)  glukogenní neesenciální aminokyselina  klíčové postaveŶí v metabolismu AMK  podílí se Ŷa: traŶsaŵiŶačŶí, glutaŵátdehLJdrogeŶásové, glutaŵiŶsLJŶthetasové, glutaminasové reakci, ...  transaminace – slouží k sLJŶtéze i degradaĐi, produkteŵ či zdrojeŵ je α-ketoglutarát  zdrojem pro syntézu glutathionu a kyseliŶy γ-aminomáselné (GABA) ARGININ (Arg)  syntezován v ŵočoviŶovéŵ Đyklu, ale pro tvorďu proteiŶů vzŶiká v ledvinách, kde je nízká aktivita arginasy, přeŵěňujíĐí argiŶiŶ Ŷa orŶithiŶ  podílí se na syntéze: kreatinu, oxidu dusnatého a agmatinu (látka s antihypertenzními vlastnostmi)  argininfosfát – v intervertebrálních svalech, podobná funkce jako kreatinfosfát Kreatin o syntetizován traŶsaŵiŶidačŶí reakĐí o z argiŶiŶu je přeŶeseŶa guaŶidiŶová skupiŶa Ŷa glLJĐiŶ za přítoŵŶosti transaminidasy v ledviŶáĐh →vzŶiká ornithin a guanidinacetát - ten je methylován S-adenosylmethioninem na kreatin v játrech II. Základy metabolismu 3 o ŵŶožství kreatiŶu úŵěrŶé velikosti svalové hŵotLJ orgaŶisŵu, část deŶŶě oďŵěňováŶa o cca 1-2 % kreatinu neenzymové cyklizována na kreatinin → vLJlučováŶ ŵočí o kreatinfosfát – zdroj eŶergie pro kosterŶí a srdečŶí svalstvo Oxid dusnatý (NO) o výzŶaŵŶá regulačŶí ŵolekula o vazodilatačŶí účiŶkLJ o půsoďí iŵuŶoŵodulačŶě o neurotransmiter o tvořeŶa půsoďeŶíŵ NO-synthasy (NOS) – resp. jejíŵi třeŵi izoeŶzLJŵLJ, oďsahujíĐíŵi FAD + , FMN a hemovou skupinu o suďstráteŵ reakĐe je argiŶiŶ, přes ŵeziprodukt vzŶiká ĐitrulliŶ a NO o NO se rozkládá na NO 2- a NO 3- HISTIDIN (His)  neoxidativní deaminace histidasou → urokanát ;vLJlučováŶ do potu, oĐhraŶa pokožkLJ před UV zářeŶíŵ, vLJsoké koŶĐeŶtraĐe u čerŶoĐhůͿ → forŵiŵiŶoglutaŵát → glutaŵát + formiminotetrahydrofolát II. Základy metabolismu 4  substrát pro tvorbu karnosinu (spolu s β-alaninem) a anserinu (dipeptidy ve svalstvu, aktivují myozinovou ATPasu)  dekarboxylace histidinu histidindekarboxylasou → histamin Histamin o ve vysokých koncentracích v žírŶýĐh ďuňkáĐh, v azurofilních granulách o uvolňuje se do okolí při alergických reakcích o půsoďí prostředŶiĐtvíŵ H 1 a H 2 reĐeptorů o H 1 – vLJvolávají koŶtrakĐi hladkýĐh svalů v ďroŶšíĐh a vazodilataĐi ŵeŶšíĐh Đév o H 2 – v žaludečŶí slizŶiĐi stiŵulují tvorďLJ kLJs. Đhlorovodíkové Histidinémie → ŵeŶtálŶí retardaĐe, poruĐhLJ řeči PROLIN (Pro) a ORNITHIN  ornithin (prekurzor citrullinu) a prolin syntezovány v organismu z α-ketogluatarátu reakcí za přítoŵŶosti ATP a NADH za vzŶiku glutamát-5-semialdehydu  seŵialdehLJd ĐLJklizuje → Δ-1-pyrrolin-5-karboxylát - půsoďeŶíŵ reduktasLJ vzŶikŶe prolin  transaminace glutaŵátového seŵialdehLJdu → ornithin Prolin o degradováŶ zpětŶou reakĐí přes glutaŵát-5-semialdehyd o v proteinech pojivové tkáŶě o hydroxylace prolinu  prolin ďývá posttraŶslačŶě ŵodifikováŶ Ŷa ϯ- nebo 4-hydroxyprolin  prolinhydroxylasa aktivuje molekulární kyslík – 1 z jeho atoŵů je zavedeŶ do prolinového zbytku, druhý interaguje s α-ketoglutarátem, ten se odžidačŶě dekarďodžLJluje  hLJdrodžLJlaĐe proliŶu zvLJšuje rigiditu proteiŶů ;hlavŶě v kolagenních vlákŶeĐhͿ → ↑ hLJdrodžLJproliŶu = ↓ elastiĐita, pružŶost o hyperprolinémie  porucha metabolismu prolinu  ŵalforŵaĐe ledviŶ, vývodŶýĐh ŵočovýĐh Đest, poruĐhLJ sluĐhu až hluĐhota ;Alportův sLJŶdroŵͿ, ŵeŶtálŶí retardace II. Základy metabolismu 5 Ornithin o jeho dekarboxylací vzniká putrescin → sperŵidiŶ → sperŵiŶ o hlavní zdroj putrescinu – strava (maso) o putresĐiŶ, sperŵidiŶ, sperŵiŶ → polyaminy, orgaŶisŵus je vLJtváří také střevŶí mikroflórou o spermin, spermidin – vztah k ďuŶěčŶé proliferaĐi a růstu II. Základy metabolismu 6 AdoMet – S-adenosylmethionin 2. II. Základy metabolismu 7 Metabolismus skupiny sukcinyl-CoA → isoleucin, methionin, valin METHIONIN  esenciální AMK  degradováŶ ďuňkou v závislosti Ŷa potřeďě eŶergie Ŷeďo jiŶýĐh ŵetaďolitů  ŶadďLJtek → uhlíkatý skelet vLJužit jako zdroj energie nebo pro glukoneogenezi, síra uchována v cysteinu II. Základy metabolismu 8 S-adenosylmethonin (SAM)  sulfoŶiový ioŶt velŵi reaktivŶí → ŶestaďilŶí struktura – methylová skupina je snadno uvolňovaŶá  donor methylové skupiny pro biochemické reakce  methylace ze SAM ireverzibilní – Ŷapř. sLJŶtéza kateĐholaŵiŶů, ĐholiŶu, kreatiŶu Molekulu síry organismus uchovává v cystathioninu Cystathionin je rozštěpeŶ Ŷa ĐLJsteiŶ ;přesuŶ atoŵu sírLJ – traŶssulfuraĐeͿ, α-ketobutyrát a amoniak ResLJŶtéza ŵethioŶiŶu vLJžaduje homocysteinmethyltransferasu, která má kofaktor vitamin B 12 a methylová skupina pochází z N 5 -methyltetrahydrofolátu Hyperhomocysteinémie o geŶetiĐkLJ podŵíŶěŶý defekt ĐLJstathioŶin -β-synthasy nebo porucha remethylace homocysteinu o podíl Ŷa vzŶiku ŵůže ŵít Ŷedostatek kLJseliŶLJ listové, vitaŵiŶu B 12 a B 6 o nezávislý rizikový faktor ischeŵiĐké ĐhoroďLJ srdečŶí 3. Metaďolisŵus AMK s rozvětveŶýŵ řetězĐeŵ → valin, leucin, izoleucin VALIN, LEUCIN, IZOLEUCIN  První 3 reakĐe shodŶé pro všeĐhŶLJ ϯ AMK 1. transaminací vzniká odpovídající α-ketokyselina 2. podléhá oxidativní dekarboxylaci mitochondriálŶíŵ koŵpledžeŵ → thioester nasyceného acyl-CoA 3. dehydrogenace s tvorbou nenasyceného acyl-CoA při těĐhto reakĐíĐh vzŶiká NADH (zdroj energie) II. Základy metabolismu 9  Aminotransferasy o ve ϯ forŵáĐh izoeŶzLJŵů, v cytosolu a mitochondriích o dvě ze tří jsou sĐhopŶé traŶsaŵiŶovat všeĐhŶLJ tři rozvětveŶé AMK, jedŶa je specifická pro leucin o vLJšší koŶĐeŶtraĐe ve svalstvu Ŷež v játreĐh, při hladověŶí se zvLJšuje jejiĐh aktivita pouze ve svalstvu, ne v játrech  následující reakce jsou si v případě valinu a isoleucinu podoďŶé → vzŶiká propionyl-CoA a acetyl-CoA; propionyl-CoA přeŵěŶěŶ Ŷa sukcinyl-CoA  Leucin přeŵěňováŶ až Ŷa acetacetát a acetyl-CoA o meziprodukt β-hydroxy-β-methyl-glutaryl-CoA (HMG-CoA) – také vzŶiká při sLJŶtéze sterolů v cytosolu o HMG-CoA se při degradaĐi leuĐiŶu tvoří v mitochondriích – je třeďa tLJto poolLJ odlišit Nemoc javorového sirupu (maple sirup urine disease, leucinosa) o vrozeŶé ŵetaďoliĐké oŶeŵoĐŶěŶí o defekt komplexu oxidativní dekarboxylace o u 5 – 10 nemocných z ŵilioŶu živě ŶarozeŶýĐh dětí o zvraĐeŶí, poruĐha výživLJ již v 1. týdŶu života, letargie, psLJĐhiĐká a fLJziĐká retardace o žlutohŶědá ďarva ŵoči – tLJpiĐký zápaĐh, připoŵíŶajíĐí javorový sirup Ŷeďo pálený cukr II. Základy metabolismu 10 II. Základy metabolismu 11 BONUS METABOLISMUS LYSINU  esenciální ketogenní diaminokyselina  2 aminoskupiny – Ŷa α- a ε-uhlíku  traŶsaŵiŶaĐe ε-uhlíku vLJžaduje α-ketoglutarát jako akĐeptor → sacharopin, ten je rozložeŶ Ŷa glutaŵát a seŵialdehLJd kLJseliŶLJ α-aŵiŶoadipové → odžidaĐe, traŶsaŵiŶaĐe → další krokLJ → aceacetyl-CoA  podléhá posttraŶslačŶí modifikaci hydroxylací lysylhydroxylasou (oxidasa se sŵíšeŶou fuŶkĐíͿ – pro reakĐi potřeďuje ŵolekulárŶí kLJslík, askorďát, Fe 2+ , α- ketoglutarát, hydroxylysin předevšíŵ v pojivové tkáni II. Základy metabolismu 12  vrozené vady – perzistující hyperlysinémie a hyperlysinurie – těžké ŵentální a fLJziĐké postižeŶí Karnitin o středŶí a dlouhé ŵastŶé kLJseliŶLJ jsou traŶsportováŶLJ do mitochondrií pro β-oxidaci jako konjugáty s karnitinem o syntezován z lLJsiŶovýĐh zďLJtků v růzŶýĐh proteiŶeĐh o Ŷejdřív trojŶásoďŶá ŵethLJlaĐe → κ reakĐe → karnitin II. Základy metabolismu 1 11. Metabolismus aromatických aminokyselin, poruchy o Mezi aromatické AMK řadíŵe: fenylalanin,tyrosin a tryptofan o Pro zopakován vzorečkLJ: fenylalanin tyrosin FENYLANALIN o Esenciální AMK ;tzŶ. lidské tělo si ji Ŷeuŵí saŵo vLJroďitͿ. o Velŵi důležitá AMK pro tvorďu neurotransmiterů. o Zajímavost: rostliny umí syntetizovat fenylalanin z fosfoenolpyruvátu a erythróza-4- fosfátu přes meziprodukty na fenylpyruvát a poté na fenylalanin. o A lahůdka: nejvíce fenylalaninu je oďsažeŶo v čokoládě , dále v sýrech, semenech, v mase, rybách, mléku a vejcích. METABOLISMUS: o 75% Phe je hydroxylováno za přítoŵŶosti O 2 na tyrosin: reakce je katalyzována fenylalaninhydroxylasou o Fenylalaninhydroxylasa: lokalizována v játrech a jeho kofaktorem je tetrahydrobiopterin o Hydroxylace JE NEVRATNÁ REAKCE!! II. Základy metabolismu 2 Phe → hLJdrodžLJlaĐe → TLJrosiŶ o Poškozená tohoto enzymu vede ke vzniku FENYLKETONURIE o AR oŶeŵoĐŶěŶí o 1. metabolická choroba, u které ďLJl oďjasŶěŶ její biochemický podklad (r.1947) o PoruĐhLJ duševŶího vývoje ;poruĐha iŶteligeŶĐeͿ o Léčďa: dieta s oŵezeŶýŵ přísuŶeŵ Phe o VLJšetřeŶí ŵoči:  Dříve tzv. FölliŶgova zkouška: průkaz feŶLJlpLJruvátu v ŵoči reakĐí s FeCl 3 → pozitivní reakce – ŵoč zŵodrala o VLJšetřeŶí kapkLJ krve:  Dnes: ĐeloplošŶý sĐreeŶiŶg: 4.-5. den po narození se odebere kapka krve z patičkLJ ŶovorozeŶĐe, který přijíŵá ŵléčŶou stravu → tato kapka se přidává do agaru s Bacillus subtilis, pokud jsou vysoké koncentrace Phe v krvi, tak tyto Bacili porostou o U této nemoci je fenylalanin pouze transaminován na fenylpyruvát a poté oxidován na fenylacetát II. Základy metabolismu 3 Schéma II. Základy metabolismu 4 TYROSIN o Může ďýt syntetizován z fenylalaninu. o Nachází se v čokoládě, vejĐíĐh, ŵléku. o Je základŶí složkou horŵoŶů štítŶé žlázLJ - trijodtyroninu a tyroxinu. o Tyrosin je nezbytný pro tvorbu tzv. poplachových, stresových horŵoŶů adreŶaliŶu a noradrenalinu (katecholaminy). o Tyrosin stimuluje a upravuje aktivitu mozku, potlačuje stresové, depresivŶí a úzkostŶé stavLJ, zlepšuje Ŷáladu, zvLJšuje čilost, podporuje tvorbu eŶdorfiŶů ;horŵoŶů dobré nálady). o Není esenciální AMK. o Řadí se k polárním AMK. o Patří do skupiŶLJ AMK s aroŵatiĐkýŵ postraŶŶíŵ řetězĐeŵ. METABOLISMUS o Je metaďolizováŶ řadou Đest, kdy vzŶikají kateĐholaŵiŶLJ, horŵoŶLJ štítŶé žlázLJ, melaniny a tyramin. o Tyrosin je transaminován na hydroxyfenylpyruvát pomocí enzymu tyrosinaminotransferasy o Tyrosinaminotransferáza: je ovlivŶěŶa glukokortikoidLJ a ↑ příjŵeŵ tLJrosiŶu o Dále je hydroxyfenylpyruvát přeŵěňováŶ na kyselinu homogentisovou o Tato kyselina je díky homogentisátoxygenasou přeŵěŶěŶ Ŷa maleinylacetát (vlivem tohoto enzymu dochází k rozštěpeŶí aroŵatiĐkého kruhu, kdLJ se vLJtváří liŶeárŶí molekula) o Dále izomerasou přeŵěŶ Ŷa fumarylacetacetát a tato ŵolekula je rozštěpeŶa Ŷa fumarát a acetacetát II. Základy metabolismu 5 II. Základy metabolismu 6 o Tyrosin je prekurzoreŵ kateĐholaŵiŶů  TLJrosiŶ je účiŶkeŵ tyrosinhydroxylasy ;za přítoŵŶosti tetrahydrobiopterinu a O2) hydroxylován na 3,4-dihydroxyfenylalanin  3,4-dihydroxyfenylalanin známý jako DOPA  DALŠÍ REAKCE PROBÍHAJÍ POU)E NA POSTRANNÍM ŘETĚ)CI!  Z DOPA účiŶkeŵ DOPA-dekarboxylasy (s kofaktorem pyridoxalfosfátem) se odstraní CO 2 → vzŶiká DOPAMIN (neurotransmitter)  Dopamin – potřeďŶý pro mozek ;hlavŶě substancia nigraͿ → dopamin je koŶečŶý produkt reakĐe v ŵozku ;tzŶ. už ŶedoĐhází k dalšíŵ přeŵěŶáŵ dopaŵiŶu!!Ϳ  Ve dřeŶi ledviŶ se dopamin pomocí dopamin-ß-hydroxylasy hydroxyluje na NORADRENALIN  NORADRENALIN se dále methyluje pomocí fenylethanolamin-N- methyltransferásy na ADRENALIN  NORADRENALIN a ADRENALIN se liší ŵethLJlovou skupiŶou – tu adrenalin získá od S-adenosylmethioninu KATECHOLAMINY o Mají krátký poločas o Jsou degradovány monoaminooxidasou a katechol-O- methyltransferasou o V ŵoči jsou přítoŵŶLJ degradačŶí produktLJ – kyselina vanilmandlová a kyselina homovanilová o RegulačŶí fĐe: půsoďí Ŷa ɑ- a ß-adrenergní receptory o Tvorba stoupá při stresu o EstrogeŶLJ sŶižují koŶĐeŶtraĐi tLJrosiŶu, poté metabolit estrogen-sulfát ''se pere'' s pyridoxalfosfátem v DOPA-dekarďodžLJlové reakĐi → zŵěŶa Ŷálad při ŵeŶstruaĐi  II. Základy metabolismu 7 II. Základy metabolismu 8 o Tyrosin je také prekurzorem pro sLJŶtézu ŵelaŶiŶů:  Melaniny – obsahují aromatické chinonové jádro a systém konjugovaných vazeb, kdy tyto vazby podŵiňují barvu pigmentu  DruhLJ pigŵeŶtů:  Eumelaniny = tmavý pigment (je to tzv. dobrý melanin)  Feomelaniny = žlutý pigŵeŶt  Trichromy = červeŶohŶědý pigŵeŶt  Tyrosin se díky tyrosinase ŵěŶí Ŷa dopachinon(tato reakce probíhá v melanocytech)  PORUCHA tyrosinasy: ALBINISMUS  Tyrosináza má 2 aktivity:  Tyrosinhydroxylasová aktivita  Dopa-oxidasová aktivita II. Základy metabolismu 9 II. Základy metabolismu 10 o Tyrosin je prekurzorem pro syntézu tyroxinu: o Nejprve dojde k oxidaci jodidu(I - ) peroxidasou na I 2 o Poté je tyrosin jodován → vzŶiká monojodtyrosin (MIT) nebo dijodtyrosin (DIT) o Dalšíŵ krokeŵ je spojení 2 molekul DIT → tyroxin (T 4 ) o Při spojeŶí MIT a DIT → T 3 II. Základy metabolismu 11 o ALKAPTONURIE o VzáĐŶé oŶeŵoĐŶěŶí, kdLJ doĐhází k defektu homogentisátoxygenasy o Homogentisát se hromadí v krvi a v pojivových tkáních o Z ŶahroŵaděŶého hoŵogeŶtisátu se vLJtvářejí depozita, tLJ ŵají žlutohŶědá zbarvení o Pokud jedinec trpí tímto onemoĐŶěŶíŵ, tak ŵoč Ŷa vzduĐhu ztŵavŶe, Ŷeďoť dochází k oxidaci homogentisátu TRYPTOFAN o Nepolární, aromatická AMK. o Esenciální AMK. o Prekurzorem pro hormony o Nachází se: seŵíŶka, datle, ořeĐhLJ, ŵléko, aŶaŶas,.. METABOLISMUS o Metabolizován kynurenin-anthranilátovou cestou: 1. dojde k rozštěpeŶí pětičetŶého heteroĐLJklu (pyrrolu)  enzymem tryptofanpyrrolasou (=tryptofanoxygenasa, tryptofandioxygenasa) za vzniku N-formylkynureninu  enzym: v játreĐh, ovlivňováŶ kateĐholaŵiŶLJ a glukagoŶeŵ 2. zkráĐeŶí postraŶŶího řetězĐe  vzniká kLJseliŶa ŵraveŶčí ;přesŶěji její sůl = formiát) a kynurenin  3 REAKCE KYNURENINU: o Katalýza kynureninu kynureninhydroxylasou → 3- hydroxykynurenin → 3-hydroxyanthranilát, kdy dochází k odštěpeŶí alaŶiŶu z molekuly 3-hydroxykynurenin (enzym- kynureninasa) o Kynurenin je transaminován na kynurenát a 3-hydroxykynurenin se transaminuje na xanthurenát o Z kynureninu vzniká anthranilát 3. rozštěpeŶí ďeŶzeŶového jádra a vzŶiká liŶeárŶí ŵolekula o štěpeŶí ďeŶzeŶového jádra díkLJ oxidase v molekule 3- hydroxyanthranilátu → 2-amino-3-karboxymukonátsemialdehyd o Semialdehyd se přeŵěňuje Ŷa aŵiŶoŵukoŶát, ɑ-ketoadipát a glutaryl-CoA → pak dojde ke zkráĐeŶí molekuly až Ŷa aĐetaĐetát o (2-aminomukonát-seŵialdehLJd se ŵůže ŶeeŶzLJŵatiĐkLJ ĐLJklizovat na kyselinu pikolinovou)  Tryptofan je prekurzorem pro pyridinové nukleotidy: o PLJridiŶové ŶukleotidLJ se tvoří z 2-amino-3-karboxymukonátsemialdehyd, kdy tato molekula se neenzymaticky cyklizuje na chinolinát II. Základy metabolismu 12 o Chinolinát díky chinolinátfosforibosyltransferáze se Ŷaváže na dinukleotid, kdLJ zároveň proďěhŶe dekarďodžLJlaĐe a vzniká nikotinamid  Inhibice kynureninhydroxylasy: estrogeŶLJ u žeŶ , a to je důvod proč jsŵe ŶáĐhLJlŶější k pelagře (tj. deficit niacinu) II. Základy metabolismu 13 Z kynureninu vznikají neurotransmitery:  Kyselina kynurenová – a její amin kynuramin  Cholinát  Kynurenát – je aŶtagoŶista glutáŵovýĐh reĐeptorů ;edžĐitačŶíĐhͿ  Cholinát – je atomista Z tryptofanu vznikají neurotransmitery:  Serotonin (5-hydroxytryptamin) 1. hydroxylace tryptofanu tryptofan-5-monooxygenasou ;účastŶí se toho ještě tetrahydrobiopterin) na 5-hydroxytryptofan 2. Dekarboxylace 5-hydroxytryptofanu → 5-hydroxytryptamin (=serotonin) Z tryptofanu vzniká melatonin:  Látka indukující spánek  =N-acetyl-5-nethoxytryptamin  Tvoří se v epifýze a v retiŶě  Běheŵ sLJŶtézLJ proďíhá N-acetylace a O-methylace  SyŶtetizováŶ převážŶě v noci PORUCHY METABOLISMU TRYPTOFANU:  Hartnupova choroba o Porucha transportu neutrálních AMK v teŶkéŵ střevě a v renálních tubulech o TrLJptofaŶ ŶedostatečŶě vstřeďáváŶ ve střevě → proto je střevŶíŵi ďakterieŵi rozkládán na indol, indolakrylovou, indolpyrohroznovou a indoloctovou kyselinu o Tyto kyseliny se vLJlučují ŵočí II. Základy metabolismu 14 II. Základy metabolismu 1 12. Metabolismus sirných aminokyselin  Mezi sirné AMK patří ŵethioŶiŶ, ĐLJsteiŶ  Methionin Cystein METABOLISMUS CYSTEINU  Neesenciální AMK  Obsahuje atom SÍRY  VZNIKÁ z homocysteinu a serinu  Hlavní metabolit: cysteinsulfinát o Vzniká oxidací SH skupiny  Cysteinsulfinát je dále metabolizován přes tauriŶ Ŷa sulfát (SO 4 2- ) a pyruvát o Taurin je AMK, ale její role je neznámá o Předpokládá se význam pro rozvoj mozku o Konjuguje se s žlučovýŵi kLJseliŶaŵi a ovlivňuje fluiditu žluče a zvLJšuje ĐlearaŶĐi cholesterolu v játrech  Sulfit ŵůže ďýt oxidován na sulfát a použit pro tvorďu 3 ́-fosfoadenosin-5 ́-fosfosulfát (PAPS, aktivní sulfát), který je zdrojem sulfátových skupin Ŷapř. při detodžikačŶíĐh reakĐíĐh  Cystein ŵůže podléhat traŶsaŵiŶaĐi, kdy vzniká pyruvát a thiosulfát  Cystein důležitý pro vLJtvářeŶí terĐiárŶí strukturLJ ;=tvorďa disulfidovýĐh ŵůstkůͿ, je součástí glutatioŶu, je v proteiŶeĐh vlasů ;v keratiŶuͿ  Dekarboxylací cysteinu vzniká cysteamin ;teŶ je součástí koeŶzLJŵu AͿ II. Základy metabolismu 2 II. Základy metabolismu 3 Poruchy: 1. CYSTINURIE  Porucha membránového transportu cysteinu a bazických AMK (lysin, arginin, ornitin)  Vede to ke zvýšeŶé edžkreĐe do ŵoči  Cystein je ale špatŶě rozpustŶý → doĐhází k tvorďě krLJstalků a koŶkreŵeŶtů v ŵočovýĐh ĐestáĐh  Prevence: alkalizaĐe ŵoči  CLJstiŶ se přeŵěňuje Ŷa ĐLJsteiŶ cystinreduktasou 2. CYSTINÓZA  )ávažŶější oŶeŵoĐŶěŶí  Cystin se akumuluje v lysozomech, v ledviŶáĐh a dalšíĐh orgáŶeĐh  Jde o poruĐhu traŶsportu ĐLJsteiŶu Ŷa lLJzosoŵálŶí ŵeŵďráŶě  Tato akumulace v ledviŶŶýĐh ďuňkáĐh vede až k selhání ledvin METABOLISMUS METHIONINU  Esenciální AMK  Při ↑ ŵetioŶiŶu je uhlíkatý skelet vLJužit jako zdroj E, pro glukoneogenezi  1. reakce: katalyzována methioninadenosyltransferasou  VšeĐhŶLJ fosfátové skupiŶLJ jsou uvolŶěŶLJ a vzniká S-adenosylmethionin (=SAM) o Sulfoniový iont (kladný náboj) je velmi reaktivní a proto je SAM sĐhopeŶ uvolňovat methylovou skupinu o SAM je tedy donorem methylové skupiny pro další reakĐe o Metylace ze SAM je ireverzibilní  Po uvolŶěŶí ŵethLJlové skupiŶLJ vzŶiká S-adenosylhomocystein a teŶ je rozštěpeŶ adenosylhomocysteinasou na homocystein (molekula o 1 uhlíkovou skupiŶu větší Ŷež cystein) a adenosin  OrgaŶisŵus se sŶaží ŵolekulu sírLJ uĐhovat, a proto doĐhází k syntéze cystathioninu (kdy spolu reagují serin a homocystein za účasti eŶzLJŵu ĐLJstathioŶiŶ-β-synthasy, kdy kofaktorem je pyridoxal fosfát) II. Základy metabolismu 4  Cystathion je rozštěpeŶ ĐLJstathioŶasou na cystein ;přesuŶ atoŵu sírLJͿ, α-ketobutyrát a amoniak  PřesuŶ atoŵu sírLJ = transsulfurace  α-ketobutyrát je dekarboxylován multienzymovým komplexem a přes propioŶLJl-CoA vzniká sukcinyl-CoA  Pokud orgaŶisŵus potřeďuje E, tak je homocystein metabolizován homocysteindesulfhydrasou na α-ketobutyrát, amoniak a sirovodík  Resyntéza metioninu ŵožŶá díkLJ homocysteinmethyltransferasy (kdy kofaktorem je vitamin B 12 a methylová skupina pochází z N 5 -methyltetrahydrofolátu) II. Základy metabolismu 5 Poruchy: 1. HYPERHOMOCYSTEINÉMIE  GeŶetiĐkLJ podŵíŶěŶý defekt cystathionin-β-synthasy nebo porucha remetylace homocysteinu  Na vzŶiku se ŵůže podílet i deficit vitamínu B 12 , B 6 a nedostatek kyseliny listové  Může ďýt i rizikovýŵ faktoreŵ isĐheŵiĐké ĐhoroďLJ srdečŶí II. Základy metabolismu 1 13. Biosyntéza, biodegradace a funkce ŶejdůležitějšíĐh ďiogeŶŶíĐh aŵiŶů Biogenní aminy jsou organické dusíkaté látky, které se tvoří dekarďodžLJlaĐí aŵiŶokLJseliŶ za současŶého uvolŶěŶí CO 2 , kofaktorem je pyridoxalfosfát. FuŶkĐe ďiogeŶŶíĐh aŵiŶů:  Nervový systém – neurotransmitery (serotonin,..).  Některé půsoďí jako lokální hormony (autakoidy).  Řada z ŶiĐh ŵá výzŶaŵŶé fLJziologiĐké a farŵakologiĐké účiŶkLJ. VzŶik ďiogeŶŶíĐh aŵiŶů:  Vznikají z AMK půsoďeŶíŵ dekarďodžLJláz, které oďsahují jako kofaktor pyridoxalfosfát.  DekarďodžLJlaĐe je děj, při kteréŵ se odďourává karďodžLJlová skupiŶa AMK. Enzym dekarďodžLJláza z karďodžLJlové skupiŶLJ odštěpí CO 2 a vzniká bazický amin.  Nejčastěji vzŶikají dekarďodžLJlaĐí AMK půsoďeŶíŵ ďakteriálŶíĐh eŶzLJŵů. RozděleŶí ďiogeŶŶíĐh aŵiŶů:  alifatické: putrescin  aromatické: tyramin  heterocyklické: histamin a tryptamin  polyaminy: spermidin, spermin, putrescin (pozn.: polyaŵiŶLJ = oďsahujíĐí víĐe Ŷež Ϯ aminoskupiny) Přehled ďiogeŶŶíĐh aŵiŶů: 1. HISTAMIN  Vzniká dekarboxylací AMK histidinu díky histidindekarboxylase.  Půsoďí prostředŶiĐtvíŵ Hϭ a HϮ reĐeptorů. II. Základy metabolismu 2  H1 receptory o VLJvolávají koŶtrakĐi hladkýĐh svalů v ďroŶšíĐh a vazodilataĐi Đév. o SŶižují krevní tlak.  H2 receptory o Stimulují v žaludečŶí slizŶiĐi tvorďu HCl. Výskyt histaminu: o HistaŵiŶ je uložeŶý v žírŶýĐh ďuňkáĐh ;ŵastoĐLJtLJͿ, v krvinkách (bazofilní granulocyty). Funkce histaminu: o Půsoďí vazodilatačŶě v cévách. o Půsoďí i jako ŶeurotraŶsŵiter v CNS. o )vLJšuje sekreĐi žaludečŶí šťávLJ a HCl. o Uplatňuje se při alergiĐké a záŶětlivé reakci. 2. SEROTONIN  = 5-hydroxytryptamin (5-HT)  Je produkt dekarboxylace tryptaminu vzniklého hydroxylací tryptofanu.  Receptory: o 5-HT1  Nepříŵý vazodilatačŶí účiŶek způsoďeŶý vyplavením NO. o 5-HT2  Půsoďí vazokoŶstrikčŶě.  Podporuje agregaĐi troŵďoĐLJtů. Výskyt serotoninu: o V CNS, GIT a v cévách. Funkce serotoninu: o Serotonin má vliv Ŷa toŶus svalů. o Uplatňuje se při koŶtrakĐi hladkého svalstva a krevŶí srážlivosti. o Půsoďí vazokoŶstrikčŶě – Ŷapř. hraje roli při poraŶěŶíĐh, kdLJ zúží Đévu a tím zabrání nadměrŶé ztrátě krve. o Neurotransmiter v CNS. ÚčiŶkLJ v CNS: II. Základy metabolismu 3 o Reguluje spáŶek a stav vědoŵí. o Reguluje sexuální chování. o Podílí se na vnímání bolesti. 3. KATECHOLAMINY  Mezi katecholaminy patří dopamin, adrenalin a noradrenalin.  Jedná se o horŵoŶLJ dřeŶě nadledvin. VzŶik kateĐholaŵiŶů:  Pro syntézu kateĐholaŵiŶů je důležitý Tyrosin, z kterého čiŶŶostí tLJrosiŶhLJdrodžLJlázLJ vzniká DOPA (3,4-dihydroxyfenylalanin).  Dekarboxylací DOPA vzniká dopamin.  HLJdrodžLJláza přeŵěŶí dopaŵiŶ Ŷa ŶoradreŶaliŶ, ze kterého následnou metylací vzŶiká adreŶaliŶ. PotřeďŶý ŵethLJl poskLJtuje S-adenosylmethionin.  Místeŵ sLJŶtézLJ je dřeň ŶadledviŶ.  Jsou vLJplavováŶLJ do krve, která je přeŶáší k růzŶýŵ orgáŶůŵ.  Dalšíŵ ŵísteŵ tvorďLJ jsou presLJŶaptiĐké oďlasti ŶeuroŶů – v nervové tkáni se vLJtvoří pouze dopaŵiŶ Ŷeďo ŶoradreŶaliŶ – tLJ půsoďí parakriŶŶě ;tzŶ. ŶepřeŶáší se krví, ale difuŶdují pouze k sousedŶíŵ ďuňkáŵ, kde půsoďí jako ŶeurotraŶsŵiterLJͿ. II. Základy metabolismu 4 ÚčiŶkLJ kateĐholaŵiŶů: o Adrenalin a noradrenalin jsou stresové hormony ;řídí reakĐe – boj nebo útěkͿ. o AdreŶaliŶ půsoďí Ŷa reĐeptorLJ α ;αϭ, αϮͿ a ß ;ßϭ, ßϮ, ßϯͿ. o AdreŶaliŶ půsoďí Ŷa: o Myokard – pozitivŶě ďathŵotropŶí, droŵotropŶí, iŶotropŶí a ĐhroŶotropŶí účiŶek. o Artérie – vazokonstrikce. o SvaloviŶu průdušek – bronchodilatace. o Noradrenalin půsoďí rovŶěž Ŷa reĐeptorLJ α a ß. o Neurotransmiter v mozku. o Půsoďí vazokoŶstrikčŶě Ŷa ĐévLJ → zvýšeŶí tlaku krve. o Dopamin půsoďí Ŷa reĐeptorLJ (D1 a D2) uŵístěŶé Ŷa postsLJŶaptické ŵeŵďráŶě. o Jeho nedostatek v bazálních gangliích souvisí se vznikem Parkinsonovy nemoci. 4. POLYAMINY  PolLJaŵiŶLJ jsou orgaŶiĐké sloučeŶiŶLJ, které obsahují 1 a více aminoskupin.  Řadíŵe seŵ látkLJ jako je spermin, spermidin a putrescin. FuŶkĐe polLJaŵiŶů: o NezďLJtŶé pro regulaĐi ďuŶěčŶého růstu a difereŶĐiaĐi ďuŶěk. o VLJsoké koŶĐeŶtraĐe polLJaŵiŶů ŶaĐházíŵe u rLJĐhle dělíĐíĐh ďuŶěk. VzŶik polLJaŵiŶů: o Putrescin vzniká dekarboxylací ornitinu. o SperŵidiŶ vzŶiká dále ještě ŵetLJlaĐí putresĐiŶu. o SperŵiŶ vzŶiká ještě další ŵetLJlaĐí sperŵidiŶu. o Významným místem syntézy je gastrointestinální trakt (převážŶě v lumen teŶkého střevaͿ. o NejhojŶější polLJaŵin v teŶkéŵ střevě je putresĐiŶ, který je po přijetí rLJĐhle přeŵěŶěŶ Ŷa ŵetaďoliĐkLJ aktivŶí sperŵidiŶ a sperŵiŶ. 5. CYSTEAMIN  Vzniká dekarboxylací cysteinu.  Je součástí koeŶzLJŵu A. II. Základy metabolismu 5 6. KYSELINA γ-AMINOMÁSELNÁ = GABA  = 4-aminobutanová kyselina  Vzniká dekarboxylací AMK kyseliny glutamové.  HlavŶí iŶhiďičŶí ;tluŵivýͿ ŶeurotraŶsŵiter v ĐeŶtrálŶíŵ Ŷervovéŵ sLJstéŵu. 7. ETHANOLAMIN  Vzniká dekarboxylací serinu, poté ŵetLJlaĐí se vLJtváří ĐholiŶ ;prekurzor acetylcholinu). II. Základy metabolismu 6 DegradaĐe ďiogeŶŶíĐh aŵiŶů o OrgaŶisŵus člověka zajišťuje odďouráváŶí ďiogeŶŶíĐh aŵiŶů i aŵiŶů přijíŵaŶýĐh potravou. o Jedná se o systém eŶzLJŵů, který je přítoŵeŶ ve střevŶíŵ traktu. 1. monoaminooxidáza (MAO)  MAO-A : iŶtraĐelulárŶě ;CNS, střevŶí ďuňkLJͿ – deaminuje noradrenalin, dopamin, serotonin, tyramin z potravy v GIT  MAO-B : převážŶě v játrech a ve svalech, deaminuje dopamin 2. diaminooxidáza (DAO)  je to histamináza – oxiduje histamin a další diaŵiŶLJ ÚčiŶkLJ ďiogeŶŶíĐh aŵiŶů Ŷa lidský orgaŶisŵus Biogenní aminy se dělí Ŷa látky psychoaktivní a vazoaktivní. Psychoaktivní aminy půsoďí jako neurotrasmitery v CNS. Vazoaktivní látky ovlivňují kontraktilitu cév, tj.mají tedy vliv na krevní tlak. Při ŶadŵěrŶéŵ příjŵu biogenníĐh aŵiŶů z potravLJ Ŷeďo při sŶížené schopnosti enzymového systému způsoďují ŶežádouĐí účiŶkLJ:  hypertenze + migrény (tyramin), ďušeŶí srdĐe, pocení, dýĐhaĐí potíže, křeče, vLJrážka, průjeŵ,... II. Základy metabolismu 1 14. Konverze aminokyselin do specializovaných produktů. KreatiŶ. S-adenosylmethionin. Tato otázka je pouhýŵ shrŶutíŵ!! ;viz příslušŶé otázkLJ Ŷa ŵetaďolisŵus AMK  ) Obecné reakce AMK: 1) Dekarboxylace neboli odstraŶěŶí karďodžLJlové skupiŶLJ – vznikají biogenní aminy 2) Transaminace neboli výŵěŶa aŵiŶoskupiŶLJ s 2-oxokyselinou – vznikají 2-oxokyseliny 3) Oxidativní deaminace neboli odžidativŶí odstraŶěŶí aŵiŶoskupiŶLJ – vznikají 2- oxokyseliny 4) Tvorba peptidové vazby – vzŶik peptidů a proteiŶů METABOLISMUS AMK: 1. DegradaĐe uhlíkatýĐh skeletů aŵiŶokLJseliŶ Katabolismus těĐhto AMK vede k tvorďě 7 produktů: pyruvát, acetyl-CoA, acetoacetyl-CoA, α-ketoglutarát, suc-CoA, fumarát a oxalacetát. TLJ ŵají v eŶergetiĐkéŵ ŵetaďolisŵu růzŶý osud. AMK dělíŵe Ŷa glukogeŶŶí a ketogenní, podle toho zda se z ŶiĐh ŵohou tvořit ŵolekulLJ glukózLJ Ŷeďo ŵolekulLJ lipidů (MK a ketolátky). Mezi ketogenní AMK patří tLJ, které vedou k tvorďě aĐetLJl-CoA a acetoacetyl-CoA – Leu a Lys. Mezi glukogenní AMK řadíŵe tLJ, které vedou k tvorďě zďLJlých 5 produktů – pLJruvátu, α- ketoglutarátu, sukcinyl-CoA, fuŵarátu či odžalaĐetátu – serin, threonin, cystein, methionin, aspartát, glutamát, asparagin, glutamin, glycin, alanin, valin, prolin, histidin a arginin. Existují i AMK se 2 degradačŶíŵi produktLJ – jeden z nich je glukogenní a druhý ketogenní. Nazýváme je keto- i glukogenní aminokyseliny – patří ŵezi Ŷě isoleuĐiŶ, feŶLJlalaŶiŶ, tLJrosiŶ a tryptofan. Přehled, jaké AMK se degradují Ŷa jaké produktLJ: 1) Acetyl-CoA a acetoacetyl-CoA – čistě ketogeŶŶí jsou Lys a Leu, Ŷěkolik dalšíĐh aŵiŶokLJseliŶ poskLJtuje degradačŶí produktLJ glukogenní i ketogenní – Phe, Tyr, Trp, Ile. 2) α-ketoglutarát (=2-oxoglutarát) - Glu, Gln, Pro, Arg a His. 3) Sukcinyl-CoA - Met, Ile a Val. 4) Fumarát – Phe, Tyr. 5) Oxalacetát – Asp a Asn. 6) Pyruvát – Cys, Ala, Ser, Gly, Thr. 2. DegradaĐe větveŶýĐh aŵiŶokLJseliŶ – Val, Leu a Ile Pro tLJto AMK tLJpiĐké, že Ŷejsou ŵetaďolizováŶLJ v jaterŶíĐh ďuňkáĐh, ale v extrahepatálních tkáních – svalové bb. II. Základy metabolismu 2 Valin a Isoleucin se přeŵěňují na propionyl-CoA a acetyl-CoA, kdy propionyl-CoA se dále přeŵěňuje na sukcinyl-CoA. Leucin je přeŵěňováŶ na acetacetát a acetyl-CoA. 3. Tvorďa ŶeeseŶĐiálŶíĐh aŵiŶokLJseliŶ v lidskéŵ těle Přehled prekurzorů aŵiŶokLJseliŶ: 1) Oxalacetát → Asp, AsŶ 2) α-ketoglutarát → Glu, Gln, Pro, (Arg a His) 3) Pyruvát → Ala 4) 3-fosfoglycerát → Ser, CLJs a GlLJ 5) Phe → TLJr 4. Významné deriváty jednotlivých aminokyselin o Dekarboxylaci ;odstraŶěŶí karďodžLJlové skupiŶLJͿ podléhají jeŶ Ŷěkteré aminokyseliny. Výsledkem je vznik tzv. biogenních amiŶů ;ŵoŶoaŵiŶůͿ, které v lidskéŵ těle vLJkazují široké spektruŵ fuŶkĐí. )de uvádíŵe jejiĐh základŶí přehled: o Trp → serotoŶiŶ (5-hydroxytryptamin) o TLJr → kateĐholaŵiŶLJ (DOPA → dopamin → noradrenalin → adrenalin) o Glu → γ-aminobutyrát (GABA) o His → histaŵiŶ o Ser → etaŶolaŵiŶ → ĐholiŶ → aĐetLJlĐholiŶ o CLJs → ĐLJsteaŵiŶ o Asp → β-alanin o Další výzŶaŵŶé deriváty aŵiŶokyseliŶ o Trp → ŵelatoŶiŶ o Phe a TLJr → horŵoŶLJ štítŶé žlázLJ, ŵelaŶiŶ o Gly → heŵ, puriŶLJ, kreatiŶ, koŶjugaĐe se žlučovýŵi kLJseliŶaŵi o Arg a Ornitin → kreatiŶ, polLJaminy (spermidin, spermin) o Gly, Glu, Asp → puriŶLJ a pLJriŵidiŶLJ o CLJs → tauriŶ 5. Glukóza-alaninový cyklus Děj proďíhajíĐí při kataďoliĐkéŵ odďouráváŶí AMK ve svalech. Glukóza-alaninový cyklus je metabolická dráha probíhající ŵezi svalovýŵi ďuňkaŵi a játrLJ. Poté, co pyruvát (z laktátu) vzŶikŶe ve svalovýĐh ďuňkáĐh, podléhá transaminaci za vzniku alaninu. Ten se uvolní do krve a krví je transportován do jater, kde se traŶsaŵiŶaĐí zpětŶě přeŵěňuje Ŷa pLJruvát, jeŶž se ŵůže zapojit do proĐesu glukoneogeneze. Vzniklá glukóza se II. Základy metabolismu 3 krví dostává do svalů a Đelý ĐLJklus se uzavírá. PřeŶeseŶá aŵiŶoskupiŶa ;aŵoŶiakͿ sŵěřuje do ŵočoviŶového ĐLJklu. 6. MočoviŶový ĐLJklus V lidskéŵ těle se většiŶa todžiĐkého aŵoŶiaku přeŵěňuje reakĐeŵi ŵočoviŶového ĐLJklu Ŷa ŵočoviŶu. Tvorďa ŵočoviny probíhá v 5 reakcích: 1) Tvorba karbamoylfosfátu katalyzovaná mitochondriální karbamoylfosfátsyntetázou I: NH 4 + + HCO 3 - + ATP → karďaŵoLJlfosfát + 2 ADP + P i 2) Tvorba citrulinu katalyzovaná ornitintranskarbamoylázou: OrŶitiŶ + karďaŵoLJlfosfát → Đitrulin + Pi Citrulin je transportován do cytosolu. 3) Tvorba argininsukcinátu katalyzovaná argininosukcinátsyntetázou: CitruliŶ + Asp + ATP → argiŶiŶsukĐiŶát + AMP + PPi 4) Rozpad argininsukcinátu katalyzovaný argininosukcinlyázou: ArgiŶiŶsukĐiŶát → argiŶiŶ + fumarát 5) Hydrolýza argininu katalyzovaná arginázou: Arginin + H 2 O → orŶitiŶ + ŵočoviŶa Následuje přeŶos orŶitiŶu do ŵitoĐhoŶdriálŶí ŵatridž. 7. KREATIN o Derivát guanidinu o KreatiŶ slouží jako ŵakroergiĐká sloučeŶiŶa, zásobující velmi rychlou energií předevšíŵ svalovou tkáň, kde je potřeďa v krátké doďě vLJŶaložit poŵěrŶě velké ŵŶožství ATP. o K syntéze kreatinu je důležitá ŵolekula glLJĐiŶu a argiŶiŶu o Syntéza: o Z argiŶiŶu přeŶeseŶa guaŶidiŶová skupiŶa Ŷa glLJĐiŶ ;eŶzLJŵ traŶsaŵiŶidasaͿ v ledvinách o Vzniká ornithin a guanidinacetát o Guanidinacetát je v játrech methylován S-adenosylmethioninem na kreatin II. Základy metabolismu 4 o Část kreatiŶu je reverziďilŶě přeŵěŶěŶo Ŷa vLJsokoeŶergetiĐký kreatinfosfát účiŶkeŵ kreatinkinázy (CK), a z kreatiŶiŶfosfátu se ŵůže odštěpit ŶeeŶzLJŵatiĐkLJ fosfát a vzniká kreatinin o KreatiŶiŶfosfát slouží jako zdroj E pro kosterŶí a srdečŶí svalstvo. 8. S-adenosylmethionin o = SAM o Aktivní sulfoniová forma methioninu. o VzŶiká přeŶoseŵ adenosylu z ATP na atom síry methioninu. o Tím se aktivuje methylová skupina (Ŷa oďr. vLJzŶačeŶaͿ. o S-adenosylmethionin (SAM) je látka produkovaná v cytosolu praktiĐkLJ všeĐh lidskýĐh ďuŶěk, hlavním místem syntézy a degradace SAM jsou játra. o SAM se podílí Ŷa řadě reakĐí, které vedou ŵiŵo jiŶé k udržováŶí fluiditLJ ŵeŵďráŶ a tvorďě výzŶaŵŶého ďuŶěčŶého aŶtiodžidaŶtu glutathionu. o SAM přeŶáší ŵethLJlovou skupiŶu Ŷa růzŶé suďstrátLJ – Ŷapř. Ŷa NK, Ŷa proteiŶLJ, lipidLJ,... II. Základy metabolismu 1 18. Pentózovy cyklus, regulace = pentosafosfátová cesta - Je to kataďoliĐký děj, který poskLJtuje redukovaŶé kofaktorLJ NADPH a pětiuhlíkaté sacharidy (pentózy) - Jedná se o metabolickou přeŵěŶu glukózLJ, jejíŵž Đíleŵ ŶeŶí vLJtvořit ATP - Je to alterŶativŶí Đesta kataďolisŵu glukosLJ Ŷěkterýŵi rostliŶŶýŵi Ŷeďo živočišŶýŵi tkáŶěŵi - NADPH je spotřeďováváŶo při aŶaďoliĐkýĐh reakĐíĐh, a to předevšíŵ při biosyntéze steroidních látek a mastných kyselin - VLJtvářeŶí peŶtóz ;riďóza-5-fosfátͿ je ŶezďLJtŶé pro sLJŶtézu Ŷukleotidů a ŶukleovýĐh kyselin - PeŶtózový ĐLJklus proďíhá hlavŶě v ĐLJtosolu tkáŶí vLJtvářejíĐíĐh steroidŶí látkLJ Ŷeďo ŵastŶé kLJseliŶLJ: játra, varlata, vaječŶíkLJ, kůra ŶadledviŶ, ŵléčŶá žláza, adipoĐLJtLJ, erytrocyty (redukce glutathionu) Rozděluje se Ŷa dvě části:  oxidatívní ;přeŵěŶa hedžózLJ Ŷa peŶtózu, redukĐe NADP + na NADPH+H + )  nonoxidatívní ;Ŷeďoli iŶterakčŶí část; přeŵěŶa jedŶotlivýĐh ŵoŶosaĐharidů Cϯ, Cκ, C5, C6, C7) 1. oxidační fáze - vLJĐhází stejŶě jako glLJkolýza z glukosa-6 fosfátu →poŵoĐí glukóza-6-fosfátdehydrogenázy se oxiduje na lakton(6-fosfoglukono-delta- lakton) →hLJdrolLJzuje poŵoĐí 6-fosfoglukonolaktonázy na 6-fosfoglukonát → dekarďodžLJluje prostředŶiĐtvíŵ fosfoglukonátdehydrogenázy na ribulózu-5- fosfát (pentosa) - Běheŵ odžidatívŶí fáze vzŶikŶou 2 molekuly NADPH+H + přeŵěŶou:  G-6-P na lakton  6-fosfoglukonátu na ribulózu-5-fosfát 2. Nonoxidativní fáze (fáze interakcí) - Ribulóza-5-fosfát se ŵěŶí Ŷa aldózu ribóza-5-fosfát a na ketózu xylulóza-5-fosfát VšeĐhŶLJ další reakĐe katalLJzují dva eŶzLJŵLJ:  transaldoláza – přeŶáší tříuhlíkatou skupiŶu  transketoláza – přeŶáší dvouuhlíkatý zďLJtek poŵoĐí koeŶzLJŵu thiamindifosfátu (TDP) II. Základy metabolismu 2 DoŶoreŵ štěpů je u oďou ketóza a akĐeptoreŵ aldóza. PřeŶoseŵ štepů vzŶikají růzŶé meziprodukty:  sedoheptulóza-7-fosfát  erythróza-4-fosfát  fruktóza-6-fosfát  glyceraldehyd-3-fosfát Regulace: - pentózovy cyklus je regulován na úrovni dostupnosti koenzymu NADP+ - není-li vzŶikajíĐí redukovaŶá forŵa ;NADPHͿ odčerpáváŶa a reodžidiváŶa v jiných metabolických procesech, tak poté dochází k iŶhiďiĐi reakĐí, které potřeďují oxidovanou formu tohoto koenzymu (NADP+) →teŶto koeŶzLJŵ katalLJzuje glukoza-6-fosfatdehydrogenáza a 6- fosfoglukonátdehydrogenáza - sLJŶtézu klíčovýĐh eŶzLJŵů rovŶěž iŶdukuje iŶzuliŶ a prolaktiŶ čiŶí totéž ďěheŵ laktaĐe II. Základy metabolismu 3 II. Základy metabolismu 1 19. Metabolismus galaktózy a fruktózy, poruchy - Je to volŶý ŵoŶosaĐharid, který se do těla dostává v medu nebo v ovoci, také ho přijíŵáŵe jako součást saĐharózLJ - Fruktóza se po hLJdrolLJtiĐkéŵ tráveŶí aďsorďuje do portálŶí krve se zŶačŶou rLJĐhlostí ;rLJĐhleji Ŷež glukosaͿ a rLJĐhle se vLJĐhLJtává v játrech - Fruktóza v těle také poĐhází z vlastní syntézy - Fruktóza také vzŶiká Đestou přes sorďitol →fruktóza se poté zapojí do glykolýzy K degradaci fruktózy slouží tři cesty: 1. Ve svalech -tato cesta vstupu fruktózy do glLJkolýzLJ je kratší -fruktóza fosforyluje na fruktosu-6-fosfát (tuto reakci katalyzuje hexokinasa) →toto už je glLJkolýza - Aktivita hexokinas pro fruktózu je Ŷižší Ŷež pro glukosu, takže podíl ŵolekul, které podléhají této Đestě je ŵalý 2. PřeŵěŶa fruktózLJ v játrech ;v ŵeŶší ŵíře i ve střevŶí slizŶiĐi a v ledvinách) - NaĐhází se zde fruktokiŶasa, která je výhradŶě speĐifiĐká pro fruktózu ;Ŷa rozdíl od hexokinazy) - fruktóza se přeŵěŶí Ŷa fruktosa-1- fosfát →doĐhází k rozštěpeŶí poŵoĐí aldolasu Ŷa dihLJdrohLJaĐetoŶfosfát a glLJĐeraldehLJd → glLJĐeraldehLJd je fosforLJlováŶ speĐifiĐkou kiŶasou za spotřeďLJ ATP Ŷa glyceraldehyd-3-fosfát → tíŵto se zařazuje do proĐesu glLJkolýzy - fruktóza se v játreĐh vLJužije rLJĐhleji Ŷež glukosa a tato Đesta je velŵi rLJĐhlá - Fosforylace fruktózy ŶeŶí ovlivŶěŶa hladověŶíŵ aŶi iŶsuliŶeŵ - fruktóza se používá jako Ŷáhrada glukosLJ pro diaďetikLJ - Pokud je v jaterní ďuňĐe příliš mnoho , tak se fruktosa-1-fosfat tvoří rLJĐhleji Ŷež jej stačí aldosa B štěpit - VLJsoký stupeň fosforLJlaĐe fruktózy vLJčerpává zásoďu aŶorgaŶiĐkého fosfátu, číŵž klesá tvorďa ATP a to silŶě podŶěĐuje glLJkolýzu→vLJsoká koŶĐeŶtraĐe laktátu ŵůže ohrozit život Poruchy metabolizmu fruktózy: - IŶtraveŶózŶě podaŶá fruktóza ve velkých dávkách je toxická →Rozvíjí se hyperurikémie, hyperlaktacidémie, ultrastrukturálŶí zŵěŶy v játrech - Utilizaci fruktóza-1-fosfátu liŵituje triokiŶáza, která přeŵěňuje vzŶiklý D- glyceraldehyd na glyceraldehyd-3-fosfát ;teŶ se dále proŵěňuje Ŷa pLJruvátͿ II. Základy metabolismu 2 →ReakĐe katalLJzovaŶá triokiŶázou spotřeďovává ATP za tvorďLJ ADP, při vzájeŵŶýĐh přeŵěŶáĐh adeŶiŶovýĐh Ŷukleotidů vzŶiká také AMP → Při přeďLJtku fruktóza-1-fosfátu doĐhází k vLJčerpáŶí ATP triokiŶázou - Hyperurikeŵický účiŶek fruktosLJ je důsledkeŵ odďouráváŶí adeŶiŶovýĐh Ŷukleotidů Ŷa kLJseliŶu ŵočovou ;AMP Ŷa IMP atd.Ϳ - Hyperlaktacidémie podporuje rozvoj acidémie, Đož ŶavíĐ sŶižuje rozpustŶost kLJseliŶLJ ŵočové v krvi  Hereditární intolerance fruktosy -)ávažŶé AR dědičŶé oŶeŵoĐŶěŶí, iŶĐideŶĐe ϭ:κϬ ϬϬϬ -Příčina: chybí enzym fruktosa-1-fosfátaldoláza (fruktoaldoláza B) v játreĐh a kůře ledvin -Patogeneze: fruktóza-1-fosfát se hromadí v játreĐh a půsoďí koŵpetitivŶí inhibici fosforylázy, ďráŶí štěpeŶí glLJkogeŶu Ŷa glukózu a Ŷedostatek eŶzLJŵu také brání glukoneogenesi, Đož vLJvolává těžkou hypoglykémii -KliniĐké příznaky: oďjevují se krátĐe po toŵ, Đo začal ďýt podáváŶ kojeŶĐi Đukr o PřízŶakLJ jsou praktiĐkLJ shodŶé s klasickou galaktosémií, jen chybí katarakta. Patří k Ŷiŵ zvraĐeŶí, hepatoŵegalie, hepatopatie, žlouteŶka, krvácení, proximální tubulární renální porucha,jaterní selhání -Test tolerance fruktózy je kontraindikován – ŵohl ďLJ vLJvolat těžkou hypoglykémii, šok a smrt -Diagnóza: průkaz ŵutaĐe Aϭκ9P geŶu pro aldolázu B; eŶzLJŵologie -Léčďa: úplná eliminace fruktózy z výživLJ -ProgŶóza je i při dodržováŶí dietLJ Ŷejistá -Pacienti mají silný odpor vůči pokrŵůŵ oďsahujíĐíŵ fruktózu  Esenciální fruktosurie -Deficit fruktokinázy -Fruktóza resorďovaŶá střeveŵ Ŷeŵůže ďýt v orgaŶisŵu Ŷijak ŵetaďoliĐkLJ užita, pacienti mají hyperfruktosemii a hyperfruktosurii. -BeŶigŶí oŶeŵoĐŶěŶí ďez kliŶiĐkýĐh přízŶaků II. Základy metabolismu 3  Deficit fruktoso-1,6-bisfosfázy -)ávažŶé AR dědičŶé oŶeŵoĐŶěŶí -Příčina: chybí enzym fruktoso-1,6-bisfosfatáza Patogeneze: nedostatek enzymu brání glukoneogeŶesi, Đož vLJvolává těžkou hypoglykémii -U paĐieŶtů se po depleĐi ;vLJčerpáŶíͿ glLJkogeŶu akuŵulují prekurzorLJ glukoneogeneze (aminokyseliny, laktát, ketolátky) -KliniĐké příznaky: epizody hyperventilace, apnoe, hypoglykémie, ketózy, laktátové acidemie -Pacienti nemají odpor vůči pokrŵůŵ oďsahujíĐíŵ fruktózu 3. Metabolismus v čočĐe a seŵiŶálŶíĐh žlázáĐh - D-glukosa se zvlášť u diaďetiků redukuje Ŷa ĐukerŶý alkohol D-sorbitol →teŶto alkohol se odžiduje poŵoĐí sorďitoldehLJdrogeŶasLJ Ŷa D-fruktózu - Sorbitol v očŶí čočĐe ŶedifuŶduje přes ďuŶěčŶé ŵeŵďráŶLJ a vede ke vzŶiku diaďetiĐkého očŶího zákalu ;kataraktLJͿ - Sorbitol a fruktóza jsou zodpovědŶé za fuŶkĐi sperŵatozoí, protože v seminálních žlázáĐh doĐhází k přeŵěŶě glukosy na sorbitol a poté na fruktózu (energetický zdroj) - Sorďitol se používá jako sladidlo pro diaďetikLJ a do žvýkaček, ale většiŶa sorďitolu, který je přijíŵáŶ ústLJ se Ŷeaďsorďuje Metabolismus galaktózy - Galaktóza je ďěžŶý ŵoŶosaĐharid potravLJ a je součástí laktózy - Laktáza uvolňuje z ŵléčŶého Đukru galaktózu, která se snadno absorbuje - Galaktóza se v játrech rychle metabolizuje, a proto se za normálních okolností Ŷedostává do ŵoče - Aktivita laktázy je u ŶěkterýĐh jediŶĐů vrozeŶě Ŷeďo získaŶě Ŷízká ;kojeŶĐi s touto poruĐhou ŶesŶášejí mléko) - Galaktóza slouží jako živiŶa a také jako výĐhozí látka pro složitější sloučeŶiŶLJ ;laktóza, glykolipidy, glykosaminoglykany a proteoglykany) - Největší podíl aďsorďovaŶé galaktosLJ se vLJužije jako živiŶa - Galaktóza se v játreĐh ŶevratŶě fosforLJluje Ŷa galaktosa-1-fosfát ;za přítoŵŶosti galaktokinasy a ATP) → galaktosa-1-fosfát (stále v játreĐhͿ se přeŵěŶí Ŷa UDG-galaktosu ;půsoďeŶíŵ galaktosa-1- fosfáturidyltransferasy) -UDG-galaktosa ŵá vLJsoký eŶergetiĐký Ŷáďoj a je sĐhopŶa vLJtvářet O-glykosidové vazby →z UDG-galaktosLJ vzŶikají růzŶé druhLJ glLJkolipidů, glLJkosaŵiŶoglLJkaŶů a glLJkoproteiŶů II. Základy metabolismu 4 → druhýŵ produkteŵ je galaktosa-1-fosfát a ten se zapojí do glykolýzy - UDG-galaktosa podlehne vlivu 4-epiŵerLJsLJ ;galaktosa přejde Ŷa glukosuͿ →glukosa se spálí jako živiŶa Ŷeďo se zaďudovává do složitějšíĐh sločeŶiŶ - )a určitýĐh okolŶostí se aktivovaŶá galaktosa ŵůže stát zdrojeŵ pro sLJŶtézu laktosLJ -UDG-galaktosa se sloučí s glukosou (u laktujících žeŶͿ a vzŶikŶe laktosa (za přítoŵŶosti galaktosLJltraŶsferasLJͿ -tato reakce je regulovaná specifickou s ďílkoviŶou α-laktalbuminem – jeho hladina v ŵléčŶé žláze je pod horŵoŶálŶí koŶtrolou ;prolaktiŶͿ Poruchy metabolismu galaktosy - Galaktosémie – je to zvýšeŶí koŶĐeŶtraĐe galaktózLJ v krevním séru Galaktoséŵie ŵůže ďýt způsoďeŶa defektLJ těĐhto eŶzLJŵů: galaktosa-1- fosfát-uridyltransferázy, uridyldifosfátgalaktosa-4-epimerázya galaktokinázy  Klasická galaktosémie -)ávažŶé AR dědičŶé oŶeŵoĐŶěŶí, iŶĐideŶĐe ϭ:ρϬ ϬϬϬ -Příčina: ĐhLJďěŶí galaktóza-1-fosfát-uridyltransferázy, která metabolizuje galaktóza-1- fosfát -Patogeneze: galaktóza-1-fosfát se hromadí v játrech, ledvinách, mozku a v očŶí čočĐe; alternativní cestou se metabolizuje na galaktitol, který půsoďí todžiĐkLJ -Klinický obraz: přízŶakLJ začíŶají ŵezi κ.– 9. dnem -Zvracení, hepatomegalie, progredující ikterus, letargie nebo křeče -PřízŶakLJ připoŵíŶají akutŶí septiĐké oŶeŵoĐŶěŶí s jaterním a ledvinným selháním -U ŶeléčeŶýĐh se vLJvíjí edém mozku a často oďoustraŶŶá katarakta -U NNPH se projevLJ oďjeví až po převedeŶí Ŷa ŵléčŶou stravu -Diagnóza: průkaz zvýšeŶé koŶĐeŶtraĐe galaktitolu v ŵoči a galaktóza-1-fosfátu v erytrocytech -NutŶé je ale vždLJ potvrzeŶí Ŷa eŶzLJŵatiĐké a ŵolekulárŶí úrovŶi -Terapie: při vLJsloveŶí podezřeŶí ihŶed vLJsazujeŵe ŵléčŶou stravu -Při potvrzeŶí diagŶózLJ je iŶdikováŶa ĐeloživotŶí ďezlaktózová strava -Prognóza: Ŷeŵusí ďýt přízŶivá aŶi u včas rozpozŶaŶýĐh, protože dítě ďLJlo galaktóze vLJstaveŶo již iŶtrauteriŶŶě -Nejčastěji pak vzŶiká poruĐha řeči a u dívek hypergonadotrofní hypogonadismus  Deficit galaktokinázy -Vzácné AR dědičŶé oŶeŵoĐŶěŶí, iŶĐideŶĐe ϭ:ϮϬϬ ϬϬϬ -Příčina: ĐhLJďěŶí galaktokiŶázLJ, která katalLJzuje přeŵěŶu galaktosLJ Ŷa galaktosa-1- fosfát II. Základy metabolismu 5 -Patogeneze: galaktóza a galaktitol se hroŵadí v očŶí čočĐe a způsoďují její osŵotiĐký edém -Klinický obraz: obvykle bilaterální katarakty, pseudotumor cerebri -Terapie: oŶeŵoĐŶěŶí je léčitelŶé dietou s oŵezeŶíŵ laktátu, kataraktLJ ŵohou vLJŵizet  Deficit uridyldifosfátgalaktosa-4-epimerázy -Vzácné AR dědičŶé oŶeŵoĐŶěŶí -Příčina: ĐhLJďěŶí uridLJldifosfátgalaktosa-4-epimerázy -Klinický obraz: -MírŶá forŵa: částečŶý defiĐit eŶzLJŵu, ďeŶigŶí -Těžká forŵa: zvraĐeŶí, ŶeprospíváŶí, hepatopatie u ŶovorozeŶĐů připoŵíŶajíĐí klasickou galaktosemii, psychomotorická retardace II. Základy metabolismu 1 20. Metabolismus kyseliny glukuronové - KLJseliŶa glukuroŶová patří ŵezi tzv. uroŶové kLJseliŶLJ, základŶí součásti ŵŶoha pro tělo výzŶaŵŶýĐh látek – Ŷapř. glLJkosaŵiŶoglLJkaŶů, a tedLJ i proteoglLJkaŶů - Uronové kLJseliŶLJ se ŵiŵoto vLJužívají i jako koŶjugačŶí čiŶidla usŶadňujíĐí vLJlučováŶí mnoha endogenních i cizorodých látek - Kroŵě kLJseliŶLJ glukuroŶové řadíŵe ŵezi uroŶové kLJseliŶLJ i kyselinu L- iduronovou či galaktouronovou - Tvorba kyseliny glukuronové z glukózy spočívá v oxidaci primární hydroxylové skupiny na C6 molekuly glukózy na karboxylovou skupinu - Před saŵotŶou odžidaĐí ŵusí ďýt ale ŵolekula glukózLJ Ŷejdříve převedeŶa do aktivní formy –UDP-glukózy JedŶotlivé krokLJ přeŵěŶLJ glukózLJ Ŷa kLJseliŶu glukuroŶovou probíhají tedy takto: 1) Fosforylace glukózy (katalyzuje hexokináza/glukokináza): Glukóza + ATP → glukóza-6-P + ADP 2) Izomerace glukózy (katalyzuje glukózafosfátisomeráza): Glukóza-6-P → glukóza-1-P 3) Aktivace glukózy – vazba UDP (katalyzuje UDP-glukózapyrofosforyláza): Glukóza-1-P + UTP → UDP-1-glukóza + difosfát 4) Oxidace na glukuronát: UDP-1-glukóza + 2 NAD+ → UDP-glukuronát + 2 NADH+H+ - UDP-glukuroŶát je aktivŶí forŵou kLJseliŶLJ glukuroŶové a ŵůže vstoupit do ŵŶoha reakcí II. Základy metabolismu 2 II. Základy metabolismu 3 VLJužití kLJseliŶLJ glukuronové ϭ) Syntéza proteoglykanů Ϯ) Využití jako konjugačního činidla - KLJseliŶa glukuroŶová se koŶjuguje s látkaŵi špatŶě rozpustŶýŵi ve vodě (ďiliruďiŶ, steroidní hormony, xenobiotika) s cílem vLJloučit je z organismu. - Po navázání kyseliny glukuroŶové se ŶepolárŶí sloučeŶiŶLJ stávají rozpustŶějšíŵi ve vodě a lépe se vLJlučují ŵočí Ŷeďo žlučí. - Klíčový eŶzLJŵ se Ŷazývá UDP-glukuronyltransferáza II. Základy metabolismu 1 21. Biosyntéza mastných kyselin (lipogenese)  Jedná se o vysoce aktivní extramitochondriální systém, který je lokalizovaný v cytosolu  BěžŶé ŵastŶé kLJseliŶLJ ŵají sudý počet atoŵů uhlíku ;to vLJplývá z biosyntézy), které vychází z dvouuhlíkového prekursoru (acetyl-CoAͿ a pokračuje připojováŶíŵ dalšíĐh dvouuhlíkatýĐh jedŶotek  Další sLJstéŵ eloŶgaĐe řetězĐe MK je lokalizováŶ v endoplazmatickém retikulu v játrech  Primárním substrátem je Acetyl-CoA  KoŶečŶýŵ produkteŵ je palŵitát  Biomedicínský význam o U lidí není syntéza v tukové tkáni tolik významná a játra mají jen malou aktivitu o U většiŶLJ savĐů je priŵárŶíŵ suďstráteŵ lipogeŶese je glukosa o Edžistují závažŶá oŶeŵoĐŶěŶí, která jsou spojeŶLJ s poruchou metabolismu této dráhy:  vývoj obezity  u DM I. Dochází k inhibici lipogenese o Hlavní dráha pro synthesu MK se vyskytuje v cytosolu o tento systém se vyskytuje v ŵŶoha tkáŶíĐh včetŶě jater, ledvin, mozku, plic, tukové tkáni,.. o Jako kofaktory zde půsoďí NADPH, ATP,MN 2+, biotin a HCO 3 - (zdroj CO 2 ) o SLJŶtéza MK ŵůže proďíhat ve většiŶě živočišŶýĐh ďuŶěk ;převažuje v játreĐh, adipoĐLJteĐh, laktujíĐí ŵléčŶé žlázeͿ o Proďíhá v oďdoďí, kdLJ je ŶadďLJtek eŶergie ;oďdoďí zvýšeŶého kaloriĐkého příjŵuͿ o OrgaŶisŵus vLJtváří MK, v ŶiĐhž ve forŵě triaĐLJlglLJĐerolů uĐhovává eŶergii o BiosLJŶtéza je lokalizováŶa edžtraŵitoĐhoŶdriálŶě o MastŶá kLJseliŶa se sLJŶtetizuje postupŶýŵ přidáváŶíŵ dvouuhlíkovýĐh jedŶotek o MeziproduktLJ jsou oďdoďŶé ŵeziproduktůŵ při odďouráváŶí MK, reakĐe jsou však katalyzovány jinými enzymy  Výchozí látky pro biosyntézu MK o Acetyl-CoA – odžidačŶí dekarďodžLJlaĐí pLJruvátu - hlavní zdroj glukosa – z ŶěkterýĐh aŵiŶokLJseliŶ – z MK o NADPH – pentosový cyklus - hlavní zdroj – „ jaďlečŶý eŶzLJŵ“ (NADP- depeŶdeŶtŶí ŵalátdehLJdrogeŶasa v ĐLJtoplazŵěͿ II. Základy metabolismu 2 malát + NADP + ↔ pyruvát + CO 2 + NADPH + H + – isocitrátdehydrogenasa (NAD+ isoenzym je pouze v mitochondriích, NADP+ je v ŵitoĐhoŶdriíĐh i v ĐLJtoplazŵěͿ  Transport acetyl-CoA z matrix mitochondrie do cytoplazmy -acetyl-CoA Ŷeprostupuje volŶě vŶitřŶí ŵitoĐhoŶdriálŶí ŵeŵďráŶou a proto je traŶsportováŶ ve forŵě Đitrátu -Biosyntéza mastných kyselin probíhá jako kondenzace dvou uhlíkatých jednotek, tedy jako oďráĐeŶá β-odžidaĐe. Dráha ďiosLJŶtézLJ ŵastŶýĐh kLJseliŶ se od β-oxidace ale liší. β-oxidace biosyntéza probíhá v mitochondriích probíhá v cytosolu metabolity jsou acyl-CoA biosyntéze napomáhá protein přeŶášejíĐí aĐLJl ACP přítoŵŶé koeŶzLJŵLJ NAD + , FAD přítoŵŶé koeŶzLJŵLJ NADPH+ H + výsledek oxidace je acetyl- CoA prvotním metabolitem je malonyl-CoA HCO 3 - je nutný pro syntézu - karnitin je nutný pro transport aktivované MK Schéma biosyntézy 1. Krok ( 1.a 2.a ) - Acetyl-CoA je přeŵěŶěŶ Ŷa reaktivŶější částiĐi, poté se převede Ŷa acetyl-ACP (acyl carrier protein = protein nesoucí acyl). -v kroku 2.a se acyl-ACP ŵěŶí Ŷa acetylsynthasu 2. Krok (2.b) -opět doĐhází k aktivaci acetyl-CoA, který se karboxyluje reakcí s HCO 3 - a ATP na malonyl-CoA. -Malonyl-CoA se dále aktivuje na malonyl-ACP 3. Krok (3.) -kondenzace malonyl-ACP a acetylsynthasy za vzniku acetoacetyl-ACP -je to klíčová reakĐe ďiosLJŶtézLJ, při reakĐi se uvolňuje CO 2 . 4. Krok (4. – 6.) -je to sled reakĐí, kdLJ se ketoskupiŶa postupŶě redukuje a dehLJdrogeŶuje Ŷa –OH skupinu, na dvojnou vazbu a poté na alkyl -koenzymem je zde NADPH+H + -je to opačŶý sled reakĐí Ŷež je β-oxidace II. Základy metabolismu 3 - OpakováŶíŵ kroků Ϯ-ς se řetězeĐ ŵastŶé kLJseliŶLJ prodlužuje vždLJ o malonyl-ACP. Tedy vždLJ o dva uhlíkLJ. V závěrečŶéŵ kroku vzŶiká palŵitát. Celková reakce 8 acetyl-CoA + 7ATP + 14 (NADPH+ H + Ϳ → palŵitát + ϳ ;ADP + P i ) + 14 NADP + -Komplex synthazy MK je polypeptid obsahující sedm enzymových aktivit -existují dva typy synthasy MK: A. ACP (acyl carrier protein) -Đož je proteiŶ přeŶášejíĐí aĐLJl -nachází se u bakterií, rostliŶ a ŶižšíĐh živočiĐhů -jedŶotlivé eŶzLJŵLJ jsou odděleŶéa aĐLJlový řetězeĐ je ŶavázáŶ Ŷa ACP B. Multienzymový komplex -u kvasiŶek, savĐů a ptáků -Ŷeŵůže ďýt rozštěpeŶ ďez ztrátLJ aktivitLJ ;ACP je součástí koŵpledžuͿ - ACP i multienzymový komplex obsahují vitamín – kyselinu pantothenovou - Výhodou multieŶzLJŵového koŵpledžu je, že sLJŶthesa všeĐh eŶzLJŵů je koordiŶovaŶá, Ŷeďoť je výsledkeŵ aktivaĐe jedŶoho geŶu - Komplex synthasy MK je dimer II. Základy metabolismu 4 -u savĐů jsou oďa ŵoŶoŵerLJ ideŶtiĐké a oďsahují jeden velký polypeptid se sedmi enzymovými aktivitami a ACP + -SH skupinu z 4-fosfopantetheinu -Ŷa druhéŵ ŵoŶoŵeru se ŶaĐhází další thiol ĐLJsteiŶového zďLJtku ϯ-ketoacyl- synthasa → oďa thiolLJ se podílejí Ŷa eŶzLJŵové aktivitě, ale aktivní je pouze dimer Regulace metabolismu mastných kyselin o Adrenalin, noradrenalin a glukagon půsoďí Ŷa zvýšeŶí koŶĐeŶtraĐe ĐAMP v tukové tkáŶi a teŶ svýŵ účiŶkeŵ stiŵuluje β-oxidaci mastných kyselin a naopak pozastavuje jejich syntézu. o Insulin půsoďí přesŶě opačŶě, stiŵuluje tvorbu glykogeŶu a lipidů. Insulin je vLJlučováŶ jako odpověď Ŷa vLJsokou koŶĐeŶtraĐi glukosLJ v krvi a sŶižuje hladinu cAMP. - insulin je hlavŶíŵ faktoreŵ, který určuje rLJĐhlost a sŵěr ŵetaďolisŵu ŵastŶýĐh kyselin. II. Základy metabolismu 1 22. Tvorba ketolátek z acetyl-CoA, metabolické příčiŶLJ, výzŶaŵ Mezi ketolátkLJ řadíŵe: Acetoacetát β-hydroxybutyrát aceton METABOLICKÉ PŘÍČINY Kde vLJužijeŵe AĐetLJl-CoA?  citrátový cyklus, kde se odžidují Ŷa odžid uhličitý a vodu za uvolŶěŶí eŶergie  výchozími stavebními kameny pro syntézu mastných kyselin a cholesterolu za fyziologického stavu.  Přeŵěňuje se Ŷa acetoacetát a ketolátky. Při hladověŶí či u dietŶíĐh režiŵů s přísŶýŵ oŵezeŶíŵ saĐharidů Ŷeďo u patologiĐkýĐh stavů jako je Ŷapř. diabetes se přeďLJtek acetyl-CoA přeŵěňuje Ŷa aĐetoaĐetát a ketolátkLJ − aĐetoŶ a 3- hLJdrodžLJďutLJrát. Při Ŷedostatku glukózLJ v krevŶíŵ oďěhu vLJužívá tělo jako zdroj eŶergie tukové zásoďLJ. AďLJ ŵohlo dojít k uvolŶěŶí této eŶergie, ŵusí ďýt tukLJ Ŷejdříve rozložeŶLJ na ketolátky. TVORBA KETOLÁTEK Hlavním místem jejich tvorby jsou ŵitochoŶdrie hepatocLJtů. Ketolátky představují ve vodě rozpustŶou traŶsportŶí forŵu aĐetLJlů. Tvoří se při nadbytku acetyl-CoA produkovaného jaterní beta-oxidací – játra „předžvýkají“ mastné kyseliny a poskLJtŶou tělu ketolátkLJ jako alternativní zdroj energie. Vstup Acetyl-CoA do Krebsova cyklu závisí na dostupnosti oxaloacetátu. Ten vzniká karďodžLJlaĐí pLJruvátu. Při hladověŶí či při diaďetes ŵellitus se OAA spotřeďovává v proĐesu glukoneogeŶeze. Nedostatek saĐharidů vede ke sŶížeŶí ŵŶožství OAA a tíŵ ke zpoŵaleŶí Krebsova cyklu. „Tuky hoří v ohni sacharidů.“ = s tíŵhle si šplhŶete u PláteŶíka, říkal to Ŷa předŶášĐe!!  „Co toŵu předĐhází, aŶeď kde se veŵe teŶ AĐetLJl-CoA“ Na počátku stojí aktivace lipolýzy prostředŶiĐtvíŵ hormon-senzitivní lipázy (HSL). Ta vyústí ve zvýšeŶí plazŵatických koŶceŶtrací MK, které ve zvýšeŶé ŵíře vstupují do jaterŶíĐh ďuŶěk. V ŶiĐh podléhají β-oxidaci, jež produkuje nadbytek Acetyl-CoA. TeŶ se Ŷeŵůže dostatečŶě uplatŶit v jiŶýĐh draháĐh, a proto vstupuje do ketogeŶeze. )drojeŵ uhlíkovýĐh atoŵů v ketogeŶezi je tedLJ pouze acetyl~CoA. Průďěh tvorďLJ ketolátek ŵůžeŵe popsat ŶásledujíĐíŵi reakĐeŵi: I. Kondenzace dvou molekul AcetylCoA → acetoacetyl~CoA II. Reakce s dalšíŵ AĐetyl-CoA → 3-hydroxy-3- methylglutaryl~CoA (HMG~CoA) II. Základy metabolismu 2 III. ŠtěpeŶí HMG-CoA → Acetyl-CoA a acetoacetát IV. ReverziďilŶí přeŵěŶa aĐetoaĐetátu a β-hydroxybutyrátu V. Dekarboxylace acetoacetátu - aceton A. β-Ketothioláza β-Ketothioláza katalyzuje poslední krok β-oxidace mastných kyselin – thiolLJtiĐké štěpeŶí. Při tvorďě ketolátek se reakce obrátí a ze dvou molekul Acetyl-CoA vzniká jedna molekula acetoacetyl~CoA. Reakce probíhá v matrix mitochondrie. B. 3-hydroxy-3-methylglutaryl-CoA syntáza Tento enzym katalyzuje kondenzaci acetyl~CoA s acetoacetyl~CoA. Kondenzace probíhá na třetíŵ uhlíku acetoacetyl~CoA za vzniku 3-hydroxy-3-methylglutaryl-CoA. Tento výzŶaŵŶý iŶterŵediát se vLJskLJtuje ŶejeŶ v ŵetaďolisŵu ketolátek, ale vzŶiká i ďěheŵ syntézy cholesterolu. C. 3-hydroxy-3-methylglutaryl-CoA lyáza Tento enzym katalyzuje štěpeŶí HMG-CoA na acetoacetát a Acetyl-CoA. Tím vzniká první ketolátka. D. β-hydroxybutyrátdehydrogenáza Tento enzym katalyzuje vzájemnou reverziďilŶí přeŵěŶu dvou ketolátek – aĐetoaĐetátu a β- hydroxybutyrátu. Kofaktorem je NAD + . Při ŵasivŶí tvorďě ketolátek je β-hydroxybutyrát kvaŶtitativŶě ŶejvýzŶaŵŶější ketolátkou v krvi, tj. většiŶa aĐetoaĐetátu se přeŵěňuje Ŷa Ŷěj. E. Dekarboxylace acetoacetátu Část ŵolekul aĐetoaĐetátu spoŶtáŶŶě (ŶeeŶzLJŵově) dekarboxyluje na aceton, který nemá v lidskéŵ těle žádŶé vLJužití a je vLJlučováŶ dýĐháŶíŵ či ŵočí. II. Základy metabolismu 3 Aktivace a utilizace ;vLJužitíͿ ketolátek Ketolátky jsou polární – transportují se volŶě v plazŵě. K jejich utilizaci dochází jen edžtrahepatálŶě, hepatoĐLJtLJ totiž Ŷeoďsahují eŶzLJŵ ŶutŶý k jejiĐh aktivaĐi. Nejdříve doĐhází k odžidaci β-hydroxybutyrátu na acetoacetát, který se ŶásledŶě aktivuje přeŶoseŵ koenzymu A ze sukcinyl~CoA. Acetocetyl~CoA se přeŵěňuje Ŷa Acetyl-CoA ;součást β- oxidace, katalyzuje thioláza), který vstupuje do Krebsova cyklu. SrdečŶí sval, kosterní svalovina a kůra ledviŶ preferují oxidaci ketolátek před oxidací glukózy. Mozek se za hladověŶí adaptuje Ŷa spalování ketolátek - při dlouhodoďéŵ hladověŶí je až 50 % jeho eŶergetiĐkýĐh Ŷároků krLJto odžidaĐí ketolátek. Regulace ketogeneze Regulace ketogeneze probíhá na čtLJřeĐh stupŶíĐh: i. Hormon-senzitivní lipáza – lipolýza v tukové tkáni ii. Karnitinacyltransferáza I – vstup mastných kyselin do mitochondrie, kde proďěhŶe jejiĐh β-oxidace iii. SŵěřováŶí AĐCoA z β-oxidace do ketogeneze a ne do Krebsova cyklu iv. Mitochondriální HMG-CoA-syntáza VLJsoká hladiŶa ketolátek v krvi sigŶalizuje přítoŵŶost velkého ŵŶožství AĐetyl-CoA. Jejím následkem je inhibice lipolýzy. VÝZNAM Ketoacidóza Ketoacidóza je stav, kdy rostou plazmatické koncentrace ketolátek, a protože se jedŶá o poŵěrŶě silŶé kLJseliŶLJ, vede jejiĐh Ŷárůst k rozvoji acidemie (pokles pH krve). Tento stav ŵůže vést až k ohrožeŶí života. Mírná ketoacidóza se podílí na poklesu pH při hladověŶí.  Diabetická ketoacidóza ;DKAͿ je způsoďeŶa nedostatkem inzulinu, je taŵ hodŶě koŶtraregulačŶíĐh horŵoŶů → lipolýza v tuku → Ŷárust koŶĐeŶtraĐe MK → v hepatocytech poklesne koncentrace malonyl-CoA → aĐLJl-CoA se transportuje do mitochoŶdrie, kde ďude ďeta odžidováŶ→aĐetLJl-CoA pižit pro tvorďu ketolátek → tLJ jsou vLJloučeŶLJ ŵočí ;ketoŶeurieͿ  V deĐhu těĐhto osoď ŵůžeŵe Đítit nasládlý zápach acetonu. II. Základy metabolismu 1 Ϯϯ. OdžidaĐe ŵastŶýĐh kLJseliŶ, eŶergetiĐký výtěžek, karnitinový systém β-OXIDACE = oxidace β uhlíku MK a ŶásledŶé odstraňováŶí dvouuhlíkovýĐh jedŶotek  Probíhá v matrix mitochondrií ProĐes β-odžidaĐe dělíŵe do těĐhto kroků: 1. Aktivace MK 2. Transport Mk z cytosolu do mitochondrií – karnitinovým systémem 3. Vlastní oxidace (dehydrogenace) 4. UvolŶěŶí Acetyl-CoA AKTIVACE MK Probíhá na vŶější ŵitoĐhoŶdriálŶí ŵeŵďráŶě, nebo na ER Tvorba Acyl-CoA Jejím principem je esterové navázání molekuly mastné kyseliny na SH-skupinu koenzymu A prostředŶiĐtvíŵ acyl-CoA-syntetázy (thiokináza mastných kyselin): MK + ATP + HS-CoA → aĐLJl-CoA + AMP + 2 Pi AktivaĐe ŵastŶé kLJseliŶLJ proďíhá ve skutečŶosti ve dvou fázích. 1. Nejdříve vzŶiká acyladenylát(acyl-AMP) 2. ve druhé fázi se AMP vLJŵěňuje za koenzym A. TRANSPORT Acyl-CoA se uvolŶí do ĐLJtosolu→ vŶitřŶí ŵitoĐhoŶdriálŶí ŵeŵďráŶa je pro Ŷěj ŶepropustŶá → ŵusíŵe Ŷajít sLJstéŵ, který ho traŶsportuje – KARNITINOVÝ SYSTÉM  Mastná kyselina tedy musí opustit vazbu na koenzym A a navázat se na nového partnera. Tím je karnitin. PřeŶos ŵastŶé kLJseliŶLJ ŵezi koeŶzLJŵeŵ A a karŶitiŶeŵ katalyzuje karnitinacyltransferáza I (CAT IͿ ŶaĐházejíĐí se Ŷa ĐLJtosolové straŶě vŶější mitochondriální membrány.  Karnitin-acylkarnitin translokáza ve vŶitřŶí ŵitoĐhoŶdriálŶí ŵeŵďráŶě uŵožňuje následnou výŵěŶu karŶitiŶu za aĐLJlkarŶitiŶ, číŵž se aĐLJlkarŶitiŶ dostává do ŵatridž mitochondrie. II. Základy metabolismu 2  )de dojde ke zpětŶéŵu přeŶosu ŵastŶé kLJseliŶLJ z aĐLJlkarŶitiŶu na koenzym A prostředŶiĐtvíŵ karnitinacyltransferázy II (CAT IIͿ. UvolŶěŶý karŶitiŶ opouští ŵatridž poŵoĐí traŶslokázLJ výŵěŶou za Ŷový aĐLJlkarŶitiŶ. Tíŵto jsŵe přeŶesli aĐLJl-CoA do ŵatridž ŵitoĐhoŶdrie, kde ŶiĐ ŶeďráŶí toŵu, aďLJ podlehl β- oxidaci. β-OXIDACE β-oxidace probíhá pouze za aerobních podmínek – úzĐe totiž souvisí s dýĐhaĐíŵ řetězĐeŵ. ReakĐe ŵůžeŵe shrŶout do sledu dehydrogenace - hydratace – dehydrogenace –thiolytické štěpeŶí. 1. Acyl~CoA-dehydrogenáza - DEHYDROGENACE Tento enzym katalyzuje vznik dvojné vazby mezi 2. (α) a 3. (β) uhlíkem řetězĐe ŵastŶé kyseliny. Jedná se o stereospecifickou reakci, při Ŷíž vzŶiká traŶs-enoyl-CoA. PříjeŵĐeŵ elektroŶů je FAD. Produkt trans-enol-CoA 2. Enoyl-CoA-hydratáza- HYDRATACE Tento enzym katalyzuje hydrataci trans- dvojné vazby vLJtvořeŶé v prvŶíŵ kroku. Produkt β -hydroxyacyl-CoA je vždLJ v L-konfiguraci, s kterým pracuje Hydroxyacyl-CoA-dehydrogenáza 3. Hydroxyacyl-CoA-dehydrogenáza - DEHYDROGENACE Tento enzym katalyzuje oxidaci hydroxylové skupiny na třetíŵ (β) uhlíku na ketoskupinu. ElektroŶLJ přijíŵá koeŶzLJŵ NAD + . Produkt β-ketoacyl-CoA II. Základy metabolismu 3 4. β-ketothioláza - thyolitické štěpení β-ketoacyl-CoA je štěpeŶ β-ketothiolázou. UvolŶěŶ je acetyl-CoA + acyl-CoA, který je zkrácen o 2C – teŶ je ŶásledŶě opět oxidován a celý cyklus se opakuje. Acetyl-CoA ŵůže ďýt požit v Kreďsově ĐLJklu. PrvŶí tři reakĐe jsou aŶalogiĐké k reakĐíŵ proďíhajíĐíŵ v Kreďsově ĐLJklu počíŶaje sukĐiŶáteŵ 1) Oxidace sukcinátu na fumarát pomocí sukcinátdehydrogenázy – kofaktorem je FAD 2) Adice vody na dvojnou vazbu ve fumarátu, vzniká malát za katalýzy fumaráthydratázou 3) Oxidace malátu na oxalacetát pomocí enzymu malátdehydrogenázy – kofaktorem jeNAD + DOPŇKOVÉ REAKCE - α-oxidace a ω-oxidace Jedná se o minoritní dráhy oxidace mastných kyselin. × doĐhází k reakĐíŵ Ŷa koŶĐovéŵ uhlíku řetězĐe α-oxidace × je odstraňováŶ jedeŶ C od karďodžLJ koŶĐe MK – probíhá v mozku × ŶevLJžaduje aĐLJl-CoA × ŶevLJtváří ATP ω-oxidace II. Základy metabolismu 4 × hydroxylace uhlíku MK hydroxylasou vLJžaduje ĐLJtoĐhroŵ PκρϬ – koncová methylová skupiŶa he přeŵěŶěŶa Ŷa CH 2 OH a oxidována na –COOH →vzŶikŶe tak kLJseliŶa která je β-džidaĐí odžidováŶa Ŷa k.adipovou a suďerovou →vLJloučeŶLJ ŵočí × Na ER OXIDACE MK S LICHÝM POČTEM C OdžidaĐí ŵastŶýĐh kLJseliŶ s liĐhýŵ řetězĐeŵ se vLJtváří jako produkt kroŵě AcCoA i propionyl-CoA. TeŶ se Ŷejdříve karboxyluje na methylmalonyl-CoA, který je převedeŶ Ŷa sukcinyl-CoA – meziprodukt Krebsova cyklu. Skrze přeŵěŶu Ŷa odžalaĐetát se ŵůže zapojit do glukoneogeneze – z těĐhto ŵastŶýĐh kLJseliŶ se dá ŶasLJŶtetizovat glukóza. Mastných kLJseliŶ s liĐhýŵ počteŵ uhlíkovýĐh atoŵů se ale v těle vLJskLJtuje velŵi ŵálo. OXIDACE MASTNÝCH KYSELIN S VELMI DLOUHÝM ŘETĚ)CEM OdžidaĐe ŵastŶýĐh kLJseliŶ s velŵi dlouhýŵ řetězĐeŵ ;víĐe Ŷež ϭ8 CͿ proďíhá v peroxizómech. První krok katalyzuje flavoproteinová dehydrogenáza, která přeŶáší elektroŶLJ Ŷa O 2 – vzniká H 2 O 2 : 1) FADH 2 z prvŶího kroku se reodžiduje Ŷikoli v dýĐhaĐíŵ řetězĐi, ale reakĐí s O 2 : FADH 2 + O 2 → FAD + H 2 O 2 2) Peroxisomální kataláza rozkládá H 2 O 2 : 2 H 2 O 2 → Ϯ H 2 O + O 2 OdžidaĐe koŶčí u oktaŶoLJl-CoA, který je z perodžizóŵů traŶsportováŶ ve vazďě Ŷa karŶitiŶ a ŵíří do β-oxidace. Výše popsaŶé reakĐe Ŷevedou ke tvorďě ATP. OXIDACE NENASYCENÝM MK - stejŶý jako β-oxidace - Đis dvojŶá vazďa MK ŵusí ďýt přeŵěŶěŶa Ŷa traŶs-izomer enzymem enol-CoA isoŵerasou a proĐes odžidaĐe pokračuje. ENERGETICKÝ VÝTĚŽEK JedŶa otočka β-oxidace Acyl-CoA + FAD + NAD + + HS-CoA → aĐLJl-CoA ;o Ϯ C kratšíͿ + FADH 2 + NADH + H + + Acetyl- CoA Meziprodukt (acyl-CoA o Ϯ C kratšíͿ vstupuje do dalšího kola β-odžidaĐe. VětšiŶa ŵastŶýĐh kLJseliŶ ŵá sudý počet C, a proto se při posledŶí otočĐe přeŵěŶí ďutLJrLJl-CoA Ŷa dvě ŵolekulLJ AcCoA. Výtěžek koŵpletŶí odžidaĐe palŵitátu Palmitoyl~CoA + 7 FAD + 7 NAD + + 7 HSCoA + 7 H 2 O → 8 Acetyl-CoA + 7 FADH 2 + 7 NADH+H + II. Základy metabolismu 5 V dýĐhaĐíŵ řetězĐi se získá z  jednoho NADH - 2,5 ATP  jednoho FADH 2 - 1,5 ATP celkem 4 x 7 = 28 ATP Đož při součtu představuje: 1) 7 x FADH 2 = 10, 5 (14) ATP 2) 7 x NADH = 17, 5 (21) ATP ϯͿ OdžidaĐe 8 AĐCoA v Kreďsově cyklu = 80 (96) ATP Celkový zisk se zastavil Ŷa součtu ϭϬ8 ;ϭϯϭͿ ATP. Na aktivaci mastné kyseliny jsme ale spotřeďovali 2 ATP, a proto čistý zisk čiŶí 106 (129) ATP. II. Základy metabolismu 1 24. Triacylglyceroly, biosyntéza, degradace Triacylglyceroly - TAG  Nazývané také triglycidy  neutrální tuky jsou estery mastných kyselin a glycerolu  jsou ŶejhojŶějšíŵ typeŵ lipidů v lidském organismu  MastŶé kLJseliŶLJ oďsažeŶé v TAG ŵohou ďýt stejŶé Ŷa všeĐh poziĐíĐh, ale ŵohou se také lišit AtoŵLJ uhlíku v glLJĐerolu Ŷejsou rovŶoĐeŶŶé, je třeďa odlišovat uhlík č. 1 a 3. Hlavní role TAG: v organismu je být zdrojem a zásobárnou energie. NEJBOHATŠÍ!! V porovŶáŶí s ostatŶíŵi živiŶaŵi: × TAG eŶergetiĐkLJ Ŷejďohatší - 39 kJ/g × sacharidy 16 kJ/g × proteiny 17 kJ/g Hydrofobní charakter → uŵožňuje Ŷa jedŶotku oďjeŵu skladovat ŵŶoheŵ víĐe eŶergie ;ĐĐa 6džͿ v porovŶáŶí s glLJkogeŶeŵ ;teŶ je polárŶí a váže Ŷa svůj povrĐh zŶačŶé ŵŶožství vody). - TAG jsou skladovány v ďezvodéŵ prostředí v ďuňkáĐh tukové tkáŶě ;adipoĐLJteĐhͿ ve forŵě tukovýĐh kapéŶek, které vLJplňují praktiĐkLJ Đelou ďuňku. Biosyntéza Triacylglyceroly jsou jednak:  přijíŵáŶLJ potravou  dokážeme je syntetizovat, v období nadbytku energie → ukládáŵe Ŷa „horší časLJ“ Syntéza probíhá pouze v jaterní a tukové tkáni ;případŶě v laktujíĐí ŵléčŶé žlázeͿ. A. V JÁTRECH – kroŵě glukosy zdrojem také glycerol (pocházející z degradace TAG), protože jaterŶí tkáň Ŷa rozdíl od tukové oďsahuje eŶzLJŵ glycerolfosfátkinasu, která dokáže příŵo fosforLJlovat glLJĐerol. GlLJĐerol –3-fosfát slouží jako suďstrát pro TAG B. V TUKOVÉ TKÁNI je zdrojem pouze glukosa z které vzniká v glykolytické dráze dihLJdrodžLJaĐetoŶfosfát, který ŵůže poskLJtovat glLJĐerol-3-fosfát. Glycerol – 3-fosfát slouží jako suďstrát pro TAG II. Základy metabolismu 2 I. Glycerol-3-fosfát ;ev. dihLJdrodžLJaĐetoŶfosfátͿ pak reaguje postupŶě se třeŵi molekulami aktivovaných mastných kyselin (acyl-CoA) za katalýzy enzymy acyltransferasami II. vzniká kyselina lysofosfatidová III. kyselina fosfatidová IV. 1,2-diacylglycerol V. a nakonec triacylglycerol. V tukové tkáŶí jsou pak Ŷové ŵolekulLJ TAG uložeŶLJ, z jater jsou transportovány krví ve forŵě lipoproteiŶů VLDL do tukové tkáŶě. Degradace V případě, že orgaŶisŵus:  Hladoví  je ve stresu  ŵá velkou fLJziĐkou zátěž → dochází k degradaci TAG a zisku energie z nich. II. Základy metabolismu 3 Hormon sensitivní lipasa - HSL  Enzymem, který katalyzuje degradaci TAG v adipocytech TAG → 3 MK + glyĐerol  Uŵožňuje adaptaci na stres. Stresový hormon adrenalin (a také hormon glukagon) zvLJšují její aktivitu přes druhého posla cAMP a zajišťují tak dostatek eŶergetiĐkýĐh suďstrátů ;ŵastŶé kLJseliŶLJͿ pro útěk či útok případŶě dostatek eŶergie v doďě hladověŶí  HorŵoŶ seŶsitivŶí lipasa je aktivŶí ve své fosforLJlovaŶé forŵě. GLYCEROL získaný hydrolýzou triaĐylglyĐerolů I. PrvŶí krok učiŶí jeho fosforylace na glycerol-3-P pomocí glycerolkinázy II. Následuje jeho dehydrogenace na dihydroxyaceton-P katalyzovaná glyceraldehyd-3- fosfátdehydrogenázou. TeŶ představuje ŵeziprodukt glLJkolýzLJ/glukoŶeogeŶeze. Tuková tkáň Ŷeŵá eŶzLJŵatiĐkou výďavu pro přeŵěŶu glLJĐerolu → ŵusíŵe ho poslat do jater. GlLJĐerol se přeŶáší volŶě rozpuštěŶý v plazŵě. II. Základy metabolismu 4 MASTNÉ KYSELINY UvolŶěŶé ŵastŶé kLJseliŶLJ se vážou Ŷa sérový albumin, který je dopraví Ŷa ŵísto určeŶí ;Ŷapř. do jaterͿ. I. TraŶsport přes ďuŶěčŶé ŵeŵďráŶLJ ;Ŷěkteré difuzí, ;krátkéͿ a Ŷěkteré transp.proteiny II. Aktivace na vŶější ŵitoĐhoŶdriálŶí ŵeŵďráŶě. Jejím principem je esterové navázání molekuly mastné kyseliny na SH-skupinu koenzymu A prostředŶiĐtvíŵ acyl- CoA-syntetázy (thiokináza mastných kyselin): MK + ATP + HS-CoA → aĐyl-CoA + AMP + 2 Pi Mastné kyseliny jsou výzŶaŵŶýŵ zdrojeŵ eŶergie pro řadu ďuŶěk ;svalLJ, srdečŶí svalͿ. Vstupují do ďuŶěk, které potřeďují eŶergii, doĐhází k degradaĐi poŵoĐí ďeta-oxidace na acetyl-CoA, který vstupuje do citrátového cyklu nebo ketogeneze (pouze v játrech). RegulaĐe ŵetaďolisŵu triaĐylglyĐerolů RegulaĐe je založeŶa hlavŶě Ŷa ŶutričŶíŵ stavu orgaŶisŵu.  „doďrá výživa“ - hlavŶíŵ eŶergetiĐkLJ zdrojeŵ glukosa, jsou ŶadďLJtkLJ živiŶ ;po doplŶěŶí glLJkogeŶuͿ zpraĐováŶLJ a uložeŶLJ ve forŵě triaĐLJlglLJĐerolů ;aktivaĐe lipogeneze).  „špatŶá výživa“ - hladověŶí je lipogeŶeze iŶhiďováŶa a doĐhází hlavŶě k lipolýze. Hlavní regulací syntézy TAG = je dostatek substrátu. HlavŶíŵ regulačŶíŵ eŶzLJŵeŵ = je hormon-sensitivní lipasa aktivována adrenalinem a glukagonem inhibována iŶzuliŶeŵ ;přes aktivaĐi fosfodiesterasLJ, která vede k defosforLJlaĐi cílového enzymu a jeho deaktivaci). SHRNUTÍ PRO PŘEHLED LIPIDY JAKO ZDROJ ENERGIE DEGRADACE TAG V BUŇKÁCH, Β-OXIDACE MASTNÝCH KYSELIN VLJužití lipidů k produkĐi eŶergie proďíhá ve třeĐh základŶíĐh fázíĐh: 1Ϳ MoďilizaĐe lipidů - hydrolýza TAG na MK a glycerol a jejich transport krví 2) Aktivace MK v cytosolu a jejich transport do matrix mitochondrií 3) β-oxidace: odďouráváŶí MK Ŷa aĐetLJl~CoA, jeŶž vstupuje do Krebsova ĐLJklu, či se z Ŷěj tvoří ketolátkLJ II. Základy metabolismu 1 25. BiosyŶtéza a odďouráváŶí fosfolipidů a sfiŶgolipidů BiosyŶtéza glyĐerolfosfolipidů o hlavŶíŵ regulujíĐíŵ prvkeŵ v ďiosLJŶtéze triaĐLJglLJĐerolů a glLJĐerolfosfolipidů je dostupnost mastných kyselin o příŵo z kyseliny fosfatidové nebo z 1,2-diacylglycerolu Glycerolfosfoinositol o kyselina fosfatidová – aktivována cytidintrifosfátem (CTP) za tvorby cytidindifosfátdiacyglycerolu, který ŶásledŶě v reakci katalyzované fosfatidylinositolsynthasou, v přítoŵŶosti iŶositolu, dává vznik fosfatidylinositolu o fosfatidylinositol fosforylován: o v poloze 4 ́inositolu na fosfatidylinositol-4-fosfát o dále v poloze 5 ́inositolu na fosfatidylinositol-4,5-bisfosfát ;v ŵeŵďráŶě se uplatňuje jako přeŶašeč sigŶálů regulujíĐíĐh růst a difereŶĐiaĐi ďuŶěkͿ o většiŶa fosfatidLJliŶositolů v ďuŶěčŶýĐh ŵeŵďráŶáĐh ŵá Ŷa glLJĐerolu v poloze 1 vázanou kyselinu stearovou a v poloze Ϯ kLJseliŶu araĐhidoŶovou ;ŶutŶá pro sLJŶtézu eikosaŶoidůͿ Fosfatidylcholin (Lecithin) A Fosfatidylethanolamin (Kefalin) o jsou třeďa aktivŶí forŵLJ ĐholiŶu a ethanolaminu – jejiĐh aktivaĐe je dvoustupňový pochod 1. fosforylace 2. následná reakce s CTP za odštěpeŶí Pi a vzŶiku cytidinfosfocholinu (CDP-cholin) a cytidin difosfoethanolaminu (CDP-ethanolamin) o CDP-cholin a CDP-ethanolamin reagují s 1,2-diacylglycerolem – fosforylovaná dusíková ďaze je přeŶeseŶa Ŷa diaĐLJlglLJĐerol → vzŶikají fosfatidylcholiny a fosfatidylethanolaminy o celou reakci katalyzuje cytidyltransferasa (regulující enzym celé syntézy) o jaterŶí ďuňkLJ jsou sĐhopŶé vLJtvářet příŵo fosfatidLJlĐholiŶ ŵethLJlací fosfatidylethanolaminu II. Základy metabolismu 2 Fosfatidylserin o vzŶiká příŵo z fosfatidylethanolaminu o ethanolamin – dekarďodžLJlačŶí produkt seriŶu → z fosfatidLJlseriŶu ŵůže po dekarďoxylaci vznikat fosfatidylethanolamin Dipalmitoylfosfatidylcholin o součástí pliĐŶího surfaktaŶtu, složeŶého z lipidů, saĐharidů a proteiŶů o vLJtváří se před porodeŵ doŶošeŶýĐh dětí a ĐhráŶí pliĐŶí alveolLJ před kolapseŵ Kardiolipin o ve vŶitřŶí ŵitoĐhoŶdriálŶí ŵeŵďráŶě o vLJtvářeŶ z fosfatidylglycerolu, který vzniká z CDP-diacylglycerolu a glycerol-3-fosfátu o ovlivňuje traŶsport fosfátů a aktivitu ĐLJtoĐhroŵodžidasLJ II. Základy metabolismu 3 Plazmalogeny o syntezovány na peroxizomech o v molekule mají etherovou vazbu o jejich prekurzor je dihydroxyacetonfosfát o pro sLJŶtézu je třeďa: NADPH+H + , molekulární kyslík a cytochrom b 5 o jsou tedLJ tvořeŶLJ desaturaĐí příslušŶýĐh ϯ-fosfoethaŶolaŵiŶovýĐh derivátů o většiŶa fosfolipidů v mitochondriích jsou plazmalogeny o 3 typy  ethanolaminové  serinové  cholinové  cholinový plazmalogen (1-alkyl,2-acetylfosfatidylcholin) – silný mediátor, sĐhopŶý vLJvolat ďuŶěčŶou odpověď již v koncentracích 10 -11 mol/l a nazývá se destičky aktivujíĐí faktor ;PAFͿ → ŵediátor hLJperseŶzitivitLJ, akutŶí záŶětlivé reakĐe a aŶafLJlaktiĐkého šoku → sLJŶtezováŶ jako odpověď Ŷa tvorďu aŶtigeŶ-IgE komplexu na povrĐhu ďazofilů, Ŷeutrofilů, eoziŶofilů, ŵoŶoĐLJtů a ŵakrofágů → uvolŶěŶí PAF → agregaĐe destiček a uvolŶěŶí serotoŶiŶu z nich II. Základy metabolismu 4 DegradaĐe ;štěpeŶíͿ glyĐerolfosfolipidů  katalLJzováŶa příslušŶýŵi fosfolipasami o hydrolytické enzymy štěpíĐí esterové vazby v molekule glycerolfosfolipidu o v paŶkreatiĐké šťávě, v ďuňkáĐh, v ďakteriíĐh, v hadíĐh a včelíĐh jedeĐh o podle polohy štěpeŶé vazďy rozlišujeŵe fosfolipázLJ: A 1 , A 2 , B, C, a D Fosfolipasa A 1 o hydrolyzuje esterovou vazbu v poloze 1 Fosfolipasa A 2 o hydrolyzuje esterovou vazbu v poloze 2 o i v hadím jedu o jejíŵ půsoďeŶíŵ vzŶiká volná mastná kyselina a lysoglycerolfosfolipid, který ŵůže ďýt opětŶě reaĐLJlováŶ příslušŶou aĐLJltraŶsferasou o alterŶativŶě ŵůže ďýt lysoglycerolfosfolipid hydrolyzován lysofosfolipasou – odstraní mastnou kyselinu z polohy 1 → vzŶikŶe odpovídajíĐí glLJĐerol-fosforyl- ďáze, který ŵůže ďýt ŶásledŶě hLJdrolLJzováŶ fosfolipasou za vzŶiku glLJĐerolfosfátu a příslušŶé ďaze Fosfolipasa B o hLJdrolLJzuje oďě esterové vazďLJ v poloze 1 a 2 Fosfolipasa C o hydrolyzuje esterovou vazbu v poloze ϯ a uvolňuje diaĐLJlglLJĐerol a fosforLJlovaŶou bazi o součást todžiŶů ŶěkterýĐh ďakterií Fosfolipasa D o význam v sigŶálŶí traŶsdukĐi u savĐů, včetŶě člověka Lysolecithin (lysofosfatidylcholin)  takLJ se zapojuje do dějů katalLJzovaŶýĐh leĐithiŶĐholesterolaĐLJltraŶsferasou ;LCATͿ  cytosolový enzym, syntezovaný v jaterŶí ďuňĐe  katalLJzuje přeŶos aĐLJlu ŵastŶé kLJseliŶLJ z polohy 2 lecithinu na cholesterol za tvorby esteru cholesterou II. Základy metabolismu 5 Biosyntéza sfingolipidů Biosyntéza sfingosinu, sfinganinu a ceramidu  všeĐhŶLJ sfiŶgolipidLJ vLJtvářeŶLJ z ceramidu (N-acylsfingosinu) na endoplazmatickém retikulu  syntéza sfingosinu o dvoustupňová o prekurzory: → serin – zdroj hydroxyskupiny na C1 a aminoskupiny na C2 sfinganinu → palmitát – zdroj zďývajíĐíĐh částí sfiŶgaŶiŶu 1. kondenzace serinu a palmitoyl-CoA, katalyzováno serinpalmitoyltransferasou, ŶutŶý pLJridodžalfosfát → 3-oxosfinganin (energie z hydrolýzy thioesterové vazby palmitoyl-CoA, z dekarboxylace serinu a uvolŶěŶí CO 2 ) 2. redukce karbonylové skupiny 3-oxosfinganinu na dihydrosfinganin, katalyzováno 3-oxosfinganinreduktasou ;vLJžaduje NADPH+H + ) 3. Ŷa dihLJdrosfiŶgaŶiŶ přeŶeseŶ aĐLJl ŵastŶé kLJseliŶLJ N-aĐLJltraŶsferasou → N- acylsfinganin 4. celá molekula je specifickou oxidasou (dehydrogeŶasouͿ přeŵěŶěŶa Ŷa N- acylsfingosin (ceramid) II. Základy metabolismu 6 SyŶtéza fosfosfiŶgolipidů a glykosfiŶgolipidů Syntéza sfingomyelinu  při reakĐi Đeraŵidu s fosfatidylcholinem – vzniká sfingomyelin a diacylglycerol  katalyzováno sfingomyelinsynthasou  v Golgiho aparátu, ŵéŶě v ďuŶěčŶé ŵeŵďráŶě Glykosfingolipidy  ceramidy s ϭ Ŷeďo víĐe ŵolekulaŵi saĐharidů  ŶejjedŶodušší – cerebrosidy, monoglukosyl- a monogalaktosylceramidy  Galaktosylceramidy o hlavní lipidy myelinových pochev  Glukosylceramidy o prekurzorLJ složitýĐh glLJkosfiŶgolipidů v ostatních tkáních  ŵolekulLJ glukosLJ a galaktosLJ jsou do Đeraŵidu iŶkorporováŶLJ ve forŵě UDP-glukosy a UDP-galaktosy pomocí glukosyl- a galaktosyltransferas v endoplazmatickém retikulu  Sulfatidy o galaktosylceramidy esterifikované kyselinou sírovou o donorem sulfátu je 3 ́-fosfoadenosin-5 ́-fosfosulfát (PAPS)  Globosidy o ĐereďrosidLJ oďsahujíĐí další ŵolekulu glukosLJ, galaktosLJ Ŷeďo N-acetylovaného galaktosaminu o laktosylceramid – gloďosid ŵeŵďráŶ etLJtroĐLJtů  Gangliosidy ;ŶejkoŵpledžŶější glykosfingolipidy) o syntezované z Đeraŵidů adiĐí dalšíĐh ŵolekul aktivovaŶýĐh ŵoŶosaĐharidů Ŷeďo jejich N-aĐetLJlovaŶýĐh derivátů o důležitá složka – kyselina sialová (N-acetylneuraminová) o gaŶgliosidLJ se od seďe liší Đharaktereŵ oligosaĐharidového řetězĐe a počteŵ molekul kys. sialové o téŵě všeĐhŶLJ odvozeŶLJ od skupiŶLJ glLJkosfiŶgolipidů poĐházejíĐíĐh z glukosylĐeraŵidů (většiŶa glLJkosLJltraŶsferas vLJtvářejíĐí glLJkosfiŶgolipidLJ je v Golgiho aparátu) o v gaŶgliovýĐh ďuňkáĐh CNS, ŵéŶě Ŷa nervových zakoŶčeŶíĐh, Ŷa povrchu ŵeŵďráŶ většiŶLJ ďuŶěk edžtraŶeurálŶíĐh tkáŶí o reĐeptorLJ pro Ŷěkteré ďakteriálŶí todžiŶLJ Ŷeďo určité virLJ  ŵastŶé kyseliŶy glykosfiŶgolipidů: o lignocerová – syntezovaná v mozku z acetyl-CoA II. Základy metabolismu 7 o cerebronová – 2-hydroxyderivátem kys. lignocerové o nervonová –tvořeŶa eloŶgaĐí kLJs. olejové DegradaĐe sfiŶgolipidů  degradovány v lysozoŵeĐh fagoĐytujíĐíĐh ďuŶěk, částečŶě i histiocyty nebo makrofágy retikuloeŶdotheliálŶího sLJstéŵu jater, sleziŶLJ a kostŶí dřeŶě  specifické hydrolasy – štěpíĐí esterové a glLJkosidové vazby o α- a β-galaktosidasLJ, β-glukosidasa, neuraminidasa, hexosaminidasa, sfingomyelin-specifická fosfodiesterasa (sfingomyelinasa), sulfátesterasa (sulfatasa), ceramid-specifická amidasa (ceramidasa)  společŶé zŶakLJ kataďolisŵu sfiŶgolipidů: 1. katabolické reakce se odehrávají v lyzozomech 2. všeĐhŶLJ eŶzLJŵLJ – hydrolasy, jedŶíŵ ze suďstrátu každé reakĐe je voda 3. pH optimum hydrolas 3,5 – 5,5 4. jsou většiŶou staďilŶí, v Ŷěkolika izoforŵáĐh 5. hLJdrolasLJ jsou glLJkoproteiŶLJ většiŶou vázaŶé Ŷa ŵeŵďráŶu lyzosoŵů 6. katabolická cesta má ŵŶoho iŶterŵediátů, které se od seďe liší ŵolekulaŵi saĐharidů, přítoŵŶostí sulfátu Ŷeďo Đharaktereŵ ŵastŶé kyseliny ireverzibilní hydrolytické reakce uvolňujíĐí jedŶotlivé složkLJ sfiŶgolipidu, tj. mastné kyseliny, sacharid, sulfát, apod.  za fyziologických podmínek probíhá kataďolisŵus sfiŶgoŵyeliŶu a glykosfiŶgolipidů v rovnováze s jejich syntézou podle potřeď orgaŶisŵu  sfingolipidosy ;vážŶá oŶeŵoĐŶěŶíͿ o poruĐha v čiŶŶosti hydrolas ;ŶedostatečŶá aktivita či aďseŶĐe v důsledku ŵutaĐe geŶuͿ → hroŵaděŶí sfiŶgolipidu v lLJzozoŵeĐh o obvykle se akumuluje jen 1 sfingolipid, rychlost biosyntézy tohoto sfingolipidu ŶeŶí sŶížeŶá, ĐhLJďí speĐifiĐký eŶzLJŵ II. Základy metabolismu 8 II. Základy metabolismu 1 26. SYNTÉ)A A DEGRADACE EIKOSANOIDŮ, CYKLOOXYGENÁZOVÁ A LIPOXYGENÁZOVÁ CESTA. ;ϭςϮ MatoušͿ - eikosanoidy – prostaglandiny - prostacykliny - leukotrieny - lipoxiny - hydroxyepoxitrienové kyseliny - oďeĐŶou fuŶkĐí eikosaŶoidů je zajištěŶí ďuŶěčŶé sigŶalizaĐe ;účiŶkují na receptory napojené na G-proteiny) - ovlivňují: - kontrakci a relaxaci hladké svaloviny - srážeŶí krve - bolest - záŶět - poločas eikosaŶoidů je ŵiŵořádŶě krátký, v řádu ŵiŶut – zato jsou veeelŵi účiŶŶé  Metaďolisŵus eikosaŶoidů: - regulátorLJ ŵetaďoliĐký dějů – lokální hormony - svou čiŶŶostí ↑/↓ koŶĐeŶtraĐi ĐAMP v bunce - ↑ koŶĐeŶtraĐi ĐAMP – v destičkáĐh - adenohypofýze - štítŶé žláze - plicích - ↓ koŶĐeŶtraĐi ĐAMP – v ledvinových tubulech - tukové tkáni - syntéza – ve všeĐh ďuňkáĐh s výjiŵkou erLJtroĐLJtů - prekurzory – arachidonát – od k. arachidonové (=eikosatetraenové) C 20 mastná kyselina – většiŶa odvozena od arachidonátu - linoleát – od α – linoleové kyseliny (eikosanpentaenové) - FUNKCE: - účast Ŷa odpovědi orgaŶisŵu Ŷa záŶět - ovlivŶěŶí iŶteŶzitLJ a trváŶí ďolesti - ↑teplotLJ - reprodukčŶí fĐe + iŶdukĐe porodu - iŶhiďiĐe sekreĐe žaludečŶíĐh šťáv - regulace krevního tlaku – vazodilatcí/ vazokonstrikcí - iŶhiďiĐe/ aktivaĐe agregaĐe krevŶíĐh destiček - 2 metabolické cesty tvorby: - CYKLOOXYGENASOVÁ cesta - LIPOXYGENÁZOVÁ cesta 1) CYKLOOXYGENÁZOVÁ cesta: (cyklická) - tvorba prosteŶoidů = prostaglandiny, tromboxany - zdroj k. arachnoidové – jsou glycerolfosfolipidy ďuŶěčŶýĐh ŵeŵďráŶ, kde je vázaŶá v poloze 2 - z polohy 2 - je k. arachnoidová – uvolŶěŶa eŶzLJŵatiĐkLJ – pomocí fosfolipasy A2 II. Základy metabolismu 2 - Fosfolipasa A2: - je aktivovaná: angiotensinem, adrenalinem, bradykininem, trombinem - tLJto látkLJ půsoďí zvýšeŶí koncentrace arachnoidátu - je iŶhiďováŶa Ŷěkterýŵi lékLJ - prostaglandin G/H synthasa (PgS): - ŶezďLJtŶý eŶzLJŵ pro sLJŶtézu prostaglaŶdiŶů z arachidonátu - má 2 aktivity: cyklooxygenasovou (COX), peroxidasovou - k čiŶŶosti potřeďuje OϮ - cyklooxygenasa: - sama katalyzuje svoji destrukci (sebevraah) - 2 formy COX aktivity: - COX1 – v žaludku, ledviŶáĐh, troŵďoĐLJteĐh a eŶdotelu - COX2 – iŶdukčŶí eŶzLJŵ – produkce makrofágy – reakĐe Ŷa záŶět - spouštěč iŶdukĐe COXϮ – destičkový aktivačŶí faktor, IL-1 - oďě katalLJzují Ϯ. krok přeŵěŶLJ araĐhidoŶátu Ŷa prostaglaŶdiŶLJ - vLJužití v ŵediĐíŶě: - aspirin ;aĐetLJlsaliĐLJlová k.Ϳ a ŶesteroidŶí protizáŶětlivé lékLJ – inhibují aktivitu COX – acetylací molekuly enzymu - nesteroidní protizáŶětlivé lékLJ ;iŶdoŵetaĐiͿ – inhibice COX – kompeticí s arachidonátem - kortikosteroidy – inhibují transkripci COX2 Prostaglandiny: - krátký ďiologiĐký poločas - produkované v ŵaliŶkatýĐh ŵŶožstvíĐh - vLJsoĐe účiŶŶé látky - už ŶaŶograŵová koŶĐeŶtraĐe – vyvolá stah hladké svaloviny – užívá se v porodnictví – indukce porodu - inaktivaci provádí hydroxyprostaglandindehydrogenasa - přítoŵŶá ve většiŶě tkáŶí - její inhibicí – se prodlužuje účiŶek prostaglaŶdiŶů - pomocí prostacyklinsynthasy – se z prostaglaŶdiŶů tvoří prostacykliny - prostacykliny – tvoří se v endotelu cév – iŶhiďitorLJ agregaĐe destiček Tromboxany: - produkovány trombocyty - při jejiĐh uvolŶěŶé – způsoďí vazokoŶstrikĐi a agregaĐi destiček ;EskLJŵáĐi díkLJ stravě ;rLJďLJͿ ŵají prodloužeŶou srážlivost krve – sŶížeŶé riziko kardiovaskulárŶíĐh oŶeŵoĐŶěŶíͿ PG3 i TX3 (prostagladiny 3 a tromboxany3) – iŶhiďují tvorďu prostagladŶiŶů a toŵďodžaŶů řadLJ Ϯ – aŶtiagregačŶí účiŶekͿ 2) LIPOXYGENASOVA cesta: (lineární) - tvorba leukotrieŶů, lipodžiŶů Leukotrieny: - tvorba konjugovaných trieŶů z k. arachidonové - syntéza probíhá v leukoĐLJteĐh, ŵastoĐLJteĐh, krevŶíĐh destičkáĐh - v makrofázích v odpovědi Ŷa iŵuŶitŶí/ŶeiŵuŶitŶí podŶětLJ - enzym lypoxygenasa: II. Základy metabolismu 3 - 3 známé – také ŶěkdLJ Ŷazýváŵe dioxygenasy – uŵísťují OϮ do polohLJ ρ,ϭϮ,ϭρ k arachidonové - vnik hydroperoxidy hydroperoxyeikosatetraenové kyseliny (HPETE) - 5-lypoxygenasa – zodpovědŶá za tvorďu leukotrieŶů ;LTͿ - LTA4 – základní leukotrien – přeŵěŶěŶ Ŷa LTB4 / sloučeŶ thioesterovou vazbou s glutathionem a LTC4 – po odstraŶěŶí glutathioŶu a glLJĐiŶu – tvorba LTD4a dále LTE4 - pomalu reagující substance anafylaxe – sŵěs leukotrieŶů Cκ,Dκ,Eκ – konstriktor bronchiální svaloviny (ve srovnání s histaŵiŶeŵ ϭϬϬϬX účiŶějšíͿ - zvLJšují permeabilitu cévní stěŶLJ - aktivují leukocyty - výzŶaŵŶý podíl Ŷa odpovědi orgaŶisŵu Ŷa záŶět - uplatŶěŶí u hLJperseŶzitivŶíĐh reakĐí – astma Lipoxiny: - konjugované tetraeny - vznik v leukocytech - pomocí lipoxygenas - vŶížejí OϮ do ŵolekulLJ lipodžiŶů - další sLJŶtéza stejŶá s leukotrieny - vazoaktivní - regulátorLJ iŵuŶitŶíĐh dějů MediĐíŶské aspektLJ ŵetaďolisŵu MK a eikosaŶoidů: - absence MK – při dlouhodoďéŵ sŶížeŶí jejiĐh příjŵu ;potrava s Ŷedostatkeŵ tukůͿ - abnormální metabolismus MK – spojen s patologickými stavy – cystická fibróza, jaterní cirhosa, alkoholismus, hepato-reŶálŶí sLJŶdroŵ... II. Základy metabolismu 4 Přehled eikosaŶoidů: ;Matouš s.ϭςρͿ II. Základy metabolismu 1 27. Biosyntéza cholesterolu a její regulace, úloha HMG-CoA reduktázy, transport endogenního a exogenního cholesterolu _________________________________________________________________________________ Cholesterol: - hlavŶí sterol živočiĐhů - součást ďuŶěčŶýĐh ŵeŵďráŶ - prekurzor steroidŶíĐh horŵoŶů a žlučovýĐh kLJseliŶ - syntéza pouze v živočišŶýĐh ďuňkáĐh - deŶŶí tvorďa u člověka: ϳϬϬŵg -ϭ g ;ρϬ% Đholesterolu tvořeŶo de ŶovoͿ - schopnost syntézy cholesterolu – prakticky všeĐhŶLJ ďuňkLJ těla - biosyntéza – probíhá na: - ŵikrosoŵálŶí frakĐi ďuŶěk ;eŶdoplazŵat.retikuluŵͿ - v cytosolu Biosyntéza: – rozděleŶa do ρ kroků 1) tvorba mevalonátu z acetyl-CoA 2) tvorba izoprenových jednotek z mevalonátu 3) tvorba skvalenu ze 6 izoprenových jednotek 4) cyklizce skvalenu a tvorba lanosterolu 5) přeŵěŶa laŶosterolu Ŷa Đholesterol - acetyl-CoA – vzŶik uvŶitř ŵitoĐhoŶdrii – a.) oxidativní dekarboxylací pyruvátu – katalýza pyruvát- dehydrogenázou - b.) oxidací mastných kyselin Mechanismus vstupu acetyl-CoA do cytosolu: - acetyl-CoA – nedifunduje do cytosolu příŵo - pyruvát – odžidativŶě dekarďodžLJlováŶ – vzniklý acetyl-CoA – kondenzován s oxalacetátem – na citrát – Đitrát přeŵístěŶ do ĐLJtosolu ;poŵoĐí speĐifiĐkého transporteru) - v cytosolu – Đitrát štěpeŶ Ŷa odžalaĐetát a aĐetLJl- CoA (za přítoŵŶosti ATP- citrátlyasy) HMG-CoA: - = 3(β) – HYDROXY-3 (β)-METHYLGLUTARYL-CoA - Acetyl-CoA je přeŵěŶěŶ Ŷa HMG-CoA - kondenzace 2 Acetyl-CoA → aĐetaĐetLJl-CoA II. Základy metabolismu 2 - acetacetyl-CoA + acetyl-CoA → ;poŵoĐí ŵitoĐhoŶdriálŶí β-hydroxy- β- methylglutaryl-CoA- synthasou) - stejný princip jako u tvorby ketolátek – liší se ŵísteŵ – ketolátky vznikají v ŵitoĐhoŶdriíĐh jaterŶíĐh ďuŶěk dž syntéza cholesterolu v cytosolu - HMG-CoA – je přeŵěŶěŶ Ŷa MEVALONÁT ;Ϯ.stupňovou reakĐíͿ - ireverzibilní reakce - KLÍČOVÁ V REGULACI SYNTÉZY CHOLESTEROLU!!! - katalýza HMG-CoA reduktasou – vLJžaduje koeŶzLJŵ: NADPH+H + - HMG-CoA reduktasou – reguluje rychlost syntézy cholesterolu – reguluje jeho koncentraci v plazŵě! - eŶzLJŵ uložeŶ v endoplazmatickém retikulu - inhibitory HMG-CoA-reduktasy = statiny (allosterická inhibice – strukturŶě podoďŶé HMG-CoA-reduktáze) – užití ve farŵaĐii – ke sŶížeŶí hladiŶLJ Đholesterolu – léčďa hLJperĐholesteroleŵie Tvorba cholesterolu: 1. mevalonát je aktivováŶ ϯdž fosforLJlaĐí ;ŶutŶé ATP+kiŶasLJͿ →tvorďa MEVALONÁT-3- FOSFO-5-DIFOSFÁT (pyrofosfát) 2. mevalonát-3-fosfo-5-difosfát – přeŵěŶěŶ dekarďodžLJlaĐí ;-CO 2 Ϳ → Ŷa ISOPENTENYLDIFOSPÁT 3. isopentyldifosfát – přeŵěŶěŶ eŶzLJŵatiĐkLJ – isopentyldifosfátisomerázou na izomer DIMETHYLALLYLDIFOSFÁT (posunem „=“ vazby) 4. dimethylallyldifosfát + isopentyldifosfát – kondenzují na GERANYLDIFOSFÁT (10C) 5. geranyldifosfát + isopentendifosfátu – kondenzují na FARNESYLDIFOSFÁT (15C) 6. 2x farnesyldifosfát – kondenzují fosfátovými konci na SKVALEN (30C) při reakĐi: - 2x eliminujeme difosfát - nutný NADPH+H + II. Základy metabolismu 3 - katalýza skvalensynthasou skvalen – liŶeárŶí, ale připoŵíŶá steroidŶí jádro 7. ĐLJklizaĐe skvaleŶu + odstraŶěŶí ϯC z jeho molekuly - před uzavřeŶíŵ ĐLJklu – přeŵěŶa skvaleŶu Ŷa SKVALEN-2,3- EPOXID - katalýza skvalenmonooxydasou (skvalenepoxidasa) – vŶáší O 2 na 2,3 pozici skvalenu - kofaktor NADPH+H + - přesuŶ ŵethLJlovýĐh skupiŶ ;Cϭκ Ŷa Cϭϯ, CΘ Ŷa CϭϯͿ - ĐLJklizaĐe dokoŶčeŶa eŶzLJŵeŵ epoxiskvalen- lanosterolcyklasou – tvorba LANOSTEROLU (30C) 8. lanosterol – v eŶdoplazŵatiĐkéŵ retikulu přeŵěŶ Ŷa CHOLESTEROL - pomocí specifické reduktázy a NADPH+H + - odstarŶí se ϯ ŵethLJlové skupiŶLJ odžidaĐí až Ŷa karďodžLJlové skupiŶLJ a odstraŶěŶí se forŵou COϮ - izomerace dvojné vazby do polohy 5 steranového jádra - redukce dvojné vazby v postraŶŶíŵ řetězĐi - skvalen a cholesterol – jsou nepolární – asociované se specifickým proteinem – teŶ uŵožňuje následovné úpravy cholesterol - fernesyldifosfát – je prekurzor pro tvorbu DOLICHOLU, UBICHINONU Regulace syntézy cholesterolu: - fyziologická koncentrace – 3,1 – 5,2 mmol/l - koŶĐeŶtraĐe je udržovaŶá regulaĐí sLJŶtézLJ de Ŷovo ŵeĐhaŶisŵLJ udržeŶí: 1. regulace aktivity HMG-CoA- reduktasy (allosterická i kovalentní regulace) 2. regulace nadbytku volného cholesterolu v ďuňĐe poŵoĐí acetyl-CoA- cholesterolacyltransferasy (ACAT) 3. reversním transportem cholesterolu v plazŵě ;LDL, HDLͿ ad1: regulace aktivity HMG-CoA- reduktasy mechanismy: 1. kontrola genové exprese - cholesterol – z5- vazebný inhibitor HMG-CoA-reduktasy - indukuje metabolický obrat enzymu II. Základy metabolismu 4 - pří ↑Đholesterolu se ↓ ŵRNA pro HMG-CoA reduktasu – tj. důsledek sŶížeŶé edžprese geŶu 2. kataďolisŵus eŶzLJŵu ;závisí Ŷa ŵŶožství ĐholesteroluͿ - cholesterolem indukovaná allosterická inhibice aktivity HMG-CoA reduktasy, která při Ŷedostatku Đholesterolu zvLJšuje aktivitu HMG-CoA- reduktasy - přežvejkání : kdLJž ŵáŵ ŵooĐ Đholesterolu, tak ŵi tahle skvělá věĐ ďlokuju HMG-CoA reduktázu, která katalyzuje reakĐi, při Ŷíž doĐhází k přeŵěŶě HMG-CoA na mevalonát (prekurzor cholesterolu) - tudíž se ŵi Ŷeďude tvořit Ŷový - a naopak, mám cholesterolu málo, tak se negativŶí zpětŶá vazba neuplatní – není blokovaná HMG-CoA-reduktáza – je volná cesta k tvorďě Đholesterolu  3. kovalentní modifikace (de/fosforylace) - defosforLJlovaŶá reduktaza je ŶejaktivŶější - fosforylovaná forma inaktivní, zatímco enzym bez kovaletní modifikace je aktivní - fosforLJlaĐe přes cAMP, tak také fosforylace AMP pomocí proteinkinasy - hormony: - které těŵito a dalšíŵi Đestaŵi zvLJšují aktivitu HMG-CoA reduktasy - INZULÍN - TYROXIN - aktivitu sŶižují: - GLUKAGON - GLUKOKORTIKOIDY Transport cholesterolu: - málo polární – transport v lipoproteinech 1. exogenní: - resorpce v teŶkéŵ střevě - transport do jater chilomikrony 2. endogenní: - syntéza v játrech – transport VLDL lipoproteiny - LDL vznikají z VLDL - HDL – odebírají cholesterol z ďuŶěčŶýĐh ŵeŵďráŶ a esterifikují ho půsoďeŶíŵ LCAT - ↑HDL – sŶižuje riziko ukládáŶí Đholesterolu v tkáních - ↓riziko arterosklerózy - HDL v krvi zvLJšuje ĐvičeŶí a ŵalé dávkLJ alkoholu ;Ϳ - Chylomikrony - Ŷejvětší lipoproteiŶové částiĐe s ŶejŶižší hustotou - při elektroforéze zůstávají Ŷa startu a při ultraĐeŶtrifugaĐi flotují složeŶí: - TG představují téŵěř εϬ % z Đelkové lipidové složkLJ - ϭϬ% fosfosfolipidLJ, Đholesterol a jeho esterLJ s vLJššíŵi ŵastŶýŵi kLJseliŶaŵi - bílkoviny 1 – 2 % - chylomikrony - produkteŵ eŶteroĐLJtů a slouží k traŶsportu triaĐLJlglLJĐerolů potravLJ ze střeva přes lLJŵfatiĐké ĐestLJ do krevŶího řečiště II. Základy metabolismu 5 - půsoďeŶíŵ lipoproteinové lipasy v eŶdotelu kapilár se z TG ĐhLJloŵikroŶů uvolňují ŵastŶé kLJseliŶLJ, které jsou dodáváŶLJ svalůŵ a tukovýŵ ďuňkáŵ - součástí ĐhLJloŵikroŶů je i edžogeŶŶí Đholesterol, který se touto Đestou dostává do organismu - za ŶorŵálŶíĐh okolŶostí Ŷejsou po ϭϮ hodiŶovéŵ lačŶěŶí v séru prokazatelŶé - jejiĐh přítoŵŶost v krvi se projeví ŵakroskopiĐkLJ ŵléčŶýŵ zkaleŶíŵ séra, které ozŶačujeŵe jako ĐhLJlózŶí - pokud ŶeĐháŵe séruŵ přes ŶoĐ v ledŶiĐi, ĐhLJloŵikroŶLJ vLJstoupí Ŷa povrĐh a vLJtvoří ŵléčŶě zkaleŶou vrstvu Ŷa povrĐhu séra chylomikronový test - VLDL (very low density lipoproteins) - vzŶikají předevšíŵ v játrech - ŵají o ŶěĐo vLJšší hustotu Ŷež ĐhLJloŵikroŶLJ - Ŷa lipidovou složku připadá okolo εϬ % a na proteiny 10 % - jádro VLDL je bohaté na triacylglyceroly, které jsou syntetizované v hladkém eŶdoplazŵatiĐkéŵ retikulu hepatoĐLJtů - v ŵeŶší ŵíře je do Ŷově vzŶiklýĐh VLDL zaďudováŶ i Đholesterol, další ŵolekulLJ esterů Đholesterolu potoŵ získávají od HDL částiĐ v cirkulaci - úkoleŵ VLDL je poskLJtovat ŵastŶé kLJseliŶLJ uvolŶěŶé z triaĐLJlglLJĐerolů půsoďeŶíŵ lipoproteiŶové lipasLJ svalůŵ a tukovýŵ ďuňkáŵ - po hLJdrolýze triaĐLJlglLJĐerolů lipoproteinovou lipasou se VLDL ŵěŶí Ŷa IDL a poté na LDL - přítoŵŶost VLDL v séru se projeví opalesĐeŶĐí - LDL (low density lipoproteins) - vzŶikají z IDL částiĐ po hLJdrolýze zďývajíĐíĐh triaĐLJlglLJĐerolů jaterní lipasou - Ŷěkteré jsou uvolňováŶLJ do ĐirkulaĐe játrLJ - jediným apoproteinem na povrchu je apoprotein B-100 - lipidová složka v ŶiĐh tvoří téŵěř ΘϬ % s převažujíĐíŵ oďsaheŵ esterů Đholesterolu - bílkoviny jsou zastoupeny 21 % - proto stoupá i hustota LDL - JEJICH HLAVNÍ FUNKCÍ JE TRANSPORT CHOLESTEROLU K BUŇKÁM - LDL lipoproteiŶ ŵají všeĐhŶLJ ďuňkLJ reĐeptor - uŵožňuje vstup LDL do ďuŶěk - po interakci LDL s receptorem dochází k iŶterŶalizaĐi koŵpledžu do ďuňkLJ - kde pak dochází k degradaĐi ďílkoviŶŶé části a uvolŶěŶí Đholesterolu - zvýšeŶí koŶĐeŶtraĐe Đholesterolu vede k ďuňĐe k inhibici aktivity HMG-CoA reduktasy - k aktivaci enzymu acyl-CoA-cholesterolacyltransferasa (ACAT), který je zodpovědŶý za esterifikaĐi eŶzLJŵu ;esterLJ Đholesterolu jsou hlavŶí forŵou cholesterolu v ďuňĐe) - odstraŶěŶí LDL z plazŵLJ se uskutečňuje poŵoĐí LDL reĐeptorů, které jsou lokalizováŶLJ Ŷa všeĐh ďuňkáĐh, ŶejvíĐe Ŷa povrĐhu hepatoĐLJtů - u zdravýĐh osoď jsou v LDL částiĐíĐh oďsažeŶLJ asi 2/3 celkového cholesterolu - tato frakĐe se čiŶí zodpovědŶou za usazováŶí Đholesterolu v suďeŶdoteliálŶíŵ prostoru cév a tím za rozvoj aterosklerotiĐkýĐh zŵěŶ – špatŶý Đholesterol - cholesterol v LDL částiĐíĐh ;LDL-ĐholesterolͿ se výzŶaŵŶě uplatňuje při vzŶiku aterosklerózy - v důsledku zvýšeŶé hladiŶLJ LDL v krvi doĐhází k jejiĐh zvýšeŶéŵu průŶiku ĐévŶíŵ eŶdoteleŵ do iŶtiŵLJ arteriálŶí stěŶLJ, kde je růzŶýŵ způsoďeŵ modifikována jejich struktura - modifikovaŶé LDL jsou pohlĐováŶLJ ŵakrofágLJ, které se přeŵěňují Ŷa tzv. pěŶové ďuňkLJ II. Základy metabolismu 6 - teŶto děj je prvŶí fází aterosklerotického procesu - nejvLJšší aterogeŶitou se vLJzŶačují ŵalé deŶzŶí LDL, které jsou ŵeŶší a hustší s průŵěreŵ pod Ϯρ,ρ Ŷŵ a sŶadŶo proŶikají eŶdoteleŵ, ŵají sŶížeŶou afiŶitu k LDL reĐeptorůŵ a sŶadŶo podléhají růzŶýŵ přeŵěŶáŵ - výskLJt ŵalýĐh deŶzŶíĐh LDL je spojeŶ se zvýšeŶou koŶĐeŶtraĐí triaĐLJlglLJĐerolů - stanovení LDL-Đholesterolu je zvlášť doporučováŶo pro vLJhodŶoĐeŶí rizika aterosklerózLJ při zvýšeŶýĐh hladiŶáĐh Đelkového Đholesterolu a je základeŵ pro rozhodnutí o způsoďu a ŵoŶitorováŶí léčďLJ - vrozená porucha exprese LDL – receptoru – familiární hypercholesterolémie - HDL (high density lipoproteins) - zajišťují odsuŶ ŶadďLJtečŶého cholesterolu do jater - jsou produkováŶLJ játrLJ, v ŵeŶší ŵíře i střeveŵ jako tzv. "ŶasĐeŶtŶí" HDL diskovitého tvaru, tvořeŶé pouze fosfolipidovou dvojvrstvou a apoproteiny - diskovité HDL častiĐe odŶíŵají Đholesterol periferŶíŵ ďuňkáŵ a přeŵěňují se Ŷa HDL sférického typu bohatého na cholesterol, který je transportován do jater - HDL jsou jako jediŶé sĐhopŶLJ z ŵeŵďráŶ ďuŶěk v suďeŶdotelu vLJvazovat volŶý cholesterol a transportovat ho zpátky do jater - tíŵto způsoďeŵ jsou HDL částiĐe zapojeŶLJ do zpětŶého ;reverzŶího) transportu Đholesterolu z periférie do jater, odkud ŵůže ďýt jako takový Ŷeďo po přeŵěŶě Ŷa žlučové kLJseliŶLJ vLJlučováŶ do střeva - z toho vLJplývá aŶtiaterogeŶŶí půsoďeŶí HDL částiĐ ;HDL; "hodŶé"; "doďré" částiĐeͿ - zvýšeŶá koŶĐeŶtraĐe HDL-Đholesterolu sŶižuje riziko aterosklerotiĐkýĐh zŵěŶ artérií a Ŷaopak sŶížeŶá koŶĐeŶtraĐe pod ϭ,Ϭ ŵŵol/l představuje zvýšeŶé riziko pro rozvoj aterosklerózy - zvýšeŶí populačŶího průŵěru o ϭϬ % sŶíží výskLJt ICHS o ϯϬ–40 %. - Lipoprotein (a) - je lipoproteiŶ, jehož koŶĐeŶtrace v krvi je dána geneticky - podoďá se částiĐíŵ LDL, ale Ŷa rozdíl od ŶiĐh je k apoproteiŶu BϭϬϬ disulfidovou vazďou připojeŶ ještě zvláštŶí apoproteiŶ ;aͿ, který je částečŶě hoŵologŶí s plazminogenem - zpomaluje a brání aktivaci plasminogenu na plasmin a tím blokuje odbourávání fibrinu - proto ŵá zvýšeŶé koŶĐeŶtraĐe Lp;aͿ proaterogeŶŶí účiŶek a koŶĐeŶtraĐe Ŷad Ϭ,ϯ g/l jsou pokládány za nezávislý faktor zvLJšujíĐí riziko aterosklerózLJ II. Základy metabolismu 7 II. Základy metabolismu 1 28. PřeŵěŶa a vylučováŶí cholesterolu, žlučové kyseliny __________________________________________________________________________________ - savci nemají schopnost (enzymovou výbavu) pro oxidaci (katabolismus) steranových jader - cholesterol je málo polární – ŶerozpustŶý ve vodě – Ŷelze vLJloučit ledviŶaŵi ;ŵočíͿ – je vLJlučováŶ GITeŵ - ŶikdLJ ŶeŶí rozložeŶ až Ŷa HϮϬ a COϮ – jako je oďvLJklé u jiŶýĐh sloučeŶiŶ - nastává odsun do jater – tam je: - ukládán - přeŵěŶěŶ: -žlučové kLJseliŶLJ - vLJloučeŶ do žluče - přeŵěŶa Ŷa steroidní hormony - vit.D - část ŶepřeŵěŶěŶého vLJloučeŶa se žlučí - transportován ke tkáním - 75% cholesterolu se v játreĐh přeŵěŶí Ŷa žlučové kLJs. - 25% odchází jako volný cholesterol - deŶŶě vLJloučeŶ ĐĐa. ϭ g Đholesterolu – GITem - ve střevě ŵůže dojít k reaďsorďĐi / přeŵěŶě Ŷa koprosterol ;čiŶŶostí střevŶíĐh ďakteriíͿ - velká část solí žlučovýĐh kLJseliŶ reaďsorďováŶa do portálŶího oďěhu – do jater – o5 vLJloučeŶa do žluče - výzŶaŵŶé pro tráveŶé tuků a vitaŵíŶů rozpustŶýĐh v tucích - ŶeaďsorďovaŶé části – vLJloučeŶLJ stoliĐí Vznik žlučovýĐh kLJseliŶ: - vzŶikají Ϯ způsoďLJ 1. neutrální/klasická cesta: - pouze v hepatocytech – v cytosolu, mikrosomech, mitochondriích, peroxisomech - dochází k: - modifikaci sterolového jádra - saturace dvojné vazby - epimerizace 3-β-hydroxylové skupiny - hydroxylace v poziĐíĐh 7α,ϭϮα - odžidativŶí zkráĐeŶí postraŶŶího řetězĐe o ϯC - sLJŶtéza priŵárŶíĐh žluč. kLJseliŶ – K. CHOLOVÁ, K- CHENODEOXYCHOLOVÁ 2. alternativní/kyselá cesta: - probíhá v játrech i ostatních tkáních - dochází k: - odžidativŶí zkráĐeŶí postraŶŶího řetězĐe o ϯC - dále pokračuje ŵodifikaĐí sterolového jádra PriŵárŶí žlučové kLJseliŶLJ: - K. CHOLOVÁ (3,7,12-α-trihydroxycholanová) - k. CHENODEOXYCHOLOVÁ (o jednu OH- skupiŶu Ŷa CϭϮ ŵéŶě- 3,7- α-dihydroxycholanová) - jsou to hydroxy deriváty k.cholanové -OH skupiŶa vázaŶá vždLJ Ŷa Cϯ steraŶového jádra v α koŶfiguraĐi - vzŶikají příŵo v játrech z cholesterolu - stejný prekurzor – 7-α- hydroxycholesterol – vznikající pomocí 7-α- hydroxylasy v mikrosomech - 7-α- hydroxylasy- monooxygenasa - potřeďuje k čiŶŶosti OϮ, NADPH+H + , cytochrom P450 II. Základy metabolismu 2 - 2 cesty vzniku : - proďíhají další hLJdrodžLJlaĐe - zkráĐeŶí postraŶŶího řetězĐe (P450) - tvorďa CϮκ sterolu, odštěpeŶíŵ popioŶLJl-CoA a oxidací C 24 na karboxyl - propionyl-CoA – cestou sukcinyl-CoA – oxidován v Kreďsově ĐLJklu - výsledek: nasycené steranové jádro s hydroxylovými skupinami v α-konfiguraci - vLJskLJtují se ve forŵě solí – špatŶě rozpustŶé ve vodě, v alkaliĐkéŵ prostředí vzŶik solí - v játrech jsou konjugovány s AMK ;glLJĐiŶ, tauriŶͿ a jsou vLJloučŶLJ do žluče - ve střevě – u ŶěkterýĐh dojde k dekoŶjugaĐi a přeŵěŶě Ŷa sekuŶdárŶí žlučové kLJseliŶLJ SekuŶdárŶí žlučové kyseliŶy: - K. 7-DEOXYCHOLOVÁ (3,12-α-dihydroxycholanová) - K. LITOCHOLOVÁ (3-α-hydroxycholanová) - vznikají z priŵárŶíĐh žluč. kLJseliŶ čiŶŶostí střevŶí flórLJ - přeŵěŶu katalLJzuje bakteriální 7-α-dehydroxylasa Regulace syŶtézy žlučových kyseliŶ: 1. zpětŶovazeďŶá koŶtrola – eŶterohepatálŶí ĐirkulaĐe žlučovýĐh kLJseliŶ zpětŶovazeďŶě kontroluje sLJŶtézu žluč.kLJs. v játrech - vazďa žlučové kLJs. Ŷa FXR reĐeptor ;=farŶesoid X reĐeptorͿ 1. potlačeŶí vlastŶí sLJŶtézLJ žlučovýĐh kLJseliŶ poŵoĐí zpětŶé vazďLJ - vazďa žlučové kLJseliŶLJ Ŷa FXR reĐeptor - koŵpledž žluč.kLJs. + FXR - se váže Ŷa proŵotor oďlasti traŶskripĐe genu pro cholesterol-7-α-hydroxylasu , která je limitujícím enzymem sLJŶtézLJ žluč.kLJs. 2. zpětŶá resorpĐe žlučovýĐh kLJseliŶ v ileu ;většiŶLJ ŵŶožstvíͿ - resorpĐe poŵoĐí speĐifiĐkýĐh traŶsportŶíĐh proteiŶů - specifické proteiny jsou kódované IBAT genem – na jeho proŵotorovou oďlast se také váže koŵpledž žluč.kLJs. + FXR reĐeptor - koŵpledž zvLJšuje sLJŶtézu traŶsportŶíĐh proteiŶů - ↑↑ zpětŶé resorpĐe - ↑ ŵŶožství žlučovýĐh kLJseliŶ v krvi - ↓sLJŶtézLJ 2. gastrointestinální hormony – cholecystokinin, sekretin 3. geŶetiĐká, pohlaví, patofLJziologiĐké podŵíŶkLJ, strava, léčiva Funkce: - podoďŶá steroidŶíŵ horŵoŶůŵ 1. HOMEOSTÁZA - vazďou Ŷa reĐeptorLJ ďuŶěčŶého jádra – ŵodulují edžpresi proteiŶů, potřeďŶýĐh pro hoŵeostázu Đholesterolu 2. JEDINÝ MOŽNÝ )PŮSOB VYLOUČENÍ CHOLESTEROLU!! 3. preveŶĐe tvorďLJ žlučovýĐh kaŵeŶů – soluďilizují Đholesterol ve žluči – brání jeho krystalizaci 4. uŵožňují tráveŶí triaĐLJlgLJĐerolů jejiĐh eŵulgaĐí 5. uŵožňují aďsorpĐi vitaŵíŶů rozpustŶýĐh v tucích II. Základy metabolismu 3 Vitamin D: - cholesterol je prekurzorem vitaminu D - ačkoliv je část vitaŵíŶu D přijíŵáŶa potravou, tak hlavŶíŵ zdrojeŵ je jeho vzŶik z cholesterolu v kůži účiŶkeŵ UV zářeŶí - zjedŶodušeŶé sĐhéŵa sLJŶtézLJ až k aktivŶí forŵě vitaŵiŶu d, kalĐitriolu II. Základy metabolismu 1 29. BiosLJŶtéza a degradaĐe steroidŶíĐh horŵoŶů ________________________________________________________________ - vznik z cholesterolu - syntéza v: 1. ENDOKRINNÍ BUŇKY KŮRY NADLEDVIN - sĐhopŶé sLJŶtetizovat všeĐhŶLJ tLJpLJ steroidŶíĐh horŵoŶů - glukokortikoidy C21 – kortisol, kortikosteron - mineralokortikoidy C21 – aldosteron, deoxikortikosteron - androgeny C19 – testosteron, androstenolon, androstendion - estrogeny ;oŵezeŶěͿ C18 - estradiol 2. Leydigovy buňkLJ testes - sLJŶtéza aŶdrogeŶů 3. folikulární ďuňky ovárií - estrogeny 4. corpus luteum, trofoblast, placenta - dělí se dle počtu C: 1. C21 steroidy– deriváty pregnanu – kortikoidy, gestageny 2. C19: steroidy – deriváty androstanu – androgeny – ŵužské sedžuálŶí horŵoŶLJ 3. C18 steroidy: deriváty estranu – estrogeny –žeŶské pohl. horŵoŶLJ Syntéza: - z cholesterolu – příĐhozího z plazŵLJ i příŵo vLJtvořeŶého v ďuňĐe z acetyl-CoA 1. zkráĐeŶí ďočŶího řetězĐe cholesterolu o 6C – LIMITUJÍCÍ krok syntézy (její rychlosti) - katalýza reakce mitochondriálním cytochrom-P-450-postraŶŶí řetězeĐ odštěpujíĐíŵ enzymem = DESMOLASA (P450) -ireversiďilŶí, regulačŶí krok sLJŶtézLJ steroidŶíĐh horŵoŶů 2. půsoďeŶíŵ desŵolasLJ – tvorba PREGNENOLONU 3. sLJŶtéza steroidŶíĐh horŵoŶů speĐifiĐkýŵi Đestaŵi z pregnenolonu DESMOLASA – enzymový systém -ireversiďilŶí, regulačŶí krok sLJntézy steroidních horŵoŶů - výsledek čiŶŶosti koŵpledžu desŵolasLJ – je tvorba pregnenolonu – probíhá v mitochodriích Regulace: 1. aktivita je zvLJšováŶa přítoŵŶostí ĐAMP a proteinkinasy - cAMP stimuluje proteinkinasu a zvLJšuje fosforLJlaĐi cholesterylesterasy – zvýší se ŵŶožství volŶého Đholesterolu 2. regulace exprese genu, který ji kóduje - ovlivŶěŶé vazďou ĐAMP Ŷa ĐAMP regulujíĐí eleŵeŶt – tíŵ je zvýšeŶá transkripce RNA- zvýšeŶá tvorďa eŶzLJŵu 3. ŶegativŶé zpětŶá vazďa II. Základy metabolismu 2 - cholesterolem indukovaná allosterická inhibice aktivity HMG-CoA reduktasy, která při Ŷedostatku Đholesterolu zvLJšuje aktivitu HMG-CoA- reduktasy - přežvejkáŶí : kdLJž ŵáŵ ŵooĐ Đholesterolu, tak ŵi tahle skvělá věĐ ďlokuju HMG-CoA reduktázu, která katalLJzuje reakĐi, při Ŷíž doĐhází k přeŵěŶě HMG-CoA na mevalonát (prekurzor cholesterolu) - tudíž se ŵi Ŷeďude tvořit Ŷový - a naopak, mám cholesterolu málo, tak se negativní zpětŶá vazďa ŶeuplatŶí – není blokovaná HMG-CoA- reduktáza – je volná cesta k tvorďě Đholesterolu  - z pregnenolonu – probíhá syntéza všeĐh steroidŶíĐh horŵoŶů – odlišŶýŵi Đestaŵi dle jejiĐh typu - syntéza probíhá v mitochondriích a v endoplazmatickém retikulu - ŶutŶá přítoŵŶost specifických hydroxylás – tLJ vLJžadují ŵolekulárŶí O2 a NADPH+H + - hLJdrodžLJlásLJ patři ke skupiŶě PκρϬ – jejich označeŶí zahrŶuje ŵísto a koŶfiguraĐi hydroxylace - dále nutné dehydrogenasy, isomerasy, lyasy STEROIDNÍ HORMONY KŮRY NADLEDVIN: - glukokortikoidy C21 – kortisol, kortikosteron - mineralokortikoidy C21 – aldosteron, deoxikortikosteron - androgeny C19 – testosteron, androstenolon, androstendion - (estrogeny ;oŵezeŶěͿ Cϭ8 – estradiolͿ ŶepatrŶé ŵŶožství - kůra ŶadledviŶ – ϯ tLJpLJ tkáŶě – zona glomerulosa - zona fasciculata - zona reticularis - liší se strukturou a eŶzLJŵovou výďavou - počátek sLJŶtézLJ všude stejŶý – tj. tvorba pregnelonu - koŶeĐ se liší dle eŶzLJŵatiĐké výďavLJ – z každé vrstvLJ jiŶý fiŶálŶí produkt zona glomerulosa: - tvorba ALDOSTERONU – hl.mineralokortikoid - obsahuje enzym – 18-α-hydroxylasu – tj. aldosteronsynthasa - chybí enzym 17- α-hydroxylasa – který přeŵěňuje pregnenolon a progesteron na 17- α-hydroxylovana analoga – liŵitovaŶá tvorďa glukokortikoidů a aŶdrogeŶů zona reticularis a fascikulata: - nemají aldosteronsynthasu – produkce slabého mineralokortikoidu – kortikosteronu - obsahují 17- α-hydroxylasa – tvorba KORTISOLU – hl. glukokortikoid - obsahují enzym C17,20-lyasu – tvorba nadledvinových aŶdrogeŶů – dehydroepiandrosteronu, androstendionu - při patologiĐkýĐh staveĐh doĐhází ke sŶížeŶé produkĐi hlukokortikoidů a ŶadprodukĐi dehydroepiandrosteronu – dochází k maskuliŶizujíĐíŵ zŵěŶáŵ II. Základy metabolismu 3 Průďěh sLJŶtézLJ v kůře ŶadledviŶ: - syntéza pregnenolonu – probíhá v mitochondriích - pregnelon – odsunut do cytosolu – na endoplazmatickém retikulu – dojde k enzymatické přeŵěŶě Ŷa: - progesteron - 11-deoxykortisol - 11-deoxykortikosteron - androgeny - 11-deoxykortisol, 11-deoxykortikosteron –z5 transportovány do mitochondrií – dokoŶčeŶa konverze na gluko-/mineralo- kortikoidy - v adrenální venózní krvi – přítoŵŶost – progesteronu, testosteronu, estradiolu, atd. – ale oproti jiŶýŵ eŶdrokriŶŶíŵ žlázáŵ – Ŷejsou produkovaŶá ŵŶožství edžtra výzŶaŵŶá TraŶsport steroidŶíĐh horŵoŶů: - po vLJtvořeŶí jsou uvolŶěŶé do plazŵLJ - transportují se v asociaci s proteiny - jeŶ ŵalé ŵŶožství ŵá volŶý traŶsport - glukokortikoidy: mají vlastní transportní protein transkortin(kortikoidy vázající globulin,CBG) - tvoří se v játrech - patří ŵezi α-globuliny - ŵalé ŵŶožství se traŶsportuje spolu s albuminem - 90% transportováno s proteiny - ϭϬ% traŶsportováŶo volŶě =biologicky aktivní frakce - Ŷěkteré kortikoidy s ŵiŶeralokortikoidŶíŵ účiŶkeŵ – traŶsport prostředŶiĐtvíŵ transkortinu a albuminu - aldosteron: výjimka – nemá specifický vazebný protein – slabá vazba na albumin RegulaĐe sLJŶtézLJ steroidŶíĐh horŵoŶů v kůře ŶadledviŶ: 1. Adrenokortikotropní hormon hypofýzy: (ACTH) - reguluje produkĐi horŵoŶů v zona fascikulata a reticularis – produkci glukokortikoidů (kortisol) - sekrece ACTH závisí na kortikotropiŶ uvolňujíĐíŵ horŵoŶu hLJpotalaŵu ;CRHͿ - ACTH i CRH – jsou regulované ŶegativŶí zpětŶou vazďou – (mám hodŶě kortisolu, Ŷeďudou se ŵi horŵoŶkLJ produkovat, aďLJĐh ho Ŷeŵela ještě víĐ ) - půsoďeŶí ACTH - ACTH se váže Ŷa ŵeŵďráŶové reĐeptorLJ v ĐílovýĐh ďuňkáĐh - aktivuje adenylátlcyklasu – ta tvoří cAMP – to způsoďuje ↑ aktivitu desmolásy – vede to k tvorďě pregnenolonu v zoŶě retiĐularis a fasĐiĐulata- tvorba kortisolu a ostatŶíĐh glukokortikoidů 2. RAAS a K + : - reguluje tvorbu ŵiŶeralokortikoidů v zona glomerulosa - Angiotensin II (vznikající v plicích) – stiŵuluje uvolňováŶí aldosteronu v kůře ŶadledviŶ – který potencuje reabsorbci Na + a vLJlučováŶí K + v distálním kanálku nefronu - prokazatelŶá účást ACTH – pro tvorbu pregnenolonu a Na + - nervová regulace II. Základy metabolismu 4 MetaďoliĐké účiŶkLJ gluko-/ŵiŶeralokortikoidů: 1. Glukokortikoidy: (kortisol, kortikosteron) - od ŵiŶeralokortikoidů a pohlavŶíĐh horŵoŶů se liší: - specifickými receptory - Đílovýŵi ďuňkaŵi - účiŶkeŵ - regulují řadu výzŶaŵŶýĐh ŵetaďoliĐkýĐh, iŵuŶitŶíĐh a hoŵeostatiĐkýĐh poĐhodů - vliv na metabolismus glukosy: - proteokataďoliĐký účiŶek 1. stimulace glukoneogenesy v hepatocytech (syntéza z AMK,laktátu, pyruvátu,glycerolu) + stiŵulaĐe edžprese eŶzLJŵů glukoŶeogeŶeze 2. mobilizace AMK v extrahepatální tkáni – substrát pro glukoneogenezu 3. inhibice vychytání glukózy ve svalech a tukové tkáni 4. stimulace lipolýzy – zajištěŶí MK – eŶergetiĐký suďstrát pro tkáŶě + gylcerol – substrát pro glukoneogenezy - projeví se hl. při hladověŶí - vážou se Ŷa cytosolový receptor – po ŶavázáŶí přesuŶ do jádra - v jádře – vazba na GRE (glukocorticoid response elements) – v promotorové oblasti DNA cílového genu – výsledkem je syntéza specifického proteinu - mechanismus transreprese: 1. hormon-receptorový komplex – interaguje se specifickým traŶskripčŶíŵ faktoreŵ – iŶhiďuje traŶskripĐi řadLJ geŶů – zodpovědŶýĐh za tvorďu iŶterleukiŶu ;IL-2) - Ŷerozlišují ŵezi traŶsaktivaĐí a traŶsrepresí – ŵůžou aktivovat/iŶhiďovat, hodŶé i zlé  - ovlivňují ŵetaďoliĐké poĐhodLJ a kardiovaskulární fce - snaha nalézt specifické glukokortikoidy pouze pro imunitní systém ̈ II. Základy metabolismu 5 2.Mineralokortikoidy: aldosteron: - aldosteron – ovlivňuje čiŶŶost ledviŶ 1. aktiví resorpce Na+ - asociovaná pasivní z5 resorpce H2O 2. aktivní sekrece K+ 3. aktivní sekrece H+ pomocí protonových ATPas - váže se Ŷa cytosolový receptor – po ŶavázáŶí přesuŶ do jádra - v jádře – vazba na GRE (glukocorticoid response elements) – v promotorové oblasti DNA cílového genu – výsledkem je syntéza specifického proteinu - kortisol má afinitu k mineralokortikoidnímu receptoru, ale jen v případě, kdLJž je ho vLJšší koŶĐeŶtraĐe Ŷež aldosteroŶu - v cílových tkáních aldosteronu – je eŶzLJŵ ďráŶíĐí účiŶku glukokortikoidů - 11-β- hydroxysteroiddehydrogenasa typu II. – katalyzuje deaktivaci glukokortikoidů – tvorba 11- dehLJdroderivátů STEROIDNÍ HORMONY GONÁD: TESTES: - produkce aŶdrogeŶů – testosteroŶu... - tvorba v intersticiální tkáni testes v Leydigových ďuňkáĐh - prekurzor – cholesterol - limitující krok v tvorďě pregŶeŶoloŶu – je odštěpeŶí postraŶŶího řetězĐe - stimulace tvorby pregnenolonu LuteiŶizačŶíŵ horŵoŶeŵ hLJpofýzLJ ;LHͿ - LH – váže se Ŷa speĐifiĐký ŵeŵďráŶový reĐeptor LeLJdigovýĐh ďuŶěk - probíhá aktivace adenylcyklasy, cAMP a proteinkinas - aktivuje adenylátcyklasu - adenylátcyklasa - ↑ koŶĐeŶtraĐi cAMP - cAMP – aktivuje proteinkinasy – tím je aktivována desmolasa - dojde k odštěpeŶí postraŶŶího řetezĐe cholesterolu – vznik pregnenolonu – ŶásledŶě vznik progesteronu - vznik testosteronu: - 2 cesty vzniku - 1.) progesteroŶová ;∆ 4 -cesta): - převažuje ve varlateĐh - 2.)dehLJdroepiaŶdrosteroŶová ;∆ 5 – cesta) - koŶverĐe pregŶeŶoloŶu Ŷa testosteroŶ přes dehLJdroepiaŶdrosteron - enzymy katalyzující tvorbu testosteronu z pregnelonu – jsou na mikrosomech - 3-β-hydroxysteroiddehydrogenasa - ∆4,5 -isomerasa - 17-α- hydroxylasa P450c17 - C17-20 – lyasy - 17-β-hydroxysteroiddehydrogenasa - vLJtvořeŶý testosteroŶ – uvolŶěŶ do plazŵLJ – přeŶeseŶ do Sertoliho ďuŶěk - Sertoliho ďuňkLJ: - dochází v nich k přeŵěŶě testosteroŶu Ŷa dihydrosteron – redukcí dvojné vazby ∆ 4 - dochází zde i k tvorďě určitého ŵŶožství testosteroŶu - tvorba testosteronu j eregulována Folikuly stimulujícím hormonem hypofýzy (FSH) - FSH – regulace cestou aktivace cAMP a proteinkinas II. Základy metabolismu 6 - zárověň stiŵuluje v Sertoliho b. tvorbu glykoproteinu vázjícího androgeny (ABP) – zajišťuje traŶsport testosteroŶu a DHT z LeLJdigovýĐh ďuňěk do ŵísta spermatogeneze - testosteron i dihydrosteron – asociace se specifickým plazmatickým globulinem (gonadal- steroid-binding-protein-GBG) – transport do tkání krví - ve tkáŶíĐh je testostreoŶ přeŵěňováŶ a dihLJdroteststeroŶ dihydrotestosteron (DHT)– je ϭϬdž účiŶější Ŷež testosteroŶ - přeŵěŶa katLJlzováŶa 5 – α-reduktasou – závislou na NADPH+H - ŶěkdLJ se uvádí že testosteroŶ je prohorŵoŶ ;prekurzorͿ dihLJdrosteroŶu - v testes tvorďa DHT ϭϬϬ μg/deŶ, zďLJtek vLJtvořeŶ v periferních tkáních MetaďoliĐké účiŶkLJ aŶdrogeŶů: - zvýšeŶí proteosyntézy rychlou replikaci DNA a urychlením tvorby RNA - proteoanabolický efekt – Ŷárůst svalové hŵotLJ a kostí ;doppiŶg sportovĐůͿ - vliv na: - podílí se na maskulinizaci embrya - vývoj v puďertě - spermatogenezi - iŶhiďují sĐhopŶost ŶěkterýĐh tukovýĐh ďuŶěk skladovat tuk - ďlokádou sigŶálŶě traŶsakčŶí ĐestLJ – podporuje fĐi adipoĐLJtů - tím vzniká typiĐkLJ ŵužské rozložeŶí tukovýĐh zásoď ;pivŶí pupíkͿ - mohou ovlivnit chování – Ŷěkteré ŶeuroŶLJ Đitlivé Ŷa volŶé steroidŶí hormony - na jejich koncentraci závisí regulace agresivity a libida OVÁRIA: - produkce estrogeŶů: (hl. je estradiol) - estrogeŶLJ jsou tvořeŶLJ ve folikulárních ďuňkáĐh ovárii, v Đorpus luteuŵ... - hl. estrogen ovárií – 17-β-estradiol - v jiných tkáních tvorba estronu - estriol – tvorba v těhoteŶství v plaĐeŶtě - stimulace tvorby pregnenolonu LuteiŶizačŶíŵ horŵoŶeŵ hLJpofýzLJ ;LHͿ - LH – váže se Ŷa speĐifiĐký ŵeŵďráŶový reĐeptor thekalních ďuŶěk ;stejŶě tak v corpus luteum) - probíhá aktivace adenylcyklasy, cAMP a proteinkinas - aktivuje adenylátcyklasu - adenylátcyklasa - ↑ koŶĐeŶtraĐi cAMP - cAMP – aktivuje proteinkinasy – tím je aktivována desmolasa - dojde k odštěpeŶí postraŶŶího řetezĐe Đholesterolu – vznik pregnenolonu – ŶásledŶě vznik progesteronu - limitující krok tvorďLJ pregŶeŶoloŶu je odštěpeŶí postraŶŶíĐh řetězĐů - prekurzoreŵ estrogeŶů – jsou: teststeron a androstendion - estrogeny vznikají aromatizací A steranového jádra - aromatizace je katalyzovaná enzymem aromatasou - aromatasa – komplexní enzym - přítoŵŶý v ováriích, hepatoĐLJteĐh, adipoĐLJteĐh... - lokalizovaný v endoplazmatickém retikulu - obsahuje P45-oxidasu – sŵíšeŶá fuŶkĐe – zahrnuje dehydrogenace a hydroxylace - aromatizace estosteronu – vzniká estradiol II. Základy metabolismu 7 - aromatizací androstendionu - vzniká estron - transport estrogeŶů – krví – v asociaci se specifickým transportním globulinem (GBG) - rychlost sekrece – závislá Ŷa ŵeŶstruačŶíŵ ĐLJklu + je příŵo úŵěrŶá jejiĐh sLJŶtéze - (pozn: terapie Ŷádorů prostatLJ a prsu – iŶhiďiĐe aroŵatasLJ ;ďuď její sLJŶtézLJ, Ŷeďo už hotového enzymu) , ev. blokace estrogenního receptoru antagonisty) MetaďoliĐké účiŶkLJ progesteroŶu a estrogeŶů: - podoďŶé účiŶkůŵ aŶdrogeŶů - vliv na: - proteoanabolický efekt - rozvoj žeŶskýĐh pohlavŶíĐh zŶaků - ovlivŶěŶí ŵetaďolisŵu lipidů a Đholesterolu - čiŶŶost osteoďlastů ;řídŶutí kostí) - progesteron – koŶečŶý horŵoŶ v corpus luteum ovárií a v plaĐeŶtě - ŵezistupeň v sLJŶtéze ostatŶíĐh horŵoŶů - ovlivňuje Ϯ/Ϯ ŵeŶstruačŶího ĐLJklu – sŶížeŶíŵ počtu reĐeptorů pro estrogeny - zpětŶovazeďŶýŵ ŵeĐhaŶisŵeŵ iŶhiďuje sekreĐi goŶádotropiŶů - po oplodŶěŶí persistuje corpus luteum - s ním i produkce progesteronu - ve 2/3 gravidity – je progesteron syntetizován placentou - podílí se Ŷa rozvoji ŵléčŶé žlázLJ k laktaci - progestiny – (gestageny) – syntetické steroidy s antiestrogenním a antigonádotropním účiŶkeŵ - užití jako kontraceptiva - inaktivovaný progesteron se po konjugaci s kLJs. glukuroŶovou vLJlučuje ŵočí PřeŵěŶa a edžkreĐe steroidŶíĐh horŵoŶů: - organismus neumí enzymaticky oxidovat steranové jádro - eliŵiŶaĐe steroidŶíĐh horŵoŶů – přeŵěŶa Ŷa iŶaktivŶí, hLJdrofilní substráty – ty je snadné vLJloučit - probíhá v hepatocytech – redukce dvojných vazeb, redukce oxo- skupin - dochází ke konjugaci s kys. glukuronovou, nebo H2SO4 - vzik glukosiduroŶátů a sulfátů - hydrofilní konjugáty se už Ŷevážou Ŷa speĐifiĐké traŶsportŶí ďílkoviŶLJ – lze je vLJloučit ŵočí, Ŷeďo žlučí do feĐes II. Základy metabolismu 8 II. Základy metabolismu 1 30. TraŶsport lipidů, úlohy lipoproteiŶů, struktura lipoproteiŶové částice ;vzŶik, přeŵěŶa a úloha chyloŵiker, VLD,LDL, HDL lipoproteiŶůͿ. Elektroforéza lioproteiŶů ______________________________________________________________________________ Transport lipidů: - v asociaci s proteiny – lipoproteiny Lipoproteiny: - lipoproteiŶLJ jsou koŵpledžLJ složeŶé z lipidů a ďílkoviŶ, které uŵožňují traŶsport lipofilŶíĐh lipidů ve vodŶéŵ prostředí krve - lipoproteiŶLJ ŵají kulovitý tvar a jsou uspořádaŶé tak, že Ŷa povrĐhu jsou přítoŵŶé polárŶí části fosfolipidů a ŶeesterifikovaŶý Đholesterol ;lokalizovaŶý OH skupiŶou vŶěͿ, zatíŵĐo uvŶitř jsou vysoce nepolární triacylglyceroly a esterifikovaný cholesterol - v orgaŶisŵu se vLJskLJtuje Ŷěkolik tLJpů lipoproteiŶů, které se liší ve svéŵ složeŶí, velikosti, hustotě a ďílkoviŶŶé části (apolipoprotein/apoproteinu - edžistují růzŶé tLJpLJ apolipoproteiŶ A1, apolipoprotein B-100, E dle typu lipoproteinu) II. Základy metabolismu 2 Chylomikrony (CM): - Ŷejvětší velikosti a ŶejŵeŶší hustotu - vznikají v enterocytech - do krevního oběhu vstupují lLJŵfatiĐkou Đestou - Jejich hlavním úkolem je transportovat krví lipidy z potravy - vzhledeŵ ke složeŶí lipidů v potravě CM oďsahují ŶejvíĐe triaĐLJlglLJĐerolů, oďsah ďílkoviŶné části je velŵi Ŷízký ;ϭ-2%) - JEJICH ÚKOLEM JE PŘENÁŠET TRIACYLGLYCEROLY V POTRAVY DO TKÁNÍ - na vŶitřŶí straŶě eŶdotelu Đév je lokalizováŶa lipoproteiŶlipasa, Đož je eŶzLJŵ, který se účastŶí degradaĐe triaĐLJlglLJĐerolů z CM - vzniklé TAG pak vstupují do tkání - tíŵto proĐeseŵ pak doĐhází ke sŶížeŶí oďsahu TAG v CM a vzniká chylomikronový zbytek, který putuje do jater, kam vstupuje díky receptoru pro CM zbytky Lipoproteiny s velmi nízkou hustotou (VLDL): - ŵeŶší Ŷež CM a ŵá o ŶěĐo větší hustotu - vzniká v játrech - jeho hlavním úkolem je traŶsport lipidů z jater ke tkáním - oďsahuje stále převahu TAG a také ŵeŶší ŵŶožství cholesterolu - oďsah ďílkoviŶ je vLJšší ;ϭϬ%Ϳ - podoďŶě jako u CM jsou TAG z VLDL degradovány pomocí lipoproteinlipasy - vznikají lipoproteiŶ se středŶí hustotou ;IDLͿ a ŶásledŶě lipoproteiny s nízkou hustotou (LDL) Lipoproteiny s nízkou hustototou (LDL) - vznikají příŵo v krvi ev. játreĐh účiŶkeŵ lipoproteiŶlipasLJ ev. jaterní lipasy z VLDL a IDL - oďsahují asi 8Ϭ% lipidů, z ŶiĐh převažujíĐí složkou jsou esterLJ Đholesterolu - hlavŶí fuŶkĐe těĐhto lipoproteiŶů je traŶsport Đholesterolu sŵěreŵ ke tkáŶíŵ - LDL pak ŵohou vstupovat do ďuŶěk poŵoĐí LDL reĐeptorů, tíŵto způsoďeŵ jsou odstraŶěŶLJ z krve - pokud je Ŷízký počet ;či poškozeŶéͿ LDL reĐeptorLJ ŵůže doĐházet je jejiĐh uložeŶí v endotelu cév a postupnému rozvoji aterosklerózy Lipoproteiny s nízkou hustotou (HDL): - teŶto tLJp lipoproteiŶů je ŶejŵeŶší a ŵá ŶejvLJšší hustotu - HDL jsou tvořeŶé játrLJ - teŶto tLJp HDL je tvořeŶ pouze z fosfolipidové dvojvrstvLJ a ďílkoviŶŶou částí a je připraveŶ pro příjeŵ Đholesterolu - hlavŶí fuŶkĐí HDL je totiž traŶsport Đholesterolu z tkání do jater - nasĐeŶtŶí HDL jsou sĐhopŶé přijíŵat Đholesterol z tkáŶí a jiŶýĐh lipoproteiŶů a iŶtegrovat ho do seďe, číŵž vzŶikají kulovité HDL částiĐe. EŶzLJŵ, který je pro teŶto poĐhod třeďa je leĐitiŶ ĐholesterolaĐLJltraŶsferasa ;oďsažeŶý v HDL), katalyzuje přeŵěŶu volŶého Đholesterolu ;z tkáŶí, lipoproteiŶůͿ Ŷa esterLJ Đholesterolu ;uplatŶí se ŵastŶá kLJseliŶa z fosfolipidůͿ, které putují do centra HDL a vznikají tak kulovité HDL. HDL pak vstupují do jater, kde je cholesterol přeŵěŶěŶ Ŷa žlučové kLJseliŶLJ a vLJloučeŶ z organismu. Elektroforéza lipoproteiŶů: - lipoproteiŶové částiĐe se dělí v elektriĐkéŵ poli podle rozdílŶé velikosti povrĐhového náboje - v toŵto případě podŵíŶěŶého rozdílŶýŵ ŵŶožstvíŵ ďílkoviŶ v jedŶotlivýĐh frakĐíĐh - vLJužívá se předevšíŵ pro průkaz ŶěkterýĐh aďŶorŵálŶíĐh lipoproteiŶů a při diagŶostiĐe ŵéŶě častých typů hyperlipoproteinémií a pro detekci aterogenního lipoproteinu Lp (a) II. Základy metabolismu 3 - nejrLJĐhleji v oďlasti α se pohLJďují ŶejŵeŶší částiĐe s ŶejvLJššíŵ oďsaheŵ proteiŶů α- lipoproteiny (HDL) - Ŷa úrovŶi ŵezi α-Ϯ a β jako pre-β-lipoproteiny ŵigrují VLDL částiĐe - LDL částiĐe představují oďvLJkle ŶejvýrazŶější frakĐi jako β-lipoproteiny v oblasti β-gloďuliŶů - Chylomikrony, pokud jsou přítoŵŶLJ v séru, zůstávají Ŷa startu, - ŶěkdLJ ŵohou vLJtvářet pruh, který je viditelŶý od ŵísta startu až k α oďlasti - v poloze ŵezi α a β-lipoproteiŶLJ ;HDL a LDLͿ se ŵůže oďjevit další frakĐe ĐharakteristiĐká pro lipoprotein (a) – Lp(a) - představuje rizikový faktor pro vzŶik aterosklerózLJ a kardiovaskulárŶíĐh oŶeŵoĐŶěŶí - k ďarveŶí se používají lipofilŶí ďarviva Ŷapř. SudaŶová čerň - elektroforéza lipoproteiŶů se oďvLJkle provádí Ŷa agarosovéŵ gelu, který uŵožňuje dobré odděleŶí pre-β-lipoproteiŶů Hodnocení - elektroforeogram lze vyhodnotit denzitometricky při vlŶové délĐe 58Ϭ Ŷŵ - výsledek se vLJjadřuje v proĐeŶteĐh optiĐké hustotLJ pro jedŶotlivé frakĐe vzhledem k celkové ďarevŶé ploše - staŶoveŶé hodŶotLJ spolu s dalšíŵi ukazateli ;Đelkový Đholesterol, triaĐLJlglLJĐerolLJͿ slouží k charakterizaci hyperlipoproteinémií - v praxi se provádí také hodnocení pouze vizuální - biologiĐký Ŷález se srovŶává s refereŶčŶíŵi hodŶotaŵi a výsledek se posuzuje ve smyslu zvýšeŶí ;sŶížeŶíͿ jedŶotlivýĐh frakĐí - RefereŶčŶí hodŶotLJ - α-lipoproteiny - 23–46 % - pre-β-lipoproteiny - 3–18 % - β-lipoproteiny - 42–63 % normální nález: II. Základy metabolismu 4 zvýšeŶá pre-B-frakce: zvýšeŶé Lpa: II. Základy metabolismu 5 II. Základy metabolismu 1 31. BiosyŶtéza a degradaĐe tetrapyrrolů – hemu a její poruchy Hem je prostetickou skupinou řadLJ důležitýĐh ďílkoviŶ:  čerŶohŶědý koŵpledž suďstituovaŶé tetrapLJrrolové ĐLJkliĐké strukturLJ porfLJriŶu s ioŶteŵ železa  tvoří prostetiĐkou skupiŶu myoglobinu, hemoglobinu,katalázy, peroxidázy a ĐLJtoĐhroŵů.  Konjugované dvojné vazby – aďsorďují světlo. Na základě toho ŵLJ je diagnostikujeme! Biosyntéza hemu ZačíŶá v ŵitoĐhoŶdriíĐh a koŶčí v mitochondriích – Proč koŶčí v ŵitoĐhoŶdriíĐh? protože je to ďlízko dýĐhaĐího řetězĐe, teŶ oďsahuje ĐLJtoĐhroŵLJ, které potřeďují heŵ. 1. Kondenzace glycinu a sukcinylkoenzymu A za vzniku( 5-aminolevulátu) ALA, reakce je katalyzovaná Alasyntázou a probíhá v mitochondriích. 2. Dvě ŵolekulLJ ALY pak kondenzují na porfobilinogen, reakci katalyzuje ALAdehLJdratáza ;odštěpí se Ϯ ŵolekulLJ vodLJͿ. 3. ČtLJři ŵolekulLJ porfoďiliŶogeŶů koŶdeŶzují za vzŶiku liŶeárního tetrapyrrolu, který zůstává vázáŶ Ŷa eŶzLJŵ. 4. Zacyklení pyrrolu - vzniku porfyrinogenu III. NásledujíĐí reakĐe ŵěŶí pouze postraŶŶí řetězĐe ;jsou tp tetrapLJrolLJ a liší se suďstitueŶtLJ jiŶéͿ a stupŶě ŶasLJĐeŶosti porfiŶu. II. Základy metabolismu 2 5. Hydroxymethylbilan 6. Uroporfobilinogen - z Ŷěj dekrďodžLJlaĐí 7. Koproporfyrinogen III 8. Protoporfyrinogen 9. z Ŷěj protoporfyrin IX. 10. Heŵ se tvoří z protoporfLJriŶu IX ĐhelataĐí ioŶtů železa – ferrochelatasa – přidá Fe Číŵ ďlíž se ďlížíŵe k hemu, tím více ztrácí porfyrinogeny svou rozpustnost – tzŶ. že se hroŵadí ve tkáŶíĐh, kosteĐh atd. To zŶaŵeŶá, že je vLJloučíŵe stoliĐí. Číŵ jsou od heŵu dál, tLJ Ŷahoře, jsou rozpustŶější a vLJloučíŵe je ŵočí. Na každéŵ stupŶi - 8 eŶzLJŵů a při každéŵ eŶzLJŵu ŵůže dojít k poruše. Pokud se Ŷěkde nakumulují – oxidují se – Ŷa světle a vzŶikají kLJslíkové radikálLJ, které poškozují orgaŶisŵus. Regulace a děleŶí  ERYTROBLASTY – Ferrochelatáza (Fe) – erytropoetické porfyriny  JÁTRA – Ala syntéza (hem) – jaterní forfyriny  SŵíšeŶé porfLJriŶLJ Poruchy biosyntézy = porfyrie DědičŶé poruĐhLJ ŵetaďolisŵu způsoďeŶé ŵutaĐeŵi geŶů, které řídí sLJŶtézu eŶzLJŵů půsoďíĐíĐh při sLJŶtéze hemu; dochází k nedostatku produktu metabolismu za blokem (hemu) Ŷeďo ŶahroŵaděŶí ŵetaďolitu před Ŷíŵ. Nejčastěji je dělíŵe Ŷa: 1. AKUTNÍ – těžké atakLJ, které je ŵůžou ohrozit Ŷa životě. Dost těžko odlišitelŶé Ŷapř. od Ŷáhlé ďřišŶí – příklad paĐieŶtkLJ ďLJla operovaŶá ϭϬ dž Ŷa . )výšeŶá Ala – ta je vLJĐhLJtáváŶa Atpázou a způsoďuje poruĐhu vedeŶí vzruĐhu – neurologické problémy a. tekutinách hromadí výchozí látky ALA – kLJseliŶa δ-aminolevulová (kyselina 5- aminolevulová) a PBG – porfoďiliŶogeŶ, které ŵají todžiĐký účiŶek ;iŶterferují se synaptiĐkýŵi fuŶkĐeŵiͿ Ŷa PNS a CNS, číŵž vzŶikají tLJpiĐké přízŶakLJ – Ŷeuropatie ;svalová slaďostͿ, aďdoŵiŶálŶí ďolest, zvýšeŶá aktivita sLJŵpatiku a neuropsychické problémy (neklid, hysterie, psychotické stavy). AIP, PV, HCP, ADP II. Základy metabolismu 3 2. CHRONICKÉ – vLJloučené porfyriny – pacienty jsou fotosenzitivní – hrozŶě se jiŵ odlupuje kůže – Ŷeŵůžou zastrčit ruĐe do kapes a. DefektLJ ve vLJššíĐh stupŶíĐh sLJŶtézLJ vedou k hroŵaděŶí porfLJriŶogeŶů, jejiĐhž odžidačŶí produktLJ ;odpovídajíĐí porfLJriŶLJͿ způsoďují fotoseŶzitivitu - reakci s ŵolekulárŶíŵ kLJslíkeŵ za tvorďLJ kLJslíkovýĐh radikálů, které poškozují ďuŶěčŶé orgaŶelLJ včetŶě lLJsosoŵů → doĐhází k uvolŶěŶí lLJsosoŵálŶíĐh eŶzLJŵů, které poškozují světlu vLJstaveŶou kůži ;erLJtéŵ, puĐhýře, jizveŶíͿ. PCT, EPP, CEP; Mezi přízŶakLJ oŶeŵoĐŶěŶí patří také červeŶáŶí až hŶědŶutí zuďů, ŵoči a stolice; ústup dásní. Diagnóza  StaveŶoveŶí porfLJriŶů v tělesŶýĐh tekutiŶáĐh, v ŵoči a ve stoliĐi (specifická fluorescence). PozŶ.: porfyriŶurie a vylučováŶí ALA ŵohou ďýt ale také přízŶakeŵ při otravě oloveŵ (inhibuje ALA-dehydratasu a ferroĐhelatasu), jehož výsledkeŵ je aŶéŵie a Ŷedostatek ATP. Léčďa porfyrií NeŵoĐŶí ďLJ ŵěli dďát Ŷa správŶou životosprávu – dostatek vitaŵiŶů; vLJvarovat se alkoholu, česŶeku ;oďsahuje eŶzLJŵLJ zhoršujíĐí projevLJ porfLJrieͿ, sluŶečŶího světla a UV zářeŶí. K sLJŵptoŵatologiĐké léčďě jsou vLJužíváŶLJ krevní transfúze a vstřikováŶí heŵu. Příkladeŵ : Porfyria cutanea tarda (PCT)  AD dědičŶý defekt uroporfyrinogendekarboxylasy, výskLJt ϭ:Ϯ5 ϬϬϬ ;Ŷejčastější forma).  PorfLJriŶLJ jsou v ŶadďLJtku vLJtvářeŶLJ v játreĐh, hroŵadí se zde, přeŶáší se krevŶíŵ oďěheŵ až do kůže, kde způsoďují fotosenzitivitu, Đož je tLJpiĐký sLJŵptoŵ; po vLJstaveŶí kůže sluŶečŶíŵu zářeŶí se oďjevují tekutiŶou ŶaplŶěŶé rozsáhlé puĐhýře, které se hojí veliĐe poŵalu za vzŶiku jizev a ŵilií ;tečkovitá ďělavá ložiskaͿ. II. Základy metabolismu 4 Odbourávání hemu Lidské erLJtroĐLJtLJ jsou odstraŶěŶLJ z krevŶího oďěhu a degradováŶLJ ve sleziŶě.  BílkoviŶŶá složka heŵogloďiŶu gloďiŶ je hydrolyzována na aminokyseliny  hem je odbourán na bilirubin 1. odštěpeŶíŵ železa a gloďiŶu z ŵolekulLJ heŵogloďiŶu společŶě s otevřeŶíŵ porfLJriŶového kruhu ŵezi pLJroleŵ I a II a uvolŶěŶíŵ CO se vLJtváří liŶeárŶí tetrapLJrol zelený pigment biliverdin 2. redukĐí ĐeŶtrálŶího ŵetheŶLJlového ŵůstku ŵezi pLJroleŵ III a IV v ŵolekule ďiliverdiŶu účiŶkeŵ ďiliverdiŶreduktasLJ se zakoŶčuje přeŵěŶa Ŷa žlutý ďilirubin.  ŶekoŶjugovaŶý ďiliruďiŶ. Je ŶerozpustŶý ve vodě a sŶadŶo proŶiká ŵeŵďráŶaŵi do ďuŶěk, pro které je silŶě todžiĐký. Může se vázat do růzŶýĐh tkáŶí. IŶfiltraĐe tkáŶí, zejŵéŶa ďazálŶíĐh gaŶglií ďiliruďiŶeŵ. Proto je ďiliruďiŶ po uvolŶěŶí z ŵísta svého vzniku do ĐirkulaĐe traŶsportováŶ ve vazďě Ŷa alďuŵiŶ. Vazďa je ŶekovaleŶtŶí. Koŵpledž ďiliruďiŶu s albuminem neproniká hematoencefalickou bariérou na rozdíl od nenavázaného bilirubinu. II. Základy metabolismu 5 3. Krví se ďiliruďiŶ dostává do jater a vstupuje do hepatoĐLJtů, kde je konjugován s kyselinou glukuronovou pomocí UDP-glukosiduronáttransferasy za vzniku ďiliruďiŶŵoŶoglukosiduroŶátů a předevšíŵ ďiliruďiŶdiglukosiduroŶátů.  stává rozpustŶýŵ ve vodě. Pro ozŶačeŶí této forŵLJ ďiliruďiŶu se používá terŵíŶ konjugovaný bilirubin. 4. KoŶjugovaŶý ďiliruďiŶ se dostává do žlučovýĐh kaŶálků a je žlučí vLJlučováŶ do duodena. 5. Ve střevě se po odštěpeŶí zďLJtků kLJseliŶLJ glukuroŶové ďakteriálŶí β-glukuronidasou redukuje na: urobilinogen (bezbarvý); sterkobilinogen (bezbarvý). MŶožství uroďiliŶogeŶu převážŶě vLJlučováŶ stoliĐí, ale ŵůže ďýt vLJloučeŶ ŵočí. AŶalLJtiĐké NevstřeďaŶé uroďiliŶogeŶLJ a sterkoďiliŶogeŶLJ se v tlustéŵ střevě saŵovolŶě odžidují Ŷa: • uroďiliŶ ;hŶědýͿ; • sterkoďiliŶ ;hŶědýͿ, které jsou vLJlučováŶLJ stoliĐí. Poruchy degradace  prehepatální ikterus (hemolytický) – nekonjugovaný bili – ŶovorozeŶeĐká žlouteŶka  posthepatálŶí ikterus ;oďstukčŶíͿ – konjugovaný bili  hepatocelulární (hepatální) - poškozeŶíŵ Ŷeďo dLJsfuŶkĐí hepatoĐLJtů.- oba bili Nálezy v ŵoči:  urobilinogen = prehepatálŶí ikterus, při heŵolLJtiĐké aŶéŵie je velký rozpad krviŶek – vzŶikŶe velké kŶožství ŶekoŶjugovaŶého ďili, játrLJ projde, Đo jde a přeŵěŶí se to Ŷa uroďiliŶogeŶ, který se vLJloučí ŵočí  bilirubin = posthepatálŶí ikterus, ďili játrLJ projde doďře, ale jsou Ŷějak uĐpaŶé žlučové ĐestLJ ;Ŷádor Ŷa kaput paŶkreatiͿ, tzŶ.že se žlučovýŵi kapilárLJ a jaterŶíŵi siŶusLJ vraĐí zpět do krve a vLJloučí se ŵočí. VLJloučí se pouze koŶjugovaŶý, protože nekonjugovaný je vázán na albumin a neprostupuje glomel.bariérou. NovorozeŶeĐká žlouteŶka - je zapříčiŶěŶa zŵěŶou prostředí - plod v děloze získává kLJslík z krve ŵatkLJ, tato krev oďsahuje ŵéŶě kLJslíku a fetální hemoglobin sloužíĐí k dostatečŶéŵu zásoďováŶí plodu kLJslíkeŵ. Po porodu je dítě okLJsličováŶo plíĐeŵi a projevuje se u Ŷěj ŶepotřeďŶé ŵŶožství červeŶýĐh krviŶek, jež se začŶou rozpadat. To Ŷáŵ ŵůže způsoďit prehepatálŶí ikterus. Léčďou je fototerapie. II. Základy metabolismu 6 II. Základy metabolismu 1 32. Významné proteiny krevní plazmy, význam v organismu (albumin, Ig, komplement, proteiny akutní fáze, transportní proteiny) Biosyntéza  většiŶLJ plazŵatiĐkýĐh ďílkoviŶ proďíhá v játrech  ŵeŶší část je sLJŶtetizováŶa Ŷa jiŶýĐh ŵísteĐh, Ŷapř. v lymfocytech (imunoglobuliny) a enterocytech ;Ŷapř. apoprotein B- 48) Odbourávání  v hepatocytech  v mononukleárním fagocytárním systému, kde se degradují převážŶě ďílkoviŶLJ po vLJtvořeŶí koŵpledžů ;Ŷapř. koŵpledž antigen-protilátka IŶtraĐelulárŶě jsou peptidové vazďLJ ďílkoviŶ hLJdrolLJzováŶLJ poŵoĐí proteáz a peptidáz za vzniku aminokyselin. 1. Rozštěpí se peptidová vazba 2. Vznikne AMK Celková koncentrace bílkovin v séru je 65–85 g/l, Đož odpovídá oŶkotiĐkéŵu tlaku ϯ,ϯϯ–3,52 kPa. Významné proteiny krevní plasmy Dělíŵe Ŷa:  albuminy (onkotický tlak krve)  globuliny ;αϭ, αϮ, β, ɶͿ ;traŶsportŶí fĐeͿ  fibrinogeny ;srážeŶí krveͿ KvaŶtitativŶí zastoupeŶí jedŶotlivýĐh tLJpů se určuje elektroforeticky. Funkce plazmatických bílkovin = význam  udržováŶí koloidŶě-osmotického tlaku;  traŶsport důležitýĐh látek ;Ŷapř. hormony, vitaminy, lipidy, bilirubin, léky);  nutričŶí fuŶkĐe;  udržováŶí acidobazické rovnováhy;  hemokoagulace a fibrinolýza;  obranné reakce organismu – humorální imunita: II. Základy metabolismu 2  specifická imunita (imunoglobuliny),  nespecifická imunita ;složkLJ komplementu, bílkoviny akutní fáze). Albumin - 55–65 % na celkové ďílkoviŶě v séru - koncentrace - 40 g/l - syntetizován v játrech a jeho tvorba závisí Ŷa příjŵu aminokyselin AlďuŵiŶ se podílí podstatŶýŵ způsoďeŵ Ŷa udržováŶí onkotického tlaku plazŵLJ → je ve srovŶáŶí s ostatŶíŵi ďílkoviŶaŵi krve poŵěrŶě ŵalý a proto velŵi doďře váže vodu. StěŶa kapilár je pro ďílkoviŶLJ většiŶou ŶepropustŶá, takže alďuŵiŶLJ v krvi udržují vodu a půsoďí ŶasáváŶí vodLJ z tkáŶí do krve. )trátLJ alďuŵiŶů ;Ŷapř. ŵočí při poruĐháĐh ledviŶͿ vedou k přestupu vodLJ do tkáŶí a ke vzniku otoků.  Plní transportní funkce. Transportuje bilirubin, hem, steroidní látky, tyroxin, mastné kLJseliŶLJ, žlučové kLJseliŶLJ, kovLJ, lékLJ a další látkLJ. HorŵoŶLJ, zvláště takové, které je zapotřeďí „udržet“ déle v oďěhu ;Ŷapř. pohlavní hormony a hormony štítŶé žlázLJ). Vazďa těĐhto látek Ŷa alďuŵiŶLJ zaďraňuje jejiĐh rLJĐhléŵu vLJloučeŶí ledvinami a v krvi se tak udržuje jejiĐh stálá hladiŶa.  VLJtváří proteinovou rezervu organismu  Slouží jako zdroj aŵiŶokLJseliŶ - zvláště eseŶĐiálŶíĐh aŵiŶokLJseliŶ pro růzŶé tkáŶě. Stanovení albuminu StaŶoveŶí koŶĐeŶtraĐe alďuŵiŶu v séru patří ŵezi rozšířeŶá ďioĐheŵiĐká vLJšetřeŶí, vhodŶá zejŵéŶa u oŶeŵoĐŶěŶí jater, ledviŶ a hodŶoĐeŶí ŶutričŶího stavu. SŶížeŶí alďuŵiŶu ŵůže doprovázet ĐhroŶiĐké záŶětLJ a zvýšeŶí kataďolisŵu u ŶěkterýĐh ĐhoroďŶýĐh stavů. OstatŶí příčiŶLJ sŶížeŶí Ŷeďo zvýšeŶí koŶĐeŶtraĐe alďuŵiŶu jsou podoďŶé jako u celkové bílkoviny. Princip stanovení albuminu Proč ho staŶovujeŵe?  OŶeŵoĐŶěŶí jater  Ledvin  ChroŶiĐké záŶětLJ ;sŶížeŶýͿ  NutričŶí stav II. Základy metabolismu 3 Ve slaďě kLJseléŵ prostředí se alďuŵiŶ Đhová jako katioŶ. Může reagovat s aŶioŶtovýŵi barvivy a vzniká komplex albumin-barvivo. NavázáŶí ďarviva je provázeŶo zŵěŶou jeho zďarveŶí. K vazďě doĐhází v ŵírŶě kLJseléŵ prostředí za přítoŵŶosti povrĐhově aktivŶíĐh látek.bromkresolový purpur nebo bromkresolová zeleň. RefereŶčŶí rozŵezí: Koncentrace albuminu v séru (S-albumin): 35–53 g/l Pro staŶoveŶí alďuŵiŶu v jiŶýĐh tekutiŶáĐh, Ŷapř. v ŵoči nebo v ŵozkoŵíšŶíŵ ŵoku, se oďvLJkle používají Đitlivější iŵuŶoĐheŵiĐké ŵetodLJ ;Ŷejčastějiimunoturbidimetrie). IG - GLOBULINY A.Imunoglobuliny - jsou speĐifiĐké gloďuliŶLJ krevŶí plazŵLJ s elektroforetiĐkou pohLJďlivostí β–ɶ - Vznikají v plazŵatiĐkýĐh ďuňkáĐh jako huŵorálŶí součást iŵuŶitŶí reakĐe Ŷa určitý antigen Molekula imunoglobulinu ŵá sĐhopŶost speĐifiĐkLJ vázat příslušŶý aŶtigeŶ, proti kteréŵu se vLJtvořila. Po vazďě vzŶiká iŵuŶitŶí koŵpledž. Kroŵě toho iŵuŶogloďuliŶLJ plŶí další fuŶkĐe zahrŶujíĐí Ŷapř. vazďu komplementu, vazbu na neutrofilní leukocyty a makrofágy, aktivaci fagocytózy. IŵuŶogloďuliŶLJ dělíŵe Ŷa ρ tříd 1. IgG 2. IgM 3. IgA 4. IgD 5. IgE )ákladŶí struktura ŵolekulLJ iŵuŶogloďuliŶu je tvořeŶa dvěŵa stejŶýŵi těžkýŵi řetězĐi ;H- řetězĐeͿ, ozŶačovaŶýĐh podle jedŶotlivýĐh tříd ɶ, ʅ, α, ɷ a ɸ, a dvěŵa lehkýŵi řetězĐi ;L- řetězĐeͿ ʃ a ʄ, které jsou pro jedŶotlivé třídLJ společŶé. Každá ŵolekula iŵuŶogloďuliŶu oďsahuje ďuď ʃ Ŷeďo ʄ řetězĐe. Při prvŶí iŶfekĐi ďaktérieŵi či protozoLJ Ŷastupuje v průďěhu Ϯ–ϯ dŶů tvorďa protilátek IgM, která je později ďěheŵ ρ–ϳ dŶů vLJstřídáŶa tvorďou IgG se stejŶou speĐifitou. OpakovaŶá iŶfekĐe způsoďí rLJĐhlé zvýšeŶí hodŶot IgG a ŵalé zvýšeŶí koŶĐeŶtraĐe IgM. B. Komplement = je součást ŶespeĐifiĐké huŵorálŶí iŵuŶitŶí odpovědi. SložkLJ koŵpleŵeŶtu se kaskádovitě aktivují a tíŵ spouštějí iŵuŶitŶí reakĐi  Tvoří jej asi ϯϬ sérovýĐh a ŵeŵďráŶovýĐh proteiŶů, které kooperují mezi sebou a s dalšíŵi iŵuŶitŶíŵi ŵeĐhaŶisŵLJ.  HlavŶíŵi složkaŵi je ε sérovýĐh proteiŶů Cϭ − Cε, dále faktory (B, D, P), inhibitory a inaktivátory ;H, IͿ. VětšiŶa jiĐh je sLJŶtetizováŶa v játrech, ostatní v makrofázích a fibroblastech. II. Základy metabolismu 4 Hlavní funkce komplementu  opsonizace (C3b): komplement se aktivuje po vniknutí bakterie  chemotaxe (C3a, C5a),  prozáŶětlivé fuŶkĐe (C3a, C5a): anafylatoxiny (mediátory záŶětu, způsoďují vazodilataĐi, zvLJšují perŵeaďilitu ĐévŶíĐh stěŶ uvolňováŶíŵ histaminu),  osmotická lýza ;C5ď − C9Ϳ: ĐLJtotodžiĐké půsoďeŶí ŵeŵďraŶolLJtiĐkého koŵpledžu. Edžistují speĐifiĐké reĐeptorLJ pro aktivovaŶé složkLJ Cϯ, Cρ. CR1-receptor se vyskytuje na erytrocytech, slouží pro traŶsport iŵuŶokoŵpledžu do sleziny ze tkání. Imunokomplex aktivuje koŵpleŵeŶt a Ŷaváže se Ŷa reĐeptor B složkLJ a je pak ve sleziŶě odstraŶěŶ. Při poškozeŶí této fuŶkĐe doĐhází k iŵuŶopatologiĐkýŵ stavůŵ. Některé složkLJ koŵpleŵeŶtového sLJstéŵu ŵají výzŶaŵ i při jiŶýĐh dějíĐh. IŵuŶokoŵpledžLJ, obsahující C3dg, stimulují aktivaci lLJŵfoĐLJtů. Imunokomplexy s C3b regulují transport aŶtigeŶů do sleziŶLJ a uzliŶ. Některé koŵpleŵeŶtové reĐeptorLJ slouží jako adhezivní molekuly. Inhibice komplementu inhibuje hemostázu × poraŶěŶí aktivuje oďa sLJstéŵLJ současŶě ;heŵostáza zaďráŶí vŶikáŶí dalšíĐh částí do sLJstéŵuͿ. C. Proteiny akutní fáze UplatŶěŶí proteiŶů: - při lokálním nebo systémovém záŶětu - při trauŵatiĐkéŵ poškozeŶí tkáŶí ;včetŶě stavů po ĐhirurgiĐkýĐh výkoŶeĐhͿ - při nádorovém bujení II. Základy metabolismu 5 )jedŶodušeŶě se dá říĐi, že reakĐi akutŶí fáze vLJvolávají stavLJ, kdLJ doĐhází  k destrukĐi ďuŶěk,  k reverziďilŶíŵu poškozeŶí ďuŶěk a jejich následné reparaci,  k ŵetaďoliĐké aktivaĐi ŶěkterýĐh ďuŶěk ;zejŵéŶa účastŶíĐíĐh se iŵuŶitŶí odpovědiͿ. Při reakĐi akutŶí fáze ŵáŵe proteiŶLJ, jejiĐhž koŶĐeŶtraĐe v plazŵě se ŵěŶí výrazŶě ;víĐe Ŷež o 25 %Ϳ, ozŶačujeŵe jako reaktanty akutní fáze (též proteiny akutní fáze, PAF) Plasmatická koŶĐeŶtraĐe ŶěkterýĐh ďílkoviŶ se zvLJšuje ;tzv. pozitivní reaktanty akutní fázeͿ, jiŶýĐh sŶižuje (negativní reaktanty akutní fáze) Zástupci Imunitní reakci:  C-reaktivní protein,  složkLJ koŵpleŵeŶtu, zejména C3 a C4,  tuŵor ŶeĐrosis faĐtor α ;TNF-αͿ, interleukin 1 (IL-1) a interleukin 6 (IL-6). TraŶsport odpadŶíĐh látek vzŶikajíĐíĐh ďěheŵ záŶětu o hemoglobinu o hemopexinu o sérový amyloid A (SAA). KoagulačŶí faktory a ďílkoviŶy podílejíĐí se Ŷa regeŶeraĐi tkáŶě, Ŷapř.  fibrinogen ČasŶé proteiŶy akutŶí fáze  jsou bílkoviny s velŵi krátkýŵ ďiologiĐkýŵ poločaseŵ  )ŵěŶLJ jejiĐh plazŵatiĐké koŶĐeŶtraĐe jsou patrŶé již za ς–ϭϬ hodiŶ po začátku oŶeŵoĐŶěŶí  Vzestup vrĐholí oďvLJkle v průďěhu druhého a třetího dŶe  HlavŶíŵi představiteli jsou předevšíŵ C-reaktivní protein (CRP) a sérový amyloid A (SAA). Nověji se kliŶiĐké pradži používá prokalcitonin (PCT). C-REAKTIVNÍ PROTEIN - CRP - Plazmatická koncentrace CRP se zvyšuje již za κ hodiŶy po navození reakce akutní fáze a v průďěhu prvŶíĐh dvou dŶů jeho koŶĐeŶtraĐe vzroste i více Ŷež ϭϬϬkrát. - doprovází předevšíŵ akutní bakteriální infekce - ÚspěšŶá aŶtiďiotiĐká terapie se pak projeví rychlým poklesem CRP, naopak při ŶeúspěšŶé léčďě přetrvává zvýšeŶí. - Stanovením CRP lze odhalit riziko pooperačŶí iŶfekĐe. Třetí deŶ po operaĐi ŵá jeho koŶĐeŶtraĐe rLJĐhle klesat k Ŷorŵě. PřetrvávajíĐí zvýšeŶí Ŷeďo jeŶ částečŶý pokles, následovaŶý dalšíŵ zvýšeŶíŵ, ŶazŶačuje přítoŵŶost iŶfekĐe Ŷeďo jiŶé záŶětlivé komplikace. - Mírný vzestup CRP provází i infarkt myokardu. II. Základy metabolismu 6 PROKALCITONIN - 116 aminokyselinách a molekulové hmotnosti 13 000 fyziologicky - tvoří C ďuňkLJ štítŶé žlázLJ - prekurzor hormonu kalcitoninu - při ďakteriálŶíĐh iŶfekĐíĐh jej však začŶou produkovat i další ďuňkLJ, hlavŶě ŵoŶoĐLJtLJ, ŵakrofágLJ a ŶeurokriŶŶí ďuňkLJ, a koŶĐeŶtraĐe této ďílkoviŶLJ v plazŵě prudĐe stoupá. PCT uvolŶěŶý při sepsi ŶeŶí koŶvertováŶ Ŷa kalĐitoŶiŶ. - )výšeŶí lze pozorovat jeŶ při generalizovaných bakteriálních, mykotických a protozoárních infekcích, neobjevuje se u virových infekcí. ProteiŶy akutŶí fáze se středŶí doďou odpovědi jsou proteiŶLJ, jejiĐhž koŶĐeŶtraĐe se ŵěŶí ϭϮ–ϯς hodiŶ po začátku oŶeŵoĐŶěŶí a ŵadžiŵa je dosažeŶo ke koŶĐi prvŶího týdŶe. Patří k Ŷiŵ α 1 -kyselý glykoprotein (orosomukoid), α 1 - antitrypsin, haptoglobin a fibrinogen. Pozdní proteiny akutní fáze jsou zastoupeny složkaŵi koŵpleŵeŶtu Cϯ a Cκ a ceruloplazminem, u ŶiĐhž se zŵěŶLJ rozvíjí až po κΘ–ϳϮ hodiŶáĐh po začátku oŶeŵoĐŶěŶí. Vzestup koŶĐeŶtraĐí je ve srovŶáŶí s oďěŵa předĐhozíŵi skupiŶaŵi proteiŶů ŵéŶě vLJjádřeŶ a vrĐholu dosahují až po ς–7 dnech Negativní reaktanty akutní fáze - ďílkoviŶLJ, jejiĐhž hladiŶLJ se v průďěhu akutŶí zátěže sŶižují - Hlavními zástupci jsou albumin, prealbumin a transferin. Transportní proteiny × přeŶos látek krevŶíŵ oďěheŵ × přeŶos přes ďuŶěčŶou ŵeŵďráŶu × regulují ŵŶožství speĐifiĐkýĐh ŵetaďolitů v orgaŶisŵu × regulují rLJĐhlost ďioĐheŵiĐkýĐh proĐesů PříkladLJ: albumin – transport (bilirubin, Ca, léky) transferin a feritin Fe specifické proteiny hormony, B12 lipoproteiŶLJ Đholesterol, další lipidLJ II. Základy metabolismu 7 StaŶoveŶí proteiŶů Ŷa základě ELFO II. Základy metabolismu 33. METABOLISMUS PYRIMIDINOVÝCH NUKLEOTIDŮ, REGULACE, INHIBITORY, PORUCHY purinové a pirimidinové báze, nukleosidy a nukleotidy náleží k postradatelným složkám potravy, přestože jsou nezbytné pro syntézu nukleových kyselin (NK) – organismus si je však umí vyrobit de novo nebo přeměnou tzv. úspornými cestami Osud NK přijímaných potravou většina buněčných NK je asociována s proteiny ve formě nukleoproteinů nukleoproteiny jsou ve střevě degradovány enzymy pankreatu a kartáčového lemu a pak lysozomovými enzymy protein po uvolnění od nukleové kyseliny je rozštěpen a nukleové kyseliny jsou hydrolizovány pankreatickými a střevními nukleasami = RNAsou a DNasou za vzniku směsi polynukleotidů a oligonukleotidů nukleotidy jsou hydrolizovány nukleotidasami za vzniku nukleosidů a anorganického fosfátu nukleosidy štěpeny nukleosidasami na N-bázi a cukerný fosfát hepatocyty (i další tkáně) štěpí nukleosidy fosforylýzou pomocí purinových a pyrimidinových nukleosidfosforylas za vzniku N-báze a ribosa-1-P nuklosidy a volné báze jsou bud reutilizovány nebo degradovány na kyselinu močovou (puriny) nebo na β-aminoiso-butyrát, NH 3 a CO 2 (pirimidiny) Metabolismus nukleotidů 1. biosyntéza de novo 2. úsporné dráhy, které zajišťují recyklaci již jednou vytvořených N-bází i nukleosidů 3. katabolické dráhy pro degradaci nukleotidových přebytků a vylučování degradačních produktů 4. dráhy pro konverzi ribonukleotidů na deoxyribonukleotid, poskytují prekurzory pro syntézu DNA 1 II. Základy metabolismu biosyntéze de novo a úsporné dráhy vyžadují aktivovaný cukerný intermediát α-D-5-fosforybosil-1-pyrofosfát (PRPP) PRPP vzniká z ribosa-5-P a ATP za účasti enzymu PRPP-synthetasy a přestavuje první krok purinových nukleotidů de novo METABOLISMUS PIRIMIDINŮ Biosyntéza pyrimidinových nukleotidů de novo pyrimidinové nukleotidy se podobně jako purinové syntetizují rovnou ve formě nukleotidů na rozdíl od purinových nukleotidů se však nejprve se syntetizuje pyrimidinový kruh a teprve potom ribosa- 5-P a je poměrně jednodušší na syntéze se podílí: - 2 aminokyseliny = glutamin, asparát - CO2/HCO3 má několik společných prekursorů s biosyntézou purinových nukleotidů: PRPP, glutamin, aspartát, CO 2 , a pro syntézu thyminových nukleotidů ještě deriváty tetrahydrofolátu kroky 1) začátek: z glutaminu, ATP a CO 2 se vytvoří karbamoylfosfát - reakce je katalysována cytosolovou karbamoylfosfátsynthasou (enzymem odlišným od mitochondriální karbamoylfosfátsynthasy, která funguje při syntéze močoviny) → jde o silně endergonní reakci spotřebovávající ATP 2 II. Základy metabolismu 2) kondensací karbamoylfosfátu s aspartátem vznikne karbamoylaspartát - reakci katalysuje aspartátkarbamoyltransferasa 3) dihydroorotasa odejmutím vody uzavře pyrimidinový kruh → vytvoří se: dihydroorotová kyselina 4) odejmutím H atomů z C 5 a C 6 pomocí NAD + vznikne dvojná vazba a metabolit se změní na kyselinu orotovou - reakci katalysuje mitochondriální dihydroorotátdehydrogenasa (všechny ostatní enzymy biosyntézy pyrimidinů jsou v cytosolu) 5) přenosem ribosafosfátu z PRPP vznikne orotidinmonofosfát (OMP) - reakci katalysuje orotátfosforibosyltransferasa - tvorba β-N-glykosidové vazby, pyrimidinový kruh je tedy fosforibosylován až v této předposlední reakci syntézy UMP 6) dekarboxylací orotidylátu vznikne uridinmonofosfát (UMP), první skutečný pyrimidinový nukleotid 7) a 8) v reakcích analogických fosforylacím purinových nukleosidmonofosfátů se přenosem fosfátu z ATP získá UDP a UTP 9) UTP je glutaminem za přispění ATP aminován na CTP 10) k redukci ribonukleosiddifosfátů (NDP) na odpovídající dNDP je využito reakcí analogických s reakcemi syntézy purinových nukleotidů 11) dUMP může přijmout fosfát z ATP za vzniku dUTP, eventuelně je dUDP defosforylován na dUMP = substrát pro syntézu TMP (thymidinmonofosfát) 12) methylací dUMP na C-5 se pomocí N 5 ,N 10 -methylentetrahydrolistové kyseliny vytvoří thymidinmonofosfát (TMP) - reakci katalysuje thymidylátsynthasa Inhibice: a.methotrexát blokuje redukci dihydrofolátu reakce 12 je jediná reakce syntézy pyrimidinových nukleotidů, která vyžaduje derivát kys. tetrahydrolistové → během této transferasové reakce je methylenová skupina na N 5 ,N 10 -methylen-THF redukována na methyl a tetrahydrofolátový nosič je oxidován na dihydrofolát → aby se mohl účastnit dalšího přenosu, musí být dihydrofolát redukován na tetrahydrofolát v reakci katalysované dihydrofolátreduktasou → dělící se buňky (potřebují syntetizovat TMP a regenerovat tetrahydrofolát) jsou následkem toho obzvláště citlivé na INHIBICI DIHYDROFOLÁTREDUKTASY - takový inhibitor je protinádorový lék methotrexát a.leflunomid je specifický inhibitor dihydroorotasy leflunomid = N- (4 ́- trifluoromethylfenyl)-5-methylisoxazole-4-karboxamid) → antiflogický a imunosupresivní účinek v důsledku potlačení aktivity lymfocytů, způsobené inhibicí syntézy RNA i DNA- používá se k léčbě revmatoidní a psoriatické artritidy a.inhibitor biosyntézy dNTP (ribonukleotidreduktasy): hydroxyurea, chelatační činidla - vychytávají Fe 2+ /Fe 3+ Regulace biosyntézy pyrimidinových nukleotidů → řízena je exprese enzymových genů i aktivita enzymů první dva enzymy biosyntézy jsou cílem allosterické regulace první tři a poslední dva enzymy jsou řízeny na úrovni genomu - koordinovanou represí a derepresí 3 II. Základy metabolismu karbamoylfosfátsynthasa je inhibována UTP a purinovými nukleotidy x aktivována PRPP aspartátkarbamoyltransferasa je inhibována CTP x aktivována ATP (klasický př. allosterické regulace) → biosyntéza purinových a pyrimidinových nukleotidů je koordinována regulačními procesy ke každému molu pyrimidinů je syntetizován jeden mol purinů → vzájemná regulace obou procesů biosyntéza purinů a pyrimidinů je charakterizována několika křížovými regulacemi klíčovou reakcí je reakce PRPP-synthetasy (ribosafosfátpyrofosfokinasy) - poskytuje důležitý prekursor pro oba procesy, enzym je cílem zpětnovazebné inhibice jak purinovými, tak pyrimidinovými nukleotidy a aktivován je molekulou PRPP Úsporná syntéza pyrimidinových nukleotidů – recyklace jako u purinů, tak i u pirimidinů mohou být recyklovány volné pyrimidinové báze získané z degradovaných NK nebo z potravy katalyzováno pyrimidinovými PRPP-transferasami nejdůležitější uracylfosforibosyltransferasa (UPRTasa) převádí uracil na UMP, pak se z něj tvoří CTP, ale také dTTP 4 II. Základy metabolismu další reakcí je konverze nukleosidu thymidinu na dTMP, katalyzuje thymidinkinasa za účasti ATP využití cytidinu pro syntézu thyminu, resp. Dttp umožňuje cytidindeaminasa, která konvertuje Cyd na Ura, resp. dCyd na dUra Katabolismus pyrimidinů •Vznikají ve vodě rozpustné produkty = na rozdíl od špatně rozpustných katabolitů purinů jsou konečné produkty degradace pyrimidinů velmi dobře rozpustné (CO 2 , NH 3 , β-alanin, β-aminoisobutyrát). •Živočišné buňky degradují pyrimidinové nukleotidy na jejich báze. Reakce probíhají přes defosforylace, deaminace a štěpení glykosidových vazeb. Vznikající uracil a thymin jsou dále štěpeny v játrech redukčně, na rozdíl od purinových bází (oxidace). •Konečnými produkty jsou b-alanin a b-aminoisobutyrát. •Obě sloučeniny jsou dále převáděny transaminací a aktivací na malonyl-CoA a methylmalonyl-CoA. •Malonyl-CoA je prekurzor biosyntézy mastných kyselin a methylmalonyl-CoA je převeden na meziprodukt citrátového cyklu sukcinyl-CoA. •Závěr: produkty degradace pyrimidinových nukleotidů přispívají k energetickému metabolismu buňky. Poruchy •orotová acidurie je způsobená neschopností těžce poškozených mitochondrií využívat karbamoylfosfát = ten je pak v cytosolu k dispozici a dojde k nadměrné syntéze kys. orotové → deficit orotátfosforibosyltransferasy spolu s defektem orotidylátdekarboxylasy vede k orotové acidurii I.typu → defekt orotidylátdekarboxylasy způsobí vzácnější orotovou acidurii II.typu •oba typy acidurie léčitelné perorálně podaným uridinem (-pyrimidinový nukleosid) 5 II. Základy metabolismu •u pacientů I.typu se touto léčbou silně ↑ aktivita aspartátkarbamoyltransferasy a aktivita dihydroorotasy vrátí k normě •některé léky mohou orotovou acidurii vyvolat OROTOVÁ ACIDURIE I. TYPU - defektní enzym: orotátfosforibosyltransferasa a orotidylátdekarboxylasa - popis poruchy: orotová krystalurie, zaostávání ve vývoji, megaloblastická anemie, imunodeficience, úprava po uridinu per os - dědičnost: autosomálně recesivní OROTOVÁ ACIDURIE II.TYPU - defektní enzym: orotidylátdekarboxylasa - popis poruchy: orotidinurie a orotová acidurie, megaloblastická anemie, úprava po uridinu per os - dědičnost: autosomálně recesivní DEFICIT ORNITHINKARBAMOYLTRANSFERASY - defektní enzym: ornithinkarbamoyltransferasa - popis poruchy: proteinová intolerance, jaterní encefalopatie a mírná orotová acidurie - dědičnost: X-vázaná, recesivní 6 II. Základy metabolismu 34. METABOLISMUS PURINOVÝCH NUKLEOTIDŮ, REGULACE, INHIBITORY, PORUCHY purinové a pirimidinové báze, nukleosidy a nukleotidy náleží k postradatelným složkám potravy, přestože jsou nezbytné pro syntézu nukleových kyselin (NK) – organismus si je však umí vyrobit de novo nebo přeměnou tzv. úspornými cestami Osud NK přijímaných potravou většina buněčných NK je asociována s proteiny ve formě nukleoproteinů nukleoproteiny jsou ve střevě degradovány enzymy pankreatu a kartáčového lemu a pak lysozomovými enzymy protein po uvolnění od nukleové kyseliny je rozštěpen a nukleové kyseliny jsou hydrolizovány pankreatickými a střevními nukleasami = RNAsou a DNasou za vzniku směsi polynukleotidů a oligonukleotidů nukleotidy jsou hydrolizovány nukleotidasami za vzniku nukleosidů a anorganického fosfátu nukleosidy štěpeny nukleosidasami na N-bázi a cukerný fosfát hepatocyty (i další tkáně) štěpí nukleosidy fosforylýzou pomocí purinových a pyrimidinových nukleosidfosforylas za vzniku N-báze a ribosa-1-P nuklosidy a volné báze jsou bud reutilizovány nebo degradovány na kyselinu močovou (puriny) nebo na β-aminoiso-butyrát, NH 3 a CO 2 (pirimidiny) Metabolismus nukleotidů 1. biosyntéza de novo 2. úsporné dráhy, které zajišťují recyklaci již jednou vytvořených N-bází i nukleosidů 3. katabolické dráhy pro degradaci nukleotidových přebytků a vylučování degradačních produktů 4. dráhy pro konverzi ribonukleotidů na deoxyribonukleotid, poskytují prekurzory pro syntézu DNA biosyntéze de novo a úsporné dráhy vyžadují aktivovaný cukerný intermediát α-D-5-fosforybosil-1- pyrofosfát (PRPP) 1 II. Základy metabolismu PRPP vzniká z ribosa-5-P a ATP za účasti enzymu PRPP-synthetasy a přestavuje první krok purinových nukleotidů de novo 2 II. Základy metabolismu  METABOLISMUS PURINŮ Biosyntéza purinových nukleotidů de novo v cytosolu hepatocytů na biosyntéze purinového kruhu se podílejí: - 3 aminokyseliny = glutamin, glycin, asparát - a dále CO2/HCO3 syntéza vychází z ribosa-5 ́ -fosfátu, ten se specifickou kinasou fosforyluje na 5 ́- fosforibosyl-1 ́-difosfát (PRPP) sled reakcí od C1 ́ ribosy se postupně přistavují části struktury purinu a na něj navěšené substituenty - vždy jeden uhlík či dusík Pomocí 11 kroků nejprve vzniká pětičlenný imidazol, pak dochází k tvorbě inosinmonofosfátu (IMP): 1.tvorba PRPP 2.syntéza β 5-fosforibosyl-1-aminu = vestavba N9 přenos amidové skupiny z glutaminu na PRPP za vzniku 5-fosforibosyl-1-aminu enzymem PRPP-amidotransferasou = jde o klíčový regulační enzym syntetické dráhy purinů zdrojem energie je makroergní difosfát PRPP tento krok lze blokovat antagonisty glutaminu, které mají cytostatické a imunosupresivní účinky 3.reakce s glycinem – tvorba glycinamidu 4.reakce s tetrohydrofolátem nesoucím formyl = formylace – vznik formylglycinamidu 5.tvorba formylglycinamidinu - z glycinu se předá dusík 6.cyklizace = vznik imidazolového kruhu 7.připojení CO 2 karboxylací s využitím karboxybiotinu – vznik budoucí C6 8.– 9. dusík z aspartátu na N1 – rce je dvojstupňová 10. vzniká C2-formyl nesený tetrahydrofolátem 11. úplné uzavření heterocyklu = cyklizace za vzniku IMP 3 II. Základy metabolismu rce 1, 3, 5, 6 – je zapotřebí ATP na biosyntéze purinových nukleotidů se podílejí multienzymové komplexy – 11 enzymových reakcí vzniklý IMP obsahuje jako bázi hypoxanthin z IMP pak následně vzniká GMP nebo AMP během 11 reakcí se vytvoří: na vytvoření 1 mol IMP se spotřebují 20 mol glutaminu, 1 mol glycinu, resp. serinu, 1 mol asparátu a energie ze 6 mol ATP Bosyntéza AMP a GMP prekurzorem pro AMP nebo GMP je IMP IMP obsahuje hypoxanthin IMP se v bb nehromadí, ale přeměňuje se ve dvou reakcích na AMP a GMP na AMP se využívá energie z GTP, pro GMP je zdrojem energie ATP a.tvorba AMP je dvoukroková reakční sekvence 1. adenylosukcinátsynthethasa přeměňuje IMP na adenylosukcinát 2. adenylosukcinátlyasa odštěpuje fumarát a vzniká AMP a.syntéza GMP je také dvoukroková reakce 4 II. Základy metabolismu 1. z IMP vzniká xanthosinfosfát pomocí enzymu IMP-dehydrogenasy 1 – za účasti NAD a H2O, dochází k oxidaci 2. GMP-synthasa vymění oxoskupinu za NH2 a vzniká GMP Přeměna AMP na ATP a přeměna GMP na GTP nukleosidmonofosfáty se mohou zapojit do syntézy NK pouze jako nukleosidtrifosfáty nejprve dojde k fosforylaci nukleosidmonofasfátu za účasti ATP na nukleosiddisfosfáty pomocí kinas (AMP- a GMP-kinasy) pak se získává ATP konverzí ADP na ATP oxidativní fosforylací v mitochondriích nakonec se nukleosiddifosfát pomocí nukleosiddifosfátkinasou mění na nukleosidtrifosfát Regulace biosyntézy •dvě hladiny regulace: A) Rychlost tvorby IMP je nezávislá, ale synergicky kontrolována hladinou adeninových a guaninových nukleotidů. Vysoká hladina nukleotidů inhibuje syntézu IMP. B) Místo regulace je krok následující po syntéze IMP. Rychlost syntézy GTP se zvyšuje s koncentrací [ATP], zatímco rychlost syntézy AMP s rostoucí koncentrací [GTP]. Usporné dráhy syntézy purinových nukleotidů (salvage pathways) syntéza purinových nukleotidů již z předem vytvořených purinových bází a nukleosidů volné purinové báze – adenin, guanin a hypoxanthin – mohou být konvertovány přímo na příslušné nukleotidy fosforibosylací za účasti PRPP zajišťují PRPP-transferasy: adenosinfosforibosyltransferasa a hypoxanthin guaninfosforibosyltransferasa 5 adenin guanin ↓ ↓ hypoxanthin xanthin kyselina močová (1 oxoskupina) (2 oxoskupiny) (3 oxoskupiny) II. Základy metabolismu Katabolismus purinových nukleotidů Většina potravy obsahuje nukleové kyseliny. Nukleové kyseliny jsou intaktní ke kyselému prostředí žaludku a jsou odbourávány až v tenkém střevě pankreatickými nukleasami a střevními fosfodiesterasami. Iontová povaha nukleotidů jim nedovoluje procházet přes buněčné membrány a proto jsou hydrolyzovány na nukleosidy. Nukleosidy jsou ve střevní stěně hydrolyzovány nukleosidasami a nukleosidfosforylasami: Nukleosidasa: Nukleosid + H 2 O  báze + ribosa Nukleosidfosforylasa: Nukleosid + P i  báze + ribosa-5-fosfát Z potravy je recyklováno jen velmi malé množství bází nukleových kyselin – musí probíhat biosyntéza de novo. Ribosa-1-fosfát jako produkt purinnukleosidfosforylasy (PNP) je prekurzorem PRPP. Adenosin a deoxyadenosin nejsou štěpeny savčí PNP. Jsou deaminovány adenosindeaminasou (ADA) a AMP deaminasou na odpovídající deriváty inosinu, které jsou dále degradovány. enzym: xanthinoxidasa (převádí hypoxanthin na xanthin a ten na kys.močovou) nukleotid může být nejprve deaminován a pak defosforylován nebo nejprve defosforylován a pak deaminován 6 II. Základy metabolismu u člověka – koncový produkt: kyselina močová (u většiny savců se dále štěpí urikasou – allantoin) Poruchy purinového metabolismu Dna: Dna je běžný typ artritidy, ke kterému dochází, pokud se příliš velké množství kyseliny močové usazuje ve tkáních.  Organizmus lidí trpících dnou neprodukuje dostatečné množství trávicího enzymu urikázy, který oxiduje relativně nerozpustnou kyselinu močovou na vysoce rozpustnou látku.  V důsledku tohoto nedostatku dochází k hromadění kyseliny močové v krvi a tkáních, kde nakonec krystalizuje. Při krystalizaci na sebe kyselina močová bere tvar jehličkovitých krystalů, které jako skutečné jehly pronikají do kloubů. Lesch Nyhanův syndrom: hyperurikémie z nadprodukce urátu, močové kameny, bizarní automutilace deficit hypoxanhin-guaninfosforibosyltransferasy zvýší se PRPP – nadprodukce purinů Gierkeho choroba: deficit Glc-6-fosfatasy, nadprodukce ribosa-5-fosfátu průvodná laktátová acidóza navíc zvyšuje práh ledvin pro urát-zvedá tak hladinu urátů Hypourikémie: deficit xanthinoxidasy Deficit adenosindeaminasy: těžká kombinovaná imunodeficience (Nadbytek deoxyadenosinu v lymfocytech vede k hromadění dATP, který inhibuje ribonukleotidreduktázu, zásadní enzym pro syntézu DNA, která má během vývoje a diferenciace lymfocytů vysokou aktivitu. Nedávno bylo uvedeno, že dATP vyvolává apoptózu T buněk thymu. Navíc bylo zjištěno, že deoxyadenin inaktivuje S-adenosylhomocysteinhydrolázu, enzym, který zasahuje do přenosu metylu, ale není známo, jak to postihuje funkci lymfocytů.) Deficit purinnukleosidfosforylasy: těžká deficience T-lymfocytů, B-lymfocyty-normální 7 Vypracované otázky do biochemie Vypracovali: Lucie Kříbalová, kruh 2009 Lucie Lorencová, kruh 2009 Marianne Vejsová, kruh 2009 Kristýna Kožnarová, kruh 2010 Veronika Roubíčková, kruh 2001 Andrea Weisfeitová, kruh 2001 III. Základy biochemie orgánů a funkcí 1. REGULACE A KOORDINACE METABOLISMU SACHARIDŮ A OSTNÍCH ŽIVIN energetický metabolismus musí pracovat jinak po příjmu potravin, když se metabolity ukládají a jinak mezi jídly, když se živiny ze zásob uvolňují aktivita enzymů je řízena mnoho způsoby -řízení syntézy enzymového proteinu vedoucí ke změně jeho koncentrace -alosterická regulace enzymu, při které se ligand naváže na specifické místo enzymu, vazba ligandu změní konformaci a tím i jeho aktivitu = vnitřní regulace -další změna je způsobena kovalentní modifikací a, nejčastěji fosforylací některé AK (nejčastěji seronin, threonin) = zevní regulace interakce hormonů se specifickým receptorem odstartuje sérii interakcí a syntéz celé kaskády signálních molekul (signální cestu) důležitou úlohu mezi signálními molekulami mají tzv. sekundární poslové (cAMP) -cAMP je stimulátem signálních molekul zvaných proteinkinasy, ty přenášejí fosfát z ATP na hydroxylovou skupinu AK serinu, threoninu či tyrosinu a tím mění jeho konformaci a následkem i změna katalytické vlastnosti -každý signál musí být odvolatelný METABOLISMUS SACHARIDŮ Řízení metabolismu glykogenu řízen změnou aktivity fosforylasy a glykogensynthasy největší zásoby glykogenu ve svalu a v játrech – funkce je v obou orgánech odlišná -glykogen ve svalech je pro tvorbu ATP nutného pro kontrakci svalu -v játrech je ATP pro celý organismus Řízení svalové fosforylasy při intenzivní práci, při spotřebě energie je svalová fosforylasa aktivována necyklickým AMP v klidu je naopak inhibována účinkem ATP, inhibuje ji i G-6-P regulována i účinkem hormonů -v klidu je fosforylasa v neaktivované formě b, účinkem fosforylasakinasy se aktivuje na svou aktivní formu a -spuštěno adrenalinem – váže se na receptor a pak se může navázat na G- protein, ten vyvolává aktivizaci adenylátcyklásy, ta zvyšuje koncentraci cAMP (druhý posel) – ten aktivuje proteinkinasu a ta fosforyluje fosforylasakinasu 2 III. Základy biochemie orgánů a funkcí -po odeznění adrenalinové stimulace se cAMP rozloží cAMP- fosfodiesterasou a aktivace fosforylasy se zruší fosfoproteinfosfatasou I rozklad glykogenu je také řízen vápenatými ionty Řízení glykogenu v játrech v játrech se G-6-P měni hlavně na volnou glukosu, zajišťuje glukosa-6- fosfatasa ve stresu reagují játra na adrenalin stejně, jako je tomu ve svalech kromě adrenalinovým receptorů mají hepatocty ještě receptory pro glukagon – stejná proteinkinásová cesta s cAMP jaterní fosforylasa se od svalové liší tím, že je stimulována glukosou a ne AMP -vysoká glykemie inhibuje rozklad glykogenu Řízení glykogensynthasy aktivace signální cesty – proteinkinasy fosforyluje nejen fosforylasa ale i glykogensynthasa -fosforylace fosforylasu aktivuje -fosforylovaná glykogensynthasa ji inhibuje Řízení glykolýzy a glukoneogenze Allosterické řízení energetický stav buňky podmiňuje hladina AMP a ATP, další významné allosterické efektory jsou citrát a acetyl-CoA prvním místem řízení je substrátový cyklus (hexokinasa, fpsfofruktokinasa i piruvatkinasa) katalyzovaný fosfofruktokinasou (PFK1) a fruktosa-1,6- bisfosfatasou (F-1,6-bisP) -AMP stimuluje PFK1 = glykolýzu inhibuje F-1,6-bisP = glukoneogenezi -ATP inhybuje glykolýzu -citrát inhibuje PFK = glykolýzu Zevní řízení řízeno glukagonem a adrenalinem – odlišné v játrech a ve svalu pomocí cAMP – snižuje hladinu F-1,6-bisP a tím zpomaluje glykolýzu a urychluje glukoneogenzi -glukagon při hladovění a adrenalin ve stresu zvyšují hladinu cAMP a fosforylaci – inhibují tak glykolýzu a současně stimulují glukoneogenezi a. v játrech – v játrech oba tyto hormony působí prostřednictvým cAMP 1) stimulují rozklad glykogenu a glukoneogenezi 2) inhibují glykolýzu a. ve svalu – zde aderenalin přes cAMP aktivuje rozklad glykogenu ale nesmí inhibovat glykolýzu (neboť sval potřebuje při činnosti tvořit ATP) METABOLISMUS OSTATNÍCH ŽIVIN Regulace citrátového cyklu 3 III. Základy biochemie orgánů a funkcí Reakce citrátového cyklu jsou aktivovány při ↓ATP/AMP a inhibovány při ↑NADH+H+/NAD+, což podřizuje citrátový cyklus dýchacímu řetězci. Kromě toho hraje roli dostupnost substrátů: AcCoA a oxaloacetátu (OAA). Hlavními regulačními enzymy jsou: -citrátsyntháza – řízena dostupností AcCoA a OAA [1] ; -isocitrátdehydrogenáza a α-ketoglutarátdehydrogenáza – řízené poměrem ATP/AMP a NADH+H+/NAD+. Protože citrátsyntháza je závislá na dostupnosti substrátu, je regulace přesunuta na malátdehydrogenázu (pod respirační kontrolou) a pyruvátkarboxylázu (či β-oxidaci). Také další reakce citrátového cyklu mohou být regulovány, enzym akonitázu blokuje jedovatý fluoracetát, malonát inhibuje sukcinátdehydrogenázu. Regulace pyruvátdehydrogenázy PDH katalyzuje nevratnou oxidativní dekarboxylaci pyruvátu na AcCoA. Je: -inhibována – ↑NADH + H + /NAD + , ↑ATP/AMP, aby nebylo pyruvátem plýtváno, není-li třeba vyrábět energii. Je inhibována také svým produktem, AcCoA, což má upřednostnit jiné zdroje energie před glukózou; -aktivována defosforylací způsobenou insulinem po jídle; -inhibována fosforylací – glukagon → ↑cAMP → proteinkináza A. Regulace lipolýzy, β-oxidace, ketogeneze Hormon-senzitivní lipáza je aktivována glukagonem a katecholaminy (přes cAMP) a inhibována insulinem. Rychlost β-oxidace je v prvé řadě závislá na rychlosti přenosu FFA do mitochondrie. Tento přenos zajišťuje karnitin-acyl transferáza 1, která je inhibována malonyl-CoA (meziprodukt syntézy mastných kyselin). Regulace ketogeneze je podřízena zejména dostupnosti substrátů a tedy předchozí dvěma pochodům. Rovněž závisí na spotřebě AcCoA hepatocytem. Regulace syntézy mastných kyselin Hlavním regulačním enzymem je AcCoA-karboxyláza (AcCoA → malonyl-CoA). Je: -aktivována citrátem – za dobrého energetického stavu buňky uniká citrát z mitochondrie a aktivuje tvorbu mastných kyselin. Zároveň inhibuje glykolýzu (viz výše), což vede k využití glukózy v pentózovém cyklu a tvorbě redukovaných koenzymů NADPH+H+, které jsou rovněž v syntéze potřeba. Kromě toho je citrát sám o sobě zdrojem AcCoA; -inhibována palmitoyl-CoA – zpomaluje syntézu mastných kyselin, pokud nestíhají být esterifikována na TAG; -aktivována insulinem, deaktivována glukagonem a katecholaminy; -indukována je nízkotučnou, energeticky bohatou, vysoko sacharidovou dietou. 4 III. Základy biochemie orgánů a funkcí Komplex syntézy mastných kyselin je regulován spíše dlouhodobě, především dietou. Regulace syntézy TAG Syntéza TAG závisí především na dostupnosti acyl-CoA. Tak je buď podřízena syntéze mastných kyselin, nebo jejich přívodu z oběhu. Lipoproteinová lipáza uvolňuje v tukové tkáni mastné kyseliny z lipoproteinů, je aktivována insulinem a apoproteinem Apo-CII. 5 III. Základy biochemie orgánů a funkcí 3. METABOLISMUS TUKOVÉ TKÁNĚ Lipidy lipidy v buňkách buď jako kapky triacylglycerolů (TAG) v adipocytech, nebo jsou transportovány na proteinech jako lipoproteiny významným zdrojem energie ve formě mastných kyselin a mají i významné biologické funkce (steroidní hormony, v tucích rozpustné vitaminy) Tuková tkáň je to specializovaná pojivová tkáň, tvořená adipocyty v kolagenové síti s množstvím krevních kapilár je obsah tuku v těle neobézních jedinců: ženy 25%, muži 20% tukovou tkáň můžeme dělit na: 1. HNĚDOU TUKOVOU TKÁŇ -vyskytuje se u novorozenců, hlavně mezi lopatkami -v adipocytech: velký počet mitochondrií, malá aktivita ATP-asy, modifikovaný dýchací řetězec – výsledkem je zvýšená produkce tepla 1.BÍLOU TUKOVOU TKÁŇ -složky tukové tkáně: TAG (60-85%) Cholesterol MK- převládají nasycené Bílkoviny (2-3%) H₂0 TRÁVENÍ, RESORPCE, TRANSPORT A UTILIZACE LIPIDŮ POTRAVY Trávení lipidů denně člověk přijme cca 70 -150 g lipidů v potravě, z 90 % ve formě tiacylglecerolů, zbytek cholesterol, jeho estery, glycerolfosfolipidy, sfingolipidy a volné (neesterifikované) mastné kyseliny základním produktem trávení lipidů v tenkém střevě (hlavně v duodenu) jsou 2-monoacylglyceroly, volné mastné kyseliny a cholesterol trávení tuků začíná již v dutině ústní – sublinguální lipasa, následuje trávení lipidů v žaludku lipasou žaludeční -trávení je omezené, neboť triacylglyceroly nejsou emulgované a lipasa muže působit pouze na ty lipidy, které jsou na rozhraní vodné a lipidové fáze 1 III. Základy biochemie orgánů a funkcí -v žaludku působící žaludeční lipasa, jejíž pH optimum je asi 7 má tedy účinnost velmi omezenou = proto tyto dvě lipasy nehrajou významnou úlohu v trávení lipidů, to začíná prakticky až v duodenu trávení lipidů v duodenu – je nezbytná jejich emulgace vlivem žlučových kyselin, ty zvětší povrch hydrofobních částic a umožní tak jejich kontakt s hydrolytickými enzymy: a.pankreatická lipasa – štěpí triacylglyceroly, jejichž molekuly jsou příliš velké a nemohou být transportovány přímo do střevních buněk -produktem této hydrolýzy jsou 2 – monoacylglyceroly a volné mstané kyseliny -pro činnost pankreatické lipasy je nezbytná kolipasa, secernována také pankreatem, umožňuje zachycení pankreatické lipasy na rozhraní vodné a lipidové fáze a.pankreatická cholesterylesterhydrolasa – hydrolyzuje cholesterol z potravy na volný cholesterol a volné mastné kyseliny b.fosfolipasa A2 – štěpí fosfolipidy trávení lipidů je regulováno: a.cholecistikininem = peptidovým hormonem produkovaným bb mukosy duodena a jejuna – pusobí na sekreci žluči i na exokrinní bb pankreatu, reguluje množství tráveniny přicházejícího do duodena b.dalším hormonem je sekretin = zvyšuje množství pankreatické šťávy a hydrogen uhličitanu – vytváří optimální pH střev pro působení enzymů Resorpce lipidů bb střevní mukosy základním produktem trávení lipidů v tenkém střevě jsou 2 – monoacylglyceroly, volné mastné kyseliny a cholesterol - spolu se žlučovýmy kyselinami vytvářejí micely, tak že jejich hydrofobní část je uvnitř a povrch je obklopen hydrofilními částmi - micely jsou rozpustné v hydrofilním prostředí střevního lumen a jsou resorbovány kartáčovým lemem střevních bb - mastné kyseliny s krátkým řetězcem nepotřebují být ve formě micelů, ale vstřebávají se přímo po resorbci jsou volné mastné kyseliny ve střevních bb aktivovány a v přítomnosti ATP, CoA a enzymu acetyl-CoA synthasy vytvářejí acetyl-CoA takto aktivované mastné kyseliny vytvářejí spolu s 2 – monoacylglycerolem opět triacylgylceroly = zajišťuje acyl-CoA transferasa, a pak transportovány ze střevních bb do portální cirkulace acyltransferasy jsou také odpovědné za acylaci lysofosfolipidů a cholesterolu = tedy za tvorbu fosfolipidů a estrů cholesterolu triacylglyceroly a estery cholesterolu jsou hydrofobní substance a proto se obklopují amfipatickými lipidy (cholesterol, fosfolipidy) a vytvářejí základ 2 III. Základy biochemie orgánů a funkcí transportní částice chilomikra - ta na svém povrchu nese ještě specifické proteiny chilomikra jsou exocitosou transportovány do limfatického oběhu a pak do krevního oběhu Transport lipidů transport lipidů v krvi je prováděn pomocí lipoproteinů - viz otázka Transport lipidů Utilizace (zužitkování) MK dochází k jejich oxidaci – odbourávání MK, nasleduje jejich využití v Citrátovém cyklu jako zdroj energie nebo znovu využity pro syntézu MK - viz otázka Oxidace MK Metabolismus tukové tkáně: Skladování MK ve formě TAG MK jsou pro další použití skladovány ve formě TAG ve všech buňkách organismu, nejvíce však v adipocytech tukové tkáně TAG mají největší podíl na množství lipidů v tukových zásobách organismu - TAG z molekuly glycerolu, která je esterifikována mastnými kyselinami, - prekurzorem pro tvorbu TAG je glycerol-3-fosfát -TAG skladované v tukové tkáni, kde probíhá jejich neustálá syntéza (reesterifikace) a lipolýza (odbourávání = hydrolýza) a. syntéze TAG prekurzorem pro TAG je glycerol-3-fosfát v tukové tkání není přítomna glycerolkináza, to znamená, že k syntéze TAG se zde nevyužívá glycerol z rozštěpených TAG, ale zdrojem glycerol-3-fosfátu se 3 III. Základy biochemie orgánů a funkcí tak stane dihydroxyacetonfosfát, meziprodukt glykolýzy = syntéza TAG se tak odehrává při vysokých koncentracích GLUKOSY -normaálně pro tvorbu TAG je glycerol aktivován fosforylací v pozici 3 glycerolkinasou za vzniku glycerol-3-fosfátu X -v tukové tkáni je glycerol-3-fosfát redukován glycerol-3- fosfátdehydrogenásou s koenzymem NADH + H na glycerol-3-fosfát -volné hydroxylové skupiny v poloze 1 a 2 jsou esterifikovány MK pomocí acyl-CoA-transferas → vzniká kyselina fosfatidová (1,2-diacylglycerol-3- fosfát) -následně je odstraněn fosfát z polohy 3 fosfatasou → vzniká 1,2- diacylglycerol, který je esterifikován v poloze 3 pomocí acyltransferas a vzniká TAG b. lipolýza TAG 4 III. Základy biochemie orgánů a funkcí v tukové tkáni zcela řízená hormonsenzitivní lipasou, ketrá uvolňuje MK a glycerol glycerol nemůže být dále v tukové tkáni metabolizován, difunduje do krve a je transportován do tkání s aktivní glycerolkinasou (játra a ledviny) uvolněné MK jsou transportovány krví v asociaci s albuminem a v cílových tkáních jsou aktivitou acyl-CoA-synthasy přeměněny na acyl-CoA a podle potřeb buď oxidovány (využity jako forma energie) nebo reesterifikovány na TAG (tedy uloženy do zásob – tukové tkáně) lipolýza regulována hormonálně – hormony ovlivňují jak rychlost lipolýzy, tak i reesterifikaci MK a tvorbu TAG Hormony tukové tkáně = ADIPOCYTOKINY regulace lipolýzy: Inzulin - inhibuje uvolnění MK z tukové tkáně, tím snižuje jejich koncentraci v plazmě - základní úlohou je inhibice hormonsenzitivní lipázy vedoucí k poklesu množství uvolněných mastných kyselin a glycerolu - působí antagonisticky proti hormonům urychlující lipolýzu - aktivace fosfodiesterasy – přeměňuje cAMP na AMP - aktivace fosfolipázy – přes G-proteiny mění aktivní formu hormonsenzitivní lipasy na inaktivní a tím ovlivňuje celou aktivitu proteinkinas hormony urychlující lipolýzu = aktivace hormonsenzitivní lipázy – tedy uvolnění MK z adipocytů: adrenalin, noradrenalin, glukagon, ACTH, MSH, TSH, růstový hormon, vazopresin glukokortikoidy – ovlivňují lipolýzu cestou syntézy lipasy Leptin -informuje mozek o tukových zásobách a tím se podílí na regulaci apetitu -hladina v séru koreluje s množstím tukové tkáně, receptory jsou v mnoha tkáních, ale hlavně v hypothalamu = hypothalamická regulace okruhu příjmu potravy -obézní lidé ho mají nedostatek - leptinová rezistence Adiponektin -vysoká plazmatická koncentrace, u obézních hladina snížena, u štíhlých naopak zvýšena -negativní korelace s BMI, pozitivní korelace s hladinou HDL -působí preventivně na endotel Rezistin -nejen u adipocytů, reguluje citlivost na inzulin, diferenciace adipocytů -obézní jedinci mají zvýšenou hladinu 5 III. Základy biochemie orgánů a funkcí V adipocytech se také produkuje: TNFalfa- zvýšená inzulinorezistence, snížení chuti k jídlu a dale IL-6 a IL-1, Adipsin 6 III./4. Regulace biosyntézy hemu, rozdíl mezi hepatocytem a erLJthroidŶí ďuňkou, ŵetaďolisŵus železa ________________________________________________________________________________ - syntéza hemu – proďíhá praktiĐkLJ ve všeĐh tkáŶíĐh - ŶejvýzŶaŵŶěji v erytrocytech (85%) a hepatocytech, svalovýĐh ďuňkáĐh ;ϭρ%Ϳ - odlišŶosti ŵezi ŵístLJ produkĐe: - liší se ve speĐifiĐkýĐh regulačŶíĐh ŵeĐhaŶisŵeĐh ďiosLJŶtézLJ - edžisteŶĐe Ϯ geŶů – ALAS (ALAS1, ALAS2) - liší se lokaĐí i edžpresí - v hepatocytech – nízká syntéza ALAS i hemu za bazálních podmínek - indukovatelná – vŶitřŶíŵi faktorLJ v případě potřeďLJ lze Ŷavýšit produkci - syntéza je inhibována hemem (hemininem) ;zpětŶovazeďŶá regulaĐe, ŵáŵ dost heŵu, Ŷetvoří se další/ŵáŵ ho ŵoĐ degraduje se nadbytek) - v erLJtroidŶíĐh ďuňkáĐh – není indukovatelná Regulace v hepatocytech: - hem je potřeďŶý pro vestavďu do rodiŶLJ ďiotraŶsforŵačŶíĐh ĐLJtoĐhroŵů PκρϬ a ĐLJtoĐhroŵů zajišťujíĐíĐh odžidativŶí fosforLJlaĐi v mitochodnriích – energetický metabolismus - úroveň ALAS-1 – liŵitujíĐí úroveň ďiosLJŶtézLJ hemu - ALAS- 1 – iŶhiďovaŶá zpětŶovazeďŶě koŶečŶýŵ heŵeŵ - úrovŶě regulaĐe: 1) transkripce 2) translace 3) enzymová aktivita 4) transport prekurzorové enzymové molekuly do mitochondrie - pohotovostní rezervy hemu (pooly): 1) mitochodntiální – pro ĐLJtoĐhroŵLJ dýĐhaĐího řetězĐe 2) cytosolový: - pro řízeŶí traŶskripĐe, traŶslaĐe a traŶsportu ALASϭ do ŵitoĐhoŶdrií - pro aktivaĐi ĐLJtosolovýĐh heŵovýĐh eŶzLJŵů 3) endoplasmatického retikula - pro cytochromy P450, hemoxydasu - pohotovostní zásoby – udržovaŶé sLJŶtetiĐkýŵi a degradačŶíŵi poĐhodLJ - při zvýšeŶé koŶĐeŶtraĐi heŵu, Ŷad hladiŶu potřeďŶou k inhibici syntézy ALAS1 – hem indukuje expresi hemoxygenasy – tíŵ spouští kataďolisŵus ;degradaĐiͿ - heŵ reguluje sLJŶtetiĐkou aktivitu ALASϭ a zároveň aktivitu heŵodžLJgeŶasLJ – koncentrace volného jaterního hemu je poŵěrŶě Ŷízká - vliv inzulinu: - represor exprese genu ALAS1 – na úrovni transkripce - glukosa sevLJužívá pro terapii akutŶíĐh porfLJrií ;iŶdukuje tvorďu iŶzuliŶuͿ - hemem regulované motivy: (HMR) - 2 specifické sekvence AMK bohaté na cystein a prolin - regulují transport ALAS1 do mitochondrií - leží v zaváděĐí sekveŶĐi ALAS a heŵodžLJgeŶasLJ-1 – eŶzLJŵů sLJŶtézLJ a degradaĐe heŵu - při zvýšeŶé koŶĐeŶtraĐi heŵu v ĐLJtosolu se váže Ŷa HMR – dochází k transportu ALASϭ do ŵitoĐhoŶdrií a ke zvýšeŶí aktivitLJ heŵodžLJgeŶasy Regulace v erLJtroidŶíĐh ďuňkáĐh: - sLJŶtéza podřízeŶá potřeďáŵ heŵogloďiŶu - při erLJthropoese – probíhá pouze v určitéŵ difereŶĐiačŶíŵ stupŶi - po maturaci biosyntéza hemu a hemoglobinu uhasíná - poslední stádium, ve kterém syntéza probíhá je retikulocyt – hem a HďA ŵusí vLJdržet ϭϮϬ dŶí ;životŶost erLJtroĐLJtuͿ - hem – Ŷepůsoďí stejŶýŵ priŶĐipeŵ ;tj. žpětŶou vazďouͿ jako je toŵu v hepatocytech - inhibuje vLJĐhLJtáváŶí ioŶtů železa z transferinu – ale Ŷeovlivňuje tíŵ jeho vLJužití pro syntézu hemu - zesiluje transkripci i translaci gloďiŶovýĐh řetězĐů - v retikulocytech – regulátor globinové translace - prostetická skupina pro sestavování hemoglobinu - ALAS-2: - rychlost limitující enzym - koŶĐeŶtaĐe ioŶtů železa – hlavní regulátor aktivity biosyntézy - spojeno s metabolismem a regulaĐí produkĐe železa ERYTHROPOETIN: (Epo) - ĐeŶtráŶí regulačŶí faktor erLJthropoesLJ – i biosyntézy hemu a hemoglobinu - indukuje proliferaĐi a difereŶĐiaĐi progeŶitorovýĐh erLJtropoidŶíĐh ďuŶěk – v odpovědi Ŷa stav oxygenace krve ;při hLJpodžii, začŶe zvýšeŶá produkĐeͿ - podílí se Ŷa traŶsportu edžtraĐelulárŶíĐh ioŶtů Fe do erLJtroidŶíĐh ďuŶěk - zesiluje vazebnou afinitu IRP-1 – tj. centrální regulátor metabolismu Fe – k IRE v molekulách specifických mRNA - aktivace IRP-1 erytropoetinem – spojena se vzestupem hladiny TfR – mRNA (transferin ŵRNAͿ a zvýšeŶýŵ počteŵ transferinových reĐeptorů na povrchu erytroidních buněk – vede ke ↑ vLJĐhLJtáváŶí Fe - erytropoetinem idukovaná ↑ vazba IRP-1 na IRE – v ϯ ́ŶepřekládaŶé oďlasti – zvLJšuje její stabilitu – ochranou před půsoďeŶíŵ speĐifiĐkýĐh nukleáz - hem půsoďí iŶhiďiĐi ŵoďilizaĐe traŶsferiŶovýĐh reĐeptorů ;ŶevLJĐhLJtává se tolik FeͿ - erytropoetin vazbou na erLJtropoetŶí traŶskripčí faktorLJ - EpoR stimuluje transkripci genu ALAS-2 - erytropoetinové traŶskripčŶí faktorLJ, jsou pod vliveŵ Fe - regulace na úrovni translace – systém ALAS2 a hemu - ionty Fe – regulují prostředŶiĐtvíŵ IRE eleŵeŶtů - kontrola syntézy hemu – probíhá i v ostatních stádiích erytropoesy - ALAD,PBGD, ferrochelatasa – prostředŶíĐtvíŵ specifických erytroidních nukleoidních sekvencí v promotorové oblasti genu – Đíl vazďLJ pro erLJtropoetŶí traŶskripčŶí faktory Metaďolisŵus železa: - Fe – Ŷejdůležitější ďiogeŶŶí stopový prvek - složka heŵovýĐh proteiŶů - řadLJ ŶeheŵovýĐh ferrosulfoproteiŶů ;ferredodžidůͿ - spjaté s transportem a metabolismem O2 (hemoglobin, myoglobin) - spjaté s odžidoredukčŶíŵi ději ;heŵo a ferrosulfoproteiŶLJͿ - ďiotraŶsforŵačŶíŵi ději - potřeďŶé pro tvorďu DNA a ďuŶěčŶou proliferaĐi - zdroje: endogenní – z biodegradace hemo a ferrosulfoproteiŶů - exogenní - přísŶá koŶtrola hladiŶLJ volŶýĐh ioŶtů Fe – kůli jejiĐh ĐheŵiĐkýŵ vlastŶosteŵ, které ďLJ ve vLJšší ŵíře ďLJlLJ todžiĐké - redodžŶí vlastŶosti jsou ŶezďLJtŶé pro fuŶkĐe, ale zároĐeň se podílí Ŷa tvorďě kLJslíkovýĐh radikálů – odžidačŶí stres - Fe 2+ - jsou doďře rozpustŶé – za fyziolog. podmínek – snadno oxidují na hydrolyticky aktivní Fe 3+ ionty – tLJ tvoří špatŶě rozpustŶé polLJŵerLJ hLJdrodžidu železitého [Fe(OH) 3 ] n a odžohLJdrodžidu železitého [FeO(OH)] n - transferrin a ferritin: - proteiny - slouží k přenosu, uchování, resorpci, snadné mobilizaci Fe - zajišťují Ŷízkou koŶĐeŶtraĐi volŶýĐh Fe ioŶtů – ŶeŶí todžiĐké pro tělo OŶeŵoĐŶěŶí spjatá s Fe: - nedostatek Fe – mikrocytární hypochromní anémie - nadbytek Fe – hroŵaděŶí ve forŵě hemosiderinu ve tkáních – hemosiderosa - hereditátní hrmochromatosa –ŶadŵěrŶá resorpĐe Fe v důsledku ĐhLJďějíĐí regulaĐe Hemostáza Fe: - systém koordinující vychytávání eliminaci, uchovávání Fe - rovŶováha ŵezi příjŵeŵ a výdejeŵ - záleží Ŷa střevŶí resorpĐi - přeďLJtkLJ Fe – odstraňováŶLJ odlupováŶíŵ epitelií a u žeŶ ŵeŶstruaĐí - NEVYLUČUJE SE LEDVINAMI - zapojeŶo ŵŶožství proteiŶů - většiŶa Fe jde na tvorbu hemoglobinu (HbA) - 1 erytrocyt = 1x10 12 atoŵu železa – celková erytroidní hmota obsahuje cca. 30 mg Fe/kg tělesŶé hŵotŶosti - většiŶa Fe skladovaná v játrech - v těle – 4-ρ g železa – tj. 45-ρρ ŵg/kg tělesŶé hŵotŶosti - 60-70% v hemoglobinu (Fe2+) – tj. fuŶkčŶí železo - 10-15 % v myoglobinu, cytochromech, v proteinech – tj. fuŶkčŶí železo - 20-ϯϬ% uložeŶo ve ferritiŶu – zásobní - ŵíň Ŷež ϭ% - v transferinu - traŶsferriŶové železo – ĐirkulujíĐí dLJŶaŵiĐkLJ proŵěŶŶá zásoba Fe - přeŵěŶa traŶsferiŶového železa – 25mg/24 hod - ΘϬ% jde do kostŶí dřeŶě - pro syntézu HbA - RES – retikuloendoteliární systém - degradaĐe erLJtroĐLJtů - hemoglobinový hem se katobolyzuje hemoxygenásou - uvolŶěŶé Fe se vraĐí do plazŵLJ vázaŶé Ŷa traŶsferiŶ ;rLJĐhlostí odpovídajíĐí rychlosti erytropoezy) - ŶepotřeďŶé Fe vLJĐhLJtávají hepatoĐLJtLJ – k utvořeŶí zásoďLJ - časŶé železo – 5 mg – potřeďŶé pro výŵŶěŶu železa v neeritroidní tkáni – hl. hepatocyty - metaboliĐká přeŵěŶa – pokrývá se hlavŶě z reycklace Fe RES (retikuloendoteliární systém) Metaďolisŵus železa - přítoŵŶost železa je ŶezďLJtŶá pro fuŶkĐi ďuŶěk - jako součást heŵu se účastŶí traŶsportu kLJslíku a jako součást ĐLJtoĐhroŵů podŵiňuje přeŶos elektroŶů v dýĐhaĐíŵ řetězĐi - nežádouĐíŵ účiŶkeŵ železa jako přeĐhodŶého a velŵi reaktivŶího prvku je účast v radikálovýĐh reakĐíĐh, při ŶiĐhž vzŶikají tzv. reaktivní formy kyslíku - tLJ ŵohou poškozovat buŶěčŶé ŵeŵďráŶLJ, proteiŶLJ a DNA - Železo se aďsorďuje jako Fe 2+ aktivŶíŵ traŶsporteŵ v duodeŶu a v horŶí části jejuŶa, a to dvěŵa způsoďLJ: 1) Ŷa porfLJriŶ vázaŶé Fe ve forŵě stabilního lipofilního komplexu 2) Fe II+ – cheláty rozpustŶé ve vodě 3) jeŶ ŶepatrŶá část se vstřeďává v ioŶizovaŶé forŵě - ve stravě ďývá průŵěrŶě ϭϬ–50 mg železa za deŶ, ale vstřeďá se pouze ϭϬ–15 %. - ve sloučeŶiŶáĐh hemu (maso) se absorbuje lépe - nehemové Fe v rostliŶŶé stravě ŵŶoheŵ hůř - kroŵě toho rostliŶLJ oďsahují odžalátLJ, fLJtátLJ, taŶiŶLJ a jiŶé feŶoliĐké sloučeŶiŶLJ, jež tvoří s Fe ŶerozpustŶé Ŷeďo Đhelátové komplexy, které se těžko vstřeďávají - Askorbová kyselina na druhé straŶě aďsorpĐi železa zlepšuje - po vLJĐhLJtáŶí střevŶí ŵukózou se část železa iŶkorporuje do zásoďŶí forŵLJ – feritinu v iŶtestiŶálŶíĐh ďuňkáĐh - část aďsorďovaŶého železa přestupuje do plazŵLJ, kde je traŶsportováŶo ve vazďě na transferin - důležitou roli při přeŶosu železa přes ďazolaterálŶí ŵeŵďráŶu eŶteroĐLJtů ŵá protein ferroportin (nachází se i v memďráŶě ŵakrofágů a hepatoĐLJtůͿ - je to hlavní místo regulace hoŵeostázLJ železa v organismu - klíčovým faktorem regulace je protein hepcidin, který je syntetizován v játrech - vazďou Ŷa ferroportiŶ iŶhiďuje traŶsport železa z ďuŶěk a tíŵ přispívá k jeho přetrváŶí v nich - hladina hepĐidiŶu se zvLJšuje při záŶětu - hepĐidiŶ je částečŶě zodpovědŶý i za anémii chronických chorob - mutace genu pro hepcidin vedou k juvenilní hemochromatóze typu 2B. - plazŵatiĐké železo je zaĐhLJĐováŶo ďuňkaŵi ĐílovýĐh tkáŶí prostředŶiĐtvíŵ reĐeptoru pro traŶsferiŶ, a ďuď je zabudováno do hemu, Ŷeďo uložeŶo do zásoďLJ ve forŵě feritiŶu - využití speĐifiĐké traŶsportŶí ďílkoviŶLJ traŶsferiŶu a zásoďŶího proteiŶu feritiŶu pro uskladŶěŶí železa představuje oĐhraŶŶé ŵeĐhaŶisŵLJ, které ŵají zaŵezit todžiĐkéŵu půsoďeŶí odžidoredukčŶě aktivŶího železa - při deskvaŵaĐi oduŵřelýĐh slizŶičŶíĐh ďuŶěk odĐhází ŶezužitkovaŶé železo stoliĐí spolu s ŶevstřeďaŶýŵ železeŵ. VLJšetřeŶí ŵetaďolisŵu železa - oŶeŵoĐŶěŶí spojeŶé se zŵěŶaŵi ŵetaďolisŵu a utilizaĐe železa - laďoratorŶí vLJšetřeŶí ŵetaďolisŵu železa zahrŶuje ŶásledujíĐí vLJšetřeŶí: - železo v séru - sérový traŶsferiŶ a vazeďŶá kapaĐita pro železo - sérový feritin - transferinový receptor - paraŵetrLJ jsou důležitýŵi diagŶostiĐkýŵi ukazateli pro průkaz poklesu či Ŷárůstu zásoď železa ještě ve stádiíĐh, která Ŷejsou doprovázena výraznými klinickými projevy Stanovení železa v séru PriŶĐip staŶoveŶí železa v séru - pro staŶoveŶí železa v séru se používají koloriŵetriĐké ŵetodLJ, atoŵová aďsorpčŶíspektrofotometrie a další speĐiální techniky - nejužívaŶější jsou fotoŵetriĐké ŵetodLJ, založeŶé Ŷa reakĐi železa s komplexotvornou látkou - všeĐhŶLJ postupLJ zahrŶují ŶásledujíĐí krokLJ: 1) UvolŶěŶí Fe 3+ z vazby na transferin pomocí kLJseliŶ Ŷeďo teŶzidů ;Ŷapř. HClͿ 2) Redukce Fe 3+ na Fe 2+ , která je ŶezďLJtŶá pro reakĐi s koŵpledžotvorŶýŵ čiŶidleŵ. K redukĐi se používá Ŷapř. kyselina askorbová 3) Reakce Fe 2+ s koŵpledžotvorŶýŵ čiŶidleŵ oďsahujíĐíŵ reaktivŶí skupiny –N=C–C=N– za vzŶiku ďarevŶého koŵpledžu. IoŶtLJ kovu vLJtvářejí ĐhelátLJ s dvěŵa atoŵLJ dusíku. V současŶosti se vLJužívají předevšíŵ dvě koŵpledžotvorŶé látkLJ – bathofenentrolin a ferrozin (3-(2-pyridyl)-5,6-bis(4-sulfofenyl)-1,2,4-triazin – PST, ĐhráŶěŶý Ŷázev Ferro)iŶe®Ϳ, který ŵá vLJšší aďsorpčŶí koefiĐieŶt a je lépe rozpustŶý ve vodě. Hodnocení - koŶĐeŶtraĐe sérového železa podléhají ĐirkadiáŶŶíŵu rLJtŵu a jsou ovlivŶěŶLJ i dalšíŵi faktorLJ - to omezuje diagnostický význam tohoto parametru - je špatŶýŵ ukazateleŵ tkáňovýĐh zásoď železa a je ŶutŶé ho vždLJ posuzovat v koŵďiŶaĐi se sérovým transferinem a vazeďŶou kapaĐitou pro železo - sŶížeŶé koŶĐeŶtraĐe doprovázejí Ŷedostatek železa, způsoďeŶý Ŷapř. velkýŵi Ŷeďo opakovaŶýŵi krevŶíŵi ztrátaŵi, ŶedostatečŶýŵ příjŵeŵ železa potravou Ŷeďo ŶarušeŶou absorpcí - nález ŶeŶí speĐifiĐký, Ŷeďoť se sŶížeŶýŵi hladiŶaŵi se setkáváŵe rovŶěž u akutŶí iŶfekĐe Ŷeďo ĐhroŶiĐkýĐh záŶětlivýĐh oŶeŵoĐŶěŶí ;přesuŶ železa do tkání) - vLJsoké hladiŶLJ železa se vLJskLJtují u hemochromatózy ;viz ŶížeͿ, při předávkováŶí Ŷeďo iŶtodžikaĐi železeŵ, při zvýšeŶéŵ rozpadu erLJtroĐLJtů a u ŶěkterýĐh jaterŶíĐh oŶeŵoĐŶěŶí RefereŶčŶí hodŶotLJ ŵuži: ε–Ϯε μŵol/l žeŶLJ: ϳ–ϮΘ μŵol/l Sérový traŶsferiŶ a vazeďŶá kapaĐita pro železo - železo je traŶsportováŶo krví ve vazďě Ŷa speĐifiĐký proteiŶ s β 1 -elektroforetickou pohyblivostí – transferin, který je syntetizován v játrech - rLJĐhlost jeho tvorďLJ je Ŷepříŵo úŵěrŶá zásoďáŵ železa v orgaŶisŵu; zvLJšuje se při nedostatku železa a při ŶadďLJtku klesá - biologická funkce transferinu spočívá ve sĐhopŶosti sŶadŶo tvořit ŶetodžiĐké koŵpledžLJ se železeŵ a přeŶášet Fe aďsorďovaŶé slizŶiĐí teŶkého střeva do kostŶí dřeŶě Ŷeďo do zásobních forem (feritinu nebo hemosiderinu) - každá ŵolekula traŶsferiŶu váže dva atoŵLJ Fe 3+ (1 g transferiŶu váže Ϯρ,Ϯ μŵol železaͿ - traŶsferiŶ ŵůže ďýt staŶoveŶ příŵo poŵoĐí iŵuŶoĐheŵiĐkýĐh ŵetod Ŷeďo Ŷepříŵo jako sĐhopŶost traŶsferiŶu vázat železo – tzv. vazeďŶá kapaĐita pro železo - celková vazeďŶá kapaĐita pro železo (TIBC – total iron binding capacityͿ je ŵŶožství železa, které je traŶsferiŶ sĐhopeŶ vázat v případě, že všeĐhŶa vazeďná místa jsou obsazena - oďvLJkle je železeŵ ŶasLJĐeŶa pouze ϭ/ϯ traŶsferiŶu – vázaná kapacita - volŶý traŶsferiŶ ďez ŶavázaŶého železa představuje volnou vazebnou kapacitu (2/3 transferinu), která je k dispoziĐi pro traŶsport železa při zvýšeŶýĐh požadavĐíĐh Přepočet ŵezi koŶĐeŶtraĐí traŶsferiŶu a Đelkovou vazeďŶou kapaĐitou: Celková vazeďŶá kapaĐita [μŵol/l] = traŶsferiŶ [g/l] · 25,2. - refereŶčŶí rozŵezí pro koŶĐeŶtraĐi traŶsferiŶu v séru (S-transferin) je 2,0–3,6 g/l a pro celkovou vazebnou kapacitu je 50–70 μŵol/l Saturace transferinu - z hodŶot koŶĐeŶtraĐe železa a traŶsferiŶu ŵůžeŵe vLJpočítat saturaci transferinu (TfS), která je defiŶováŶa jako poŵěr sérové koŶĐeŶtraĐe železa k Đelkové vazebné kapaĐitě traŶsferiŶu pro železo - jedná se o citlivý parametr pro odhaleŶí lateŶtŶího Ŷedostatku železa Hodnocení saturace transferinu - fyziologické hodnoty: 25–50 % - sŶížeŶí saturaĐe při Ŷedostatku železa: < ϭρ % - zvýšeŶí saturaĐe při ŶadďLJtku železa: > 50 % Feritin a hemosiderin Feritin : - je Ŷejdůležitější zásoďŶí proteiŶ pro železo - molekula feritiŶu je přizpůsoďeŶa vázat velké ŵŶožství Fe 3+ v rozpustné a ŶetodžiĐké forŵě pro organismus - feritiŶ je tvořeŶ vŶějšíŵ proteiŶovýŵ oďaleŵ z Ϯκ podjedŶotek – apoferitinem (Mr 440 000), ohraŶičujíĐíŵ dutiŶu, ve které ŵůže ďýt soustředěŶo až κρϬϬ atoŵů železa ve forŵě odžLJhLJdrodžidu železitého ;FeO·OHͿ n v ŵikrokrLJstaliĐké podoďě s fosfátLJ ;FeO·OPO 3 H 2 ) - vstup a výstup atoŵů železa uŵožňují pórLJ ŵezi jedŶotlivýŵi podjedŶotkami obalu molekuly feritinu - norŵálŶě je jeho kapaĐita vLJužita asi z ϮϬ % - ukládá se do ďuŶěk v játreĐh, sleziŶě a střevŶí slizŶiĐi - v krevním séru se feritin nachází ve velmi nízké koncentraci - sérové koncentrace feritinu jsou ŵěřítkeŵ zásoď železa v organismu - nízké koŶĐeŶtraĐe iŶdikují vLJčerpáŶí Đelkové tělesŶé rezervLJ železa a slouží k časŶéŵu odhalení aŶeŵie z Ŷedostatku železa ještě v prelatentní fázi - zvýšeŶé koŶĐeŶtraĐe feritiŶu jsou doprovodŶýŵ jeveŵ vLJsokýĐh tkáňovýĐh zásoď železa - dále se s Ŷiŵi setkáváŵe u ŵŶohýĐh paĐieŶtů s oŶeŵoĐŶěŶíŵ jater, Ŷěkterýŵi ŵaligŶíŵi nádory (nádorový marker) nebo záŶětlivýŵi oŶeŵoĐŶěŶíŵi ;pozitivŶí reaktant akutní fáze) - refereŶčŶí rozŵezí pro koŶĐeŶtraĐi feritiŶu v séru ;S-feritiŶͿ je pro ŵuže ϯϬ–ϯϬϬ μg/l a pro žeŶLJ ϮϬ–ϭϮϬ μg/l Hemosiderin - je dalšíŵ zásoďŶíŵ proteiŶeŵ pro železo - vzniká agregací denaturovaného feritiŶu s dalšíŵi koŵpoŶeŶtaŵi - vLJtváří partikule o velikosti ϭ až Ϯ μŵ, které jsou při použití ďarveŶí Ŷa železo viditelné ve světelŶéŵ ŵikroskopu - oďsahuje větší ŵŶožství železa Ŷež feritiŶ, ale vzhledeŵ ke špatŶé rozpustŶosti ve vodě je oďtížŶě dostupŶé - tvoří se za situaĐe, kdLJ ŵŶožství železa v orgaŶisŵu převýší skladovaĐí kapaĐitu feritiŶu Transferinový receptor - železo traŶsportovaŶé krví traŶsferiŶeŵ je zaĐhLJĐováŶo ďuňkaŵi prostředŶiĐtvíŵ specifického transferinového receptoru (TfR) - v určitéŵ stádiu vývoje se ŶaĐhází Ŷa povrĐhu všeĐh ďuŶěk, ŶejvíĐe je však edžpriŵováŶ Ŷa povrĐhu prekursorů ďuŶěk červeŶé řadLJ v kostŶí dřeŶi - TfR je traŶsŵeŵďráŶový proteiŶ, který je tvořeŶ dvěŵa ideŶtiĐkýŵi podjedŶotkaŵi, spojenými disulfidovou vazbou - odděleŶíŵ edžtraĐelulárŶíĐh doŵéŶ reĐeptoru se do ĐirkulaĐe uvolňuje tzv. solubilní (rozpustná) frakce transferinového receptoru (sTfR), který ŵůže ďýt v podoďě diŵeru Ŷeďo monomeru - buňkLJ reagují Ŷa sŶížeŶí zásoď železa sLJŶtézou zvýšeŶého ŵŶožství traŶsferiŶovýĐh reĐeptorů - zvýšeŶí sTfR je spolehlivýŵ ukazateleŵ Ŷedostatku železa pro krvetvorďu - se zvýšeŶýŵi hladiŶaŵi sTfR se setkáváŵe u aŶeŵií z Ŷedostatku železa nebo uhemolytických anemií - cenné je staŶoveŶí sTfR u aŶeŵiĐkýĐh paĐieŶtů, u ŶiĐhž je zvýšeŶ feritiŶ z důvodů reakĐe akutní fáze - staŶoveŶí koŶĐeŶtraĐe sTfR je ŵožŶo vLJužít i u paĐieŶtů s traŶsplaŶtovaŶou kostŶí dřeŶí pro sledováŶí průďěhu erLJtropoézLJ - ke staŶoveŶí se používají imunochemické metody PoruĐhLJ ŵetaďolisŵu železa 1) Nedostatek železa ;sideropeŶieͿ - nedostatek železa v orgaŶisŵu ďývá zpravidla způsoďeŶ jeho ŶedostatečŶýŵ vstřeďáváŶíŵ ze střeva nebo chronickými ztrátami krve - může vLJústit v sideropenickou anémii (hypochromní mikrocytární anemie) - patří ŵezi Ŷejčastější heŵatologiĐká oŶeŵoĐŶěŶí - aŶéŵie je však zpravidla pozdŶí přízŶak postupŶě se vLJvíjejíĐí sideropeŶie - v krevŶíŵ oďraze se projeví až po téŵěř úplŶéŵ vLJŵizeŶí železa - je potřeďŶé odhalit Ŷedostatek železa v časŶéŵ stádiu, které ještě není doprovázeno anémií - Na základě staŶoveŶí základŶíĐh paraŵetrů ŵetaďolisŵu železa rozlišujeŵe tři stupŶě nedostatku: - prelateŶtŶí Ŷedostatek železa: - je stav, kdLJ doĐhází k postupŶéŵu poklesu zásoď, ale ještě ŶeŶí ovlivŶěŶa dodávka železa do erLJtroďlastů kostŶí dřeŶě - lateŶtŶíŵ Ŷedostatku železa: - zásoďLJ v podstatě vLJčerpáŶLJ - FeritiŶ je sŶížeŶ pod dolŶí hraŶiĐi ŶorŵLJ a je v toŵto stádiu již doprovázeŶ i sŶížeŶíŵ hladiŶLJ železa v séru a sŶížeŶou dodávkou do erLJtroďlastů kostŶí dřeŶě - zvLJšuje se vazebná kapacita pro železo - citlivýŵ ukazateleŵ lateŶtŶího Ŷedostatku železa je pokles saturace transferinu pod 15 % - Ŷerozvíjí se však ještě aŶéŵie - ŵaŶifestŶíŵ Ŷedostatku železa: - dochází k rozvoji anémie s poklesem hodnot hemoglobinu pod dolní hranici normy - u aŶéŵie z Ŷedostatku železa je tLJpiĐký Ŷález Ŷízkého sérového železa a feritiŶu, je zvýšeŶá koŶĐeŶtraĐe traŶsferiŶu (vazebná kapaĐita pro železoͿ - u heŵolLJtiĐkýĐh aŶéŵií Ŷeďo při ŶadďLJtku železa je Ŷaopak sérové železo zvýšeŶé, současŶě je sŶížeŶá Đelková vazebná kapacita pro železo LaďoratorŶí Ŷález u Ŷedostatku železa Prelatentní Ŷedostatek železa Latentní Ŷedostatek železa Manifestní Ŷedostatek železa sŶižováŶí zásoďŶího železa – pokles feritinu nedostatek zásoďŶího železa – pokles feritinu nedostatek zásoďŶího železa – pokles feritinu sŶížeŶí sérového železa sŶížeŶí sérového železa pokles saturace transferinu pod 15 % pokles transferinu pod 10 % zvýšeŶí Đelkové vazebné kapacity pro železo zvýšeŶí Đelkové vazebné kapacity pro železo zvýšeŶí sTfR zvýšeŶí sTfR sŶížeŶí koŶĐeŶtraĐe hemoglobinu – anémie 2) NadďLJtek železa - orgaŶisŵus ŶeŶí vLJďaveŶ edžkrečŶí Đestou pro železo, a proto se za určitýĐh okolŶostí ŵůže přeďLJtečŶé železo hroŵadit ve tkáŶíĐh - diagŶostika ŵůže zaďráŶit poškozeŶí tkáŶí ŶadďLJtkeŵ železa - přetížeŶí železeŵ se rozvíjí většiŶou velŵi poŵalu - rozlišujeŵe ϯ stádia: - prelatentního nadbytek železa: - se zvLJšuje jeho oďsah v orgáŶeĐh, ale ďez překročeŶí jejiĐh zásoďŶí kapacity - latentní stádium přetížeŶí železeŵ: - překročeŶa zásoďŶí kapaĐita ďuŶěk, ale ještě ŶeŶí poškozeŶa fuŶkĐe orgáŶů - zvLJšuje se hladiŶa feritiŶu i hladiŶa železa v séru a stoupá saturaĐe transferinu nad 55 - manifestní nadbytek železa: - jsou již poškozeŶLJ Ŷěkteré orgáŶLJ LaďoratorŶí Ŷález u ŶadďLJtku železa Prelatentní ŶadďLJtek železa Latentní ŶadďLJtek železa Manifestní nadbytek železa zvLJšováŶí zásoď železa – zvýšeŶí feritinu zvLJšováŶí zásoď železa – zvýšeŶí feritinu nad 300 μg/l zvLJšováŶí zásoď železa – zvýšeŶí feritiŶu ;při těžkéŵ postižeŶí Ŷad ϮϬϬϬ μg/lͿ zvýšeŶí železa v séru výrazŶé zvýšeŶí železa v séru zvýšeŶí saturaĐe transferinu nad 55 % zvýšeŶí saturaĐe traŶsferiŶu ;při těžkéŵ postižeŶí ŵůže převýšit εϬ %) 3) Hemochromatóza - hroŵaděŶí železa v tkáŶíĐh - Primární hemochromatóza - je dědičŶé oŶeŵoĐŶěŶí způsoďeŶé zvýšeŶou resorpĐí železa ze střeva - přeďLJtečŶé železo se ukládá v pareŶĐhLJŵatózŶíĐh orgáŶeĐh jako jsou játra, srdce, pankreas, nadledviny - v postižeŶýĐh orgáŶeĐh půsoďí todžiĐkLJ a Ŷarušuje jejiĐh fuŶkĐi tíŵ, že ŵůže katalyzovat chronické reakce vedouĐí k tvorďě volŶýĐh radikálů - hlavními klinickými projevy jsou hyperpigmentace kůže,hepatosplenomegalie a diabetes mellitus. - Sekundární hemochromatóza: - ŵůže vLJviŶout jako Ŷásledek Ŷapř. opakovaŶýĐh traŶsfúzí, ŶadďLJtečŶého příjŵu přípravků oďsahujíĐíĐh železo Ŷeďo heŵolLJtiĐké aŶéŵie - v biochemickém obraze nalézáŵe zvLJšujíĐí se hladiŶLJ feritiŶu a železa v séru, stoupá saturace transferiŶu při jeho současŶéŵ poklesu III. )ákladLJ ďioĐheŵie orgáŶů a fuŶkĐí 1 5. Hormonální regulace vodního a minerálního metabolismu ___________________________________________________________________________ - vodŶí a ŵiŶerálŶí ŵetaďolisŵus je důležitý pro udržeŶí heŵostázLJ - Minerální metabolismus: 1) Mineralokortikoidy: - syntéza v zona glomerulosa nadledvin - aldosteron - DOC - kortikosteron - ŶejvýzŶaŵŶější je aldosteron - ↑oďsah Na+ a záƌoveň ↓oďsah K+ v těle - nepatrná sekrece, nízké hladiny v krvi - Đirkuluje ve vazďě Ŷa alďuŵiŶ - v játrech snadno hydrogenuje – krátký ďiologiĐký poločas ;20ŵiŶͿ - receptory pro aldosteron ( s vysokou afinitou) se nalézají v ĐLJtoplazŵě i v jádreĐh ĐílovýĐh ďuŶěk - reguluje traŶsport H2O a ioŶtů - ŵeĐhaŶisŵeŵ je pravděpodoďŶě ŶavozeŶí tvorďLJ Na+K+ ATPasové pumpy - koncentrace Na+ a Cl- se vliveŵ ŵiŶeralokortikoidů zvLJšuje – díky z5 resorpci v distálních tubulech ledvin - zadržováŶí Na+ ŵá za Ŷásledek osŵotiĐký traŶsport vodLJ po koŶĐeŶtračŶíŵ gradientu – objem plazmy stoupá - Ŷa K+ a Mg2+ ŵá aldosteroŶ opačŶý účiŶek – seĐerŶují se do ŵoče v distálních tubulech - atriový natriuretiĐkLJ horŵoŶ půsoďí opačŶě! - regulace sekrece aldosteronu: - LEDVINY - RAAS systém - při poklesu oďjeŵu ĐirkulujíĐí tekutiŶLJ= hypovolemie (tj. poklesne průtok krve ledviŶouͿ se produkuje renin v juxtaglomerulárním aparátu ledvin – renin atakuje angiotensinogen –dochází ke konverzi na angiotensin I, který se v pliĐíĐh přeŵěňuje Ŷa angiotensin II, který zvLJšuje krevŶí tlak a zároveň v nadledvinách způsoďuje tvorďu aldosteronu – aldosteroŶ způsoďí zvýšeŶé zpětŶé vstřeďáváŶí Na+ a vody –tíŵ se zvětší oďjeŵ krve!!! - hyperaldosteronismus: - CoŶŶův syŶdƌoŵ – vyvolán nádorovým bujením v zona glomerulosa - přízŶaky: retence Na v těle, ztráta K+, hLJperteŶze ;RAAS sLJstéŵͿ 2) Atriový nátriuretický hormon: - antagonista aldosteronu - podporuje vLJlučováŶí Na+ do ŵoči - sŶižuje krevŶí tlak III. )ákladLJ ďioĐheŵie orgáŶů a fuŶkĐí 2 3) Hormony regulující hladinu vápníku: - kalcitonin - parathormon - D-hormon - hoŵeostáza vápŶíku je velŵi důležitá – duležité udržovat stálou hladiŶu i při proŵěŶlivéŵ příjŵu Ca - staveďŶí složka (kosti, zuby), druhý posel ;přeŶos sigŶáluͿ, enzymový kofaktor (hemostáza), stabilizátor membránového potenciálu... Kalcitonin: - syntéza v parafolikulárŶíĐh ďuňkáĐh štítŶé žlázLJ ;Đ-ďuňkLJͿ - ŵalé ŵŶožství je v sekretu parathyroidey a thymu - velikost sekreĐe závisí Ŷa hladiŶě Ca2+ v krvi - zvýšeŶí kalĐéŵie, zvLJšuje sekreĐi - reguluje také metabolismus fosforu - polypeptid -32 AMK - pro ďiologiĐký účiŶek je ŶutŶý Đelý řetězeĐ - velŵi krátký ďiologiĐký poločas ;20-30 min) - sLJŶtetizuje se ho hodŶě, ale ŵálo se vLJplavuje do krve - degradace: v ledviŶáĐh, svaleĐh a KupferovýĐh ďuňkáĐh jater - účiŶkLJ: - antagonista parathormonu - napomáhá ukládání Ca 2+ do kostí – sŶižuje oďsah Ca v kƌvi - oďa půsoďí Ŷa stejŶé ďuňkLJ stejŶýŵ ŵeĐhaŶisŵeŵ – přes ĐAMP - protiĐhůdŶé odpovědi vLJvolávají speĐifiĐké reĐeptorLJ - půsoďí Ŷa kosti, ledviŶLJ a střevo - ďrzdí čiŶŶost osteoklastů – brzdí mobilizaci vápníku – sŶižuje tíŵ kalcémii - ve střevě ŶěkdLJ vstřeďáváŶí tluŵí, jiŶdLJ podporují - užívá se při léčďě osteoporosLJ Parathormon: (PTH) - parathyroideální hormn (parathyrin) - liŶeárŶí polLJpeptid 8κ AMK ;vLJštěpuje se z delšího prekursoru) - odštěpěŶá část N-konce – fuŶguje jako zpětŶá vazďa – k iŶhiďiĐi tvorďLJLJ, dalšího PTH - plŶou ďiologiĐkou účiŶŶost ŵá N-terŵiŶálŶí třetiŶa řetězĐe - C-terŵiŶálŶí koŶĐe se vLJloučí ŵočí - rLJĐhlá oďdŶova horŵoŶu ;Ŷěkolikrát za hodiŶuͿ - neukládá se do zásoby - regulace syntézy PTH je dána hladinou Ca2+ v krvi - sŶížeŶá kalĐéŵie sLJŶthesu stiŵuluje - zvýšeŶá kalĐéŵie sLJŶthesu tluŵí - ŶorŵálŶí hladiŶa PTH se udržuje trvalou proteolýzou v ďuňĐe kathepsiŶeŵ B a D III. )ákladLJ ďioĐheŵie orgáŶů a fuŶkĐí 3 - degradaĐe o hladiŶě PTH rozhoduje víĐe Ŷež sLJŶtéza - cílová tkáň PTH jsou kosti, zuďy, ledviŶy, střevo - účiŶek je zprostředkováŶ vazďou Ŷa ŵeŵďráŶový reĐeptor – podléhá down regulaci - zvyšuje oďsah Ca v krvi - sŶižuje hladiŶu fosfátů v krvi – zvyšuje jejiĐh hladiŶu v ŵoči - hyperparathyreóza: - ŶadďLJtečŶá produkĐe PTH – ŵůže ďýt způsoďeŶa Ŷádoreŵ příštítŶýĐh tělísek – dochází tím k osteolýze – Ŷásleduje láŵáŶí kostí při ŶepatrŶéŵ Ŷásilí - hypoparathyreóza: - projevuje se při odstraŶěŶí příětítŶýĐh tělísek - pokles kalĐeŵie a zvýšeŶá Ŷervosvalová dráždivost ;křečeͿ - stejŶé příznaky má autonomní destrukce - účiŶek v kosti: - aktivaĐe osteoklastů přes aktivátor jaderŶého faktoru - aktivaĐe osteoklastů vLJústí ve zvýšeŶí ĐAMP – v produkĐi lLJtiĐkýĐh eŶzLJŵů - kathepsinu –důsledkeŵ je ŵoďilizaĐe vápŶíku z kostí, dentinu a cementu - z kostního hydroxyapatitu se uvolní i fosfáty - účiŶek v ledvinách: - Ca2+ a fosfátLJ se dostávají do priŵárŶí ŵoče - Ca2+ je aktivŶě resorďováŶo, ale zρ resorpĐe fosfátů v proximálním tubulu je inhibovaná PTH - výsledkem je fosfáturie - a úprava kalcémie - účiŶek Ŷa vit.D - aktivačŶí úloha při přeŵěŶě vit. D Ŷa kalĐitriol ;D-hormon) - kalciol – se v játreĐh ŵěŶí Ŷa kalcidiol – ten v ledviŶáĐh půsoďeŶíŵ PTH hydroxyluje v pozici 1 na kalcitriol = D- hormon - kalĐitriol se váže Ŷa reĐeptorLJ – aktivuje osteoklasty - zvyšuje kalcémii podporou absorbce vápníku –cestou specifické iŶdukĐe přeŶašečové ďílkoviŶLJ střevŶího epitelu 4) ŵetaďolisŵus železa - důležité pro heŵoproteiŶLJ ;heŵogloďiŶ..Ϳ,ŵLJogloďiŶ, heŵové eŶzLJŵLJ - kofaktor v redox reakcích - transferin, ferritin - ŵetaďolisŵus je koŶtrolováŶ jeho příjŵeŵ do orgaŶisŵu – Ŷé horoŵoŶálŶě Regulace osmolarity - kolísáŶí tělesŶé osŵolaritLJ je ŶorŵálŶě velŵi ŵalé – pouze ± 1-2 % - Osŵolarita tělesŶýĐh tekutiŶ je regulováŶa poŵoĐí obsahu volné vody v těle - HlavŶíŵi regulačŶíŵi mechanismy jsou jedŶoduĐhá zpětŶá vazba prostředŶiĐtvíŵ antidiuretického hormonu (ADH,vasopresin) a vyvolání pocitu žízŶě - V laterálním hypotalamu je ĐeŶtƌuŵ žízŶě III. )ákladLJ ďioĐheŵie orgáŶů a fuŶkĐí 4 - ŶeuroŶLJ v této struktuře jsou sĐhopŶLJ ŵoŶitorovat osmolaritu okolní tekutiny - pokud se nachází v hLJperosŵotiĐkéŵ prostředí dojde ke sŵrštěŶí těĐhto ďuŶěk ;difuze vodLJ z iŶtraĐelulárŶího prostoru do hLJperosŵotiĐkého edžtraĐelulárŶího prostoruͿ, Đož vede ke zŵěŶě jejiĐh aktivitLJ a v koŶečŶéŵ důsledku k vLJvoláŶí silŶého poĐitu žízŶě - V area supraoptica se ŶaĐházejí podoďŶé ŶeuroŶLJ s osŵoĐepčŶí sĐhopŶostí - tLJ v hLJperosŵotiĐké tekutiŶě zvLJšují svou aktivitu a prostředŶiĐtvíŵ projekĐí proĐházejíĐíĐh přes iŶfuŶdiďuluŵ do neurohypofýzy (zadní lalok hLJpofýzLJͿ uvolňují z adžoŶů do přilehlýĐh kapilár antidiuretický hormon (ADH neboli vazopresin) - ADH se ŶásledŶě ĐirkulaĐí dostává do ledviŶ, kde se váže Ŷa své reĐeptorLJ Ŷa ŵeŵďráŶě ďuŶěk distálŶíĐh tuďulů a sďěƌŶýĐh kaŶálků ledviŶ - ADH způsoďuje zvýšeŶí peƌŵeaďility těĐhto ďuŶěk pro vodu, číŵž vyvolává tzv. fakultativní resorpci vody a tvorbu více koncentrované ŵoče - )ŵíŶěŶé ďuňkLJ Ŷesou v ŵeŵďráŶě V 2 receptory pro ADH, po jehož vazďě dochází k aktivaci adenylátcyklázy – tvorba cAMP – inkorporace aƋuapoƌiŶů-2 ;kaŶálLJ pro voduͿ do apikálŶí ŵeŵďráŶLJ ďuŶěk - Aquaporiny umožŶí průĐhod vodLJ dle osŵotiĐkého gradieŶtu z lumen ŶefƌoŶu do hypeƌosŵoláƌŶího pƌostředí dřeŶě ledviŶ, odkud je voda odváděŶa krevŶíŵi Đévaŵi - Výsledkem je Ŷáƌůst osŵolaƌity ŵoče (je z ní odebírána voda, ale rozpuštěŶé látkLJ ŶeͿ a pokles tělesŶé osŵolaƌity ;pro zadržováŶí volŶé vodLJ v těleͿ - ADH současŶě zvyšuje peƌŵeaďilitu ďuŶěk sďěraĐíĐh kaŶálků pro ureu skrze zvýšeŶí edžprese přeŶašečů pro ureu ;Ŷapř. UT-A), které usŶadňují reaďsorpĐi ŵočoviŶLJ do iŶterstiĐia dřeŶě. Toto dále posiluje vstřeďáváŶí vodLJ. III. )ákladLJ ďioĐheŵie orgáŶů a fuŶkĐí 1 6. Hormonální regulace energetického metabolismu regulace metabolických drah - RegulačŶí reakĐe koŶkrétŶí ŵetaďoliĐké dráhLJ je oďvLJkle lokalizováŶa Ŷa jejím začátku – typicky to bývá první irreverzibilní krok - Důvodeŵ je sŶaha omezit plýtvání zdrojů a zďLJtečŶou produkĐi ŵeziproduktů, k Ŷíž ďLJ doĐházelo, kdLJďLJ se dráha zastavila až uprostřed, Ŷikoli Ŷa svéŵ začátku. - RegulačŶí eŶzLJŵ ďývá přítoŵŶý v nízké koncentraci ;Ŷižší, Ŷež je koŶĐeŶtraĐe jiŶýĐh eŶzLJŵů dráhLJͿ, která ho liŵituje. - Obvykle se navíc jedná o allosterický enzym pracující na principu „všeĐhŶo, Ŷeďo ŶiĐ“. - Pro regulaci je výhodné, existuje-li jakýsi koŶĐeŶtračŶí liŵit, nad kterým se reakce nastartuje a rychle dosáhne maximální rychlosti, a Ŷaopak pod Ŷíŵž reakĐe téŵěř neprobíhá. - V regulaci metaďoliĐkýĐh drah se ;jako i v jiŶýĐh regulovaŶýĐh dějíĐh v orgaŶisŵuͿ uplatňujepriŶĐip zpětŶé vazďLJ (feedback). - Při Ŷěŵ doĐhází ke zpětŶéŵu ovlivŶěŶí průďěhu reakĐe Ŷěkterýŵ z vLJtvořeŶýĐh ŵeziproduktů Ŷeďo koŶečŶýŵ produkteŵ. - - Rozlišujeŵe dva druhLJ zpětŶé vazby: ϭͿ NegativŶí zpětŶá vazďa - Odchylka od nastavené hodnoty (set point) vede k sledu reakcí, při ŶiĐhž se systém vrátí kpůvodŶí hodŶotě. - Toto je zdrojem stability sLJstéŵu ;který se Ŷeustále zpětŶě vraĐí k hodŶotě set poiŶtuͿ, a ŶegativŶí zpětŶá vazďa je proto součástí většiŶLJ drah. o Jako příklad ŵůže sloužit eŶzLJŵ ALA-syntáza I ;regulačŶí eŶzLJŵ syntézy hemu lokalizovaŶý v játreĐhͿ, který je přes ŶegativŶí feedďaĐk zpětŶě inhibován produktem celé dráhy -hemem. ϮͿ PozitivŶí zpětŶá vazďa - Odchylka od nastavené hodnoty (set point) vede ke sledu reakcí, které ji ještě víceprohloubí. - hrozí ovšeŵ riziko vzŶiku bludného kruhu ;ĐirĐulus vitiosusͿ, při Ŷěŵž každé další zvětšeŶí odĐhLJlkLJ její zvětšováŶí ještě urLJĐhluje, až ŶakoŶeĐ Ŷestaďilita sLJstéŵu způsoďí jeho kolaps. - NejtLJpičtější příklad pozitivŶí zpětŶé vazďLJ v orgaŶisŵu Ŷajdeŵe v podoďě oxytocinu. - Jde o hormon hormon produkovaný v jádrech hypotalamu, který ;kroŵě jiného) vyvolává koŶtrakĐe hladké svaloviŶLJ dělohLJ a uŵožňuje tíŵ průďěh porodu. - každá kontrakce prostředŶiĐtvíŵ aktivaĐe ŵeĐhaŶoreĐeptorů děložŶí stěŶLJ půsoďí jako stimul pro další sekreci oxytocinu, a jeho efekt tak neustále Ŷarůstá až do doďLJ, kdLJ jsou dítě a ŶásledŶě i plaĐeŶta porozeny a tlak Ŷa děložŶí stěŶu opět klesŶe. RegulačŶí krok ovlivňuje: ϭͿ )ŵěŶa aďsolutŶí koŶĐeŶtraĐe eŶzLJŵu ;ŵŶožství eŶzLJŵuͿ - Ovlivňuje se proĐes transkripce a translace, a to ve smyslu indukce (aktivace) nebo represe(inhibice) exprese genu kódujícího daný enzym. III. )ákladLJ ďioĐheŵie orgáŶů a fuŶkĐí 2 - Příkladeŵ je substrátová indukce, kdLJ přítoŵŶost substrátu indukuje syntézu enzymu. ϮͿ ModulaĐe aktivitLJ již edžistujíĐího eŶzLJŵu ;aktivita eŶzLJŵuͿ aͿ přítoŵŶost aktivátorů / iŶhiďitorů b) kovalentní modifikace molekuly enzymu (fosforylace / defosforylace, tvorba aktivních eŶzLJŵů z proeŶzLJŵů, ...Ϳ Regulace energetického metabolismu 1.Regulace citrátového cyklu - hlavŶíŵ sŵLJsleŵ je tvořit redukovaŶé ekvivaleŶtLJ, jejiĐhž reodžidaĐí se pak v dýchacím řetězĐi tvoří ATP: - pro správnou funkci cyklu musí: - ŵít ďuňka potřeďu tvořit ATP - běžet dýĐhaĐí řetězeĐ - pouze v součiŶŶosti s Ŷíŵ produkuje eŶergii ve forŵě ATP - být dostatek AcCoA regulačŶí eŶzLJŵLJ: a) Citrátsynthasa: - rychlosti citrátsynthasové reakce rozhodují hlavŶě koŶĐeŶtraĐe produktů 1. eŶzLJŵLJ vzŶiku odžalaĐetátu, tj. hlavě malátdehydrogenasa: tato reakce je závislá na NADH/NAD + 2. enzymy vzniku AcCoA, tj. pyruvátdehydrogenázová 1 reakce a b – oxidace b) Isocitrátdehydrogenasa: - rozhoduje o cytosolické koncentraci citrátu - reakce konverze citrátu na isocitrát je reverzibilní - aktivita tohoto eŶzLJŵu je velká při poŵěru ATP/ADP v mitochondriích c) a -ketoglutarátdehydrogenasa: - je pod respiračŶí koŶtrolou, o její aktivitě rozhoduje poŵěr NADH/NAD + Ϯ. RegulaĐe ŵetaďolisŵu saĐharidů Glykolýza – regulačŶí eŶzLJŵLJ Systém hexokinasa/glukokinasa - Hexokinasa : ve všeĐh tkáŶíĐh, rLJĐhle saturovatelná - inhibuje ji Glc-6-P při ŶadďLJtku - úkol produkovat Glc-6-P pro syntézu glykogenu, glykolýzu, pentosový cyklus - Glukokinasa: jen v játrech - jako fuŶkční antagonista Glc-6-fosfatasy - významná pro glukostatickou fci jater - 6-fosfofrukto-1-kinasa : hlavŶí regulačŶí eŶzLJŵ glLJkolýzLJ, - pyruvátkinasa: přizpůsoďuje rLJĐhlost vzŶiku pLJruvátu rLJĐhlosti vzniku Fru-1,6 bisfosfátu odpovídá též Ŷa hladiŶu ĐAMP ;poŵěr iŶzulíŶ/glukagoŶͿ. III. )ákladLJ ďioĐheŵie orgáŶů a fuŶkĐí 3 Regulace glukoneogeneze - anabolická reakce probíhající pouze v játrech a ledvinách - regulačŶí eŶzLJŵLJ jsou tLJ, které oďĐházejí ŶevratŶé reakĐe glLJkolýzLJ: 1. pyruvátkarboxykinasa : aktivována AcCoA 2. PEP karboxykinasa: aktivována NADH/NAD 3. Fru-1,6-bisfosfatasa: akt. citrát, inh. Fru-2,6-bisP 4. Glc-6-fosfatasa Regulace syntézy a degradace glykogenu - Glukagon a katecholaminy aktivují glykogenolýzu a inhibují syntézu glykogenu: 1. cAMP v ďuňĐe aktivuje ĐAMP-dependentní proteinkinasu, která aktivuje (fosforyluje) fosforylasa-kinasu, která aktivuje fosforylasu 2. cAMP inaktivuje (fosforyluje) glykogensynthasu - Insulin aktivuje syntézu glykogenu a inhibuje glykogenolýzu: - zde jde o analogický mechanismus při sŶížeŶí koŶĐeŶtraĐe ĐAMP - při převaze fosforLJlačŶíĐh dějů v hepatocytu dochází ke glykogenolýze a je inhibována syntéza glykogenu - při převaze dějů defosforLJlačŶíĐh ; cAMP insulinem) je tomu naopak RegulaĐe ŵetaďolisŵu saĐharidů: NUTNÉ MÍT NA PAMĚTI, ŽE NÁS OHROŽUJE NA ŽIVOTĚ VÍCE HYPOGLYKEMIE – VÍCE REGULAČNÍCH SYSTÉMŮ SLOUŽÍ KE )VÝŠENÍ GLYKÉMIE, NEŽ NAOPAK ;Ϳ - glukagon: peptid - zvLJšuje glykemii - antagonista insulinu - indukuje enzymy glukoneogeneze - reprimuje pyruvátkinasu – klíčový eŶzLJŵ glLJkolýzLJ - modifikuje enzymy – zprostředkovaŶé druhýŵ posleŵ ĐAMP o tímto dochází k inhibici syntézy glykogenu a aktivaci jeho odbourávání - účiŶkeŵ glukagoŶu se inhibuje pyruvátkinasa - adrenalin: - katecholamin - podoďŶé účiŶkLJ s glukagonem – zvLJšuje glykemii - insulin: - peptid - antagonista glukagonu – sŶižuje glykemii - aktivuje glykogensynthásu +indukuje enzymy glykolýzy - potlačuje sLJŶtézu ŶěkterýĐh eŶzLJŵů glukoneogeneze - kortisol: - glukokortikoid - iŶdukĐe klíčovýĐh eŶzLJŵů – glukoneogeneze - iŶdukĐe eŶzLJŵů pro degradaci AMK – zvýšeŶá dodávka prekursorů pro glukoŶeogeŶezi III. )ákladLJ ďioĐheŵie orgáŶů a fuŶkĐí 4 ϯ. RegulaĐe ŵetaďolisŵu lipidů - lipidy mají v energetickéŵ ŵetaďolisŵu klíčový výzŶaŵ - při ŶadďLJtečŶéŵ přívodu eŶergie jsou jak saĐharidy, tak většiŶa aminokyselin ŵěŶěŶLJ Ŷa TAG jako zásobní formu energie Regulace syntézy mastných kyselin 1. Na úrovni AcCoA – karboxylasy: - AktivaĐe: Đitrát, iŶsuliŶ ;Ż cAMP) - Inhibice: palmitoyl-CoA, katecholaminy ( cAMP) 2. Na úrovni syntasy MK - regulaĐe je hlavŶě dlouhodoďá – na úrovni absolutŶího ŵŶožství tohoto enzymu - exprese je ovlivŶěŶa hlavŶě dietou ;Ŷejvětší iŶdukĐe: strava ŶízkotučŶá, vLJsokosaĐharidová, eŶergetiĐkLJ ďohatáͿ - tLJto vlivLJ zprostředkovává inzulin/glukagon Regulace hydrolýzy TAG - při hladověŶí ŵusí tkáŶě spolupraĐovat Ŷa udržeŶí glLJkéŵie - určitá hladiŶa glLJkéŵie je životŶě důležitá pro Ŷěkteré tkáŶě ;erLJ, CNS...Ϳ - základŶíŵ opatřeŶíŵ, jak šetřit glukózu, je přeĐhod Ŷa jiŶé zdroje eŶergie - těŵi jsou hlavŶě MK a ketolátky (vznikající z MK) - edžistují regulačŶí ŵeĐhaŶisŵLJ, jakýŵi ďuňkLJ, které jsou toho sĐhopŶLJ, preferují odžidaĐi MK před glukosou - o mobilizaci MK ze zásob rozhoduje: HORMON-SENZITIVNÍ LIPASA: - lipolýza v tukové tkáni, glycerol uvolní do plazmy - Aktivace: katecholaminy ( cAMP), ACTH - Inhibice: inzulin, PG - v organismu jsou i jiné enzymy schopné hydrolýzy TAG - FuŶkčŶě se však velŵi liší: - lipoproteinová lipasa - pankreatická lipasa Regulace jaterní ketogenese - ketolátky se při hladověŶí stávají zdrojeŵ eŶergie - pro kosterní svaly, srdce, později i pro ŵozek - vznikají pouze v játrech z nadbytku AcCoA - AcCoA pochází z b -oxidace MK, které byly mobilizovány z tukové tkáŶě HORMON Úč. Ŷa ŵtď. saĐharidů Úč. Ŷa ŵtď lipidů Ostatní, poznámky GH ;růstový hormon) Hyperglykemizující Lipolýza Proteoanabolismus Půsoďí prostředŶiĐtvíŵ IGF-I a II Glukokortikoidy Hyperglykemizující Lipolýza (ve vysokých dávkách lipogenese v centrálních partiích) Proteoanabolismus,v nefyziologických koncentracích naopak III. )ákladLJ ďioĐheŵie orgáŶů a fuŶkĐí 5 HorŵoŶLJ tukové tkáŶě - Tuková tkáň, zejŵéŶa vzhledeŵ ke svéŵu ŵŶožství, představuje důležitý a často opomíjený endokrinní orgán. - Její ďuňkLJ ;adipoĐLJtLJͿ tvoří ŵŶožství peptidovýĐh horŵoŶů, ozŶačovaŶýĐh jako adipokiny - TLJ oďeĐŶě zasahují předevšíŵ do energetického metabolismu a svým vlivem na apetit apotravní chování ovlivňují dlouhodoďou regulaĐi tělesŶé hŵotŶosti - Kroŵě vlivu Ŷa ŵetaďolisŵus ŵodulují také imunitní funkce a ovlivňují průďěh záŶětlivýĐh proĐesů - Mezi ŶejvýzŶaŵŶější produkovaŶé horŵoŶLJ patří leptin, adiponektin a rezistin. - Kroŵě příŵé produkĐe vlastŶíĐh horŵoŶů ale tuková tkáň ovlivňuje i horŵoŶLJ secernováné jinými endokrinními orgány - NadďLJtek tukové tkáŶě se Ŷapříklad výrazŶě podílí Ŷa vzŶiku inzulinové rezistence, diaďetu Ϯ. tLJpu či atherosklerózLJ 1) Leptin - Tzv. lipostatická hypotéza tvrdí, že tuková tkáň produkuje, úŵěrŶě svéŵu ŵŶožství, půsoďkLJ ovlivňujíĐí hLJpotalaŵus, které vedou ke zvýšeŶí eŶergetiĐkého výdeje a sŶížeŶí příjŵu potravLJ. - PrvŶíŵ odhaleŶýŵ půsoďkeŵ tohoto druhu ďLJl leptiŶ. - Struktura a syntéza - Leptin je 167-aminokyselinový proteinový hormon, produkt tzv. ob genu („ob“ od slova obezita) - Jeho receptor je kódován db genem, který se vLJskLJtuje v Ŷěkolika sestřihovýĐh forŵáĐh. - RůzŶé forŵLJ reĐeptoru jsou lokalizováŶLJ v růzŶýĐh částeĐh těla – v mozku (zejména hypotalamu) a v periferních tkáních - leptiŶ je tvořeŶ předevšíŵ adipoĐLJtLJ ďílé tukové tkáŶě a jeho vyprodukované ŵŶožství koreluje s jejíŵ oďsaheŵ v těle. - Lidé s obezitou tedy tvoří víĐe leptiŶu, Ŷež lidé s ŶorŵálŶí hŵotŶostí. - Kroŵě ďílé tukové tkáŶě ho v ŵalé ŵíře tvoří i jiŶé tkáŶě ;Ŷapříklad hŶědá tuková tkáň, kosterŶí svalLJ, žaludek, játra či plaĐeŶtaͿ. Katecholaminy Hyperglykemizující(glykogenolýza, inhibice glykolýzy v játrech, ale ne ve svalu) Lipolýza (aktivace horm. senzit.lipasy) Též uvolňuje glukagoŶ z a -bb. Pankreatu Glukagon Hyperglykemizující (glykogenolýza, glukoneogeneze) Lipolýza (aktivuje horm-senz. lipasu, inhibuje syntézu MK) cAMP Inzulin SŶižuje glLJkéŵii (syntéza glykogenu, glykolýza) Lipogeneze (aktivuje syntézu MK ® TAG) NejúčiŶŶější aŶaďoliĐký horŵoŶ, ŶeŶí znám druhý posel Tyroxin )vLJšuje ďazálŶí ŵetaďolisŵus, proteoaŶaďoliĐké účiŶkLJ. III. )ákladLJ ďioĐheŵie orgáŶů a fuŶkĐí 6 - Funkce a patologie - LeptiŶ ve velké ŵíře reguluje výdej a příjeŵ eŶergie, a to vlivem na potravní chování, apetit, hlad a na energetický metabolismus. - Protože jeho ĐirkulujíĐí ŵŶožství odpovídá ŵŶožství tukové tkáŶě v těle, poskytuje mozku zpětŶovazeďŶě iŶforŵaĐi o stavu eŶergetiĐkýĐh zásoď. - LeptiŶ přestupuje přes heŵatoeŶĐefalickou bariéru a v hypotalamu půsoďí aŶoredžigeŶŶě, tluŵí Đhuť k jídlu a zvLJšuje eŶergetiĐký výdej. - periferŶě ovlivňuje Đitlivost k inzulinu - Půsoďí tak proti oredžigeŶŶíŵu efektu neuropeptidu Y, který Ŷaopak Đhuť k jídlu zvLJšuje a stiŵuluje i sekreĐi iŶzulinu - V myocytech leptin aktivuje enzym AMP-kiŶázu ;AMPKͿ, a tíŵ zvLJšuje odžidaĐi TAG ve svalu. - V případě vzáĐŶýĐh mutací, kdy je poškozeŶ leptinový receptor nebo leptin saŵotŶý, vzŶiká u jediŶĐe již poŵěrŶě časŶě v dětství obezita až ŵorďidŶího stupŶě a dyslipidémie, které jsou důsledkeŵ ŶekoŶtrolovatelŶého hladu a žravosti. - V důsledku zvýšeŶé produkĐe iŶzuliŶu se u těĐhto paĐieŶtů rozvíjí také inzulinová rezistence. - Naproti toŵu, proďléŵ většiŶLJ oďézŶíĐh paĐieŶtů ŶeŶí v Ŷedostatku leptiŶu. Právě Ŷaopak, protože je leptiŶ tvořeŶ úŵěrŶě k ŵŶožství tuku v těle, je pro oďézŶí tLJpiĐká spíše hLJperleptiŶéŵie a vzŶiklá rezisteŶĐe vůči leptiŶu. 2) Adiponektin - Struktura a syntéza - Adiponektin je proteinový hormon produkovaný zejména adipocyty tukové tkáŶě - Jeho koŶĐeŶtraĐe v krvi je poŵěrŶě vLJsoká ;oproti leptiŶu je o Ŷěkolik řádů vLJššíͿ - Dalšíŵ rozdíleŵ oproti leptiŶu je korelace ŵezi oďsaheŵ tuku v těle a tvorbou adiponektinu, která je negativní. - Obézní pacienti mají tedy koncentrace adiponektinu v plazŵě Ŷižší Ŷež pacienti s normálním BMI. - V plazŵě se teŶto horŵoŶ vLJskLJtuje v Ŷěkolika polymerních izoformách ;tvoří triŵer, hedžaŵerLJ Ŷeďo i vLJšší polLJŵerŶí strukturLJͿ, které ŵají odlišŶé účiŶkLJ. - Funkce - AdipoŶektiŶ je horŵoŶ ovlivňujíĐí předevšíŵ metabolismus saĐharidů a lipidů, zvLJšuje Đitlivost tkáŶí k iŶzuliŶu. - Jeho účiŶkeŵ se zvLJšuje traŶsport a utilizaĐe glukózLJ a volŶýĐh ŵastŶýĐh kLJseliŶ ve svalovýĐh, jaterŶíĐh a tukovýĐh ďuňkáĐh a Ŷaopak se tluŵí glukoneogeneze v játrech. - AdipoŶektiŶ půsoďí současŶě proti rozvoji aterosklerózy, předevšíŵ ve včasŶýĐh stádiíĐh jejího vzŶiku. - Brzdí traŶsforŵaĐi ŵakrofágů Ŷa pěŶité ďuňkLJ a sŶižuje edžpresi jejiĐh povrĐhovýĐh adhezivŶíĐh reĐeptorů. III. )ákladLJ ďioĐheŵie orgáŶů a fuŶkĐí 7 3) Rezistin - PodoďŶě jako jiŶé adipokiŶLJ, patří i rezistiŶ ŵezi proteiŶLJ tvořeŶé adipocyty tukové tkáŶě - Dále ho tvoří také ďuňkLJ iŵuŶitŶího sLJstéŵu a jeho exprese je regulována zejména prozáŶětlivýŵi ĐLJtokiŶLJ IL-6 a TNFα. - jeho podáŶí sŶižuje glukózovou toleraŶĐi a iŶzuliŶovou seŶzitivitu a je pravděpodoďŶé, že se tak při zvýšeŶé koŶĐeŶtraci podílí na rozvoji inzulinové rezistence - Jeho souvislost s oďezitou a diaďeteŵ je ale stále ŶeoďjasŶěŶá, výsledkLJ edžperiŵeŶtálŶíĐh studií Ŷa lideĐh ďLJlLJ totiž rozporuplŶé. - Předpokládá se, že u lidí jeho výzŶaŵ spočívá spíše v regulaĐi záŶětlivýĐh proĐesů. ŘízeŶí eŶergetiĐkého ŵetaďolisŵu při zátěži: - pro udržeŶí koŶtiŶuálŶí dodávkLJ eŶergetiĐkýĐh zdrojů pro praĐujíĐí sval ;glukóza, MKͿ je nutné mobilizovat energii ze zásob - hl. hormony glukagon, adrenalin, sŶížeŶá produkĐe iŶzuliŶu - pro výkoŶ je ŶezďLJtŶé zvýšeŶé ŵŶožství glukózLJ v krvi – zvýšeŶá glykemie - ze začátku zátěže je způsoďeŶa adrenalinem – ten stimuluje v játrech glykogenolýzu, glukoneogenezu (glukagon se v počátečŶí fázi ještě ŶeuplatňujeͿ - zvýšeŶá gLJlkeŵie ďLJ teoretiĐkLJ ŵěla vLJvolat zvýšeŶou produkĐi iŶzuliŶu – ta je vak inhibována účiŶkLJ sLJŵpatiku Ŷa B-ďuňkLJ LaŶgerhaŶsovýĐh ostrůvků paŶkreatu - zvýšeŶá glLJkéŵie přetrvává - zvLJšuje se sekreĐe glukagonu – stiŵulačŶíŵ vliveŵ sLJŵpatiku Ŷa A-ďuňkLJ LaŶgerhaŶsovýĐh ostrůvků paŶkreatu - v důsledku zvýšeŶé produkĐe adreŶaliŶu a zvýšeŶéŵu poŵěru produkĐe glukagoŶu k sekreci inzulinu – stoupá koncentrace volných MK v plazŵě - produkce laktátu – při aŶaeroďŶí glLJkolýze - ohrožuje hoŵeostázu produkĐí H+ - sŶížeŶíŵ pH - současŶě ŵůže ďýt zdrojeŵ pro tvorbu glukózy – substrát - ŵůže ďýt zdrojeŵ eŶergie pro ŵLJokard - produkován hl. v počátečŶíĐh fázíĐh zátěže - při přeĐhodu Ŷa aeroďŶí ŵetaďolisŵus – jeho produkce klesá - pohlavní rozdíly v energetickém metabolismu: - pohlavŶí horŵoŶLJ ovlivňují u ŶetréŶovaŶýĐh jediŶĐů aktivitu klíčovýĐh eŶzLJŵů, řídíĐíĐh ŵetaďolisŵus glukózLJ a MK - ŵuži – vLJšší koŶĐeŶtraĐe adreŶaliŶu při zátěži – zvýšeŶá glLJkogeŶolýza ;ve svalech i játrech) vlivem testosteronu - při tělesŶé zátěži spalují hl. glukózu – Ŷepříŵo vede k vLJšší spotřeďě glukogenních AMK - žeŶLJ: - u žeŶ převažuje lipolýza stiŵulovaŶá estrogeŶLJ - glykogenolýza a glukoneogeneze jsou estrogeny tlumeny - žeŶLJ spalují hl. tukLJ III. )ákladLJ ďioĐheŵie orgáŶů a fuŶkĐí 1 7. BiocheŵiĐké poĐhodLJ při tráveŶí živiŶ __________________________________________________ - základem jsou katabolické dráhy – rozkládajíĐí orgaŶiĐké prekurzorLJ Ŷa ŵeŶší molekuly - dodávají redukované koenzymy – tLJ jsou doŶorLJ elektroŶů pro oxidativní fosforylaci (NADH) a anabolické dráhy (NADPH) - další přeŵěŶLJ slouží k získávání energie – oxidativní fosforylace - zásoba energie ATP – jeho edžogeŶŶíŵ štěpeŶíŵ je dodávaŶá eŶergie reakĐíŵ, které eŶergii potřeďují ;př.: aŶaďoliĐké reakĐe, traŶsport...Ϳ (anabolické dráhy – tvorďa tělu vlastŶíĐh sloučeŶiŶ z molekul vzniklých katabolickými drahami) 1) ŵeĐhaŶiĐké rozŵělŶěŶí stravLJ – sŵíšeŶí se sliŶaŵi a polkŶutí 2) ŶatráveŶí poŵoĐí jedŶotlivýĐh speĐifiĐkýĐh eŶzLJŵů – hl. hydrolas ;štěpí Ŷa fragmenty a inkorporují vodu) 3) resorďĐe epiteliárŶíŵi ďuňkaŵi teŶkého střeva – (AMK, monosacharidy,MK,monoacylglyceroly, cholesterol, komponenty nukleových kyselin, vitaminy, anorganické látky) 4) význam vlákniny (celulóza, lignin)– Ŷevstřeďává se – prochází trávicím traktem bez metabolické přeŵěŶLJ - váže HϮO 5) vLJloučeŶí stoliĐe BioĐheŵie tráveŶí saĐharidů: ;výsledŶý produkt je ŵoŶosaĐharidͿ - degradaĐe polLJsaĐharidů začíŶá již v ústeĐh sliŶou α- amylasou - vlastŶí degradaĐe proďíhá za přítoŵŶosti paŶkreatiĐké α- amylasy – v teŶkéŵ střevě - oligosacharidLJ jsou dále štěpeŶLJ střevŶíŵi glykosidasami až Ŷa ŵoŶosaĐharidLJ (hydrolyzovány) - glukosa a galaktosa – aktivní kontrasport s Na+ ionty – příjeŵ do eŶteroĐLJtů BioĐheŵie tráveŶí proteiŶů: (výsledný pordukt AMK) - bílkoviny jsou v žaludku deŶaturováŶLJ HCl - ŶásledŶě degradováŶLJ eŶzLJŵLJ - v žaludečŶí štávě: - pepsin - chymosin - ve střevě: - pankreatickými endopeptidasami - trypsin - chymotrypsin - elastazy - vzŶiklé peptidLJ stěpí dále exopeptidasy až Ŷa AMK - karboxypeptidasy - aminopeptidázy III. )ákladLJ ďioĐheŵie orgáŶů a fuŶkĐí 2 BioĐheŵie tráveŶí tuků: ;produkt MKͿ - hydrofóbní látky - triacylgylceroly, fosfolipidy, cholesterol - štěpí je lipasy - ke štěpeŶí je ŶutŶá přítoŵŶost žlučovýĐh kLJseliŶ – tLJ půsoďí jako teŶzidLJ – rozkládají tukovou kapku na tukové kapénky – emulgují – uŵožňují půsoďeŶí lipáz Ŷa většíŵ povrchu - transport tukových kapének – nejprve lymfatickým systémem –thorakálním duktem - vstup do krevŶího oďěhu – ve forŵě chilomiker - krátĐe po přijetí potravy jsou v krevŶíŵ řečišti Ŷejdříve přítoŵŶá Đhiloŵikra Biochemie trávení nukleových kyselin: - štěpeŶLJ nukleasami paŶkreatu a teŶkého střeva - uvolňují se purinové a pyrimidinové báze, riďosLJ, deodžLJriďosLJ, k. fosforečŶá – resorpce v jejunu BioĐheŵie tráveŶí aŶorgaŶiĐkýĐh látek a hLJdrofilŶíĐh vitaŵíŶů: - hydrofilní – resorďĐe příŵo ve střevě - vitamíny rozpustné v tucích – jsou resrďováŶLJ stejŶě jako tukLJ – v plazŵě jsou vázaŶé Ŷa alďuŵiŶ, případŶě gloďuliŶ Další zpraĐováŶí živiŶ: - většiŶa jedŶoduššíĐh ŵolekul prostupuje přes epitel střeva ;jejuŶuŵ, ileuŵͿ do portálŶího oďěhu – transport do jater - v játrech probíhá metaďoliĐká přeŵěŶa - Ŷásleduje traŶsport produktů k orgáŶůŵ - v ĐLJtosolu a ŵitoĐhoŶdriálŶí ŵatridž ĐílovýĐh ďuŶěk jsou látkLJ dále odžidováŶLJ – cílem je získat energii – ATP - Ŷeďo jsou vLJužitLJ pro aŶaďolisŵus TráviĐí šťávLJ: 1) Sliny: - produkĐe sliŶŶýŵi žlázaŵi - produkováŶLJ až po iŶfludžu CAϮ+ do ďuňkLJ - ŵŶožství a ĐheŵiĐké složeŶí – řízeŶo ĐholiŶergŶí, aŶdreŶergŶí a peptiŶergŶí stimulací - sekret: - hLJpotoŶiĐký oproti plazŵě - pH 7 - denní produkce: 1-1,5 l - obsah: - anorganické látky: - vodu - ionty: - Na+ = 18 mmol ̈/l - K+ = 28 mmol/l - Cl- = 25 mmol/l III. )ákladLJ ďioĐheŵie orgáŶů a fuŶkĐí 3 - HCO3- = 8 mmol/l - NH4+ - jodidy - organické látky: - mucin – glykoprotein s vysokým obsahem cukru – udržuje viskozitu sliŶ - α- amylasa – štěpí polLJsaĐharidLJ ;glLJkogeŶ, škroďͿ - bílkoviny – imunoglobuliny, vazoaktivní intersticiální peptid, lyzosomy – antibakteriální složka - kalikreiny – ovlivňují produkĐi ďradLJkiŶiŶu 2) ŽaludečŶí šťáva - parietální b. – tvoří HCl, vŶitřŶí faktor vážíĐí se Ŷa vitaŵíŶ BϭϮ - hlavní b. – slaďě alkaliĐký sekret s pepsinogenem - pH žaludečŶí šťávLJ ϭ,Ϯ – 3 - denní produkce: 2-3l - obsah minerálních solí: - Na+ = 18 mmol/l - K+ = 28 mmol/l - Cl- = 25 mmol/l - HCl – její sekreĐe vLJžaduje karbonátdehydratasu (=karboanhydrasa) - katalLJzuje reakĐi: HϮO + COϮ → H+ +HCOϯ- - krLJĐí ďuňkLJ koŶĐeŶtrují protoŶLJ ;výŵŶěŶou za K+ͿaktivŶíŵ transportem - Cl- pasivŶě pronikají do lumen - za secernovaný H+ - Ŷa serózŶí straŶě opouští ďuňku HCOϯ-, ten jde do krve výŵěŶou za Cl- - aktivuje pepsinogen – na pepsin - další eŶzLJŵLJ – chymosin, lipasa - gastroferrin – ďílkoviŶa, važíĐí Fe ioŶtLJ - podŵíŶěŶí sekreĐe: - příjeŵ potravLJ – reflexní produkĐe šťávLJ – acetylcholin – zvýší koncentraci Ca2+ -ovlivní to produkci gastrinu a histaminu ve speĐializovaŶýĐh ďuňkáĐh - půsoďeŶí ĐheŵiĐkýĐh složek potravLJ – př.: peptidové horŵoŶLJ – aktivují další uvolňováŶí gastriŶu – teŶ pak přestupuje do krve – jako endogenní faktor - z krve se vraĐí zpět a aktivuje produkĐi šťávLJ - zŵěŶa pH – sŶíží produkĐe gastriŶu - Ŷa produkĐi se podílejí i sekretLJ střevŶí slizŶiĐe - hlen – pokrývá žaludečŶí slizŶiĐi – sŵěs proteogLJkaŶů a glLJkoproteiŶů – ĐhráŶí před ŶatráveŶíŵ - sliznici dále pokrývají – bílkoviny, imunoglobulin A, anorganické komponenty – HCO3- - glykoporteiny – zadržují vodu – usŶadňují posuŶ potravLJ III. )ákladLJ ďioĐheŵie orgáŶů a fuŶkĐí 4 3) PaŶkreatiĐká šťáva: - pH= 7,5-8,8 - denní produkce: 0,7 – 2,5 l - ioŶtové složeŶí: - Na+ = 140 mmol/l - K+ = 8 mmol/l - CL- = 120 mmol/l - HCO3- =35 mmol/l - HCO3- - silná konjugovaná báze - alkalizuje potravu, přiĐházejíĐí ze žaludku - při zŵěŶě pH se ŵěŶí aktivita eŶzLJŵů - proteolytické enzymy: - trypsin, chymotrypsin, eslastasa, karboxypeptidasa - eŶzLJŵLJ se aktivují až v teŶkéŵ střevě – trypsinogen je aktivován střevŶí eŶteropeptidasou – vzniká aktivní trypsin – ten dál aktivuje chymotrypsinogen, proelastasu, prokarboxypeptidasu - proti předčasŶé aktivaĐi ĐhráŶí paŶkreas iŶhiďitor trLJpsiŶu ;tvoří společŶě koŵpledžͿ - v krvi – α- antitrypsin blokuje elastazu - α-amylasa – štěpí polLJsaĐharidLJ Ŷa ŵeŶší podjedŶotkLJ - ribonukleasy, deoxyribonukleasy – štěpí Ŷukleové kLJseliŶLJ - paŶkreatiĐká lipasa, po aktivaĐi kolipasou štěpí triaĐLJlglLJĐerolLJ - fosfolipasa A2 – uvolňuje MK Ŷa CϮ ve fosfolipideĐh - esterasa – degraduje estery cholesterolu - horŵoŶálŶí řízeŶí sekreĐe – pomocí sekretinu a pankreozyminu (cholecystokininem) - podŶěteŵ k sekreci – přítoŵŶost tukovýĐh látek v ŶatráveŶé potravě 4) Žluč: - tvoří se v játrech - skladovaŶá ve žlučŶíku - pH= 6,9 – 7,7 - denní produkce: 0,6 l - ioŶtové složeŶí: - Na+= 18 mmol/l - K+ = 28 mmol/l - Cl- = 25 mmol/l - HCO3- = 30 mmol/l - alkalLJzuje tráveŶiŶu přiĐházejíĐí ze žaludku - obsahuje - žlučové kLJseliŶLJ - k. cholová, chenodeoxycholová - fosfolipidy (hl. fosfatidylcholin) - bilirubin - cholesterol - sekuŶdárŶí žlučové kLJseliŶLJ se tvoří ve střevě – půsoďeŶíŵ ďakterií III. )ákladLJ ďioĐheŵie orgáŶů a fuŶkĐí 5 - priŵárŶí i sekuŶdrárŶí žluč.kLJs – se vstřeďávají - eŶterohepatálŶíŵ oďěheŵ se navrací do jater - sekretin – zvLJšuje produkĐi žluče v játrech - cholecystokinin – zvLJšuje koŶtrakĐe žlučŶíku - aktivátorem jsou tukové látky v ŶatráveŶé potravě, vaječŶý žloudek a nadbytek MgSO4 5) StřevŶí sekret: - ioŶtové složeŶí: - Na+=- 115 mmol/l - K+=5 mmol/l - Cl-= 90 mmol/l - pH = 6,5 – 8 - denní produkce 3l - enzymy ŵeŵďráŶLJ kartáčového leŵu: - aminopeptidasy - dipeptidasy - nukleové kyseliny - glykosidasy – štěpí oligosaĐharidLJ - fosfolipasy – štěpí fosfolipidLJ - alkalická fosfatása – uvolňuje k. fosforečŶou NejvýzŶaŵŶější ĐheŵiĐké reakĐe v ŵetaďolisŵu - reakĐe ŵají často společŶé ŵeziproduktLJ 1) AlkoholLJ, karďoŶLJlové sloučeŶiŶLJ a karboxylové kyseliny - AlkoholLJ, karďoŶLJlové sloučeŶiŶLJ a karďodžLJlové kLJseliŶLJ patří ŵezi výzŶaŵŶé suďstrátLJ ŵŶoha reakĐí ŵetaďoliĐkýĐh drah orgaŶisŵů - Alkoholy oďsahují fuŶkčŶí skupiŶu –OH - Podle jejího počtu v ŵolekule ŵohou ďýt alkoholLJ jedŶo-, dvou- nebo více sytné - Dále je lze dělit podle toho, Ŷa jaký atoŵ uhlíku se -OH skupiŶa váže, a z tohoto hlediska pak rozlišujeŵe primární (R-CH 2 -OH), sekundární (R 1 -CH(OH)-R 2 ) a terciární (C-R 1 R 2 R 3 (OH)) alkoholy. - Aldehydy společŶě s ketony tvoří skupiŶu karbonylových sloučeŶiŶ. - FuŶkčŶí skupiŶou aldehLJdů je skupiŶa -CHO, u ketoŶů C=O. - ) této skupiŶLJ jsou pro orgaŶisŵus pravděpodoďŶě ŶejvýzŶaŵŶějšíŵi suďstrátLJ reakcí karboxylové kyseliny ĐharakterizovaŶé přítoŵŶostí fuŶkčŶí skupiŶLJ -COOH, či jejich deriváty. Mezi výzŶaŵŶé reakĐe alkoholů, aldehLJdů a karďodžLJlovýĐh kLJseliŶ patří: ϭͿ Tvorďa aŶioŶtů a aĐLJlů odvozeŶýĐh od karďodžLJlovýĐh kLJseliŶ - Karboxylová skupina je schopna disociace, přičeŵž ŵíru disoĐiaĐe pro jednotlivé kyseliny udává disoĐiačŶí koŶstaŶta - karboxylové kLJseliŶLJ patří většiŶou ŵezi kLJseliŶLJ slabé, Đož zŶaŵeŶá, že jejich disociace je jen parciální - z kyseliny tak vzniká aniont (skupina -COO - ). - Po odštěpeŶí Đelé -OH skupiny z karboxylové skupiny vzniká její acyl III. )ákladLJ ďioĐheŵie orgáŶů a fuŶkĐí 6 2) Dehydrogenace a hydrogenace (oxidace a redukce) - Běheŵ ĐheŵiĐké reakĐe zvaŶé dehydrogenace dochází k odstraŶěŶí -H z molekuly - vodík, který tíŵto proĐeseŵ získáŵe, ŵůžeŵe ŶásledŶě vLJužít při tvorďě protonového gradientu v mitochondriích a k zisku energie (ATP) - vnesení vodíku do molekuly se nazývá hydrogenace - v orgaŶisŵu se dehLJdrogeŶaĐe a hLJdrogeŶaĐe vLJskLJtují Ŷapříklad při: a) Oxidacích jednoduchých vazeb na vazby dvojné - OďeĐŶé sĐhéŵa reakĐe lze vLJjádřit takto: -CH 2 -CH 2 - ↔ -CH=CH- + 2H + + 2e - - TLJto reakĐe se vLJskLJtují Ŷapříklad v Kreďsově ĐLJklu, při β-oxidaci mastných kyselin či desaturačŶíĐh reakcích, které mají za cíl syntézu nenasycených MK. ďͿ VzájeŵŶýĐh přeŵěŶáĐh alkoholů – aldehLJdů / ketoŶů – karboxylových kyselin - Trojice skupin organických sloučeŶiŶ alkoholy, karbonylové sloučeŶiŶLJ a karboxylové kyseliny tvoří řadu vzájeŵŶě se lišíĐí stupŶěŵ oxidace / redukce - oďeĐŶé sĐhéŵa jejiĐh vzájeŵŶé přeŵěŶLJ je ŶásledujíĐí ;sŵěreŵ ke karďoŶLJlové sloučeŶiŶě a karďodžLJlové kLJseliŶě proďíhá odžidaĐe, sŵěreŵ opačŶýŵ redukĐeͿ: ϭ. PriŵárŶí alkohol ↔ aldehLJd ↔ karďoxylová kyselina R- CH 2 -OH ↔ R-CHO ↔ R-COOH Ϯ. SekuŶdárŶí alkohol ↔ ketoŶ R 1 -CH(OH)-R 2 ↔ R 1 -CO-R 2 3. Terciární alkohol – nelze zoxidovat - Jako příklad odžidaĐe Ŷáŵ ŵůže posloužit vznik dihydroxyacetonfosfátu (DHA-P) z glycerol-3- fosfátu (kofaktorem je FAD), přes který vstupuje glLJĐerol dle aktuálŶíĐh potřeď orgaŶisŵu do glLJkolýzLJ či do glukoŶeogeŶeze 3) Esterifikace - Esterifikace je reakce karboxylové kyseliny s alkoholem, při které vzniká ester a voda: R 1 -OH + R-COOH → R 1 -O-(C=O)-R + H 2 O 1) Nasycené monokarboxylové kyseliny C Systematický název Triviální název Latinský název Acyl Aniont 1 metanová ŵraveŶčí ac. formicum formyl formiát III. )ákladLJ ďioĐheŵie orgáŶů a fuŶkĐí 7 2 etanová octová ac. aceticum acetyl acetát 3 propanová propionová ac. propionicum propionyl propionát 4 butanová máselná ac. butyricum butyryl butyrát 5 pentanová valérová ac. valericum valeryl valerát 12 dodekanová laurová ac. lauricum lauryl laurát 16 hexadekanová palmitová ac. palmiticum palmitoyl palmitát 18 oktadekanová stearová ac. stearicum stearoyl stearát 2) Nasycené dikarboxylové kyseliny C Systematický název Triviální název Latinský název Acyl Aniont 2 etandiová štavelová ac. oxalicum oxalyl oxalát 3 propandiová malonová ac. malonicum malonyl malonát 4 butandiová jantarová ac. succinicum sukcinyl sukcinát 5 pentandiová glutarová ac. glutaricum glutaryl glutarát 6 hexandiová adipová ac. adipicum adipoyl adipát 3) Nenasycené monokarboxylové kyseliny C Systematický název Triviální název Latinský název Acyl Aniont 18:1 cis-oktadec-9- enová olejová ac. oleicum oleoyl oleát 18:2 ;ω-6) cis,cis-oktadeka- 9,12-dienová linolová ac.linoleicum linoloyl linolát 18:3 ;ω-3) cis,cis,cis- oktadeka-9,12,15- trienová linolenová ac.linolenicum linolenoyl linolenát 20:4 ;ω-6) cis,cis,cis,cis- eikosa-5,8,11,14- tetraenová arachidonová ac. arachidonicum arachidonyl arachidonát 4) Nenasycené dikarboxylové kyseliny C Systematický název Triviální název Latinský název Acyl Aniont 4 cis-butendiová maleinová ac. maleicum maleinyl maleinát III. )ákladLJ ďioĐheŵie orgáŶů a fuŶkĐí 8 4 trans-butendiová fumarová ac. fumaricum fumaroyl fumarát 5) Deriváty karboxylových kyselin C Systematický název Triviální název Latinský název Acyl Aniont 3 2-oxopropanová pyrohroznová ac. pyruvicum pyruvyl pyruvát 3 2- hydroxypropanová ŵléčŶá ac. lacticum laktoyl laktát 4 3-oxobutanová acetooctová acetoacetyl acetoacetát 4 3-hydroxybutanová β- hydroxymáselná β- hydroxybutyrát 4 2- hydroxybutandiová jaďlečŶá ac. malicum maloyl malát 4 2-oxobutandiová oxaloctová oxalacetát 5 2-oxopentandiová α-ketoglutarová α- ketoglutaryl α-ketoglutarát 6 2-hydroxypropan- 1,2,3-trikarboxylová citrónová ac. citricum citrát 2) Hydroxykyseliny a ketokyseliny - VzájeŵŶá přeŵěŶa hydroxykyselin (které mimo skupinu -COOH oďsahují v řetězĐi i - OH skupinu nahrazující jeden -H) a ketokyselin (nazývaných také oxokyseliny, oďsahují v řetězĐi ŵiŵo skupiŶu -COOH i skupinu =O nahrazující jeden -H) je v ŵetaďoliĐkýĐh draháĐh relativŶě ďěžŶá. - V metabolismu se vyskytuje i jev keto-enol tautomerie, kde do seďe vzájeŵŶě přeĐházejí dvě forŵLJ orgaŶiĐkýĐh sloučeŶiŶ: keto- ;či také odžo- forma) – obsahující dvojnou vazbou vázaný kyslík jako skupinu =O a enol- forma, kde je dvojná vazba mezi uhlíky a na jeden z nich se pak váže -OH skupina (C=C-OH) - JejiĐh vzájeŵŶá přeŵěŶa představuje migraci atomu vodíku či protoŶu, doplŶěŶou prohozením jednoduché vazby a k Ŷí přiléhajíĐí vazby dvojné. 3) Aminokyseliny a oxokyseliny - AŵiŶokLJseliŶLJ a odžokLJseliŶLJ představují suďstitučŶí derivátLJ karďodžLJlovýĐh kLJseliŶ. - aŵiŶokLJseliŶLJ oďsahují v řetězĐi kroŵě -COOH skupiny i skupinu -NH 2 , oxokyseliny skupinu =O. - JejiĐh vzájeŵŶé přeŵěŶLJ jsou v orgaŶisŵu časté, doĐhází při ŶiĐh ke zŵěŶě - NH 2 skupiny na skupinu =O a naopak. - TLJto přeŵěŶLJ vLJkoŶávají dvě základŶí reakĐe: III. )ákladLJ ďioĐheŵie orgáŶů a fuŶkĐí 9 1) Transaminace - Při této reakĐi je aminokyselina donorem -NH 2 skupiny pro oxokyselinu - ) příslušŶé odžokLJseliŶLJ vzŶiká aŵiŶokLJseliŶa a původŶí aŵiŶokLJseliŶa se stává oxokyselinou: AK 1 + OxoK 2 ↔ OdžoK 1 + AK 2 ϮͿ OdžidačŶí deaŵiŶaĐe - Jedná se o reakci vzniku oxokyseliny z aminokyseliny odstraŶěŶíŵ - NH 2 skupiny, jež se uvolňuje jako amoniak (NH 3 ) - OdžidačŶí deaŵiŶaĐe patří k výzŶaŵŶýŵ reakĐíŵ, skrze které zahajují aminokyseliny proces svého odbourávání - V lidskéŵ těle proďíhají zejŵéŶa v játrecha uvolŶěŶý aŵoŶiak vstupuje do procesu sLJŶtézLJ ŵočoviŶLJ. - Uvedenou reakci katalyzuje glutamátdehydrogenáza. 4) Dekarboxylace a karboxylace - dochází k odstraŶěŶí karďodžLJlové skupiŶLJ, která se uvolŶí v podoďě molekuly CO 2 a je nahrazena protonem. - V orgaŶisŵu proďíhá jako součást: ϭͿ PřeŵěŶLJ aŵiŶokLJseliŶ Ŷa ďiogeŶŶí aminy ;Ŷapř. při sLJŶtéze mnoha ŶeurotraŶsŵiterů) 2) Dehydrogenace 2-ketokyselin – pLJruvátdehLJdrogeŶázová reakĐe a dvě reakce Krebsova cyklu - Karboxylace je reakĐe opačŶá, doĐhází při Ŷí k vnesení -COOH skupiny do molekuly. VLJskLJtuje se Ŷapříklad při: 1) Syntéze mastných kyselin 2) Glukoneogenezi regulace metabolických drah - RegulačŶí reakĐe koŶkrétŶí ŵetaďoliĐké dráhLJ je oďvLJkle lokalizováŶa Ŷa jejím začátku – typicky to bývá první irreverzibilní krok - Důvodeŵ je sŶaha omezit plýtvání zdrojů a zďLJtečŶou produkĐi ŵeziproduktů, k Ŷíž ďLJ doĐházelo, kdLJďLJ se dráha zastavila až uprostřed, Ŷikoli Ŷa svéŵ začátku. - RegulačŶí eŶzLJŵ ďývá přítoŵŶý v nízké koncentraci ;Ŷižší, Ŷež je koŶĐeŶtraĐe jiŶýĐh eŶzLJŵů dráhLJͿ, která ho liŵituje. - Obvykle se navíc jedná o allosterický enzym pracující na principu „všeĐhŶo, Ŷeďo nic“. III. )ákladLJ ďioĐheŵie orgáŶů a fuŶkĐí 10 - Pro regulaci je výhodné, existuje-li jakýsi koŶĐeŶtračŶí liŵit, nad kterým se reakce nastartuje a rychle dosáhne maximální rychlosti, a Ŷaopak pod Ŷíŵž reakĐe téŵěř neprobíhá. - V regulaĐi ŵetaďoliĐkýĐh drah se ;jako i v jiŶýĐh regulovaŶýĐh dějíĐh v orgaŶisŵuͿ uplatňujepriŶĐip zpětŶé vazďLJ (feedback). - Při Ŷěŵ doĐhází ke zpětŶéŵu ovlivŶěŶí průďěhu reakĐe Ŷěkterýŵ z vLJtvořeŶýĐh ŵeziproduktů Ŷeďo koŶečŶýŵ produkteŵ. - Rozlišujeŵe dva druhLJ zpětŶé vazďLJ: ϭͿ NegativŶí zpětŶá vazďa - Odchylka od nastavené hodnoty (set point) vede k sledu reakcí, při ŶiĐhž se systém vrátí kpůvodŶí hodŶotě. - Toto je zdrojem stability sLJstéŵu ;který se Ŷeustále zpětŶě vraĐí k hodŶotě set pointu), a negativní zpětŶá vazďa je proto součástí většiŶLJ drah. o Jako příklad ŵůže sloužit eŶzLJŵ ALA-syntáza I ;regulačŶí eŶzLJŵ syntézy hemu lokalizovaŶý v játreĐhͿ, který je přes ŶegativŶí feedďaĐk zpětŶě inhibován produktem celé dráhy -hemem. ϮͿ PozitivŶí zpětŶá vazďa - Odchylka od nastavené hodnoty (set point) vede ke sledu reakcí, které ji ještě víceprohloubí. - hrozí ovšeŵ riziko vzŶiku bludného kruhu ;ĐirĐulus vitiosusͿ, při Ŷěŵž každé další zvětšeŶí odĐhLJlkLJ její zvětšováŶí ještě urLJĐhluje, až ŶakoŶeĐ Ŷestaďilita sLJstéŵu způsoďí jeho kolaps. - NejtLJpičtější příklad pozitivŶí zpětŶé vazďLJ v orgaŶisŵu Ŷajdeŵe v podoďě oxytocinu. - Jde o hormon hormon produkovaný v jádrech hypotalamu, který ;kroŵě jiného) vyvolává koŶtrakĐe hladké svaloviŶLJ dělohLJ a uŵožňuje tíŵ průďěh porodu. - každá kontrakce prostředŶiĐtvíŵ aktivaĐe ŵeĐhaŶoreĐeptorů děložŶí stěŶLJ půsoďí jako stimul pro další sekreci oxytocinu, a jeho efekt tak neustále Ŷarůstá až do doďLJ, kdLJ jsou dítě a ŶásledŶě i plaĐeŶta porozeny a tlak Ŷa děložŶí stěŶu opět klesŶe. RegulačŶí krok ovlivňuje: ϭͿ )ŵěŶa aďsolutŶí koŶĐeŶtraĐe eŶzLJŵu ;ŵŶožství eŶzLJŵuͿ - Ovlivňuje se proĐes transkripce a translace, a to ve smyslu indukce (aktivace) nebo represe(inhibice) exprese genu kódujícího daný enzym. - Příkladeŵ je substrátová indukce, kdLJ přítoŵnost substrátu indukuje syntézu enzymu. ϮͿ ModulaĐe aktivitLJ již edžistujíĐího eŶzLJŵu ;aktivita eŶzLJŵuͿ aͿ přítoŵŶost aktivátorů / iŶhiďitorů b) kovalentní modifikace molekuly enzymu (fosforylace / defosforylace, tvorba aktivŶíĐh eŶzLJŵů z proeŶzLJŵů, ...Ϳ III. )ákladLJ ďioĐheŵie orgáŶů a fuŶkĐí 1 8. Biochemické fuŶkĐe hepatoĐytu a jater, ŵožŶosti ďioĐheŵiĐké diagŶostiky poškozeŶí hepatocytu a jaterních funkcí ___________________________________________________________________________ Játra: - 1,5 kg – jeden z ŶejvětšíĐh orgáŶů ;hŵotŶostíͿ - 25-30% spotřeďLJ kLJslíku - tvořeŶLJ hepatoĐLJtLJ ;ΘϬ%Ϳ, Kupfferovýŵi ď, IotovLJŵi ď., žlučové ĐestLJ, zďLJtek z Đelkového oďjeŵu jater představuje edžtraĐelulárŶí tekutiŶa - mají nezastupitelnou roli v intermediárním a energetickém metabolismu saĐharidů, lipidů a dusíkatých látek, zaďezpečují iŶaktivaĐi a edžkreĐi endogenních látek a detoxikaci exogenních látek, jsou hlavním místem syntézy plazŵatiĐkýĐh proteiŶů a koagulačŶíĐh faktorů. - OŶeŵoĐŶěŶí jater vLJvolává zŵěŶLJ četŶýĐh ďioĐheŵiĐkýĐh paraŵetrů v séru. - rozsah poškozeŶí jedŶotlivýĐh struktur se liší podle tLJpu oŶeŵoĐŶěŶí - akutŶí poškozeŶí jater ;Ŷapř. virové hepatitidLJͿ je ĐharakterizováŶo porušeŶíŵ předevšíŵ hepatoĐLJt - u jiŶýĐh oŶeŵoĐŶěŶí ŵůže doŵiŶovat poruĐha odtoku žluči spojeŶá s poškozeŶíŵ ďuŶěk žlučovýĐh kapilár - funkce: 1. příjeŵ živiŶ: portálŶí oďěh přivádí živiŶLJ ze střeva 2. metabolismus: ďiosLJŶtéza tělu vlastŶíĐh sloučeŶiŶ – ukládáŶí, přeŵěŶa, rozklad molekul – Ŷa ŵolekulLJ sĐhopŶé vLJloučit - sLJŶtéza + rozklad praktiĐkLJ všeĐh plazŵatiĐkýĐh ďílkoviŶ 3. zásobení: organismu metabolity a stavebními látkami – kontrola plazmatické koncentrace stavebních látek 4. detoxikace toxickýĐh sloučeŶiŶ ďiotraŶsforŵaĐí 5. exkrece látek žlučí 6. ABR – účast Ŷa udržeŶí hoŵeostázLJ 7. hormony – jejich aiktivace/inaktivace 8. nespecifická imunita – účast Ŷa reakĐíĐh proti Đizorodýŵ látkáŵ ;KupfferovLJ b.) - biotransformace – endogenních a exogenních látek - zásobní fce – energetické rezervy - stavební látky - minerály - stopové prvky - vitaminy – vit.A, D, K, k. listovou, B12 - železo - retinol Metabolismus v játrech: 1. ŵetaďolisŵus saĐharidů - příjeŵ GlĐ z plazmy III. )ákladLJ ďioĐheŵie orgáŶů a fuŶkĐí 2 - funkce jater v ŵetaďolisŵu saĐharidů: - glykolýza – odbourávání Glc + přeŵěŶa GlĐ Ŷa MK - ukládáŶí ŶadďLJtečŶé glukózLJ – glykogen - uvolňováŶí glukózLJ ze zásoď při Ŷedostatku - novotvorba glukózy – glukoneogeneze – při Ŷedostatku GlĐ - tvorba z laktátu, glycerolu, AMK 2. ŵetaďolisŵus lipidů: - tvorba MK z acetátových jednotek – produkĐe tuků + fosfolipidů – tLJ ve forŵě lipoproteiŶů vstupují do krve - přeŵěŶa MK Ŷa ketolátkLJ a vLJloučeŶí - syntéza cholesterolu – součást lipoproteiŶů – tíŵ předáváŶ do tkáŶí - přeďLJtečŶý Đholesterol přeŵěŶěŶ Ŷa žlučové kLJseliŶLJ – vLJloučeŶ žlučí 3. ŵetaďolisŵus AMK a protiŶů: - kontrola hladiny AMK v plazŵě - odďouráŶí přeďLJtečŶýĐh AMK - přeŵěŶa dusíku z odďouraŶýĐh AMK Ŷa ŵočoviŶu v ŵočoviŶovéŵ ĐLJklu - uklíkové skelety AMK – užité v glukoneogenezi, + produkce energie Hepatocyty: - liší se svýŵ uŵístěŶíŵ – čleŶěŶí Ŷa zóŶLJ ŵetaďoliĐké - periportální - perivenózní BioĐheŵiĐké vyšetřeŶí jater 1) Ukazatele poškozeŶí hepatoĐytu - v důsledku poškozeŶí ĐLJtoplazŵatiĐké ŵeŵďráŶLJ, Ŷapř. záŶěteŵ Ŷeďo hLJpodžií, doĐhází ke zvýšeŶí její propustŶosti a do extracelulárního prostoru se uvolňují enzymy lokalizované v Đytoplazŵě - ŶejĐitlivějšíŵ iŶdikátoreŵ porušeŶí ŵeŵďráŶLJ hepatoĐLJtu je zvýšeŶý únik alaninaminotransferázy (ALT) do cirkulace - dalšíŵi eŶzLJŵLJ, které proŶikají z hepatoĐLJtů do ĐirkulaĐe, je ĐLJtoplazŵatický izoenzym aspartátaminotransferázy (cAST) a jaterní izoenzym laktátdehydrogenasy (LD 5 ) - zvýšeŶí aktivitLJ ĐLJtoplazŵatiĐkýĐh eŶzLJŵů v séru je zŶáŵkou reverzibilního poškozeŶí hepatoĐytu - při závažŶějšíŵ oŶeŵoĐŶěŶí jater doprovázeŶéŵ rozpadeŵ hepatoĐLJtu (nekrózou) se do cirkulace dostávají nejen cytoplazmatické enzymy, ale i enzymy lokalizované v mitochondriích - diagŶostiĐký výzŶaŵ ŵá předevšíŵ glutamátdehydrogenáza (GMD) a mitochondriální izoenzymAST (mAST) - Ŷález zvýšeŶýĐh aktivit ŵitoĐhoŶdriálŶíĐh eŶzLJŵů svědčí pro ireverzibilní, progŶostiĐky závažŶé postižeŶí jater III. )ákladLJ ďioĐheŵie orgáŶů a fuŶkĐí 3 2) Ukazatele cholestázy - Cholestáza = ŵěstŶáŶí žluči v játreĐh ŵůže vzŶikŶout z: - ŵeĐhaŶiĐkýĐh příčiŶ ;oďstrukĐe žlučovýĐh Đest koŶkreŵeŶteŵ Ŷeďo tumorem) - poruchy funkce, Ŷapř. záŶěteŵ, půsoďeŶíŵ ŶěkterýĐh léků - dědičŶou poruĐhou - je doprovázeŶa zvýšeŶíŵ aktivitLJ eŶzLJŵů ŶaĐházejíĐíĐh se v ŵeŵďráŶě endotelu žlučovodů a v kaŶalikulárŶí ŵeŵďráŶě hepatoĐLJtů a poruĐhou odtoku ďiliruďiŶu do střev - v pradži se ďěžŶě vLJšetřují eŶzLJmy alkalická fosfatáza (ALP) a γ- glutamyltransferáza (GGT), dále bilirubin v krvi a ŵoči a urobilinogen v ŵoči 3) Ukazatele biosyntetických funkcí jater - IŶteŶzitu proteosLJŶtetiĐkýĐh fuŶkĐí jater odráží předevšíŵ stav zrŶitého endoplazmatického retikula, kde proďíhá tvorďa většiŶLJ plazŵatiĐkýĐh ďílkovin, ale i syntéza tzv. „edžportŶíĐh proteiŶů” jako jsou Ŷěkteré eŶzLJŵLJ ;Ŷapř. cholinesteráza) a koagulačŶí faktorLJ. - StaŶoveŶí těĐhto aŶalLJtů ŵá výzŶaŵ předevšíŵ u ĐhroŶiĐkýĐh jaterŶíĐh oŶeŵoĐŶěŶí. - pokles proteosLJŶtézLJ projeví jejiĐh sŶížeŶíŵ - stanovení sérové cholinesterázy, - sérového albuminu - sérového transferinu - koagulačŶíĐh faktorů. Aminotransferázy: - jsou enzymy, katalyzující transaminaci - podstatou je přeŶos aŵiŶoskupiŶLJ z aminokyseliny na ketokyselinu a naopak - klinicko-ďioĐheŵiĐkého hlediska jsou Ŷejdůležitější alaninaminotransferáza a aspartátaminotransferáza Alaninaminotransferáza (ALT, EC 2.6.1.2) - katalLJzuje traŶsaŵiŶačŶí reakĐi, při Ŷíž se reverziďilŶě přeŶáší aŵiŶoskupiŶa z alaninu na 2-oxoglutarát za vzniku pyruvátu a glutamátu - kofaktorem je pyridoxal-5 ́-fosfát - ALT je oďsažeŶa ŶejvíĐe v játrech, v jiných orgánech (kosterní sval, myokard a dalšíͿ je její aktivita ŵŶoheŵ Ŷižší - na rozdíl od AST je lokalizována pouze v Đytoplazŵě - staŶoveŶí ALT je Đitlivýŵ a relativŶě speĐifiĐkýŵ testeŵ pro poškozeŶí hepatocytu - její aktivita v séru se zvLJšuje již při ŵaléŵ poškozeŶí jaterní buňkLJ, které je způsoďeŶo zvýšeŶou propustŶostí ĐytoplazŵatiĐké ŵeŵďráŶy - u záŶětu jater ;Ŷapř. virová hepatitidaͿ je zvýšeŶí ALT ŶejčasŶějšíŵ iŶdikátoreŵ porušení celistvosti membrány hepatocytu - sledováŶí ALT je vhodŶé pro ŵoŶitorováŶí průďěhu oŶeŵoĐŶěŶí. III. )ákladLJ ďioĐheŵie orgáŶů a fuŶkĐí 4 Fyziologické hodnoty S-ALT ŵuži do Ϭ,ΘϬ μkat/l žeŶLJ do Ϭ,ςϬ μkat/l Aspartátaminotransferáza (AST, EC 2.6.1.1, anglicky SGOT (serum glutamic-oxaloacetic transaminase) - katalLJzuje reverziďilŶí přeŶos aŵiŶoskupiŶLJ z aspartátu na 2-oxoglutarát - kofaktorem jepyridoxal-5 ́-fosfát - AST se ve větší ŵíře vLJskLJtuje v řadě orgáŶů – v játrech, myokardu, kosterním svalstvu, ledvinách, pankreatu a v erytrocytech - edžistuje ve forŵě dvou izoeŶzLJŵů: - mitochondriálního - je přítoŵeŶ v mitochondriích a představuje asi ϳϬ % - dostává do krve až při nekróze ;rozpaduͿ jaterŶí ďuňkLJ - výrazŶé zvýšeŶí aktivitLJ AST v séru je proto zŶáŵkou rozpadu hepatoĐLJtů, Ŷeďoť do ĐirkulaĐe se uvolňují oďa izoeŶzLJŵLJ - cytoplazmatického - lokalizovaŶého v ĐLJtoplazŵě, který je zastoupen asi z 30 % - cLJtoplazŵatiĐká frakĐe se uvolňuje do ĐirkulaĐe sŶadŶo i při ŵírŶéŵ poškozeŶí hepatoĐLJtů, a to při ŶarušeŶí perŵeaďilitLJ jejiĐh ďuŶěčŶé membrány - není specifická pouze pro jaterŶí tkáň, její zvýšeŶí ŵůže doprovázet i poškozeŶí kosterního svalstva a myokardu - AST stoupá v krvi u akutního infarktu myokardu a po operacích srdce, ale i po dlouhotrvající fyzické námaze - staŶoveŶí AST falešŶě pozitivŶě ovlivňuje hemolýza, Ŷeďoť v erLJtroĐLJteĐh je obsažeŶa v poŵěrŶě vLJsokéŵ ŵŶožství Fyziologické hodnoty S-AST ŵuži do Ϭ,Θρ μkat/l žeŶLJ do Ϭ,ςϬ μkat/l Klinicko-ďioĐheŵiĐké využití virová hepatitida - ĐharakteristiĐké ŵŶohoŶásoďŶé zvýšeŶí katalLJtiĐké koŶĐeŶtraĐe AST a ALT - vzestup na 2–3 násobné hodnoty je zaznamenáváŶ již v prodroŵálŶíŵ stádiu - vrcholí 7.–12. den po nástupu ikteru ;ŵadžiŵuŵ až ϭϬϬ μkat/lͿ - normalizace hladin je zaznamenávána obvykle 5.–8. týden - výrazŶě ;řádově desetiŶásoďŶěͿ, ale jeŶ krátkodoďě ďývají traŶsaŵiŶázLJ zvýšeŶé při těžkýĐh ďiliárŶíĐh kolikáĐh - ostatŶí jaterŶí léze jsou zpravidla doprovázeŶLJ ŵírŶějšíŵ, ŵadžiŵálŶě pětiŶásoďŶýŵ vzestupeŵ aktivitLJ a při ĐhroŶiĐkýĐh oŶeŵoĐŶěŶíĐh jater ďývají aktivitLJ transamináz často jeŶ těsŶě Ŷad horŶí hraŶiĐí refereŶčŶího rozŵezí - oďeĐŶě se dá říĐi, že ŵíra vzestupu traŶsaŵiŶáz doďře odráží rozsah jaterŶího poškozeŶí III. )ákladLJ ďioĐheŵie orgáŶů a fuŶkĐí 5 - je však třeďa ŵít Ŷa paŵěti, že při úďLJtku fuŶkčŶí jaterŶí tkáŶě, Ŷapř. při cirhóze jater, se ŵůže ŵŶožství ďuŶěk, ze kterýĐh se ŵohou traŶsaŵiŶázLJ uvolŶit, sŶížit Ŷatolik, že sérové aktivitLJ traŶsaŵiŶáz spadají do refereŶčŶího rozŵezí Ŷeďo jeŶ těsŶě Ŷad Ŷěj i při rozsáhlé jaterní lézi - s ŵírŶýŵ ŶespeĐifiĐkýŵ vzestupeŵ oďou traŶsaŵiŶáz se ŵůžeŵe setkat i po iŶteŶzivŶí fLJziĐké Ŷáŵaze ;doĐhází k jejiĐh uvolŶěŶí z kosterŶího svalstvaͿ a také u obézních osob. Metody stanovení ALT a AST - pro staŶoveŶí koŶĐeŶtraĐe katalLJtiĐké aktivitLJ AST a ALT je doporučeŶa ŵetoda založeŶá Ŷa priŶĐipu Warburgova optického testu Aspartátaminotransferáza - vLJužívá dvoustupňové reakĐe - první enzymová reakce: - katalyzované AST, která je přítoŵŶa ve vLJšetřovaŶéŵ vzorku, se tvoří oxalacetát - vzŶiklý odžalaĐetát je v další iŶdikačŶí reakĐi účiŶkeŵ enzymu malátdehydrogenázy (MD) redukován na malát za současŶé odžidaĐe NADH na NAD + - aktivitu AST staŶovíŵe kiŶetiĐkLJ Ŷa základě rLJĐhlosti úďLJtku NADH v průďěhu reakĐe ŵěřeŶíŵ aďsorďaŶĐe při ϯϯκ, ϯκϬ Ŷeďo ϯςρ Ŷŵ - katalytická koncentrace AST je úŵěrŶá poklesu aďsorďaŶĐe. - V reakčŶí sŵěsi pro staŶoveŶí AST je kroŵě suďstrátu ;L-aspartát a 2- oxoglutarát),malátdehydrogenázy a NADH přítoŵeŶ pyridoxal-5 ́- fosfát a laktátdehydrogenáza. - Přídavek pLJridodžal-5 ́-fosfátu zaďezpečuje dostatečŶou saturaĐi AST a tíŵ zajišťuje plŶou aktivitu eŶzLJŵu - PřítoŵŶost laktátdehLJdrogeŶázLJ je ŶezďLJtŶá k tomu, aby se zajistila redukce eŶdogeŶŶího pLJruvátu ;přítoŵŶého ve vzorkuͿ, která rovŶěž spotřeďovává NADH, a tím se zabránilo získáŶí falešŶě vLJššíĐh výsledků - TLJto reakĐe proďíhají ďěheŵ ρ–15 minutové preinkubace séra v reakčŶí sŵěsi bez 2-oxoglutarátu - Po preiŶkuďaĐi startujeŵe reakĐi katalLJzovaŶou AST přidáŶíŵ Ϯ-oxoglutarátu. - Po krátké lag fázi je ŵoŶitorováŶa ΔA odečítáŶíŵ aďsorďaŶĐe v ŵiŶutovýĐh iŶtervaleĐh po doďu Ŷěkolika ŵiŶut Ŷeďo koŶtiŶuálŶíŵ sledováŶíŵ. - Protože počátečŶí aďsorďaŶĐe reakčŶí sŵěsi ŵá vLJšší hodŶotu, doporučuje se provádět odečet proti slepé zkoušĐe, kterou ŵůže ďýt Ŷapř. roztok dvojchromanu draselného Alaninaminotransferáza - založeŶo Ŷa dvoustupňové reakĐi - princip je stejŶý jako u AST, pouze jako doŶor aŵiŶoskupiŶLJ slouží místo aspartátu alanin - jako eŶzLJŵ pro iŶdikačŶí reakĐi je použita laktátdehydrogenáza ;LDͿ, která zároveň plŶí fuŶkĐi eŶzLJŵu zaďezpečujíĐího redukci endogenních oxokyselin - v prvŶí eŶzLJŵové reakĐi, katalLJzovaŶé alaŶiŶaŵiŶotraŶsferázou přítoŵŶou ve vzorku, vzniká z alaninupyruvát - vznikající pyruvát je redukován na laktát v iŶdikačŶí reakĐi katalyzované laktátdehydrogenázou přidaŶou společŶě s NADH do reakčŶí sŵěsi III. )ákladLJ ďioĐheŵie orgáŶů a fuŶkĐí 6 - redukce pyruvátu na laktát je doprovázena úbytkem NADH, který se projeví poklesem absorďaŶĐe při ϯϯκ, ϯκϬ Ŷeďo ϯςρ Ŷŵ - katalytická koncentrace ALT je úŵěrŶá poklesu aďsorďaŶĐe - podoďŶě jako v případě AST vLJžaduje praĐovŶí postup ρ–15 minutovou preinkubaci séra v reakčŶí sŵěsi ďez Ϯ-oxoglutarátu. Reakce je startována 2-oxoglutarátem. γ-glutamyltransferáza (GGT, dříve též GMT, EC Ϯ.ϯ.Ϯ.ϮͿ - je klíčovýŵ eŶzLJŵeŵ γ-glutamylového cyklu, který zaďezpečuje traŶsport ŶěkterýĐh aminokyselin a peptidů přes ďuŶěčŶou ŵeŵďráŶu z extracelulární tekutiny do ďuŶěk - GGT katalLJzuje přeŶos γ-glutamylové skupiny: z γ-glutaŵylpeptidů Ŷa jiŶé peptidy, aminokyseliny nebo vodu. - DoŶoreŵ γ-glutamylového zbytku je tripeptid glutathion ;γ-glutamylcysteinylglycin) ŶaĐházejíĐí se v ďuňkáĐh živočiĐhů, rostlin i bakterií. - ChráŶí orgaŶisŵus před odžidačŶíŵ streseŵ ;podílí se Ŷa odstraňováŶí peroxidu vodíku - Je obnovován reakcí katalyzovanou glutathionreduktasou Výskyt GGT - membrány ďuŶěk s vLJsokou sekrečŶí Ŷeďo aďsorpčŶí kapaĐitou - játra – ŵikrozoŵálŶí frakĐe hepatoĐLJtů a ŵeŵďráŶLJ ďuŶěk výstelkLJ žlučovýĐh Đest - proximální tubuly ledvin, enterocyty, pankreas - SLJŶtézu GGT iŶdukují Ŷěkteré látkLJ ;barbituráty, antidepresiva, alkohol). GGT se také ŵůže uvolŶit z ŵeŵďráŶ detergeŶtŶíŵ půsoďeŶíŵ, Ŷapř. žlučovýĐh kLJseliŶ Ŷeďo alkoholu. γ-glutamylový cyklus Hodnocení sérové aktivity GGT ZvýšeŶí GGT je tLJpiĐké předevšíŵ pro poškozeŶí hepatoďiliárŶího traktu: - intrahepatální nebo extrahepatální cholestáza – v těĐhto případeĐh je zvýšeŶa i alkalická fosfatáza - hepatoĐelulárŶí poškozeŶí – akutní a ĐhroŶiĐká jaterŶí oŶeŵoĐŶěŶí - vLJsoké izolovaŶé zvýšeŶí GGT ŵůže ďýt zŶáŵkou poškozeŶí jater z důvodů ĐhroŶiĐkého požíváŶíalkoholu; zvýšeŶá aktivita je u alkoholiků i v případě, že ještě Ŷejsou poškozena játra (indukce syntézy GGT) - nádory jater a pankreatu. Stanovení GGT - princip stanovení vychází z reakce, kterou GGT katalyzuje fyziologicky v organismu - sleduje se přeŶos γ-glutamylového zbytku ze substrátu na akceptor, kterým je glycylglycin - jako suďstrátLJ se používají L-γ-glutamyl-p-nitroanilid nebo L-γ-glutamyl-3-karboxy-4- nitroanilid - v průďěhu reakĐe se po přeŶosu γ-glutaŵLJlového zďLJtku Ŷa akĐeptor uvolňuje barevný p-nitroanilin (ze substrátu L-γ-glutamyl-p-nitroanilidu) nebo 5-amino-2- nitrobenzoát (ze substrátu L-γ-glutamyl-3-karboxy-4-ŶitroaŶiliduͿ, jejiĐhž přírůstek je příŵo úŵěrŶý aktivitě GGT ve vLJšetřovaŶéŵ vzorku III. )ákladLJ ďioĐheŵie orgáŶů a fuŶkĐí 7 Fyziologické hodnoty fS-GGT ŵuži Ϭ,ϭκ–Ϭ,Θκ μkat/l žeŶLJ Ϭ,ϭκ–Ϭ,ςΘ μkat/l FLJziologiĐkLJ jsou vLJšší hodŶotLJ GGT u ŵužů vzhledeŵ k vLJššíŵu oďsahu v prostatě. III/9. Biotransformace endogenních a exogenních látek, typy ďiotraŶsforŵačŶíĐh proĐesů, todžiĐké a kaŶĐerogeŶŶí látkLJ v životŶíŵ prostředí: __________________________________________________________________________________ - xenobiochemie – metabolismus xenobiotik – suďstaŶĐí tělu ĐizíĐh - eubiotika – suďstaŶĐe tělu vlastŶí - cílem metabolismu exogenních látek – je jejiĐh vLJloučeŶí z těla, s účeleŵ ŵiŶiŵalizaĐe škod, které ďLJ ŵohlLJ v těle ŶapáĐhat – sŶaha o sŶížeŶí todžiĐitLJ - biotransformace probíhají hl. v játrech, ledvinách - xenobiotika: - produktLJ jiŶýĐh orgaŶisŵů, průŵLJslové produktLJ, lékLJ, pestiĐidLJ, hŶojiva, kosŵetiĐké, ŵLJĐí prostředkLJ, odpadŶí látkLJ - dostávají se do lidského organismu – Ŷěkteré se vLJloučí ďeze zŵěŶLJ, jiŶé podléhají ŵetaďoliĐkýŵ zŵěŶáŵ tj. ďiotransformacím – katalyzované enzymy - bývají biologicky aktivní – terapeutiĐké vLJužití, kaŶĐerogeŶŶí, ... - přeŵěŶa ŵá 2 fáze: 1) podléhají ĐheŵiĐkýŵ přeŵěŶáŵ – oxidace, hydroxylace, redukce, hydrolýza 2) metabolity z první fáze se konjugují s dalšíŵi látkaŵi – tj. syntézy 1 fáze a její reakce: - oxidace: - sŶadŶá odžidaĐe alkoholů – aldehydy – kyseliny - oxidace K.K – vLJžaduje strukturŶí zŵěŶLJ - hydroxylace: - zavedení polární skupiny do hydrofóbní molekuly - zvdžšuje to její rozpustŶost – dříve se vLJloučí - katalýza monooxygenásovým systémem – výskyt v hladkém endoplazmatickém retikulu hepatoĐLJtů a eŶteroĐLJtů - v ŶadledviŶě edžistuje ŵitoĐhoŶdriálŶí sLJstéŵ - mikrosomální oxygenázový systém – rodina izoforem P450 – obsahují hem – při redukĐi vLJkazují ĐharakteristiĐké aďsorpčŶí spektruŵ – s vrĐholeŵ při κρ0Ŷŵ = Soretův pás - růzŶá šířka suďstrátové speĐifičŶosti - P450 – jsou odžLJgeŶásLJ se sŵíšeŶou fuŶkĐí - redukce: - přeŵěŶa karďoŶLJlovýĐh skupiŶ Ŷa sekuŶdárŶí alkohol – teŶ ŵůže vstoupit do konjugace ve 2. fázi - katalýza ketoreduktázaŵi, používají NADPH – jako doŶor elektroŶů - hydrolýza: - výskyt esteráz, amidas – hydrolyzují cizorodé estery, thioestery, amidy - epoxidásy – patří k reduktázám – redukují epoxidy na dioly - tato reakĐe často detodžifikuje kaŶĐerogeŶŶí aroŵatiĐké epodžidLJ Ŷa ŵéŶě toxické produkty - ale vzniká dearomatizovaný kruh – produkt, ze kterého ŵůže vzŶikat kancerogenní metabolit 2. fáze biotransformace: - ŶavázáŶí džeŶoďiotik, Ŷeďo jejiĐh ŵetaďolitů z 1. fáze – na endogenní látku (konjugací) - tíŵ se zvýší rozpustŶost džeŶoďiotika – urLJĐhlí se vLJloučeŶí z organismu - sŶíží se většiŶou i jeho todžiĐita - Konjugace s kys.glukuronovou: - glukuronidace - v organismu k. glukuronová vzniká oxidací glukózy - pro vazbu s xenobiotikem, musí být aktivována – vazbou na uridindifosfát - UDP- glukuronosyltransferáza – eŶzLJŵ, katalLJzujíĐí přeŶos glukuronosylu z uridindifosfoglukuronátu na karboxylovou/sulfyhydrylovou/methylenovou skupinu xenobiotika - Ŷejčastější koŶjugaĐe – je součástí metabolismu bilirubinu - ve vodě rozpustŶé glukuroŶidLJ ŵetaďolitů džeŶoďiotik se vLJlučují ŵočí - Sulfátová konjugace: - nukleofilní hydroxylové skupiny xenobiotika – alkoholová, fenolová, hydroxylaminová – reagují s aktivní formou k. sírové – tj. 3 ́fosfoadenosin – 5 – fosfosulfát - Konjugace s glutathionem: - glutathion – tripeptid – reaguje svou sulfohLJdrLJlovou skupiŶou ;silŶě ŶukleofilŶíͿ s elektrofilními uhlíkovými atomy xenobiotika (methylenová skup.) - vzŶiká ŵéŶě todžiĐký kovaleŶtŶí koŶjugát - reakce probíhá spoŶtáŶŶě - hepatocyty – v ĐLJtosolu je přítoŵŶa vLJsoká koŶĐeŶtraĐe glutathion – S – transferáz - glutathion – je součástí oĐhraŶLJ před kaŶĐerogeŶLJ, které se jiŶak vážou s DNA, RNA a proteiny - současŶě ĐhráŶí orgaŶisŵus před odžidačŶíŵ streseŵ - glutathionové konjugátLJ podléhají dalšíŵu ŵetaďolisŵu – odejme se glutamylový zbytek – ĐLJsteiŶLJlový zďLJtek je uvolŶěŶ dipeptidázaŵi – vzniklý cysteinthioether xenobiotika se acetyluje na merkapturovou kyselinu – vLJloučí se ŵočí - Konjugace s AMK: - ĐLJkliĐké kLJseliŶLJ se vLJlučují jako konjugáty s glycinem  k. benzoová – tvoří s glycinem – k. hippurovou - konjugace s taurinem – součást ŵetaďolisŵu žlučovýĐh kLJseliŶ jiné reakce 2. fáze biotransformace: - arylaminoacetyltransferázy – v hepatoĐLJteĐh přeŵěňují aroŵatiĐké priŵárŶí aŵiŶLJ a hydraziny na acetylové deriváty - acetylace – ŵůže zkoŵplikovat podáŶí sulfoŶaŵidů - touto reakĐí se ŵěŶí ve špatŶě rozpustŶé produktLJ – které mohou krystalizovat v ledvinách - N-, O- methylace: - zdroj methylu je S- adenosylmethionin – touto biotransformací procházejí xenobiotika i endogenní katecholaminy Lékařský výzŶaŵ: - důležité pro dávkováŶí léků - pro odstraňováŶí todžiĐkýdžh látek z těla - zvýšeŶí todžiĐitLJ ŵetaďolisŵeŵ o prodrug – lék, který svou aktivitu získá až ŵetaďolisŵeŵ - škodlivá ďiotraŶsforŵaĐe prekaŶĐerogenu na reaktivní metabolity vázající se na DNA – číŵž je ŶastartovaŶé ŶekoŶtrolovatelŶé ďuŶěčŶé děleŶí - přeŵěŶa hŶojiv... DěleŶí todžiĐkýĐh látek podle ŵeĐhaŶisŵu půsoďeŶí:  Příŵý todžiĐký – xenobiotikum půsoďí příŵo Ŷa orgáŶ ;játra, ledviŶLJ, plíĐeͿ, tkáň, ďuňkLJ, které poškozuje. Např. kLJseliŶa šťavelová krLJstalizuje v podoďě šťavelaŶu vápeŶatého v tuďuleĐh ledviŶ. SilŶé kLJseliŶLJ a zásadLJ poškozují tLJ části orgaŶisŵů se kterýŵi přišlLJ do stLJku. LipofilŶí látkLJ ;alkaŶLJ, etherLJͿ ŵohou reverziďilŶě Ŷarušit ďuŶěčŶou ŵeŵďráŶu Ŷapř. ŶervovýĐh ďuŶěk.  Orgánová toxicita – džeŶoďiotikuŵ půsoďí Ŷa určitý orgáŶ. DoĐhází k poškozeŶí až oduŵřeŶí ďuŶěk určitého orgáŶu:  játra – poškozeŶí hepatotodžiĐké;  ledviny – poškozeŶí nefrotoxické;  plíce – poškozeŶí pŶeuŵotodžiĐké;  nervová soustava – poškozeŶí ŶeurotodžiĐké.  MutageŶŶí účiŶek – půsoďeŶí džeŶoďiotika Ŷa zŵěŶu strukturLJ Ŷěkteré ďáze Ŷukleové kLJseliŶLJ ;DNA a RNAͿ. DNA uĐhovává geŶetiĐkou iŶforŵaĐi orgaŶisŵu, je tvořeŶa dvojitýŵi šrouďoviĐeŵi – helixy. Báze, adenin – thymin a guanin – ĐLJtosiŶ jsou k soďě poutáŶLJ vodíkovýŵi ŵůstkLJ. PorušeŶí ĐheŵiĐkého složeŶí a tíŵ strukturLJ DNA způsoďují odžidačŶí látkLJ Ŷeďo alkLJlačŶí čiŶidla. Při alkLJlaĐi jedŶotlivýĐh ďází DNA jde o tvorďu ŵethLJlderivátu stejŶé ďáze. DoĐhází ke zŵěŶě kódovaŶé Ŷeďo přeŶášeŶé geŶetiĐké iŶforŵaĐe. Při ŵutaĐi jde také o zŵěŶu sekveŶĐe ďází Ŷa DNA, jde o zŵěŶu pořadí Ŷukleosidů v ŶukleovýĐh kLJseliŶáĐh. MutaĐe je zŵěŶa geŶetiĐké iŶforŵaĐe, která vede ke zŵěŶě vlastŶostí ŶásledujíĐí generace.  KarĐiŶogeŶŶí účiŶkLJ – zŵěŶLJ v ďuňĐe vedou ke zhouďŶéŵu ďujeŶí tkáŶě, vzŶiká tuŵor ;ŶádorͿ. )ŵěŶLJ jsou vLJvolány:  poškozeŶíŵ opravŶýĐh ŵeĐhaŶisŵů sĐhopŶýĐh opravit Ŷeďo Ŷahradit poškozeŶou DNA;  jinými mechanismy půsoďeŶíŵ ĐheŵiĐké látkLJ, která ŵůže s vLJsokou pravděpodoďŶostí vLJvolat vzŶik zhouďŶýĐh Ŷádorů.  TeratogeŶŶí účiŶkLJ – poškozeŶí plodu ;eŵďrLJaͿ, které vede ke tvorďě defektŶího jediŶĐe, který je životasĐhopŶý.  IŵuŶotodžiĐké účiŶkLJ – reakce imunitního systému na vstup látky do organismu. Je-li látka rozpozŶáŶa jako Đizí, vLJvolá v iŵuŶitŶíŵ sLJstéŵu tvorďu protilátkLJ. IŵuŶitŶí odpovědí jsou růzŶé reakĐe orgaŶisŵu od kožŶího podrážděŶí, kopřivkLJ, dýĐhaĐíĐh potíží až po aŶafLJlaktiĐký šok. XeŶoďiotika iŵuŶitŶí proĐes ďuď potlačí ;iŵuŶosupresi vLJvolává Ŷapř. ďeŶzeŶ, polLJĐLJkliĐké aroŵátLJ, PCB, ozoŶͿ, Ŷeďo zvýší ;alergiĐká reakĐeͿ. AlergiĐká reakĐe je vyvolána, pokud dojde k opětovŶé edžpoziĐi orgaŶisŵu Đizorodou látkou. S Đizorodou látkou reagují již vLJtvořeŶé protilátkLJ. III. )ákladLJ ďioĐheŵie orgáŶů a fuŶkĐí 1 10. Pufrovací systémy organismu, funkce a význam pro acidobazickou rovnováhu ___________________________________________________________________________ pufry – vyrovnávají krátkodobé odchylky pH v organismu - sŵěsi slaďé kLJseliŶLJ s konjugovanou bazí (ev. slabé baze s konjugovanou kyselinou slabou) - díkLJ toŵuto uspořádaŶí lze Ŷeutralizovat odžoŶiové i hLJdrodžidové ioŶtLJ - titračŶí křivka – ukazuje, že pufrLJ jsou ŶejúčiŶŶější, pokud je hodnota pH shodná s pKa kyseliny - pufrovací kapacita: β = ∆䀀 ∆琀 - je Ŷejvětší v oblasti pKa - dáŶa složeŶíŵ a koŶĐeŶtraĐí pufru - číŵ je koŶĐeŶtraĐe složek pufru vLJšší, tíŵ je tluŵivá sĐhopŶost též vLJšší - pufračŶí kapaĐita klesá se zředěŶíŵ pufru - Ŷejvětší kapaĐitu ŵají pufrLJ složeŶé ze slaďýĐh kLJseliŶ a jejiĐh solí ;resp. slaďýĐh zásad a jejich solí) - Hendersonova a Hasselbalchova rovnice popisuje vztah ŵezi složeŶíŵ pufru a jeho kyselostí , - kde: pH je výsledné pH pufru,pK A je disoĐiačŶí koŶstaŶta konjugované kyseliny pufru, c A a c B jsou rovŶovážŶé koŶĐeŶtraĐe konjugované kLJseliŶLJ a zásadLJ tvoříĐí pufr kojugované páry: HCl Cl - III. )ákladLJ ďioĐheŵie orgáŶů a fuŶkĐí 2 H 3 PO 4 H 2 PO 4 - H 2 PO 4 HPO 4 2- - HPO 4 PO 4 3- CH 3 COOH CH 3 COO- H 2 CO 3 HCO 3 - NH 4 + NH 3 H 2 O OH- HCO 3 - CO 3 - pH a pufračŶí systéŵy: - sŶaha udržet pH v rozmezí 7,4 +- 0,04 - pH je odlišŶé i v ráŵĐi ϭ ďuňkLJ ;Ŷapř.:lLJsosoŵ – kyselé pH) - sŶaha udržeŶí koŶstaŶtŶí koŶĐeŶtraĐe H+ - tvorba a utilizace H+ - vyrovnaná - tvorba H+ – při aŶaeroďŶí glLJkolýze (laktát) - sLJŶtéza ŵočoviŶLJ ;z NHκ+Ϳ - tvorba ketolátek - utilizace: glukoneogeneze k laktátu - kompletní oxidace neutrálních AMK - degradace ketolátek - stálé pH důležité pro fuŶkĐi eŶzLJŵů, horŵoŶů = udržeŶí hoŵeostázLJ - při ŶedodržeŶí, doĐhází k posunu jedním nebo druhýŵ sŵěreŵ – vznik acidózy/alkalózy - př.: při poškozeŶí ledviŶ, hLJperveŶtilaĐi... - sŶaha udržet acidobazickou rovnováhu PŘI PORUŠE ABR!!! SOUVISLOST ME)I H+ A K+ IONTY – PŘI ACIDÓ)E H+ DIFUNDUJÍ DO BUŃKY, K+ VEN – )VYŠUJE SE EXTRACELULÁRNÍ KONCETRACE K+!!!!! JINÁ HODNOTA KALÉMIE NEŽ U )DRAVÉHO ČLOVĚKA ;u Ŷěj ďLJ daŶá koŶĐeŶtraĐe už ŵohla ďýt hLJperkaleŵií – špatŶá léčďaͿ Acidóza: - zvýšeŶí koŶĐeŶtraĐe H+ ioŶtů - víĐe a častěji ohrožuje organismus - jsou kompenzované a nekompenzované (nekompenzované netrvají dlouho, orgaŶisŵus ŶevLJdrží trvalejší sŶížeŶí pHͿ - podílí se na tom: Ŷetěkavé k.:(tj. nelze vydýchat – metabolická acidóza) - ŵléčŶá, aĐetoĐtová, β-hLJdrodžLJŵáselŶá, fosforečŶá, sírová - těkavé: (lze vydýchat – respiračŶí aĐidózaͿ - k. uhličitá – při ŶedostatečŶé respiraĐi - respiračŶí acidóza: - v důsledku sĐhopŶosti vLJloučit ŶadďLJtek COϮ ;hyperkapnie) III. )ákladLJ ďioĐheŵie orgáŶů a fuŶkĐí 3 - příčiŶa – centrální (porucha dýchacího centra) / v plících ;překážka v dýĐhaĐíĐh ĐestáĐh, poruĐha dýĐhaĐíĐh svalů, pliĐŶí eŵfLJzéŵͿ - pliĐŶí eŵfLJzéŵ . zŵeŶšeŶá ploĐha pro výŵěŶu plLJŶů - ztluštělá stěŶa alveolů, pravostraŶŶé srdečŶí selháŶí - i astŵa a záŶětlivé proĐesLJ způsoďují - spojeno s hypoxií a nedostatkem O2 - kompenzuje se zvyšováŶíŵ HCOϯ- - zvýšeŶo zρ resorpĐí z prodžiŵálŶíĐh tuďulů ledvin - metabolická acidóza: - Ŷejčastější poruĐha ABR - typické: pokles pH, pokles HCO3-, vLJlučováŶí kLJselé ŵoči, hLJperveŶtilaĐe - příčiŶa: vLJsoká tvorďa ketolátek ;aĐetoĐtové k, β-hydroxymáselné) – DM, ketoacidóza + dlouhodoďé hladověŶí - ŶadŵěrŶá tvorďa laktátu – anaerobní glykolýza – laktátová acidóza - doprovází renální selhání, otravu kyselinami a alkoholem (ty se na kyseliny metabolizují) - ŶadŵěrŶé ztrátLJ ďikarďoŶátu - kompenzace: hyperventilace Alkalóza: - ph se zvLJšuje – alkaliĐkýŵi složkaŵi potravLJ ;ŵiŶerálŶí vodLJ, alkalizujíĐí léčivaͿ - vydýcháním CO2 (hyperventilace) - respiračŶí alkalóza: - vyvolá ji hyperventilace - při hLJsterii, otravě saliĐLJlátLJ, poruĐháĐh respiračŶího ĐeŶtra - klesá parciální tlak CO2 – poŵer se ŵěŶí ve prospěĐh HCOϯ- - koŵpeŶzaĐe: zvýšeŶá sekreĐe HCOϯ- ledvinami – alkalizaĐe ŵoče - ŶejŵéŶě častá poruĐha  - metabolická alkalóza: - ztráta HCl zvraĐeŶíŵ, průjŵLJ, ztrátou Đhloridů, hLJperaldosteroŶisŵus, při ŶepřiŵěřeŶé léčďě ŵetaďoliĐké aĐidózLJ - kompenzace – hypoventilací – nedokonalá - při alkalóze vzŶiká víĐe todžiĐkého NHϯ!!!!!!! - k udržeŶí aĐidoďaziĐké rovŶováhLJ slouží: puforvaĐí sLJstéŵLJ - orgáŶové sLJstéŵLJ: ;vLJužívají pufrovaĐí sLJstéŵečkLJ ;Ϳ  plicní ventilace  exkrece z ledvin  metabolická aktivita jater TělŶí tekutiŶy a pufračŶí systéŵy: Krev Plazma - hydrogenkarbonátovy (50%- 75%) - bílkovinný (plazmatické bílk. 24-49%) III. )ákladLJ ďioĐheŵie orgáŶů a fuŶkĐí 4 - fosfátový (anorganický fosfát 1%) Erytrocyty - hemoglobinový (35%) - hydrogenkarbonátový (18%) - fosfátový (organický fosfát 3%, anorganický 1%) Intracelulární prostor - bílkovinný - hydrogenkarbonátový - fosfátový Hydrogenkarbonátový pufračŶí systéŵ: (bikarbonátový) H + + HCO 3 - →;←Ϳ H 2 CO 3 →;←Ϳ CO 2 + H 2 O - otevřeŶý pufrovací systém (dík vydýchávání) - ŶejvýzŶaŵŶější plazŵatiĐký pufr, Ϯ. ŶejvýzŶaŵŶější iŶtraĐelulárŶí - enzym karboanhydráza – urychluje nastolené rovnováhy mezi HCO 3 - a CO 2 - schopnost pufrovat jak H+, tak OH- - HCO 3 - - anion – silná konjugovaná báze slabé kyseliny - k. uhličitá – pochází z ŵetaďolisŵu saĐharidů a tuků - její ŵŶožství regulováŶo poŵoĐí ventilace – plíce - ŵŶožství CO 2 rozpuštěŶého v plazŵě je v rovnováze s CO 2 v plicních alveolech - hyperventilace – vLJdýĐháŵ velké ŵŶožství CO 2 + H 2 O – nastane respiračŶí alkalóza - hypoventilace – ŶedostatečŶý odvod CO 2 - která vzniká disociací H 2 CO 3 - ŶeŶí kapaĐita pro příjeŵ H+ ioŶtů – respiračŶí acidóza Fosfátový pufr: - významný pro ďuňkLJ, v plazŵě - ŵalý příŶos v krvi – vzhledem k jeho ŵaléŵu ŵŶožstevŶíŵu zastoupeŶí - HPO 4 2- , H 2 PO 4 - ;při Ŷorŵě pH – zasoupení 4:1) - úloha v ŵoči - H+ + HPO 4 2- → H 2 PO 4 - - druhý disoĐiačŶí stupeň - fosfátový pufr udržuje hodŶotu pH ŵoči Ŷad κ,ρ – klesne-li pod tuto hodŶotu, přestává se H+ vylučovat ŵočí Bílkovinný pufr: - uplatŶěŶí v krevŶí plazŵě i ďuňkáĐh - příŶos všeĐh ioŶizovatelŶýĐh postraŶŶíĐh řetězĐů - při pH krve 7,κ jsou aktivŶí hl. kLJselé AMK = Asp, Glu +histidin Hemoglobinový pufr: - pouze v erytrocytech – při koncentraci 30% v erytrocytech – velmi významný III. )ákladLJ ďioĐheŵie orgáŶů a fuŶkĐí 5 Orgány podílející se na ABR: Plíce: - difuzí přes alveolárŶí stěŶu uŵožňují odvod COϮ ;viz výšeͿ ;ĐĐa. ϮϬ 000 mmol) Ledviny: - uvolŶí Ŷetěkavé látkLJ ĐĐa. 70 ŵŵol/ deŶŶě - mechanismus regulace -vLJlučují H+ ioŶtLJ - vLJlučováŶí HCOϯ - - exkrece H+: - H+ + NH 3 →NH 4 + - NH 3 je uvolŶěŶý z glutaminu v tuďulárŶíĐh ďuňkáĐh - navázáním H dochází k detoxikaci NH 3 na NH 4 + - H+ + HPO 4 2- → H 2 PO 4 - - fosfátový pufr udržuje hodŶotu pH ŵoči Ŷad κ,ρ – klesne-li pod tuto hodŶotu, přestává se H+ vylučovat ŵočí - H + + HCO 3 - →;←Ϳ H 2 CO 3 →;←Ϳ CO 2 + H 2 O - regenerace bikarbonátového iontu - ovlivŶěŶo: dopaŵiŶeŵ, PTH, glukagoŶ – sŶižují sekreĐi H+ - angiotensin II. a endotelin – zvLJšují sekreĐi H+ - v luŵeŶ tuďulů vzŶika HϮCOϯ – tam se rozkládá na CO2 a H2O - COϮ difuŶduje do ďuňěk prodžiŵálŶího tuďulu, taŵ je rekoŶvertováŶ karďoaŶhLJdrásou Ŷa k. uhličitou - k uhličitá disoĐiuje – HCO3- se vstřeďává zρ do krve, H+ odĐhází ŵočí - vzŶiklý COϮ ŵůže difuŶdovat zρ do tkáŶí - ledviny tím brání alkalizaci vŶitřŶího prostředí po pozřeŶí alkalizujíĐí potravy - výsledek renální regulace – okLJseleŶí/alkalizaĐe ŵoči Játra: - při selháŶí jater – nastává alkalóza - tvoří ŵŶožství protoŶů při vzŶiku ŵočoviŶy COϮ + Ϯ NHκ+ → CO;NHϮͿϮ + HϮO + Ϯ H + - vznikající H+ neutralizují HCO3 – - tvorďa ŵočoviŶLJ závisí Ŷa pH krve – sLJŶtéza stoupá při alkaličtějšíŵ pH krve - při aĐidóze stoupá tvorďa glutaminu - teŶ se štěpí a do ŵočí odĐhází NH4+ III. )ákladLJ ďioĐheŵie orgáŶů a fuŶkĐí 6 Acidobazický metabolismus: - protony (H+) – poĐhází ze Ϯ zdrojů – z volných kyselin z potravy (k.citronová, askorďová, fosforečŶáͿ a sirŶatýĐh AMK ;ŵethioŶiŶ, ĐLJsteiŶͿ - kyseliny z potravy – v alkaliĐkéŵ prostředí střeva odštěpují H+ - methionin, cystein – vzŶikají při kataďolismu bílkovin III. )ákladLJ ďioĐheŵie orgáŶů a fuŶkĐí 1 ϭϭ. Metaďolisŵus erLJtroĐLJtů Struktura erLJtroĐLJtů:  Bezjaderné krevní elementy bez organel  Bikonkávní tvar  HlavŶí součástí erLJtroĐLJtu je heŵogloďiŶ  Membrána ery: oďsahuje proteiŶLJ a dvojvrstvu lipidů ;fosfolipidLJ, ĐholesterolͿ o spektriny a ankyriny – udržují tvar a oheďŶost erLJ  Životnost: 120 dní  Vznikají v kostŶí dřeŶi, zaŶikají ve sleziŶě FuŶkĐe erLJtroĐLJtů:  Transport kyslíku do tkání  OdstraňováŶí CO 2 a protoŶů ze tkání  (UdržováŶí viskozitLJ krveͿ  (Pufrovací systém Hb – reaguje Ŷa zŵěŶLJ pHͿ Chování ery v růzŶýĐh roztoĐíĐh: III. )ákladLJ ďioĐheŵie orgáŶů a fuŶkĐí 2 Metaďolisŵus erLJtroĐLJtů: ČerveŶá krviŶka je vLJsoĐe závislá Ŷa glukóze (zdroj E), její ŵeŵďráŶa oďsahuje přeŶašeče s vysokou afinitou pro glukózu. Erytrocyty postrádají mitochondrie, a proto je ATP produkován anaerobní glykolýzou, při které vzniká laktát. V červeŶýĐh krviŶkáĐh Ŷeproďíhá sLJŶtéza glLJkogeŶu, ŵastŶýĐh kLJseliŶ, ďílkoviŶ ani nukleových kyselin. Pro ŵetaďolisŵus červeŶýĐh krviŶek je důležitý glutathion, předevšíŵ v redukovaŶé forŵě. RedukovaŶý glutathioŶ je klíčovou složkou sLJstéŵu, který ĐhráŶí červeŶé krviŶkLJ před odžidačŶíŵ poškozeŶíŵ. Hlavní zdroj pro erytrocyty je D-glukóza. Glukósa se dostává do erytrocytu usŶadŶěŶou difuzí (na tom se podílí glukosapermeasa Ŷeďo přeŶašeč glukósLJͿ. PřeŶašeče glukósLJ je GLUT-ϭ až GLUT-14. PřeŶašeč glukósLJ v ŵeŵďráŶě erLJtroĐLJtů GLUT-1 není závislý na inzulínu a je specifický pro D-glukósu a D-hexosy. GLUT-ϭ se skládá ze κ9Ϯ AMK a tvoří Ϯ% všeĐh proteiŶů v ŵeŵďráŶě erLJtroĐLJtů.  ANAEROBNÍ GLYKOLÝZA o Tvorba ATP o 1.fáze: přeŵěŶa glukósy na fruktóza-1,6-bisfosfát o 2.fáze: fruktóza-1,6-ďisfosfát se ŵěŶí Ŷa glLJĐeraldehLJd-3-fosfát a dihydroxyacetonfosfát o 3.fáze: přeŵěŶa glLJĐeraldehLJd-3-fosfát na 1,3-bisfosfoglycerát  Na 1,3-ďisfosglLJĐerát předává fosfát Ŷa ADP → vzŶiká ATP + ϯ- fosfoglycerát (katalýza fosfoglycerátkinásou) – vratná reakce  VLJtváří se Ϯ triosafosfátLJ Ŷa ϭ ŵol glukósLJ →tzŶ. že vznikají 2 ATP  Část ϭ,ϯ-ďisfosglLJĐerát se ŵůže ŵěŶit Ŷa 2,3-bisfosglycerát (váže se na deodžLJheŵogloďiŶ, který staďilizuje a usŶadňuje tak uvolňováŶí kLJslíku III. )ákladLJ ďioĐheŵie orgáŶů a fuŶkĐí 3 ve tkáních) poŵoĐí ďisfosfoglLJĐerátŵutásLJ → teŶto eŶzLJŵ ŵůže také zŵěŶit Ϯ,ϯ-bisfosglycerát na 3-fosfoglycerát o 4.fáze: přeŵěŶa pLJruvátu Ŷa laktát  Reakce katalyzována pomocí laktátdehydrogenásy o Rychlost AAE glykolýzy je regulována enzymy: hexokinásou, fosfofruktokinásou, pyruvátkinásou o AAE glLJkolýza koŶčí vždLJ tvorďou laktátu, který po koncentračŶíŵ gradieŶtu přestupuje ŵeŵďráŶou erLJtroĐLJtů a dostává se do jater, kde v jaterních mitochondriích je oxidován o Až 9Ϭ% eŶergetiĐké spotřeďLJ krLJje právě AAE glLJkolýza  PŘÍMÁ OXIDACE GLUKÓSY = PENTOSAFOSFÁTOVÝ CYKLUS o HlavŶě tvorďa redukovaŶé forŵLJ koeŶzLJŵu NADPH+H + o NADPH+H + je potřeďŶý pro koenzym glutathionreduktasu pro syntézu redukovaného glutathionu ;ĐhráŶí erLJtroĐLJt před todžiĐkýŵi účiŶkLJ perodžidůͿ III. )ákladLJ ďioĐheŵie orgáŶů a fuŶkĐí 4  Koenzymy jsou v erLJtroĐLJtu důležité pro NADH-dependentní methemoglobin-reduktasu ;uŵožňuje redukĐi Fe 3+ na Fe 2+ )  2,3-bisfosfoglycerát – důležitý pro regulaĐi sĐhopŶosti heŵogloďiŶu přeŶášet kLJslík  Redukovaný glutathion – ĐhráŶí erLJtroĐLJt před odžidativŶíŵ streseŵ  V ery přítoŵŶé eŶzLJŵLJ pro ŵetaďolisŵus Ŷukleotidů ;adeŶosiŶdeaŵiŶasa, pyrimidinnukleotidasa, adenylátcyklasa) – je-li defiĐit=příčiŶa heŵolLJtiĐkýĐh aŶéŵií o ProdukĐe erLJ je řízeŶa erytropoetinem (Epo) o glykoprotein o Je syntetizován v ledvinách o Při hLJpodžii uvolňováŶ do krevŶího oďěhu a je přeŶášeŶ do kostŶí dřeŶě III. )ákladLJ ďioĐheŵie orgáŶů a fuŶkĐí 1 12. Hemokoagulace, kaskáda koagulačŶíĐh faktorů, úloha troŵďoĐytů Hemokoagulace je srážeŶí krve způsoďeŶé postupŶou aktivaĐí srážeĐíĐh Ŷeďoli koagulačŶíĐh faktorů. Hemokoagulace je součástí proĐesu heŵostázLJ. Heŵostáza je proĐes zaďraňujíĐí vLJkrváĐeŶí při poraŶěŶí ĐévLJ. Hemostáza: 1. ReakĐi Đév v ŵístě poškozeŶí – jedná se o vazokonstrikci 2. ČiŶŶost krevŶíĐh destiček 3. SrážeŶí krve=heŵokoagulaĐe 4. Fibrinolýza ÚLOHA TROMBOCYTŮ Trombocyty:  Bezjaderné krevní elementy  VzŶikají odštěpováŶíŵ ĐLJtoplazŵLJ od ŵegakarLJoĐLJtů  Membrána: fosfolipidy (fosfatidylinositol a fosfatidylserin)  Kontraktilní aparát – mikrotubuly  Obsahují Ϯ odlišŶé iŶtraĐelulárŶí ŵeŵďráŶové systéŵy: o VŶitřŶí = denzní tubulární systém  Je podoďŶý ER, tvoří se zde ADP a ukládá se vápŶík o PeŶetrujíĐí otevřeŶý kalikulárŶí systéŵ iŶvagiŶaĐe plazŵatiĐké ŵeŵďráŶy  )většuje povrĐh při aktivaĐi destiček  Alfa granula  Komunikace s okolíŵ: poŵoĐ ŵeŵďráŶovýĐh reĐeptorů, které jsou spojeny s guanosintrifosfátem (GTP) = tzv. G-proteiny  Proďíhá zde: glLJkolýza, odžidativŶí fosforLJlaĐe, Kreďsův ĐLJklus, glukoŶeogeŶeze,..  3 typy granul: o α-granula  koagulačŶí faktorLJ  destičkové proteiŶLJ  růstové proteiŶLJ – PDGF  glykoproteiny – vWF, fibronektin o denzní granula –ATP, GTP, Ca 2+ , Mg 2+ o lysozomy III. )ákladLJ ďioĐheŵie orgáŶů a fuŶkĐí 2 AktivaĐe destiček začíŶá adhezí destiček Ŷa odkrLJtý eŶdotel Đév. EŶdotel Đév produkuje von WilleďraŶdův faktor ;vWFͿ, který je aktivátoreŵ destiček. ReakĐi destiček ještě podporuje kolagen. Tíŵ, že se destičkLJ váží poŵoĐí reĐeptorů ;povrĐhové glLJkoproteiŶLJͿ Ŷa tLJto Ϯ ďílkoviŶLJ, dochází k aktivaĐi destiček. V aktivovaném trombocytu dochází k aktivaci systému kyseliny arachidonové, s tvorbou tromboxanu A 2 . DestičkLJ aktivuje i troŵďiŶ, kdLJ troŵbocyty mají 3 receptory pro vazbu s trombinem – PAR (proteasami aktivovaný receptor). )výšeŶá aktivaĐe destiček : u paĐieŶtů s aterosklerózou. HEMOKOAGULACE Je to kaskáda enzymových reakcí, kdLJ výsledkeŵ je přeŵěŶa protroŵďiŶu Ŷa troŵďiŶ, trombin aktivuje přeŵěŶu fiďriŶogeŶu Ŷa fiďriŶ. KoagulačŶí faktory jsou syŶtetizováŶy v játrech. KoagulačŶí faktory – vitamín K dependentní: protroŵďiŶ, VII, IX,X. → pokud je vitaŵíŶu K nedostatek nebo syntéza je inhibována léky – warfarin, tak to vede k tvorďě ŶefuŶkčŶíĐh proteiŶů. NefuŶkčŶí proteiŶLJ = P.I.V.K.A. ;proteiŶ iŶduĐed ďLJ vitaŵiŶ K absence). Vitamín K hraje roli v glutamyl-karďodžLJlačŶí přeŵěŶě koagulačŶíĐh faktorů. FÁZE: 1. VNĚJŠÍ CESTA 2. VNITŘNÍ CESTA 3. SPOLEČNÁ CESTA III. )ákladLJ ďioĐheŵie orgáŶů a fuŶkĐí 3 1. VNĚJŠÍ CESTA  Je zahájeŶa poškozeŶíŵ tkáŶě ;=porušeŶí iŶtegritLJ ĐévŶí stěŶLJͿ  Dochází k uvolŶěŶí tkáňového faktoru ;faktor III – je to soubor fosfolipidů a lipoproteiŶůͿ  Koŵpledž lipoproteiŶů se váže Ŷa faktor VII a v přítoŵŶosti Ca 2+ se aktivuje faktor X  Faktor X + faktor V tvoří aktivátor protroŵďiŶu  Aktivátor Ca 2+ je schopen konvertovat protrombin na trombin 2. VNITŘNÍ CESTA  Zahájení kontaktem faktoru XII s ŶegativŶě Ŷaďitýŵ povrĐheŵ ;Ŷejčastěji kolageŶͿ Ŷeďo sŵáčivýŵ povrĐheŵ ;skloͿ  Odhalení vláken kolagenu vede jednak k aktivaci faktoru XII a dále k uvolŶěŶí fosfolipidů z krevŶíĐh destiček  AktivovaŶý faktor XII štěpí faktor XI a vzŶiká aktivŶí forŵa  K aktivaĐi faktoru XI je třeďa přítoŵŶost vLJsokoŵolekulárŶího kiŶiŶogeŶu (HMWK) a prekalikreinu  Aktivovaný faktor XI dále aktivuje faktor IX  AktivovaŶý faktor IX + aktivovaŶý faktor VIII+destičkové fosfolipidLJ aktivují faktor X  Aktivovaný faktor X + aktivovaný faktor V a destičkové fosfolipidLJ vLJtvářejí aktivátor protrombinu 3. SPOLEČNÁ CESTA  Aktivovaný faktor X + faktor V vLJtvářejí aktivátor protroŵďiŶu III. )ákladLJ ďioĐheŵie orgáŶů a fuŶkĐí 4 PŘEMĚNA PROTROMBINU NA TROMBIN ProtroŵďiŶ je složeŶ ze Ϯ polLJpeptidovýĐh řetězĐů spojeŶýĐh disulfidovýŵi vazďaŵi. ProtroŵďiŶ přeŵěŶěŶ Ŷa troŵďiŶ v přítoŵŶosti Ca 2+ , destičkovýĐh fosfolipidů a aktivátoru protrombinu. Protrombin = faktor II, plazmatický protein, který je syntetizovaný v játrech. K sLJŶtéze protroŵďiŶu je důležitý také vitaŵíŶ K. Funkce trombinu:  PřeŵěŶa rozpustŶého fiďriŶogeŶu Ŷa ŶerozpustŶý fiďriŶ  )rLJĐhluje aktivaĐi dalšíĐh koagulačŶíĐh faktorů ;XI→IXa)  Aktivuje destičkLJ PŘEMĚNA FIBRINOGENU NA FIBRIN Fibrinogen je syntetizován také v játrech. Je to bílkovina krevní plazmy a glykoprotein. Skládá se ze ϯ párů polLJpeptidovýĐh jedŶotek – α, β, γ-řetězĐů, jsou spojeŶLJ disulfidiĐkýŵi ŵůstkLJ. FiďriŶogeŶ je štěpeŶ troŵďiŶeŵ Ŷa ŵoŶoŵerLJ fiďriŶu, fiďriŶ spoŶtáŶŶě polLJŵeruje a vLJtváří tak fiďriŶová vlákŶa. VazďLJ jsou ale velŵi slaďé ;ŶekovaleŶtŶíͿ, a tudíž tuto síť ďLJ ďLJlo jedŶoduĐhé rozrušit, a proto doĐhází ke staďilizaĐi faktoreŵ XIII. DoĐhází ke vzniku kovalentních vazeb. KrevŶí sražeŶiŶa se vLJtváří, kdLJ troŵďiŶ začŶe štěpit fiďriŶogeŶ Ŷa fiďriŶopeptidLJ A,B a fiďriŶŵoŶoŵerLJ. FiďriŶové ŵoŶoŵerLJ polLJŵerizují a vLJtváří se základ fiďriŶové sítě. ODSTRAŇOVÁNÍ KREVNÍHO TROMBU = FIBRINOLÝZA FiďriŶolýza je rozpouštěŶí krevŶí sražeŶiŶLJ. Troŵďus je odstraňováŶ, kdLJž už ŶeplŶí svoji funkci. Hlavní roli zde hraje plazmin – seriŶová proteáza. PlazŵiŶ vzŶiká štěpeŶíŵ plazŵiŶogeŶu. AktivaĐe se děje poŵoĐí urokinasy. PlazŵiŶ štěpí fiďriŶogeŶ a fiďriŶ a vznikají tak fibrin-degradačŶí produktLJ ;FDPͿ. ϯ fáze vytvořeŶí fiďriŶové sražeŶiŶy: 1. Zahajovací fáze  VLJtvořeŶí tkáňového faktoru s faktoreŵ VII → aktivovaŶý faktor VII  Tato fáze Ŷastává při porušeŶí ĐévLJ  Na povrĐhu ďuňkLJ se pak vLJtvoří ŶegativŶě Ŷaďitý fosfolipid = fosfatidylserin (FS) 2. AŵplifikačŶí fáze III. )ákladLJ ďioĐheŵie orgáŶů a fuŶkĐí 5  Tvorba protrombinasy ;Ϯ způsoďLJ tvorďLJ – vŶější a vŶitřŶí Đesta viz výšeͿ 3. PropagačŶí fáze  VLJtvořeŶí troŵďiŶu INHIBITORY KOAGULACE  SERPINY (serin proteasové inhibitory) o Antitrombin  Glykoprotein, tvořeŶý v játrech  Inhibuje aktivní proteasy (trombin) o protein C  glykoprotein, enzym závislý na vitamínu K  tvořeŶý v játrech  v ŶeaktivŶí forŵě ;zLJŵogeŶͿ je vázáŶ Ŷa eŶdotelový reĐeptor a je aktivováŶ vLJtvořeŶýŵ troŵďiŶeŵ  Aktivovaný protein C proteolyticky inaktivuje aktivovaný proakcelerin (Va) a antihemofilní faktor (VIIIa) o protein S  není enzym, je to kofaktor proteinu C  tvořeŶ v játrech, megakaryocytech a endoteliích  inhibuje faktory V a VIII o trombomodulin  glykoprotein, vLJčŶívá z membárn cévního endotelu  váže volŶý troŵďiŶ o heparin (sulfonylovaný glykosaminoglykan)  slouží k léčďě žílŶíĐh troŵďóz o hirudin  ďílkoviŶa ve sliŶáĐh pijavkLJ lékařské  patří ŵezi přírodŶí aŶtikoagulaŶtLJ Pokud dojde k selháŶí iŶhiďitorů koagulaĐe, tak se vLJtváří DIC ;=diseŵiŶovaŶá intravaskulární koagulace). Kdy dochází k troŵďotizaĐi a ŶásledŶě dojde k zástavě průtoku krve – v ledviŶáĐh, pliĐíĐh, srdĐi → vede to k multiorgánovému selhání. HEMOFÍLIE  poruĐha srážlivosti krve, krváĐeŶí do klouďů, tvorďa heŵatoŵů  3 typy: o A – defekt faktoru VIII o B – defekt faktoru IX o C – defekt faktoru XI III. )ákladLJ ďioĐheŵie orgáŶů a fuŶkĐí 6 DALŠÍ PORUCHY  KOAGULOPATIE o Netvoří se koagulačŶí faktorLJ Ŷeďo díkLJ ŵutaĐi se tvoří ŶefuŶkčŶí ŵolekulLJ o Nedostatek vWF – poruĐha tvorďLJ priŵárŶí heŵostázLJ ;krváĐeŶí při edžtrakĐi zuďů Ŷeďo při operaĐiͿ  DIC  TROMBOCYTOPENIE o Nedostatek krevŶíĐh destiček o Projev: krváĐeŶí do podkoží ;peteĐhieͿ III. )ákladLJ ďioĐheŵie orgáŶů a fuŶkĐí 1 ϭϯ. Moč – fyziologiĐké a patologiĐké součásti Moč je tekutiŶa tvořeŶá v ledviŶáĐh z protékajíĐí krve. Oďjeŵ a složeŶí ŵoči jsou závislé Ŷa příjŵu tekutiŶ, dietě, tělesŶé hŵotŶosti, věku, fyzické aktivitě, teplotě a vlhkosti prostředí. Dospělý člověk vLJloučí asi 500-2000 ml ŵoči, hustota je 1,015-1,025 kg/m 3 , osmolalita se pohybuje mezi 50-1300 mmol/kg vody. Moč tvoří zhruďa 9ρ% vodLJ. Oďsahuje odpadŶí látkLJ vzŶikajíĐí při látkové přeŵěŶě v orgaŶisŵu ;ŵočoviŶu, kLJseliŶu ŵočovou, ŵočová ďarviva,...Ϳ, které spolu s Ŷěkterýŵi ioŶtLJ tvoří základ ŵoči. Její složeŶí odráží stav ledviŶ, ale i Đelého orgaŶisŵu. Proto vLJšetřeŶí ŵoči patří k základŶíŵ ďioĐheŵiĐkýŵ testůŵ pro zhodŶoĐeŶí stavu orgaŶisŵu. CheŵiĐké vLJšetřeŶí ŵoči slouží k průkazu Ŷeďo orieŶtačŶíŵu staŶoveŶí struktur, které se vLJlučují ŵočí. Moč vLJšetřujeŵe orieŶtačŶě poŵoĐí tzv. testačŶíĐh proužků. VLJšetřujeŵe:  pH ŵoči ;u zdravýĐh jediŶĐů ρ-6)  přítoŵŶost krevŶíĐh eleŵeŶtů – bílé krvinky, červeŶé krviŶkLJ  přítoŵŶost krevŶího ďarviva ;heŵogloďiŶuͿ  přítoŵŶost glukózLJ  přítoŵŶost ďílkoviŶ ;u zdravýĐh osoď ŶeŶí ďílkoviŶa poŵoĐí testačŶíĐh proužků prokazatelŶáͿ → ďílkoviŶa v ŵoči je sigŶáleŵ pro oŶeŵoĐŶěŶí ledviŶ  přítoŵŶost Ŷitritů – dusitaŶů  přítomnost bilirubinu – v ŵoči přítoŵŶý pouze koŶjugovaŶý ďiliruďiŶ, který je rozpustŶý ve vodě  přítoŵŶost ketolátek – staŶovuje se kLJseliŶa aĐetoĐtová a aĐetoŶ → ŶadŵěrŶě tLJto látkLJ vzŶikají při zvýšeŶéŵ odďouráváŶí tuků ;Ŷapř. při hladověŶíͿ TLJto součásti se většiŶou vLJskLJtují i v ŵoči zdravýĐh osoď, ale v tak ŵaléŵ ŵŶožství, že je ďěžŶýŵi zkouškaŵi Ŷeprokážeŵe. )a růzŶýĐh patologiĐkýĐh stavů se jejiĐh koŶĐeŶtraĐe v ŵoči zvLJšuje. KdLJ se Ŷejčastěji vLJšetřuje ŵoč?  U každého ŶeŵoĐŶého pro orieŶtačŶí vLJšetřeŶí: o Metabolismu III. )ákladLJ ďioĐheŵie orgáŶů a fuŶkĐí 2 o Funkce ledvin o Chorob ledvin o )da jediŶeĐ Ŷetrpí záŶěteŵ ledviŶ a ŵočovýĐh Đest o PředoperačŶí vLJšetřeŶí o V těhoteŶství pH ŵoči FLJziologiĐké pH ŵoči zdravýĐh osoď se pohLJďuje v rozŵezí ρ-6. HodŶota závisí Ŷa složeŶí přijíŵaŶé potravLJ. Při horečkáĐh se stává kLJselejší, oŶeŵoĐŶěŶí ŵočovýĐh Đest je doprovázeŶo alkalizaĐí ŵoče. Bílkoviny v ŵoči )dravá osoďa deŶŶě ŵočí vLJloučí asi 100 mg bílkoviny ;většiŶu ďílkoviŶ tvoří albumin, přítoŵŶLJ mohou být i nízkomolekulární látky - globuliny). Proteinurie sigŶalizuje oŶeŵoĐŶěŶí ledviŶ a ŵočovýĐh Đest, ďílkoviŶu v ŵoči Ŷalézáŵe ve většíŵ ŵŶožství při otraváĐh rtutí, oloveŵ, při diaďetu, ikteru, velké tělesŶé Ŷáŵaze.  PROTEINURIE o Fyziologická o V užšíŵ slova sŵLJslu  FYZIOLOGICKÁ PROTEINURIE )dravý člověk vLJloučí 50–80 mg bílkovin, ŵadžiŵálŶě 9ς ŵg/ŵ 2 (tj. asi 150 mg) za 24 hodin. Bílkoviny, které se vLJloučí z těla za Ϯκ hodiŶ jsou:  κϬ % představují plazŵatiĐké ďílkoviŶLJ  ςϬ % představují bílkoviny z ledvin (Tamm-Horsfallův uroŵukoidͿ a z vývodných cest ŵočovýĐh (sekrečŶí IgA, glLJkoproteiŶLJ a glLJkopeptidLJͿ MŶožství a složeŶí ďílkoviŶ v ŵoči závisí Ŷa jejiĐh filtraĐi stěŶou gloŵerulárŶí ŵeŵďráŶLJ, Ŷa resorpĐi v tuďulárŶíĐh ďuňkáĐh a Ŷa reŶálŶí heŵodLJŶaŵiĐe. )a ŶorŵálŶíĐh okolŶostí zaďraňuje gloŵerulárŶí ŵeŵďráŶa edžkreci látek s molekulovou hmotností Mr > 60 000. III. )ákladLJ ďioĐheŵie orgáŶů a fuŶkĐí 3 Při glomerulární ultrafiltraci se uplatňují 2 faktory: 1. Mikroporézní struktura glomerulární bazální membrány:  Tato struktura ďráŶí průŶiku plazŵatiĐkýĐh ďílkoviŶ o Mr větší Ŷež ϭϬ0 000–150 ϬϬϬ ;Ŷapř. IgG a IgA)  Mluvíme o selektivitě podle velikosti Glomerulární membrána propouští plazŵatiĐké ďílkoviŶLJ s ŵalou ŵolekulovou hŵotŶostí, které jsou pak v proximálních tubulech reabsorbovány a katabolizovány. 2. Elektrostatická bariéra  Je dáŶa povrĐheŵ všeĐh strukturŶíĐh složek gloŵerulárŶí stěŶLJ  Makromolekuly struktur glomerulárŶí stěŶLJ vLJkazují převažujíĐí ŶegativŶí Ŷáďoj  VětšiŶa plazŵatiĐkýĐh ďílkoviŶ ŵá rovŶěž ŶegativŶí Ŷáďoj, který způsoďuje, že jsou odtlačováŶLJ ;Ŷeprostupují ďílkoviŶLJ, které ŵají ŵolekulovou hŵotnost 60 000 – 70 000 – albumin, transferuj)  Neutrální nebo pozitivŶě Ŷaďité ŵolekulLJ proĐházejí gloŵerulárním filtrem mnohem sŶadŶěji  Jedná se o selektivitu podle náboje III. )ákladLJ ďioĐheŵie orgáŶů a fuŶkĐí 4 Klasifikace proteinurií 1. Prerenální 2. Renální  glomerulární proteinurie i. selektivní ii. neselektivní  tubulární proteinurie  sŵíšeŶá proteiŶurie 3. Postrenální 1. Prerenální proteinurie  VzŶiká při vLJsokýĐh plazŵatiĐkýĐh koŶĐeŶtraĐíĐh ŶízkoŵolekulárŶíĐh ďílkoviŶ, které i za fyziologických okolností mohou procházet do ultrafiltrátu  Vzhledeŵ ke zvýšeŶé Ŷáloži část ďílkoviŶ uŶiká do ŵoči, protože je překročeŶa resorpční kapacita proximálního tubulu  Vzniká při: i. ŶadŵěrŶé iŶtravaskulárŶí heŵolýze – do ŵoči se dostává hemoglobin (hemoglobinurie) ii. při Đrush sLJŶdroŵu a rabdomyolýze – do ŵoči se dostává myoglobin (myoglobinurie).  PřítoŵŶost lehkýĐh řetězĐů iŵuŶogloďuliŶů v ŵoči ;=Bence-Jonesova bílkovina) svědčí o ŵLJeloŵu.  PrereŶálŶí proteiŶurie často doprovází začátek ŶěkterýĐh akutŶíĐh záŶětlivýĐh a ŶekrotizujíĐíĐh oŶeŵoĐŶěŶí. 2. Renální proteinurie Rozdělujeŵe podle postižeŶé části ŶefroŶu Ŷa gloŵerulárŶí, tuďulárŶí a sŵíšeŶou. o Glomerulární proteinurie o )výšeŶá propustŶost gloŵerulárŶí stěŶLJ pro ďílkoviŶLJ o Selektivní glomerulární proteinurie: zaniká negativní náboj glomerulární ŵeŵďráŶLJ, jsou ve zvýšeŶé ŵíře do ŵoče vLJlučováŶLJ ďílkoviŶLJ o středŶě velkýĐh ŵolekuláĐh s Mr ŵezi ϳϬ ϬϬϬ–ϭϬϬ ϬϬϬ ;zejŵéŶa albumin a transferin), zatímco ďílkoviŶLJ s vLJsokou ŵolekulovou hŵotŶostí jsou zadržováŶLJ III. )ákladLJ ďioĐheŵie orgáŶů a fuŶkĐí 5 o Neselektivní glomerulární proteinurie: ztráta schopnosti rozlišovat při filtraĐi ďílkoviŶLJ podle velikosti, do ŵoči proŶikají kroŵě ďílkoviŶ o středŶí velikosti i proteiŶLJ o Mr Ŷad ϭϬϬ ϬϬϬ (IgG) o Při gloŵerulárŶí proteiŶurii většiŶou deŶŶí ztrátLJ ďílkoviŶ přesahují Ϯ g o Tubulární proteinurie o “ŶížeŶá tuďulárŶí resorpĐe bílkovin o )výšeŶé vLJlučováŶ ŶízkoŵolekulárŶíĐh ďílkoviŶ ;ŵikroproteiŶůͿ, které jsou za fyziologických podmíŶek v tuďuleĐh resorďováŶLJ ;βϮ-ŵikrogloďuliŶ, αϭ- mikroglobulin, volné lehké řetězĐe iŵuŶogloďuliŶůͿ o PříčiŶou poškozeŶí tuďulů mohou být ŶefrotodžiĐkLJ půsoďící léky (cytostatika, antibiotika, analgetika a protizáŶětlivé látky) nebo těžké kovy (Hg, Pb, Cd) o ZtrátLJ proteiŶů je obvykle 0,3–1,5 g/24 hodin o SŵíšeŶá proteiŶurie o Je kombinací neselektivní glomerulární proteinurie a tubulární proteinurie o Bývá projeveŵ záŶiku většiŶLJ ŶefroŶů 3. Postrenální proteinurie o VzŶiká při krváĐeŶí, ŶádoreĐh a záŶěteĐh vývodŶýĐh Đest ŵočovýĐh, kdLJ doĐhází k příŵéŵu průŶiku plazŵLJ Ŷeďo ďílkoviŶ do ŵoči o Průkaz plazmatických makromolekulárních bílkovin o vysoké molekulové hmotnosti ;αϮ-ŵakrogloďuliŶ, IgMͿ, které aŶi při ŶeselektivŶí proteiŶurii ŶeproŶikají stěŶou glomerulární kapiláry METODY STANOVENÍ BÍLKOVIN V MOČI o kvalitativŶí průkaz o kvaŶtitativŶí vLJšetřeŶí ;staŶoveŶí deŶŶíĐh ztrát ďílkoviŶͿ o tLJpizaĐe proteiŶurií ;určeŶí tLJpu proteiŶurieͿ 1. Kvalitativní stanovení bílkovin v ŵoči o vLJšetřeŶí – ϭ. raŶŶí vzorek ŵoči o 2 metody:  diagnostické proužkLJ III. )ákladLJ ďioĐheŵie orgáŶů a fuŶkĐí 6  PriŶĐip staŶoveŶí ďílkoviŶ v ŵoči je založeŶ Ŷa tzv. ďílkoviŶŶé ĐhLJďě acidobazického indikátoru  Jako iŶdikátor se používají Ŷapř. tetraďroŵfeŶolová ŵodř, etylesteru tetrabromfenolftaleinu nebo 3 ́,3 ́ ́,5 ́,5 ́ ́-tetrachlorfenol- 3,4,5,6-tetrabromsulfoftaleinu  AĐidoďaziĐký iŶdikátor při určitéŵ pH ŵěŶí svou ďarvu;Đhovají se jako slaďé kLJseliŶLJ: při pH Ŷižšíŵ Ŷež ϯ,ρ jsou žluté, při vLJššíŵ pH jsou zeleŶé až ŵodré  V reakčŶí zóŶě testovaĐího proužku je i pufr, který udržuje pH v rozŵezí ϯ,Ϭ až ϯ,ρ, iŶdikátor ŵá žlutou ďarvu.  Jsou-li ve vzorku ďílkoviŶLJ, Ŷaváží se svýŵi aŵiŶoskupiŶaŵi Ŷa iŶdikátor. DoĐhází ke zŵěŶě vlastŶostí - přeĐhodová oďlast se posuŶe sŵěreŵ ke kLJselejšíŵu pH. )ŶaŵeŶá to, že při uvedeŶéŵ koŶstaŶtŶíŵ pH ŵezi ϯ,Ϭ až ϯ,ρ ďude ŵít iŶdikátor s navázanou ďílkoviŶou zeleŶou ďarvu, jako kdLJďLJ ďLJl v alkaličtějšíŵ prostředí (proto bílkovinná chyba indikátoru).  IŶteŶzita zďarveŶí závisí Ŷa koŶĐeŶtraĐi ďílkoviŶLJ, kolísá od zeleŶé až po modrou.  Nevýhodou testovaĐíĐh proužků je jejich rozdílná citlivost vůči jedŶotlivýŵ ďílkoviŶáŵ. ProužkLJ reagují velŵi doďře s alďuŵiŶeŵ a jeho přítoŵŶost iŶdikují v ŵoči od Ϭ,ϭ až Ϭ,ρ g/l. PodstatŶě Ŷižší Đitlivost vLJkazují vůči gloďuliŶůŵ, glLJkoproteiŶůŵ a BeŶĐe-JoŶesově ďílkoviŶě. Těŵito diagŶostiĐkýŵi proužkLJ Ŷelze prokázat mikroalbuminurii  zkouška s kLJseliŶou sulfosalicylovou  PriŶĐip zkouškLJ spočívá v denaturaci bílkoviny kyselinou sulfosalicylovou,která se projeví vzŶikeŵ opalesĐeŶĐe až zákalu  ReakĐe je Đitlivá, prokáže Ϭ,ϭ – 0,2 g/l celkové proteinurie  Rozdíly v detekci jednotlivých bílkovin nejsou tak výrazné jako u diagŶostiĐkýĐh proužků. KLJseliŶa sulfosaliĐLJlová sráží i gloďuliŶLJ III. )ákladLJ ďioĐheŵie orgáŶů a fuŶkĐí 7  Proto ŵá zkouška s kLJseliŶou sulfosaliĐLJlovou výzŶaŵ zejŵéŶa u proteinurií tvořeŶýĐh jiŶýŵi ďílkoviŶaŵi Ŷež je alďuŵiŶ 2. KvaŶtitativŶí staŶoveŶí bílkoviŶ v ŵoči o Hodnotíme velikost proteinurie o VLJšetřeŶí lze provádět:  Ve sďíraŶé ŵoči ;oďvLJkle za Ϯκ hodiŶͿ  )ákladŶíŵ předpokladeŵ správŶosti výsledku je koŵpletŶí sďěr ŵoči  Pro zjištěŶí deŶŶíĐh ztrát ďílkoviŶ ŵoči ŵusíŵe zŶát oďjeŵ ŵoči za 24 hodin(denní diurézu) a koncentraci bílkoviny v sesďíraŶé ŵoči. Z těĐhto údajů vLJŶásoďeŶíŵ koŶĐeŶtraĐe ďílkoviŶLJ v ŵoči v g/l oďjeŵeŵ ŵoči v litreĐh vLJpočteŵe deŶŶí ztrátLJ ďílkoviŶ ŵočí ;g/Ϯκ h)  Na základě kvaŶtitativŶí vLJšetřeŶí rozlišujeŵe proteiŶurii ŵalou, středŶí a velkou  V ŵoči ŶesďíraŶé  Vzorek 1.raŶŶí ŵoč.  Ve vzorku ŵoči se staŶoví koŶĐeŶtraĐe ďílkoviny a kreatininu  )jištěŶé hodŶotLJ se použijí k určeŶí poŵěru koŶĐeŶtraĐí proteiŶu/kreatiŶiŶu v ŵoči (Uprot/Ukreat), tzv. PCR – protein creatinine ratio. Výsledek je nejlépe udávat v mg proteinu/mmol kreatininu  Alternativou je stanovení poŵěru koŶĐeŶtraĐí alďuŵiŶu/kreatiŶiŶu v ŵoči (ACR – albumin creatinine ratio). TeŶto poŵěr je vhodný pro sledování postižeŶí ledvin u diabetu mellitu, hypertenze  StaŶoveŶí proteiŶurie poŵoĐí pLJrogallolové červeŶě  Pyrogallolová červeň vLJtváří s ŵolLJďdeŶaŶeŵ růžový koŵpledž s aďsorpčŶíŵ ŵadžiŵeŵ při κϳϬ Ŷŵ  Po ŶavázáŶí ďílkoviŶLJ Ŷa teŶto koŵpledž v kLJseléŵ prostředí dojde k prohlouďeŶí zďarveŶí a posuŶu aďsorpčŶího ŵadžiŵa do oďlasti ςϬϬ Ŷŵ III. )ákladLJ ďioĐheŵie orgáŶů a fuŶkĐí 8 3. Typizace proteinurií  Pomocí elektroforetických metod  ElektroforetiĐké rozděleŶí ŵočovýĐh ďílkoviŶ podle jejich molekulové hmotnosti  Metodou pro aŶalýzu ďílkoviŶ v ŵoči se stala elektroforéza v agaróze Ŷeďo v polyakrylamidovém gelu  Aby se bílkoviny rozdělilLJ podle velikosti ;a Ŷikoliv podle ŶáďojeͿ, lze použít polLJakrLJlaŵidového gelu, jehož hustota se sŵěreŵ od katodLJ k aŶodě zvLJšuje ;tj.postupŶě se zŵeŶšují „oka͞ či „póry͞ v gelu). Malé molekuly v takovém gelu doputují dál Ŷež velké ŵolekulLJ  JiŶou vLJužívaŶou ŵožŶostí, je ošetřeŶí vzorku detergeŶteŵ laurLJlsíraŶeŵ sodŶýŵ (dodecylsíranem sodným – SDS), který bílkovinu „obklopí͟ a svým záporným nábojem Ŷahradí její vlastŶí Ŷáďoj. VzŶiklé koŵpledžLJ ŵají přiďližŶě stejŶou povrĐhovou hustotu náboje. Provádí-li se elektroforéza v hustéŵ gelu, dělí se v závislosti Ŷa relativŶí ŵolekulové hŵotŶosti: ŵeŶší ŵolekulLJ putují geleŵ rLJĐhleji Ŷež velké ;teĐhŶika ŵolekulového sítaͿ. NejrLJĐhleji se pohLJďuje βϮ-ŵikrogloďuliŶ, alďuŵiŶ leží asi uprostřed dělíĐí dráhLJ. Glukosa VLJlučovaĐí liŵit je 1800 mg/ml, tzŶ. že hladiŶa glukosLJ v krvi ŵusí vzrůst Ŷad tuto hodŶotu, aďLJ se oďjevila v ŵoči. AĐetoŶové látkLJ v ŵoči - "test na diabetes" Ketonové látky (aceton, acetoctová kyselina) jsou v ŵoči přítoŵŶé při diaďetu, při hladověŶí, zvraĐeŶí, gastroiŶtestiŶálŶíĐh oŶeŵoĐŶěŶíĐh či po Ŷarkóze. BiliruďiŶ v ŵoči - "test funkce jater" Moč zdravýĐh lidí ďiliruďiŶ Ŷeoďsahuje. Nitrity DusitaŶLJ se vLJlučují ŵočí při iŶfekĐi ŵočovýĐh Đest. Leukocyty III. )ákladLJ ďioĐheŵie orgáŶů a fuŶkĐí 9 PřítoŵŶost leukoĐLJtů v ŵoči iŶdikuje záŶět. TAKŽE JEŠTĚ JEDNOU SLOŽENÍ MOČI: ;fLJziologiĐké složeŶíͿ  9ρ% tvoří voda  OrgaŶiĐké složkLJ ŵoči:  Urea ;=ŵočoviŶaͿ – pochází z degradace aminokyselin  KLJseliŶa ŵočová – koŶečŶý produkt kataďolisŵu puriŶů  Kreatinin – produkt svalového metabolismu  Metabolity hormoŶů  ..  AŶorgaŶiĐké složkLJ ŵoči:  Kationty: Na+, K+, Ca2+, Mg2+, NH4+  Anionty: Cl-, SO42-, HCO3- a HPO42 Moč zdravého člověka Ŷesŵí oďsahovat ďílkoviŶLJ;ve velkéŵ ŵŶožstvíͿ, cukry a krev! → patologiĐké složeŶí III. )ákladLJ ďioĐheŵie orgáŶů a fuŶkĐí 1 14. Kolagen – struktura, vlastnosti, metabolismus Kolagen  Tvoří oďrovskou rodiŶu skleroproteiŶů (=fibrilární proteiny).  VlákŶitá ve vodě ŶerozpustŶá ďílkoviŶa tvoříĐí základ pojivových tkání (vaziv, chrupavek a kostí).  Tvoří 25 - 30 % všeĐh proteiŶů v těle savĐů.  Jde o ŶejrozšířeŶější ďílkoviŶu v těle.  KolageŶŶí vlákŶa často tvoří svazky, které ŵěří v průŵěru 0,5–15 μŵ.  Mají specifickou primární sekvenci (Gly-X-Y): o Pozice X a Y jsou obsazeny AMK (prolin). o Pozice Y: 4-hydroxyprolin, 5-hydroxylysin, 3-hLJdrodžLJproliŶ ;tLJto AMK vzŶikají až posttraŶslačŶí ŵodifikaĐí proliŶu a lLJsiŶuͿ. o Tato priŵárŶí sekveŶĐe vLJtváří α-řetězeĐ → 3 α-řetězeĐ vLJtváří trojpramennou šrouďoviĐi ;jde o superhelix – délka ϯϬϬ Ŷŵ, průŵěr ϭ,ρŶŵͿ.  PosttraŶslačŶí úpravLJ AMK probíhají v cisternách ER díkLJ eŶzLJŵůŵ prolylhydroxylasy a lysylhydroxylasy o Oba enzymy jsou oxidasy – pro aktivaci eŶzLJŵů jsou důležité:  Fe 2+  redukčŶí čiŶidlo ;vitaŵíŶ C)  2-oxoglutarová kyselina(α-ketoglutarát)  O 2 o Prolin + α-ketoglutarát+ O 2 + Fe 2+ → κ-hydroxyprolin + Fe 3+ + CO 2 + sukcinát o Pro přeŵěŶu proliŶu a lLJsiŶu je třeďa dostatek kLJslíku!! Vlastnosti  CharakteristiĐkou vlastŶostí kolageŶu je jeho pevŶost, podŵíŶěŶá trojřetězĐovou šrouďoviĐovou strukturou ŵolekul, zpevŶěŶou příčŶýŵi vazďaŵi.  Je zodpovědŶý za pružŶost a pevŶost. Následkeŵ stárŶutí Ŷastává defiĐit kolageŶu, Đož je Ŷapř. příčiŶou tvorďLJ vrásek.  Při zahříváŶí ve vodŶíŵ prostředí vzŶiká z kolageŶu želatina. III. )ákladLJ ďioĐheŵie orgáŶů a fuŶkĐí 2 mRNA Signální protein Biosyntéza kolagenu KolageŶ je produkováŶ růzŶýŵi druhLJ ďuŶěk, ŶejvíĐe ale fiďroďlastLJ, ĐhoŶdroďlastLJ a osteoďlastLJ. Jako u každého proteiŶu začíŶá i tvorďa kolageŶu Ŷa ribosomech. Vzniklá prekurzorová molekula se nazývá preprokolagen a je zavedena prostředŶiĐtvíŵ své signální sekvence do vezikul ER. Ve vezikulách ER se signální sekvence odštěpí – vznikají tzv. pro-α-řetězĐe. Ty na svých koncích obsahují tzv. terminální propeptidy. Dříve Ŷež se vLJtvoří trojitá šrouďoviĐe, proďěhŶou ve vezikulách ER úpravy molekul pro-α-řetězĐů – jedná se o hLJdrodžLJlaĐi proliŶovýĐh a lLJsiŶovýĐh zďLJtků a o glLJkosLJlaĐi hLJdrodžLJlLJsiŶovýĐh zďLJtků. Enzym prokolagenpeptidáza odštěpuje v edžtraĐelulárŶíŵ prostoru od prokolageŶu registračŶí peptidy a vznikne tak tropokolagen. SousedŶí ďuňkLJ uspořádávají tropokolageŶ stupňovitýŵ způsoďeŵ a vLJtvářejí kolagenní fibrily, z fiďril dále utvářejí vlákŶa. Vlákna jsou stabilizována eŶzLJŵeŵ lLJzLJlodžidázou poŵoĐí vzájeŵŶýĐh vazeď lLJsiŶovýĐh a hLJdrodžLJlLJsiŶovýĐh zďLJtků v sousedních molekulách tropokolagenu. JEŠTĚ JEDNOU SHRNUTÍ: 1. Syntéza probíhá na ribozomech ER – vzniká prekurzor preprokolagen 2. Pak proďíhá posttraŶslačŶí ŵodifikaĐe AMK v GA a v ER → odštěpí se sigŶálŶí peptid a vzŶiká prokolagen (pro-α-řetězĐeͿ Prokolagen má na N- a C- koŶĐi přítoŵeŶ propeptid ;=terŵiŶálŶí propeptidLJͿ 3. HLJdrodžLJlaĐe ŶěkterýĐh proliŶů a lLJsiŶů III. )ákladLJ ďioĐheŵie orgáŶů a fuŶkĐí 3 4. UspořádáŶí jedŶotlivýĐh α-řetězĐů do podoďLJ prokolageŶu. 5. Sekrece prokolagenu do extracelulárního prostoru. 6. Od prokolageŶu se odštěpují registračŶí ;=sigŶálŶíͿ propeptidLJ a vzŶiká tropokolageŶ. 7. UspořádáŶí tropokolageŶu do fiďril, pak do vlákeŶ. Degradace kolagenu Molekula kolagenu je velmi rezistentní vůči degradaĐi ďěžŶýŵi proteolLJtiĐkýŵi eŶzLJŵLJ ;i těŵi v tráviĐíŵ traktuͿ. EŶzLJŵLJ, které ho dokážou efektivŶě štěpit, Ŷazýváŵe kolagenázy – Ŷapříklad intersticiální kolagenáza ;řadí se ŵezi matrixové metaloproteinázy – MMP), kolagenázy jsou produkované mikroorganismy. Klinická korelace: Deficit vitaminu C vLJvolává skorďut ;kurdějeͿ, toto oŶeŵoĐŶěŶí je podŵíŶěŶé poruĐhou tvorďLJ kolagenu. DědičŶé ĐhoroďLJ spojené s poruchou tvorby kolagenu: osteogeŶesis iŵperfeĐta, Ehlersův-DaŶlosův syndrom a Menkesova choroba. TLJpLJ kolageŶů:  PopsáŶo ϭ9 růzŶýĐh kolageŶů.  )Ŷačíŵe je říŵskýŵi čísliĐeŵi.  Některé se vLJskLJtují v relativŶě velké koŶĐeŶtraĐi – majoritní kolageny.  Některé se vLJskLJtují podstatŶě ŵéŶě – minoritní kolageny.  VětšiŶa kolageŶů tvoří vlákŶitou strukturu, která je tvořeŶa 3 α-řetězeĐi. Jedná se o:  homotrimery – tři stejŶé α 1 (kolagen III)  heterotrimery – Ϯ řetězĐe α 1 a ϭ řetězeĐ α 2 (kolagen I) III. )ákladLJ ďioĐheŵie orgáŶů a fuŶkĐí 4 Zástupci: Majoritní vláknité kolageny Kolagen I  Heterotrimer.  Ve všeĐh typech svaloviny, v kosteĐh, kůži.  Často asociován s proteoglykany (s chondroitinsulfátem nebo dermatansulfátem). Kolagen II  Homotrimer.  MajoritŶě v chrupavkách – je produkován chondrocyty.  TeŶto tLJp vLJtváří teŶké fiďrilLJ, ale Ŷe vlákŶa. Kolagen III  Homotrimer.  Podobá se kolagenu I.  Obsahuje více proteoglLJkaŶů a glLJkoproteiŶů.  Fibrily kolagenu typu III agregují v tenká vlákna tvořící retikulárŶí síť.  RetikulárŶí vlákŶa slouží jako opora ŵěkkýŵ, poddajŶýŵ tkáŶíŵ – heŵatopoetiĐké tkáŶě, tukové ďuňkLJ, hladké svalové ďuňkLJ. Minoritní vláknité kolageny Kolagen V a VI  Doprovází kolagen I a III.  Kolagen typu V se vyskytuje zejména v chorionu a amnionu. III. ZákladLJ ďioĐheŵie orgáŶů a fuŶkĐí 1 15. Biochemie pojiva (chrupavka, kost) Co to je pojivo? o Je to tkáň, která se skládá z ďuŶěk a ŵeziďuŶěčŶé hŵotLJ (MH). o Typy pojiv: o chrupavka (3 typy) o kost (osteocyty, osteoblasty) o deŶtiŶ,... BIOCHEMIE CHRUPAVKY o Je to podpůrŶá pojivová tkáň. o Tvoří se z mesenchymu. o Je bezcévná ;živiŶLJ difúzíͿ, pevŶá a pružŶá. o Téŵěř ŶeregeŶeruje. o Základ pro vývoj kostního skeletu. o Tvoří ji: o Chondrocyty ;základŶí ďuňkLJ ĐhrupavkLJͿ o MeziďuŶěčŶá hŵota:  Složka vlákŶitá – podŵiňuje pevŶost a pružŶost  Složka aŵorfŶí – uplatňuje se při výživě o Na stavďě MH se podílí: kolagen, kyselina hyaluronová, proteoglykany, GAG (glykosaminoglykany), glykoproteiny a v elastické chrupavce elastin o ) ĐheŵiĐké stavďLJ tvoří Đhrupavku ze 60 % voda a ze 40% bílkoviny(bílkovin: 60 % připadá Ŷa kolageŶ a 40 % na proteoglykany). o 3 typy: o Hyalinní o Elastické o Vazivové III. ZákladLJ ďioĐheŵie orgáŶů a fuŶkĐí 2 HYALINNÍ CHRUPAVKA o NejrožšířeŶější tLJp v těle. o Je poŵěrŶě tvrdá. o Tvoří základ skeletu plodu. o BuňkLJ: ĐhoŶdroĐLJtLJ → uspořádáŶLJ do skupiŶ (tzv. izogenetické skupiny) o MH: kolagen typu II, skládá se z chondroitinsulfátu A, C a keratansulfátu. o Místa výskytu: nosní chrupavky, skelet laryngu, spojení žeďer Ŷa sterŶu, klouďŶí chrupavky. ELASTICKÁ CHRUPAVKA o Elastická chrupavka je velŵi pružŶá a oheďŶá → díkLJ elastinu. o Je tvořeŶa kolageŶŶíŵi a elastiĐkýŵi vlákny. o Místo výskytu: ve stěŶě průdušek, ĐhrupavkLJ hrtaŶu, příklopka hrtaŶová, ušŶí ďolteĐ a část zevního zvukovodu. VAZIVOVÁ CHRUPAVKA o Představuje přeĐhod hustého ŶeuspořádaŶého kolag. vaziva a a ĐhrupavkLJ. o Převažuje složka vlákŶitá, ŵálo ĐhoŶdroĐLJtů. o KolageŶ I a II → ĐhrupavĐe dodává velkou ŵeĐhaŶiĐkou odolŶost v tahu a tlaku → tLJto vlastŶosti se uplatňují ve stavďě ŵezioďratlovýĐh destiček. o Místa výskytu: Đhrupavka ŵezioďratlovýĐh destiček, přítoŵŶá ve spoŶě stLJdkýĐh kostí, uvŶitř klouďů, povléká klouďŶí povrĐhLJ čelistŶího klouďu BIOCHEMIE KOSTI o Kost je jedŶa z ŶejtvrdšíĐh tkáŶí v lidskéŵ těle. o Kost je mineralizovaná pojivová tkáň, která vzniká procesem zvaným osifikace. o Je vLJtvářeŶa čiŶŶostí osteoďlastů, které produkují kostŶí ŵatridž. Po jejiĐh zabudování dovŶitř do kostŶí tkáŶě jsou ŶazýváŶLJ osteoĐLJtLJ. III. ZákladLJ ďioĐheŵie orgáŶů a fuŶkĐí 3 SLOŽENÍ o 2 složkLJ: o Ústrojná – orgaŶiĐká složka (=ossein) o Je tvořeŶa kolageŶŶíŵi fiďrilaŵi. o Neústrojná – krystaly solí ;fosforečŶaŶ vápeŶatý a hLJdrodžLJapatit) jsou zaďudováŶLJ do ústrojŶé složkLJ.  Organické látky  Kolagen I (pro správnou čiŶŶost je třeďa přísuŶ vitaŵíŶu CͿ  Osteokalcin – váže Ca 2+ , oďsahuje γ-glutaŵát, vLJžaduje přítoŵŶost vitaŵíŶu K  Glykoprotein - Sialoprotein  Proteoglykany (keratansulfát, chondroitinsulfát)  Anorganické látky  Soli (Ca 2+ a PO 4 3- )  FosforečŶaŶ vápeŶatý, hLJdrodžLJapatit Ca 10 (PO 4 ) 5 (OH) 2  Kationty Mg 2+ , Na+, Cu, Zn, Mn a stopové prvky  Voda FUNKCE KOSTI:  mechanická opora  ochrana vnitřŶíĐh orgáŶů ;leďka, hrudŶí košͿ  podpůrŶá fuŶkĐe ;kostraͿ  pohyb  šířeŶí zvuku ;ušŶí kůstkLJͿ  metabolická  zásobárna minerálů  zdroj růstovýĐh faktorů III. ZákladLJ ďioĐheŵie orgáŶů a fuŶkĐí 4 KOSTNÍ BUŇKY:  OSTEOCYTY  Tvoří 90% všeĐh kostŶíĐh ďuŶěk  Nejsou synteticky aktivní (tzv. klidové buňkLJͿ  OSTEOBLASTY  Produkce kostní hmoty  Vysoká proteosyntetická aktivita  OSTEOKLASTY  BuňkLJ odbourávajíĐí kostŶí tkáň  Obsahují lysosomy s proteolytickými enzymy o TYPY KOSTNÍ TKÁNĚ: o Kompaktní (substantia compacta)  Je uŵístěŶa Ŷa povrĐhu kosti.  Je upravena ve vrstvy – lamely.  LaŵelLJ uspořádáŶLJ do válĐovitýĐh útvarů = osteoŶLJ ;Haversův sLJsteŵͿ.  Osteony mají centrální kanálek.  Mezi lamelami se nacházejí osteocyty. o Houbovitá (=spongiózní)  Je uŵístěŶa uvŶitř kosti. III. ZákladLJ ďioĐheŵie orgáŶů a fuŶkĐí 5 Mineralizace kostí  Komplexní process.  Podílí se na ní řada eŶzLJŵů – alkalická fosfotasa (ALP) je to izoenzym, který je v játrech, kostech a ledvinách → tato fosfatasa štěpí esterLJ kLJseliŶLJ fosforečŶé, kdy je odštěpeŶ aŶorgaŶiĐký fosfát či difosfát → fosfátLJ se váží s vápníkem a vLJtváří se hydroxyapatit  Proces probíhá v matrixových vezikulách, kde je vázán ALP (vazba fosfatidylinositolová).  Anexiny – speciální vápníkové kanály vázající vápníkové kationty.  Další eŶzLJŵ: karboanhydratasa – vázána na membránu vezikul, reguluje pH a odstraňuje protoŶLJ tvoříĐí se při vzŶiku hLJdrodžLJapatitů.  TLJto vezikulLJ praskají a uvolňují se krLJstalLJ do edžtraĐelulárŶí tekutiŶLJ.  Uplatňují se: kalcitonin, parathormon, thLJroidŶí horŵoŶLJ, estrogeŶLJ, růstový horŵoŶ, kateĐholaŵiŶLJ, růstové faktorLJ, prostaglaŶdiŶLJ a vytokány. Řada ďioĐheŵiĐkýĐh ŵarkerů dovoluje studovat zŵěŶLJ kostního metabolismu – ŵěřeŶí osteokalcinu - ŵůžeŵe posuzovat strukturu kosti. III. )ákladLJ ďioĐheŵie orgáŶů a fuŶkĐí 1 16. BioĐheŵie kůže, ďioĐheŵiĐký výklad hŵatu ___________________________________________________________________________ - morfologie: 1) epidermis - složeŶá z epiderŵálŶíĐh rohovějíĐíĐh ďuŶěk = keratiŶoĐLJtů - v keratinocytech – jsou keratinová filamenta: 30 růzŶýĐh tLJpů keratiŶů, polLJpeptidů, tvořeŶo AMK ;kLJselýŵi, bazickými i neutrálními) vysoký obsah síry (2% v kůži, vlasLJ ρ%Ϳ - mikrofilamenta + mikrotubuly – složeŶé z proteiŶů ECM ;Ŷěkteré i s lipidovou komonentou) - LaŶgerhaŶsovLJ ďuňkLJ – připojeŶLJ ke keratiŶoĐLJtůŵ speĐifiĐkýŵi receptory – jsou tvořeŶé katheriŶLJ – odpovídají za iŵuŶitŶí odpověď kůže - Merkelovy b. –neurokrinní funkce - slouží i jako mechanoreceptory - metabolismus: regulován: - růstovýŵi faktorLJ ;př.: epiderŵálŶí růstový faktorͿ - cytokininy - steroidními látkami - v přítoŵŶosti CaϮ+ se regulátorLJ vážou Ŷa speĐifiĐké receptory aͿ přeŵěŶa glLJkogeŶu – hl. ve vlasovýĐh váčĐíĐh – se štěpí Ŷa glukosové zbytky – anaerobní glykolýzou – vzniká laktát – ten vLJlučujeŵe poteŵ b) 20% metabolisované glukosy prochází pentózovým cyklem – tvorba NADPH+H+ c) přeŵěŶa glutaŵiŶu Ŷa glutaŵát: d)melanocyty: - Ŷa ďazálŶí ŵeŵďráŶě epiderŵis - speĐializovaŶé ďuňkLJ – jejich organely melanosomy produkují euŵelaŶiŶLJ;čerŶéͿ a feomelaniny(rezavé) - tyto pigmenty – vznik z AMK tyrosinu – katalytickou reakcí půsoďeŶíŵ tyrosinasy - tyrosinasa – tyrosinhydroxylasová aktivita: - katalýza tyrosinu na DOPA - dopaoxidásová aktivita - katalýza přeŵěŶLJ tLJrosiŶu Ŷa dopachinon - z dopachinonu – vzŶiká čerŶý pigŵeŶt eumelanin polymerací - reakcí dopachinonu s cysteinem – vzniká prekurzor 5-S- cysteinyldopa – rezavýĐh pigŵeŶtů feoŵelaŶiŶů - ŵŶožství ŵelaŶiŶu v kůži – se zvLJšuje účiŶkeŵ UV III. )ákladLJ ďioĐheŵie orgáŶů a fuŶkĐí 2 - ovlivŶěŶo také půsoďeŶíŵ horŵoŶu – melanocyty stimulující hormon hypofýzy - 2) dermis (corium) - tvořeŶ kolegeny - hl. kolagen typu I. (80%) a III. (10%), 10% minoritní kolageny IV,V, VI - iŶterakĐe kolageŶŶíĐh tLJpů – odpovědŶé za fLJzikálŶí vlastŶosti kůže (elasticitu, pevnost, ohebnost) - podstata většiŶLJ kožŶíĐh oŶeŵoĐŶěŶí je zŵěŶa sLJŶtézLJ Ŷeďo proporciálního zastoupeŶí kolageŶŶíĐh tLJpů - amorfní komponenta – elastin - syntetizován jako tropoelastin – rozpustný - stává se nerozpustným - gylkosaminoglykany, k. hyaluronová, dermasulfát – zodpovídají za ŵŶožství vázaŶé vodLJ - glykoproteiny –fibronektin, laminin, trombospondin, tenascin, fibrilin (vysoko molekulární mikrofibrilární gylkoprotein) 3) hypodermis - podkoží – tuková vrstva, vazivo - tvořeŶo adipoĐLJtLJ ;odvoteŶé z mesenchymu) - mechanická ochrana - oxidací MK – tvoří eŶergii pro ŵetaďoliĐké děje v kůži - derivát cholesterolu 7-dehydrocholesterol – po UV ozářeŶí – se ŵěŶí Ŷa kalciol –ten na –kalcitriol (vit.D) - kožŶí holokriŶŶí ŵazové žlázkLJ: - produkují maz (sebum) - nejsou na dlaních a chodidlech - maz obsahuje triacylgylceroly, fosfolipidy, vosky, cholesterol a jeho estery, zbytky oduŵřelýĐh ďuŶěk - produkĐe podŵíŶěŶa aŶdrogeŶŶíŵi hroŵoŶLJ ;hLJperprodukĐe aŶdrogeŶů – zvLJšuje produkĐi ŵazu a ŶaopakͿ - ušŶí ŵaz ;ĐeruŵeŶͿ – vLJsoký oďsah hLJdrofóďŶíĐh lipidů - kožŶí potŶí žlázLJ: - všeude kroŵ glaŶs peŶis - tvoří pot - nejprve tvorba izotonícké, nebo ŵírŶě hLJpertoŶiĐké tekutiny - Ŷásleduje zpětŶá resorpĐe NaCl - Na+ aktivŶíŵ traŶsporteŵ přes ŵeŵďráŶu do lumen - Cl- pasivŶě po gradieŶtu - tvorďa ovlivŶěŶa ĐholiŶergŶí iŶervaĐí - pot: - hypotonická tekutina - aktuální koncentrace NaCl je závislá na aktuální produkci potu ;ŵŶožstvíͿ III. )ákladLJ ďioĐheŵie orgáŶů a fuŶkĐí 3 - glukosa, k. ŵočová, ŵočoviŶa – vyskytují se v Ŷižší koŶĐeŶtraĐi Ŷež v plazŵě - K+,pyruvátu – je vLJšší Ŷež v plazŵě - urokanát – vzŶiká při ŵetaďolisŵu histidiŶu - k. ŵléčŶá - sŶižuje pH potu, půsoďí aŶtiŵikroďiálŶě - další látkLJ: vitamíny skup. B, ethaŶol, drogLJ... 4) kožŶí adŶedža - vlasLJ, vlasové folikulLJ, ĐhlupLJ, žlázLJ ;ekriŶŶí, apokriŶŶí, ŵléčŶéͿ - vlasový pokryv: - tvořeŶLJ hl. keratiŶLJ - ďarva vlasů je závislá Ŷa produkĐi a tLJpu pigŵeŶtů v melanocytech - nehty: - podoďŶé složeŶí jako vlasLJ - + fagocytární sLJstéŵ kůže: (monocyty, makrofágy) - ďarva kůže závisí Ŷa tloušťĐe, ŵŶožství pigŵeŶtu, prokrveŶí Hojení rány: 1) záŶět - odpověď Ŷa patologiĐký stiŵul 2) proliferace – tvorďa Ŷové tkáŶě - uplatŶěŶí růstovýĐh faktorů - ŵigraĐe keratiŶoĐLJtů – iŶtegrovaŶé reĐeptorLJ vážou extracelulární proteiny - 3) reŵodelaĐe tkáŶě - tvorba nových cévních spojení - glykoproteiny (fibronektin) s proteoglykany - tvoří speĐifiĐkou strukturu – rošt –Ŷa Ŷěj se ŶásledŶě ukládají kolageŶŶí vlákŶa a elastiŶ - uplatŶěŶí ŵetaloproteiŶás: heterogeŶŶí skupiŶa eŶzLJŵů, tvořeŶá kolagenasami, gelatinasami - v molekule obsahuje Zn2+ - jsou aktivované Ca2+ ionty - metaloproteinasy – štěpí kolageŶ Ŷa Ϯ dílLJ ;ϭ/κ a ¾ ŵolekulLJͿ - fragŵeŶtLJ jsou dále štěpeŶé ŶespeĐifiĐkýŵi gelatinasami - ŶásledŶě spoŶtálŶě deŶaturují Ŷa ŵeŶší koŵpoŶeŶtLJ - podoďŶě se štěpí i elastiŶ elastasaŵi BioĐheŵie ŵléčŶé žlázLJ: - produkce mléka v epitelovýĐh ďuňkáĐh - mléko se hromadí v lumen alveolu a mlékovodech - proliferaĐe a tvorďa ŵléka jsou horŵoŶálŶě řízeŶé - v těhoteŶství – vlivem progesteronu – Ŷárůst prsu - zŵěŶa koŶĐeŶtraĐe estrogeŶů, hCG, prolaktiŶu - od ρ. ŵěsíĐe uvolňováŶí ŵléka do vývodů - prolaktin – je pro tvorbu a sekreci mléka rozhodující III. )ákladLJ ďioĐheŵie orgáŶů a fuŶkĐí 4 - ejekĐe ŵléka řízeŶá odžLJtoĐiŶeŵ – je aktivováŶ drážděŶíŵ ďradavkLJ - laktujíĐí ŵléčŶá žláza – vLJtváří MK z acetyl-CoA - k tvorďě MK, ŶutŶý dostatek NADPH+H+ - koeŶzLJŵ poskLJtuje příŵá odžidaĐe glukosLJ v pentosovém cyklu - v oďdoďí laktaĐe se tvoří laktosa - obsahuje glukosu a galaktosu - je unikátní – Ŷikde jiŶde aŶi jiŶdLJ se Ŷetvoří - mléko obsahuje micely – lipidy a klaciumkaseinát - oďsahuje i další protiŶLJ – β-laktoglobulin - oďsahuje všeĐhŶLJ látkLJ potřeďŶé pro vývoj - ŶeŶí vhodŶé jako strava pro starší děti a dospělé - obsahuje málo vit.C, D, Fe, Cu - osahuje i lipasu, která je aktivovaŶá ve střevě žluč. kLJseliŶaŵi - zajištěŶo tráveŶí lipidů i při ŶedoviviŶuté fĐi paŶkreatu - kravské ŵléko oďsahuje víĐe ŵiŶerálů,proteiŶů a ŵéŶě laktosLJ Remodelace ECM - strukturŶí a ďioĐheŵiĐká přestavďa ďuŶěčŶého koŵpartŵeŶtu - probíhá ve fyziologických i patologických situacích - komplexní děj – ŵěŶí se kvalitativŶí i kvaŶtitativŶí ĐharakteristikLJ ECM proteiŶů - tíŵ je zastoupeŶa i zŵěŶa růzŶýĐh kolageŶŶíĐh tLJpů - podŵíŶěŶo koŵpledžeŵ růstovýĐh faktorů a eŶzLJŵů – urychlují obrat proteiŶů Hmat: KožŶí sŵLJslové orgáŶLJ: - 4 typy vjemu: - dotyk/tlak - chlad - teplo - bolest - jako reĐeptorLJ slouží speĐializovaŶá Ŷervová zakoŶčeŶí (histologicky modifikovaná) - oďsahuje růzŶá seŶzoriĐká zakoŶčeŶí - holá Ŷervová zakoŶčeŶí – ŶezďLJtŶá pro kožŶí čití!! - rozšířeŶá Ŷervová zakoŶčeŶí – Merkelovy disky, Ruffiniho tělíska - opouzdřeŶá Ŷervová zakoŶčeŶí – Paciniho, Meissnerova, Krauseova tělíska - RuffiŶiho a PaĐiŶiho tělíska se ŶaĐhází i ve vazivovýĐh tkáŶíĐh - zakoŶčeŶí u vlasovýĐh folikulů - rozšířeŶá a opouzdřeŶá Ŷervová zakoŶčeŶí Ŷejsou ŶezďLJtŶá pro kožŶí vŶíŵáŶí – tam, kde se vyskytují, fungují jako mechanoreceptory - dotykové receptory: rychle se adaptující: Meissnerova a Paciniho tělíska - pomalu se adaptující: Merkelovy disky, Ruffiniho tělíska - Ŷervová zakoŶčeŶí v okolí vlasovýĐh folikulů: - zprostředkovávají vŶíŵáŶí dotLJku a pohLJďu vlasů III. )ákladLJ ďioĐheŵie orgáŶů a fuŶkĐí 5 - každé zakoŶčeŶí sigŶalizuje jediŶý tLJp kožŶího vjeŵu Generátorové potenciály: - při ŵaléŵ tlaku – registruje PaĐĐiŶiho tělísko depolarizačŶí poteŶĐiál, který Ŷepropaguje a připoŵíŶá EPSP = geŶerátorový poteŶĐiál = reĐeptorový poteŶĐiál - se zvLJšujíĐíŵ se tlak roste i reĐptorový poteŶĐiál – až dosáhŶe ĐĐa. ϭϬŵV – vzniká v seŶzoriĐkéŵ Ŷervu akčŶí poteŶĐiál - při dalšíŵ zvýšeŶí tlaku, se Ŷadále zvLJšuje poteŶĐiál, a geŶeruje se další akčŶí potenciál - zdroj generátorového potenciálu: - vzniká v ŶeŵLJeliŶizovaŶéŵ Ŷervovéŵ zakoŶčeŶí - reĐeptor převádí ŵeĐhaŶiĐkou eŶergii Ŷa elektriĐkou – jijí velikost je příŵoúŵěrŶá iŶteŶzitě podŶětu - generátorový potenciál depolarizuje senzorický nerv na prvním RaŶvierově Ŷodu - při dosažeŶí kritiĐké úrovŶě – dojde k vzŶiku akčŶího poteŶĐiálu a membrána se depolarizuje - při dostatečŶě velkéŵ geŶerátorovéŵ poteŶĐiálu ŶeuroŶ ihŶed po repolarizaĐi tvoří další akčŶí poteŶĐiál – to pokračuje dokud Ŷení geŶerátorový poteŶĐiál dostatečŶý k depolarizaci membrány nodu na kritiĐkou úroveň - tíŵto Ŷodus přeŵěŶí stupňovaŶou odpověď Ŷa akčŶí poteŶĐiálLJ, jejiĐhž frekveŶĐe odpovídá velikosti podŶětu Iontový podklad depolarizace: - ŵeĐhaŶiĐká deforŵaĐe ŶěkterýĐh reĐeptorů otevírá kaŶálkLJ - Na+ vstupuje do ďuňkLJ –tvoří geŶerátorový poteŶĐiál - počet otevřeŶýĐh kaŶálků je úŵěrŶý iŶteŶzitě podŶětu III. )ákladLJ ďioĐheŵie orgáŶů a fuŶkĐí 6 Adaptace: - s časeŵ v seŶzoriĐkéŵ Ŷervu klesá frekveŶĐe vLJďaveŶí akčŶího poteŶĐiálu, pokud je podŶět o koŶstaŶtŶí iŶteŶzitě - dotyk se adaptuje rychle – fázické receptory - tlak vyvolá v PaĐiŶiho tělísku geŶerátorový poteŶĐiál – ten rychle odezní, netrvá-li podŶět déle Senzorický receptor - je speĐializovaŶá ďuňka Ŷeďo část ŶeuroŶu, který reaguje Ŷa rozŵaŶité podŶětLJ - podŶěteŵ ŵůže ďýt růzŶá forŵa eŶergie, Ŷapř. eŶergie tepelŶá, elektroŵagŶetiĐká, chemická apod. - forŵa eŶergie, Ŷa kterou je daŶý reĐeptor ŶejĐitlivější se ozŶačuje jako adekvátní podŶět. - podrážděŶí reĐeptoru adekvátŶíŵ podŶěteŵ vede ke vzŶiku elektriĐkého odpovědi na dráždivé ŵeŵďráŶě reĐeptoru, která se ozŶačuje jako geŶerátorový Ŷeďo receptorový potenciál - odpověď je potoŵ růzŶýŵi způsoďLJ převedeŶa Ŷa seŶzoriĐké ŶervLJ iŶervujíĐí příslušŶý reĐeptor, Ŷa jejiĐhž ŵeŵďráŶě způsoďí vzŶik akčŶího poteŶĐiálu - AkčŶí poteŶĐiál se aferentními vlákŶLJ šíří do ĐeŶtrálŶího Ŷervového sLJstéŵu, kde je dále zpracován III. )ákladLJ ďioĐheŵie orgáŶů a fuŶkĐí 1 17. KoŶtraktilŶí aparát, řízeŶí koŶtrakĐe hladké a kosterŶí svaloviny ___________________________________________________________________________ - stavba svalu: - tvořeŶé paralelŶě proďíhajíĐíŵi svazkLJ svalovýĐh vlákeŶ - každé vlákŶo je ϭ ŵŶohojaderŶá ďuňka - ĐLJtoplazŵa ďuŶěk oďsahuje Ϯ-3 퐀m silné myofibrily - Myofibrily jsou fiďrilárŶí proteiŶové koŵpledžLJ, které představují fuŶkčŶí podstatu svalového vlákna - souďor ŵLJofiďril tvoří kontraktilní aparát svalového vlákna - kontraktilita je ovlivňovaŶá regulačŶíŵi a ŵodulačŶíŵi a edžtraĐelulárŶíŵi proteiny - proteinové složkLJ ŵLJofiďril v růzŶýĐh tLJpeĐh svalů ;kosterŶí, hladký, srdečŶíͿ tvoří růzŶé izoforŵLJ, které ŵají ve všeĐh svaleĐh stejŶou fĐi, ale odlišŶé strukturŶí složeŶí - kosterní svalovina: - ĐharakteristiĐké příčŶé pruhování - zapříčiŶěŶo pravidelŶýŵ uspořádáŶíŵ ŵolekul růzŶé hustotLJ - sarkomery: - jsou kontrahující se jednotky - jsou ohraŶičeŶé ) proužkLJ - ze Z- proužků po oďou straŶáĐh vLJstupují filaŵeŶta F – aktinu - v zóŶě A jsou uložeŶá silŶá filaŵeŶta z myosinu - H-proužek – v centru A zony – obsahuje pouze myosin - po obou stranách Z- proužku se ŶaĐhází pouze aktin myosin – tvoří ςρ% Ŷejdůležitější ďílkoviŶou ŵLJofiďril - uložeŶ v A zóŶě - uspořádáŶ do tlustýĐh filaŵeŶt - tvar golfové hole - hexamerní molekula – tvořeŶa Ϯ ideŶtiĐkýŵi těžkýŵi polLJpeptidovýŵi řetězĐi a κ lehkýŵi řetězĐi ;ŶázvLJ těžké a lehké pochází z elektroforézy, kde putují dle molekulové hmotnosti) - těžké řetězĐe určují eŶzLJŵovou aktivitu a rLJĐhlost kontrakce svalu - ŵůže ďýt hoŵo-/heteodimer – liší se v těžkýĐh řetězĐíĐh - na N-koŶĐi každého řetězĐe – je vLJtvořeŶa gloďulárŶí hlavice - asoĐiováŶLJ Ϯ růzŶé párLJ lehkýĐh řetězĐů - přeĐházejíĐí do ϭρϬ Ŷŵ dlouhého oĐasu – v ocasu oba řetězĐe spleteŶé do superhelidžu - ŵeŶší podjedŶotkLJ uložeŶé v hlavové části - ŵLJosiŶ je uspořádáŶ do svazku stovek ŵolekul – silného myozinového filamenta III. )ákladLJ ďioĐheŵie orgáŶů a fuŶkĐí 2 - hlavová část půsoďí jako ATPáza – její aktivita je modulovaná malými podjednotkami - ATPázová aktivita je určeŶa iŶterakĐí těžkýĐh a lehkýĐh řetězĐů - váže se Ŷa aktiŶ - myozin je tkáňově speĐifiĐký - aktin: - vyskytuje se ve 2 formách – globulární a fibrilární - F-aktiŶ ;fiďrilárŶíͿ je tvořeŶ Ŷ-polymerem G-aktinu) - lokalizován v I-zóŶě - konzervativní bílkovina – Ŷeliší se příliš ŵezi tkáŶěŵi - nemá ATPasovou aktivitu - Ŷejdůležitější složka tenkých = slabých filament - tvoří ϮϬ-25 % svalové bílkoviny - F-aktin – důležitý koŶstrukčŶí prvek ĐLJtoskeletu - F – aktin - vláknitý polymer je v rovnováze se svým monomerem G- aktinem RegulačŶí proteiŶy: - lokalizované v I-zóŶě - tvoří ϮϬ% ďíkoviŶ ŵLJofiďrilLJ - součástí teŶkýĐh aktiŶovýĐh filaŵeŶt - regulace svalové kontrakce - tropomyozin: - regulačŶí proteiŶ - tLJčkový diŵer - zastoupen jako homo-/hetero-dimer - diŵerLJ oďsahujé část fosforLJlovaŶou a ŶefosforLJlovaŶou – to ovlivňuje staďilitu - ukládá se na F-aktin - spojuje navzájem 7 aktinových jednotek - na jeho konci je navázán troponin - troponin: - tvořeŶ ϯ podjedŶotkaŵi – TnC, TnT, TnI - každá ŵá svou speĐifiĐkou ďioĐheŵiĐkou fĐi - TnC: - váže CaϮ+ ioŶtLJ - TnT: - svazuje Tn s Tm a TnI – inhibuje/aktivuje cyklický vznik aktinomyosynového komplexu - po ischemii v průďěhu Ŷěkolika hodiŶ se uvolňují podjednotky troponinu do krve – TnI a TnT – se uvolňují z I zony myofibrily – výsledek isĐheŵiĐkého zvýšeŶí permeability sarkolemy - důležitý a časŶý ŵarker isĐheŵiĐkého poškozeŶí srdečŶí či kosterní svaloviny - TnI – váže se Ŷa ŵístov ŵolekule ŵLJoziŶu, kde ďLJ ŵohl ďýt navázaný aktin III. )ákladLJ ďioĐheŵie orgáŶů a fuŶkĐí 3 - ŶepřítoŵŶý v hladké svaloviŶě ModulačŶí proteiŶy: - ρ% proteiŶů svalu - podílejí se Ŷa struktuře ŵLJofiďrilLJ - poŵáhají převádět poteŶĐiál ĐheŵiĐké eŶergie Ŷa ATP Ŷa kiŶetiĐkou eŶergii mechanické práce – jsou to spojky mezi metabolickými a kontraktilními proteiny - titin: - spojuje proteiny v A, I zónách - Ŷejvětší proteiŶ v tělě - rozprostírá se od M-linie k Z-linii - podílí se na relaxaci sarkolemy - α,β,γ- aktininy: - oďsažeŶLJ v Z-liniích - zakotvují tam tenká aktinová filamenta - myomesin a M-protein: - zakotvují myosinová tlustá filamenta v M-liniích - + další ďílkoviŶy Mechanismus svalové kontrakce: - sarkomery se zkraĐují, kdLJž se slaďá a silŶá filaŵeŶta Ŷavzájeŵ posuŶují za spotřeďLJ ATP - tenká filamenta se zasouvají mezi tlustá - stažeŶý sval ŵůže ďýt až o ϭ/ϯ kratší Ŷež ŶatažeŶý - - ďěhěŵ koŶtrakĐe proďíhají tLJto reakĐe: 1) ve výchozím postavení jsou myozinové hlavice navázané na aktin - k vzájeŵŶéŵu odloučeŶí doĐhází spojeŶíŵ ŵLJoziŶu s ATP – aktivace myozinu 2) myozinová hlavice hydrolyzuje navázané ATP – na ADP a P - oďa reakčŶí produktLJ, zůstávají ŶavázáŶLJ - sval je pořád v relaxovaném stavu - rozklad ATP způsoďí alosteriĐké Ŷapnutí myozinové hlavice 3) ŵLJoziŶová hlaviĐe tvoří Ŷové spojeŶí s okolními aktinovými molekulami – vznik aktinomyozinového komplexu 4) aktiŶ vLJvolá uvolŶěŶí P a později také ADP – ŶastaŶe koŶforŵačŶí zŵěŶa postavení myozinové hlavice – hlavice se posune po aktiŶu o určitý úsek III. )ákladLJ ďioĐheŵie orgáŶů a fuŶkĐí 4 5) pohLJď proďěhl, dokud je k dispoziĐi ATP ŵůže se reakĐe opakovat – silná filamenta se pohybují podél slabých filament k Z-proužku zkrácení 10 nm vyvolá cca. 500 myozinových hlavic při silŶé svalové koŶtrakĐi se opakuje ρdž/s vzájeŵŶě se přiďlíží Đelý koŵpledž slaďýĐh filaŵeŶt – H-proužek se zúží, )- proužekLJ se Ŷavzájeŵ přiďlíží ŘízeŶí svalové koŶtrakĐe kosterŶího svalstva: - svalová kontrakce je vyvolána motorickými neurony – ty na neuromuskolární plotéŶĐe vLJlučují ŶeurotraŶsŵiter – acetylcholin (Ach) - AĐh difuŶduje sLJŶaptiĐkou štěrďiŶou – váže se Ŷa ŶikotiŶový aĐetLJlĐholiŶový reĐeptor Ŷa plazŵatiĐké ŵeŵďráŶě svalové ďuňkLJ ;sarkoleŵěͿ - tíŵ se otevřou s reĐeptoreŵ iŶtegrovaŶé ĐheŵiĐkLJ řízeŶé ioŶtové kaŶálLJ - Na+ proŶiká dovŶitř ďuňkLJ – vyvolá akčŶí poteŶĐiál - akčŶí poteŶĐiál se z Ŷeurosvalové plotéŶkLJ šíří všeŵLJ sŵěrLJ – koŵpletŶě podráždí všeĐhŶa vlákŶa - se zpožděŶíŵ Ŷěkolika ŵs Ŷa podrážděŶí odpoví koŶtraktilŶí ŵeĐhaŶisŵus zkráĐeŶíŵ vláken Sarkoplazmatické retikulum: (SR) - akčŶí poteŶĐiál vzŶiklý Ŷa Ŷervosvalové plotéŶĐe ve svalové ďuňĐe vLJvolá přeĐhodŶý vzestup CaϮ+ ioŶtů v ĐLJtoplazŵě - v klidovéŵ stavu je iŶtraĐelulárŶí koŶĐeŶtraĐe CaϮ+ Ŷízká ;ŵíň Ŷež ϭϬ -7 mol/l) - sarkoplazmatické retikulum (obdoba endoplazmatického retikula) - obsahuje Ca2+ o koncentraci 10 -3 mol/l - rozvětveŶá orgaŶela – síťovitě oďepíŶá ŵLJofiďrilLJ uvŶitř vlákeŶ - udržeŶí vLJsoké koŶĐeŶtraĐe CaϮ+ poŵoĐí CaϮ+-transportujících ATPáz - je tu kalsekvestrin – proteiŶ, který poŵoĐí kLJselýĐh AMK zďLJtků váže CaϮ+ ionty - přeŶos akčŶího poteŶĐiálu na sarkoplazmatické retikulum – pomocí tranzversálních tuďulů - T-tubuly – úzké spojení se SR - otevřeŶé do edžtraĐelulárŶího prostoru - zŵěŶa ŵeŵďráŶového poteŶĐiálu – aktivuje dihydropyridinové receptory , kalciové kanálky na T-tubulech – ty navodí aktivaci rLJaŶodiŶovýĐh reĐeptorů na SR - kalciové kanály otevírající se mechanickým kontaktem s dihLJdropLJridiŶové reĐeptorLJ, či vazďou Ŷa CaϮ+, Ŷeďo jiŶého posla - kalĐiové ioŶtLJ přeĐhá ze SR do ĐLJtoplazŵLJ – to stimuluje myofibrily ke kontrakci ŘízeŶí svalové koŶtrakĐe srdečŶího svalu: - podobný mechanismus jako u kosterní svaloviny - odlišŶost v důležitosti CaϮ+ ioŶtů III. )ákladLJ ďioĐheŵie orgáŶů a fuŶkĐí 5 Hladká svalovina: - Ŷižší ŵŶožství ŵLJosiŶu a vLJšší ŵŶožství aktiŶu, pro zaĐhováŶí koŶstaŶtŶího poŵěru aktinu a tropomyosinu, musí být více i tropomyosinu - velŵi Ŷízké ŵŶožství TŶC!!! –jeho fĐi přeďírá kalmodulin - kalmodulin: - účastŶí se také fosforLJlaĐe ŵLJosiŶu – teprve fosforylovaný myosin hladké svaloviŶLJ ŵůže reagovat s aktinem – proíhá ve 2 fázích - díkLJ toŵu u hladké svaloviŶLJ platí, že lze vLJvolat priŵárŶí rLJĐhlou fáziĐkou odpověď a pak až poŵalejší toŶiĐkou koŶtrakĐi - v hladké svaloviŶě je tedy fosforylaĐe HLAVNÍM regulačŶíŵ ŵeĐhaŶisŵeŵ - fosforlLJaĐe ŵLJosiŶu j eŵožŶá i kosterŶí a srdečŶí svaloviŶě, ale není nezbytná ;tj.sekuŶdárŶí regulačŶí ŵeĐhaŶisŵusͿ – tj- moduluje pouze primární regulačŶí ŵeĐhaŶisŵus – zvýšeŶou přítoŵŶost CaϮ+ ioŶtů iŶtraĐelulárŶě - chybí troponin - aktivace aktin-myozinové kontrakce – proďíhá prostředŶiĐtvíŵ CaϮ+ vážíĐího se kaldesmonu, nebo fosforylací malé myozinové podjednotky - svalové reladžaĐe je dosažeŶo pokleseŵ CaϮ+ <10 -16 mol/l – toho je dosažeŶo traŶsporteŵ CaϮ+ kalĐiovou puŵpou poháŶěŶou ATP do SR a edžtraĐelulárŶího prostoru - vLJužíváŶ je i aŶtiporter Na+/CaϮ+ - tyto procesy příŵo/ Ŷepříŵo spotřeďovávají ATP Regulace Ca2+ ionty: - koplex troponinu s tromomyozinem blokuje v reladžovaŶéŵ svalu přístup myozinových hlavic k aktinu - troponin – složeŶ ze ϯ odlišŶýĐh podjedŶotek – T,C,I - rLJĐhlý vzestup CaϮ+ a otevřeŶí kalĐiovýĐh kaŶálů SR – navodí vazbu Ca2+ na troponinovou podjednotku C - podjednotka C – vLJvolá koŵforŵačŶí zŵěŶu tropoŶiŶu – tím s ekomplex troponinu a tropomyozinu posune a uvolní vazbené místo pro myozin - tíŵ se spuštěŶ koŶtrakčŶí ĐLJklus - po sŶížeŶí hladiŶLJ CaϮ+, vraĐí se tropoŶiŶ do původŶí polohLJ – kdy je vazebné místo pro myozin a aktin blokováno – tíŵ je koŶtrakĐe ukoŶčeŶa III/18 Markery poškozeŶí svalové tkáŶě, význam, stanovení - svalLJ oďsahují eŶzLJŵLJ glLJkolýzLJ, glLJkogeŶolýzLJ, Đitrátového ĐLJklu, eŶzLJŵLJ přeŵěŶLJ AMK... - eŶzLJŵLJ se při poškozeŶí vLJplavují do krve – markery 1) Kreatinkináza (CK) - kreatinkináza je enzym, který se nachází v srdečŶí svaloviŶě, kosterŶíŵ svalstvu a také v mozku - diŵer tvořeŶý základŶíŵu podjedŶotkaŵi - pro svaly je typický isoenzym CK-MM, pro myokard isoenzym CK-MB - koncentrace MB izoenzymu v plazŵě ďývá příŵoúŵěrŶá ŵíře poškozeŶí - její koncentrace po infarktu roste relativŶě rLJĐhle, ale jistou Ŷevýhodou je ŶespeĐifita - celková koncentrace kreatinkinasy závisí na na fyziologických stavech – po zátěži, sportu, porodu - kreatiŶkiŶáza vzroste i po zhŵožděŶí svalové tkáŶě, při záŶěteĐh svalů apod - z toho důvodu se zjišťuje určitý podtLJp kreatiŶkiŶázLJ ;ozŶačuje se jako CK-MB), který se vyskytuje pouze v srdečŶíĐh ďuňkáĐh a podává tak ŵéŶě zkresleŶé údaje - stanovení: - tři po soďě jdoucí enzymové reakce - první reakce je katalyzovaná krereatinkinázou- vzniká kreatin a ATP - vzniklý ATP fosforyluje v další hedžokiŶázové reakĐi D-glukózu na D-glukóza-6- fosfát - v poslední indikátorové reakci za katalýzy glukóza-6-fosfátdehydrogenázy se D-glukóza-6-fosfát oxiduje na 6-fosfoglukonát za současŶé redukĐe NADP + na NADPH - v UV oďlasti ŵěříŵe přírůstek tvorďLJ NADPH, který je úŵěrŶý aktivitě kreatinkinázy - Katalytická aktivita izoenzymu CK-MB se staŶovuje oďdoďŶou teĐhŶikou, reakčŶí sŵěs však ŶavíĐ oďsahuje protilátku proti podjednotce M - každá z podjedŶotek eŶzLJŵu ŵá saŵostatŶou katalLJtiĐkou aktivitu, takže při toŵto uspořádáŶí je zĐela iŶhiďováŶa aktivita izoenzymu CK-MM a aktivita CK-MB je polovičŶí - původŶí katalLJtiĐká koŶĐeŶtraĐe CK-MB se jedŶoduše vLJpočte jako dvojŶásoďek aktivitLJ CK po přidáŶí protilátkLJ proti podjednotce M - pokud se v séru objeví izoenzym CK-BB ;při jakéŵkoliv porušeŶí hematoencefalické bariéry, Ŷejčastěji při tzv. tranzitorní ischemické atace), vyjde hladina CK-MB staŶoveŶá touto teĐhŶikou falešŶě vLJsoká ;často vLJšší Ŷež Đelková aktivita CKͿ 2) Troponin (TnT) - troponin je ŶejpoužívaŶější kardioeŶzLJŵ - je dost spolehlivý a poŵěrŶě přesŶě poukazuje Ŷa postižeŶí srdečŶí svaloviŶLJ - ďývá zvýšeŶý až v horizoŶtu Ŷěkolika hodiŶ po poškozeŶí srdĐe – časový odstup ŵůže ďýt až za víĐe Ŷež ς hodiŶ - náďěr tropoŶiŶu se ŵusí za Ŷěkolik hodiŶ ;ideálŶě za 4-6 hodin) znovu zopakovat - hodŶota tropoŶiŶu po poškozeŶí srdĐe zůstaŶe Ŷa druhou straŶu vLJsoká až Ϯ týdŶLJ, Đož uŵožňuje zjistit poškozeŶí srdečŶí svaloviŶLJ i zpětŶě - po ischemii v průďěhu Ŷěkolika hodiŶ se uvolňují podjedŶotkLJ tropoŶiŶu do krve – TnI a TnT – se uvolňují z I zony myofibrily – výsledek isĐheŵiĐkého zvýšeŶí perŵeaďilitLJ sarkolemy - důležitý a časŶý ŵarker isĐheŵiĐkého poškozeŶí srdečŶí či kosterŶí svaloviŶLJ - stanovení imunologickým testem - troponin I – při reperfúzi hladiŶLJ tropoŶiŶu ještě víĐe stoupŶou - při úplŶéŵ uzávěru tepŶLJ zůstává hladiŶa vLJsoká po Ŷěkolik dŶí a Ŷejeví sklon k normalizaci - vhodŶé pro pozdŶí diagŶózu srdečŶího ataku - krvi se troponin cTnT ŶorŵálŶě ŶevLJskLJtuje - průďěh uvolňováŶí ĐTŶT je bifázický - zvýšeŶí troponinu po začátku akutŶího iŶfarktu ŵLJokardu Ŷastupuje v průďěhu ϯ–Θ hodiŶ a prvŶího vrĐholu je dosažeŶo za ϭϮ–18 hodin po poškozeŶí ŵLJokardu - je vLJvoláŶ rLJĐhlýŵ uvolŶěŶíŵ volŶé cytoplazmatické frakce cTnT - počátečŶí vrĐhol je sledováŶ dalšíŵ vrĐholeŵ za ϯ–4 dny, který odpovídá poŵalejšíŵu vLJplavováŶí ĐTŶT vázaného v troponin-tropomyosinovém komplexu v ŶekrotiĐkéŵ ložisku - běheŵ ϳ–ϭϬ dŶů klesá Ŷa ŶedetekovatelŶé hladiny - při časŶéŵ oďŶoveŶí krevŶího průtoku koroŶárŶí artérií je ŵadžiŵálŶí vzestup asi za ϭκ hodiŶ a pak Ŷásleduje pozdější druhý, podstatŶě Ŷižší vrĐhol - délka zvýšeŶí závisí na velikosti infarktu - u rozsáhlejšíĐh iŶfarktů ŵůže ďýt ĐTŶT prokazatelŶý až Ϯϭ dŶů - určitou Ŷevýhodou ĐTŶT je jeho ŶespeĐifiĐké zvýšeŶí u paĐieŶtů s reŶálŶí insuficiencí - nástup zvýšeŶýĐh hladiŶ ĐTŶI, který se vLJzŶačuje vLJsokou speĐifičŶostí, Ŷastává podoďŶě jako u ĐTŶT již asi za ϯ hodiŶLJ po začátku ischémie - zvýšeŶé hladiŶLJ přetrvávají ρ–ϭϬ dŶů - ve srovŶáŶí s ĐTŶT ŶeŶí u ĐTŶI oďvLJkle pozorováŶo druhé ŵadžiŵuŵ ;ŵeŶší ĐLJtosolová frakce) - troponin C (TnC) není pro diagŶostiku akutŶí koroŶárŶí léze vhodŶý, protože je ideŶtiĐký v srdečŶíŵ i kosterŶíŵ svalstvu Troponiny se stanovují citlivými imunochemickými metodami - Rychlý test na stanovení cTnT - při AIM je ŶezďLJtŶá rLJĐhlá diagŶostika, jejíž součástí ŵůže ďýt i použití bioĐheŵiĐkýĐh testů Ŷa staŶoveŶí ŵLJogloďiŶu a tropoŶiŶů, které lze provést příŵo u lůžka paĐieŶta - rychlý test na staŶoveŶí srdečŶího tropoŶiŶu T - založeŶý Ŷa teĐhŶologii GLORIA - vLJužívá dvou růzŶýĐh monoklonálních protilátek proti cTnT – jedna je zŶačeŶa biotinem, druhá koloidním zlatem Provedení testu - krev pacienta se nanese do aplikačŶí zóŶLJ, oďsahujíĐí zŶačeŶé protilátkLJ, které v reakčŶí zóŶě vLJtvoří s ŵolekulaŵi tropoŶiŶu ve vzorku ;pokud jsou přítoŵŶLJͿ seŶdvičový koŵpledž - před vstupeŵ do detekčŶí zóŶLJ se poŵoĐí skelŶýĐh vlákeŶ oddělí erLJtroĐLJtLJ a dále postupuje pouze plazma obsahující imunokomplexy - v detekčŶí zóŶě je sigŶálŶí proužek se zakotveným streptavidinem (bílkovinou s vLJsokou afiŶitou k ďiotiŶuͿ a další koŶtrolŶí proužek s imobilizovaným troponinem - na koŶtrolŶí proužek se váže ŶadďLJtek protilátek zŶačeŶýĐh zlateŵ - zďarveŶí koŶtrolŶího proužku potvrzuje, že test je fuŶkčŶí a vLJšetřeŶí je platŶé - seŶdvičový iŵuŶokoŵpledž s tropoŶiŶeŵ je zaĐhLJĐeŶ streptavidiŶeŵ, Đož se projeví druhýŵ ďarevŶýŵ proužkeŵ - při pozitivŶíŵ testu se tedLJ vLJviŶou Ϯ proužkLJ – v oblasti kontrolní i signální linie, při ŶegativŶíŵ výsledku pozorujeŵe pouze ďarevŶou koŶtrolŶí liŶii. 3) Laktátdehydrogenáza (LD) - laktátdehydroenáza je enzym, který se nachází praktiĐkLJ ve všeĐh ďuňkáĐh v těle - její zvýšeŶí tedLJ doďře korespoŶduje s poškozeŶíŵ jakýĐhkoliv ďuŶěk a ŶejeŶ těĐh srdečŶíĐh/ svalových - koŶĐeŶtraĐe LD se po proďěhléŵ infarktu zvLJšuje relativŶě poŵalu ;v průďěhu Ŷěkolika desítek hodiŶ až dŶůͿ a hlavŶě je to ŶespeĐifiĐká sloučeŶiŶa – Ŷajdeŵe ji zvýšeŶou vždLJ, kdLJž došlo k jakémukoliv většíŵu poškozeŶí tělŶíĐh ďuŶěk - staŶoveŶí Đelkové aktivitLJ LD používá jako ŶespeĐifiĐký ŵarker rozpadu ďuŶěk ;Ŷapř. při nádorovýĐh oŶeŵoĐŶěŶíĐhͿ - charakteristické je také pozdŶí zvýšeŶí Đelkové LD po iŶfarktu ŵLJokardu, které ŵůže přetrvávat až ϭρ dŶí - vzhledeŵ k vLJsokéŵu oďsahu v erLJtroĐLJteĐh ŵůže sérovou koŶĐeŶtraĐi falešŶě pozitivŶě zvýšit heŵolýza - stanovení koncentrace laktátdehydrogenázy: - se provádí pomoci Warburgerova optického test – kdLJ velikost, případŶě zŵěŶLJ aďsorďaŶĐe při vlŶové délĐe ϯκϬ Ŷŵ jsou příŵo úŵěrŶé počtu redukovaných molekul koenzymu - přeŵěŶa jedŶoho ŵolu koeŶzLJŵu zase odpovídá přeŵěŶě jedŶoho ŵolu suďstrátu, a ŶavíĐ lze tuto přeŵěŶu sledovat v čase, tedLJ koŶtiŶuálŶě ŵěřit rychlost reakce pomocí spektrofotometru. 4) Aspartátaminotransferáza (AST) - tento enzym se nachází i v játrech a má význam v jaterních testech, kde určuje závažŶost poškozeŶí jaterŶíĐh ďuŶěk - jeho význam v diagŶostiĐe srdečŶíĐh příhod je podle mého názoru minimální - katalLJzuje reverziďilŶí přeŶos aŵiŶoskupiŶLJ z aspartátu na 2-oxoglutarát - kofaktorem jepyridoxal-5 ́-fosfát - AST se ve větší ŵíře vLJskLJtuje v řadě orgáŶů – v játrech, myokardu, kosterním svalstvu, ledvinách, pankreatu a v erytrocytech - edžistuje ve forŵě dvou izoeŶzLJŵů: o mitochondriálního  je přítoŵeŶ v mitochondriích a představuje asi ϳϬ %  dostává do krve až při nekróze ;rozpaduͿ jaterŶí ďuňkLJ  výrazŶé zvýšeŶí aktivitLJ AST v séru je proto zŶáŵkou rozpadu hepatoĐLJtů, Ŷeďoť do ĐirkulaĐe se uvolňují oďa izoeŶzLJŵLJ o cytoplazmatického  lokalizovaŶého v ĐLJtoplazŵě, který je zastoupen asi z 30 %  cLJtoplazŵatiĐká frakĐe se uvolňuje do ĐirkulaĐe sŶadŶo i při ŵírŶéŵ poškozeŶí hepatoĐLJtů, a to při ŶarušeŶí permeaďilitLJ jejiĐh ďuŶěčŶé membrány - ŶeŶí speĐifiĐká pouze pro jaterŶí tkáň, její zvýšeŶí ŵůže doprovázet i poškozeŶí kosterního svalstva a myokardu - AST stoupá v krvi u akutního infarktu myokardu a po operacích srdce, ale i po dlouhotrvající fyzické námaze - staŶoveŶí AST falešŶě pozitivŶě ovlivňuje hemolýza, Ŷeďoť v erLJtroĐLJteĐh je oďsažeŶa v poŵěrŶě vLJsokéŵ ŵŶožství Fyziologické hodnoty S-AST ŵuži do Ϭ,Θρ μkat/l žeŶLJ do Ϭ,ςϬ μkat/l 5) Myoglobin - je to sloučeŶiŶa oďdoďŶá heŵogloďiŶu, kterou oďsahují všeĐhŶLJ svalové ďuňkLJ a tedLJ i ďuňkLJ srdečŶí - gloďulárŶí proteiŶ tvořeŶý jediŶýŵ řetězĐeŵ aminokyselin, který obsahuje jako prostetickou složku heŵ - reverziďilŶě váže a přeŶáší kLJslík ve svalovýĐh ďuňkáĐh - myoglobin z kosterního svalstva i myokardu je identický - za fLJziologiĐkýĐh podŵíŶek se uvolňuje jeŶ ŶepatrŶé ŵŶožství do krve - při poškozeŶí svalů ;kosterŶíĐh i srdečŶíhoͿ doĐhází k ŵyoglobiŶeŵii až ŵyoglobiŶurii - vzroste po poškozeŶí srdečŶí svaloviŶLJ ŶejrLJĐhleji, již za Ϯ-4 hodiny - crush-syndrom – po ŵeĐhaŶiĐkéŵ rozdrĐeŶí svalů – vzniká masivní myoglobinurie – v toŵto případě se ďarvivo ŵůže vLJsrážet v ledviných kanálcích a dojít k anurii - v ledviŶáĐh je filtrováŶ gloŵerulárŶí ŵeŵďráŶou a vLJlučováŶ do ŵoči - ŵá velŵi krátký ďiologiĐký poločas – 10–20 minut - jako ĐLJtoplazŵatiĐký proteiŶ s Ŷízkou ŵolekulovou hŵotŶostí je rLJĐhle uvolňováŶ z postižeŶé tkáŶě - vzestup sérových koncentrací myoglobinu u akutního infarktu myokardu (AIM) nastupuje rychle (za 0,5–Ϯ hodiŶͿ od začátku ďolesti Ŷa hrudi - hladiny myoglobinu, které mohou dosahovat dvacetinásobku fyziologických hodnot, kulminují asi za 6–12 hodin a v průďěhu ϭϮ–Ϯκ hodiŶ se vraĐí k původŶíŵ hodŶotáŵ - ŵLJogloďiŶ je považováŶ za ŶejĐitlivější ďioĐheŵiĐký ŵarker akutŶího iŶfarktu ŵLJokardu vhodŶý pro časŶý záĐhLJt - nevýhodou stanovení myoglobinu u AIM je nedostatek kardiospecifity - jeho zvýšeŶí ŵůžeŵe pozorovat: - při jakéŵkoliv poškozeŶí kosterŶího svalstva ;včetŶě Ŷapř. iŶtraŵuskulárŶíĐh iŶjekĐí či droďŶého pohŵožděŶí po páduͿ, - po velké svalové zátěži ;včetŶě Ŷapř. zapojováŶí ďřišŶího lisu při déletrvajíĐíŵ zvracení), - při reŶálŶí iŶsufiĐieŶĐi - stanovení myoglobinu může vLJloučit akutŶí iŶfarkt ŵLJokardu: je-li jistota, že odďěr krve ďLJl provedeŶ ŵiŵo diagŶostiĐké okŶo, tedLJ víĐe Ŷež Ϯ hodiŶLJ od začátku ďolesti Ŷa hrudi či jiŶýĐh přízŶaků, a je-li sérový ŵLJogloďiŶ v refereŶčŶíĐh ŵezíĐh, je diagŶóza akutŶího iŶfarktu myokardu praktiĐkLJ vLJloučeŶa. Je-li ŵLJogloďiŶ pozitivŶí, je ŶutŶo difereŶĐiálŶě diagŶostiĐkLJ zvážit důvod jeho zvýšeŶí ;ŵLJokard, kosterŶí svalstvo, reŶálŶí iŶsufiĐieŶĐeͿ a zpravidla je ŶutŶé hodŶotit speĐifičtější kardioŵarkerLJ – troponin nebo CK-MB (isoenzym troponinu specifický pro srdce) 6) aldolasa ;příliš se ŶepoužíváͿ III. Základy biochemie orgánů a funkcí 19. BIOCHEMIE VIDĚNÍ, WALDŮV CYKLUS, TRANSDUCINOVÝ CYKLUS světelná energie, která je zachycená v sítnici specifickými receptory (čípky – reagují na vyšší intenzitu a tyčinky – reagují na nižší intenzitu) je převeden na pohyb iontů a ten následně na nervový vzruch světlo před dopadem na fotoreceptor prochází rohovkou, kde je vysoká aktivita pentózového cyklu generujícího NADPH světlo prochází pak přední komorou oční s očním mokem – izoosmotická tekutina, která obsahuje proteiny albumin a globulin, glukosu a další organické látky, ale i anorganické soli světlo následně prochází čočkou – tvořena specifickými proteiny = kristaliny - na povrchu je kolagen - hlavním energetickým substrátem je glukosa sklivec je tvořen kolagenními proteiny (kolagen II a hyaluronová kyselina) ve fotoreceptorech probíhá přeměna světelné energie: tyčinky obsahují rhodopsin = specifický chromoprotein - složený z proteinu opsinu, na něm navázaný přes aminoskupinu lysinu aldehyd 11-cis-retinal (viz vitamin A) - rhodopsin absorbuje viditelné světlo (max absorpce při 500 nm) - v tyčinkách reaguje především na světlo a tmu X v čípcích jsou 3 proteiny rhodopsinu - reagují na 3 různé světelné maxima: modrá (450 nm), zelená (540 nm), červená (580 nm) = umožňuje barevné vidění Černobílé vidění je důsledkem izomerace v transmebránovém proteinu podmíněné absorpcí energie fotonů přitom je 11-cis-aldehyd-retinal je přeměněn na all-trans-retinal když se změní podmínky a světlo přejde v tmu, trans izomer se převede zpět na 11- cis-retinal = tento pochod, zvaný Waldův cyklus, se po novém ozáření znovu opakuje průběh Waldova cyklu se komplikuje reakcemi mimo sítnici – od opsinu uvolněný trans-retinal se zčásti přenáší krví do jater, kde se hydrogenuje na alkohol – na trans- retinol, izomeruje na cis-retinol a ten se znovu krví dopravuje do sítnice a oxiduje na 11-cis-retinal, přenos retinolu a retinalu krví je umožněn navázáním na malý transportní protein retinol-binding protein (RBP), důležitá je přítomnost vitaminu A a jeho provitaminu β-karotenu - při hypovitaminóze A se po vyčerpání zásoby v játrech objevuje šeroslepost 1 H C CH 3 CH 3 CH 3 CH 3 CH 3 O 11 H C CH 3 CH 3 CH 3 CH 3 CH 3 O 11 12 11-cis-retinal all-trans-retinal III. Základy biochemie orgánů a funkcí Biochemické změny, které vyvolá izomerie retinalu v sítnici ve tmě rychle proniknou ionty Na do zevního segmentu buňky (specifickými kanály) situace se změní po osvětlení = paprsek zablokuje kanál pro Na, tok těchto iontů se zastaví - důsledkem je hyperpolarizace membrány, stává se negativnější - hyperpolarizace se šíří až do optického nervu, signál vyslaný jedním fotonem se hyperpolarizací zesílí návrat do buňky proniklého Na se realizuje přes Na, K- ATPasu. důležitou roli ve funkci tyčinky hraje cyklický GMP (cGMP) - tento nukleotid se podílí na pronikání Na a následné hyperpolarizaci rhodopsin se aktivuje světlem a aktivovaný působí na G-protein (transducin), a tím jej aktivuje – Transducinový cyklus - vazba transducinu na rhodposin stimuluje výměnu GDP z GTP, uvolňuje se inhibiční protein z vazby na cGMP-fosfodiesterasou = meachnismus tohoto děje znamená, že transducin ve tmě váže GDP, světlo pak aktivuje rhodopsin, který se následně spojí s dříve vytvořeným komplexem a přitom se GDP vymění za GTP - hladina cGMP ovlivňuje přestup sodných a vápenatých iontů přes specifické kanály kaskáda pokračuje aktivací fosfodiesterasy, kterou aktivuje nově vzniklý komplex transducin–GTP aktivovaná fosfodiesterasa hydrolyzuje cGMP na necyklický GMP tím se původně otevřený kanál pro Na zavírá, což je podmětem k hyperpolarizaci hyperpolarizace vede ke vzniku receptorového potenciálu, snižuje uvolňování synaptického mediátoru, a to generuje signál, který nakonec vede ke vzniku akčních potenciálů v gangliových buňkách tyto AP jsou vedeny do mozku a vnímáme je jako světlo Barevné vidění je určováno stejnými reakcemi jako při černobílém vidění jde opět o izomeraci retinalu a změny konformace různých proteinů spojenou s otevřeních a zavřením kanálů a podobně i s transducinem 2 III. )ákladLJ ďioĐheŵie orgáŶů a fuŶkĐí 1 20. BIOCHEMIE SMYSLŮ ;SLUCH, CHUŤ, ČICHͿ ČICH Topografické uŵístěŶí  čiĐhové ŶeuroŶLJ, uložeŶé v čichovém epitelu nosní sliznice  ŵají Ŷa jedŶoŵ svéŵ pólu Ŷěkolik Đilií ;řasiŶekͿ, které jsou zaŶořeŶLJ do teŶké vrstvičkLJ hleŶu  druhý pól ŶeuroŶu představuje adžon, vedoucí vzruchy k mitrálŶíŵ ďuňkáŵ čiĐhovýĐh ďulďů - odtud jsou nervové signály vedeŶLJ do priŵárŶí čiĐhové kůrLJ  na seŶzitivŶíĐh řasiŶkáĐh čiĐhovýĐh ŶeuroŶů jsou uŵístěŶLJ čiĐhové reĐeptorLJ  jeden receptor není aktivován jen jedinou látkou, obvykle je specifický pro skupinu látek o víĐeŵéŶě podoďŶé ĐheŵiĐké struktuře Receptory čichu  jedŶá se o reĐeptorLJ spřažeŶé s G-proteiny, G-protein nese -podejdnotku zvanou G olf  každý reĐeptor po navázání ligandu (odorantu – látkLJ vLJvolávajíĐí čiĐhový vjeŵͿ zŵěŶí koŶforŵaĐi, Đož uŵožŶí výŵěŶu GTP za GDP v G-proteinu  ten poté disociuje na -podjednotku a dimer   jakožto správŶá G s podjednotka i G olf aktivuje adenylátcyklázu  vzniklé cAMP otevírá neselektivní kationtové kanály citlivé na cyklické nukleotidy, které vpustí do Ŷitra ďuňkLJ hlavŶě vápeŶaté a sodŶé ioŶtLJ = to vede k depolarizaci membrány  depolarizaĐe ŵeŵďráŶLJ se šíří deŶdritiĐkou částí ŶeuroŶu a kdLJž dosáhŶe iŶiĐiálŶího segmeŶtu, vzŶikŶe akčŶí poteŶĐiál  zvýšeŶá hladiŶa vápŶíku v ďuňĐe aktivuje fosfodiesterázu, inaktivuje adenylátcyklázu a aktivuje transport Ca 2+ z ďuňkLJ  tíŵ se postupŶě vraĐí ďuňkLJ do základŶího stavu ;GTP v -podjednotce G-proteinu se mezitím hydrolyzovalo a celý komplex reasocioval s receptorem) III. )ákladLJ ďioĐheŵie orgáŶů a fuŶkĐí 2 CHUŤ Topografické uŵístěŶí  chuťové seŶzorLJ jsou uŵístěŶLJ v ĐhuťovýĐh pohárĐíĐh, které ŶalezŶeŵe Ŷa papiláĐh jazyka i v jiŶýĐh částeĐh dutiŶLJ ústŶí  jejich inervaĐi se dělí ŶŶ. IX., VII a X. SigŶalizační molekuly  člověk dokáže rozezŶat ρ základŶíĐh kvalit Đhuti – sladkou, slaŶou, kLJselou, hořkou a uŵaŵi ;Đhuť glutaŵátuͿ - vodíkový ion (kyselá) - sodný ion (slaná) - glutamate (umami) - alkaloidy nebo jiné produkty rostlin, růzŶé orgaŶiĐké látkLJ, Ŷapř. cukry nebo peptidy (sladká) Receptory chuti  reĐeptorLJ opět spřažeŶé s G – proteiny  G – protein aktivuje adenylátcyklázu nebo fosfodiesterázu rozkládající cAMP  pokles ĐAMP otevře sodíkové kaŶálLJ a vede k depolarizaĐi ďuňkLJ  jedŶotlivá Ŷervová vlákŶa vedouĐí Đhuťové sigŶálLJ odpovídají Ŷa růzŶé látkLJ a růzŶé chuti  výsledŶý vjeŵ je tedLJ jaksi skládáŶ až v ŵozkové kůře Hořká a sladká chuť  7TM receptory kooperující se specifickým G proteinem  obsahujícím typickou D podjednotku – gustducin Chuť uŵaŵi  detegována pomocí specifického metabotrofního glutamátového receptoru , který je variantou mozkového glutamátového receptoru SlaŶá a kyselá chuť  látky ĐhutŶajíĐí slaŶě a kLJsele Ŷeaktivují ϳTM reĐeptorLJ, Ŷýďrž ioŶtové kaŶálLJ  slaŶá Đhuť je detekováŶa Ŷa základě průchodu sodných iontu kanálem citlivým na amilorid (amilorid sŶižuje aktivaĐi seŶsoriĐkýĐh ŶeuroŶu při průchodu Na)  i jiné iontové kanály ŵohou přispět (cca z 20%) k detekci slané chuti  kLJselá Đhuť vzniká ŶejeŶ v důsledku příŵého průchodu protoŶu růzŶýŵi kaŶálLJ ;včetŶě amilorid-sensitivních sodŶýĐh kaŶáluͿ, ale také v důsledku interakce s jinými kaŶálLJ ;Ŷapř. uzavřením některých kanálu pro draslík) III. )ákladLJ ďioĐheŵie orgáŶů a fuŶkĐí 3 SLUCH Topografické umístení  reĐeptorLJ jsou v hleŵýždi vŶitřŶího uĐha – Cortiho orgánu  priŵárŶí detekĐe je zajištováŶa ϭς ϬϬϬ speĐialisovanými neurony nazývaných vláskové ďuňkLJ, které oďsahují stereoĐilie Signály  mechanické stimuly = zvukové vlny o frekvenci 200 to 20 000 Hz Receptory zvuku  sluĐhovýŵi reĐeptorLJ jsou svazečkLJ tvořeŶé ϮϬ-ϯϬϬϬ vláskovitýĐh výďežků nazývaných stereocilie  deflekĐe ;ohŶutíͿ stereoĐilií zvukeŵ ;stačí o Ϭ.ϯŶŵͿ sŵěreŵ k ŶejvLJšší části  otvírá to iontové kanály s následnou depolarizací membrány  Ŷaše sĐhopŶost určit sŵěr, ze kterého přiĐhází zvuk, je založeŶa Ŷa časovéŵ rozdílu, jak Ŷaše uši detekují zvuk - při rLJĐhlosti zvuku ;ϯρϬ ŵ/sͿ a vzdáleŶosti hleŵýžďů ;Ϭ,ϭρ ŵͿ, ŵusíŵe ďýt sĐhopŶi vŶíŵat časový rozdíl Ϭ,ϳ ŵs - jsme sĐhopŶi rozlišit jíž Ϭ,ϬϮ ŵs III. )ákladLJ ďioĐheŵie orgáŶů a fuŶkĐí 1 21. Biochemie nervových synapsí; neurotransmitery. Synapse je fuŶkčŶí koŶtakt ŵezi ŵeŵďráŶaŵi dvou ďuŶěk, z ŶiĐhž alespoň jedŶa je ŶeuroŶ. Funkcí synapse je přeŶos Ŷervového vzruĐhu. Typy synapsí Podle zúčastŶěŶýĐh prvků dělíŵe sLJŶapse Ŷa: 1. interneuronální:  axo-dendritické;  axo-somatické;  dendro-dendritické;  axo-axonální;  somato-dendritické; 2. neuroefektorové − Ŷapř. nervosvalová ploténka (kontakt mezi axonem a svalovým vláknem); 3. neuroreceptorové − mezi neuronem a receptorem. NEUROTRANSMITERY SLJŶapse u člověka jsou synapse chemické, protože sigŶál je přeŶášeŶ Đhemickou cestou prostředŶiĐtvíŵ mediátoru (neurotransmiteru). Struktura chemické synapse SLJŶapsi tvoří: presynaptický útvar - je ďuď zakoŶčeŶíŵ adžoŶu ;tzv. terŵiŶálŶí ďutoŶͿ Ŷeďo se jedŶá o vLJkleŶutí adžoplasŵLJ adžoŶu v jeho průďěhu ;sLJŶapse en passant). PresLJŶaptiĐká část je vakovité rozšířeŶí adžoŶu, které ŵiŵo jiŶé obsahuje mitochondrie a sLJŶaptiĐké váčkLJ ;vezikulLJͿ. SLJŶaptiĐké váčkLJ oďsahují molekuly mediátoru a hroŵadí se u sLJŶaptiĐké štěrďiŶLJ v tzv. aktivní zóně synapse. ŵezi Ŷiŵiž je synaptiĐká štěrďiŶa ;šířka štěrďiŶLJ je oďvLJkle Ϯ0−ϯ0 Ŷŵ, iŶhiďičŶí sLJŶapse okolo 10 nm). postsynaptický útvar - membrána postsynaptického útvaru obsahuje receptory pro mediátor. III. )ákladLJ ďioĐheŵie orgáŶů a fuŶkĐí 2 PřeŶos vzruĐhu v synapsi VzruĐh šíříĐí se po adžoŶu dosáhŶe presLJŶaptiĐkého útvaru → depolarizaĐe ;akčŶí poteŶĐiálͿ způsoďí otevřeŶí Ŷapěťově řízeŶýĐh Ca 2+ kaŶálů v presLJŶaptiĐké ŵeŵďráŶě → iŶfludž Ca 2+ do ďuňkLJ → aktivaĐe synapsinu → edžoĐLJtóza sLJŶaptiĐkýĐh váčků → vLJlití ŵediátoru do sLJŶaptiĐké štěrďiŶLJ ;ŵediátor se uvolňuje v kvaŶteĐhͿ → vazďa ŵediátoru Ŷa reĐeptor Ŷa postsLJŶaptiĐké ŵeŵďráŶě → otevřeŶí ioŶtovýĐh kaŶálů v postsLJŶaptiĐké ŵeŵďráŶě − dle tLJpu ŵediátoru se otevírají růzŶé kaŶálLJ:  edžĐitačŶí ŵediátorLJ → otevřeŶí Na + kaŶálů → Na + do ďuňkLJ → depolarizaĐe → vzniká edžĐitačŶí postsynaptický potenciál (EPSP), který Đharakterizuje edžĐitačŶí synapsi;  iŶhiďičŶí ŵediátorLJ → otevřeŶí K + a Cl - kaŶálů → hLJperpolarizaĐe → vzŶiká iŶhiďičŶí postsynaptický potenciál (IPSP), který Đharakterizuje iŶhiďičŶí sLJŶapsi. JedeŶ EPSP představuje depolarizačŶí zŵěŶu, která je hluďoĐe podprahová ;Ϯ−κ ŵVͿ. EPSP se ale sčítají ;časová a prostorová suŵaĐeͿ, takže ŵůže ďýt dosažeŶo spouštěĐí úrovŶě, při které v efereŶtŶí části sLJŶapse vzŶiká vzruĐh. SuŵaĐe IPSP Ŷaopak způsoďí sLJŶaptiĐký útluŵ (inhibici). IŶterakĐe ŵezi reĐeptoreŵ a ioŶtovýŵ kaŶáleŵ ŵůže ďýt růzŶá. Iontové kanály v postsLJŶaptiĐké ŵeŵďráŶě, které se otevřou po vazďě ŵediátoru Ŷa reĐeptor, patří mezi ĐheŵiĐkLJ řízeŶé ioŶtové kaŶálLJ. ReĐeptor je ďezprostředŶí součástí ŵolekulLJ kaŶálu. III. )ákladLJ ďioĐheŵie orgáŶů a fuŶkĐí 3 JiŶý způsoď přeŶosu je spřažeŶí reĐeptoru s G-proteiny, jejiĐhž prostředŶiĐtvíŵ dojde k otevřeŶí kaŶálu. Po iŶterakĐi ŵediátoru a reĐeptoru ŵusí ďýt ŵediátor ze sLJŶaptiĐké štěrďiŶLJ speĐifiĐkýŵ ŵeĐhaŶisŵeŵ odstraŶěŶ. To se děje Ŷejčastěji dvěŵi Đestaŵi:  příŵý rozklad – v sLJŶaptiĐké štěrďiŶě se ŶaĐhází eŶzLJŵLJ rozkládajíĐí ŵediátor ;aĐetLJlĐholiŶesteráza,...Ϳ  zpětŶé vLJĐhLJtáváŶí – ŵediátor je vLJĐhLJtáváŶ zpět do presLJŶaptiĐkého zakoŶčeŶí a vraĐí se do sLJŶaptiĐkýĐh vezikul k opětovŶéŵu použití ;ŶoradreŶergŶí, serotoŶiŶergŶí sLJŶapse,...Ϳ III/22 Katecholaminy – biosynthesa, biodegradace - jsou to biogenní aminy - dopamin, aderenalin, noradrenalin - společŶýŵ zŶakeŵ je – dihydroxyfenylové skupiny - půsoďí jako ŶeurotraŶsŵiterLJ, také jako horŵoŶLJ - poškozeŶí dopaŵiŶovýĐh drah je úzĐe spojeŶo s rozvojem Parkinsonovy choroby - adreŶaliŶ a ŶoradreŶaliŶ jsou sLJŶtetizováŶLJ v dřeŶi ŶadledviŶ, skladováŶLJ v graŶulích a na podŵět uvolŶěŶLJ do krve - účiŶek je zprostředkováŶ vazďou Ŷa adreŶergŶí reĐeptorLJ a účiŶek závisí Ŷa tLJpu tkáŶě - oďeĐŶě doĐhází k ŵoďilizaĐi zdrojů eŶergie a přípravě orgaŶisŵu Ŷa útěk Ŷeďo útok ̈ - sLJŶtéza začíŶá hLJdrodžLJlaĐí tLJrosiŶu na dihydroxyfenylalanin = DOPA - DOPA je dále dekarboxylována na dopamin - této přeŵeŶLJ se účastŶí dekarďodžLJlasa aromatických aminokyselin - následŶě doĐhází k další hydroxylaci na noradrenalin - poslední reakce je metylace noraadrenalinu na adrenalin katalyzovaná fenyletanolamin-N-methyltransferasou s kofaktorem SAM Biosyntéza: - probíhá v dřeŶi ŶadledviŶ - a v neuronech CNS a periferního nervového systému - prekurzorem je tyrozin: 1) hydroxylace aromatického kruhu vzniká dopa (3,4-dihydroxyfenylalanin) - je vLJužíváŶ koeŶzLJŵ tetrahydrobiopterin 2) dekarboxylace dopy – nutný koenzym pyridoxalfosfát – tvorba dopaminu - dopamin – neurotransmiter v CNS - v dopaminergních neuronech v této fázi sLJŶtéza koŶčí 3) hydroxylace dopaminu na noradrenalin - probíhá v nadledvinách a nor/adrenergních neuronech - koeŶzLJŵ přeŶášejíĐí kLJslík je askorďát 4) vznik adrenalinu N- metylací noradrenalinu - koenzym je S-adenosylmethioni - o tom, zda je neuron dopaminergní, adrenergní , noradrenergní rozhoduje enzymatická výbava - dřeň ŶadledviŶ oďsahuje všeĐhŶLJ 4 eŶzLJŵLJ - tvorba probíhá v poŵěru 1:4 ve prospěĐh adreŶaliŶu - syntéza v dřeŶi ŶadledviŶ – je Ŷervově stiŵulováŶa acetylcholinem - parakriŶŶě – kortizolem - tlumena koncovými produkty (z5 vazba) - kateĐholaŵiŶLJ se ukládají do váčků – spolu s ATP, neuropeptidy, chromograninem – vLJlučováŶLJ exocytózou - adreŶaliŶ přítoŵŶý v krvi pochází z dřeŶě ŶadledviŶ - noradrenalin v krvi hl. ze sLJŵpatiĐkýĐh zakoŶčeŶí Ŷervů - ďiologiĐký poločas – jen pár minut - v sLJŶaptiĐké štěrďiŶě je kratší – díky Na dependentnímu noradrenalinovému transportéru - účiŶkLJ: - půsoďí poŵoĐí vazďLJ Ŷa ŵeŵďráŶové reĐeptorLJ - dopamin – v CNS – neurotransmiter – podíl na regulacích - noradrenalin a adrenalin – neurotransmitery, hormony - reakĐe ďoj/útěk - zrLJĐhleŶí srdečŶí frekveŶĐe, zvýšeŶí glLJkéŵie, zvýšeŶí oďsahu MK, iŶteŶzivŶější svalová koŶtrakĐe - slouží k přizpůsoďeŶí Ŷa akutŶí stres Biodegradace: - inaktivace – v neuronech a játrech - katechol –O- methyltransferáza – vyvolává metylaci hydroxylové skupiny – koenzym – S- adenosylmethionin - alternativou je – oxidace aminoskupiny aminooxidásou – na aldehyd – ten je dále oxidován na kyselinu, nebo redukován na alkohol - k.vanilmandlová – produkt štěpeŶí adrenalinu a noradrenanilinu - koŶečŶé produktLJ kateĐholaŵiŶů se oďjevují hl. v ŵoči III. )ákladLJ ďioĐheŵie orgáŶů a fuŶkĐí 1 23. Steroidní hormony - vznik z cholesterolu - syntéza v: 1. ENDOKRINNÍ BUŇKY KŮRY NADLEDVIN - sĐhopŶé sLJŶtetizovat všeĐhŶLJ tLJpLJ steroidŶíĐh horŵoŶů - glukokortikoidy C21 – kortisol, kortikosteron - mineralokortikoidy C21 – aldosteron, deoxikortikosteron - androgeny C19 – testosteron, androstenolon, androstendion - estrogeny ;oŵezeŶěͿ C18 - estradiol 2. Leydigovy buňkLJ testes - sLJŶtéza aŶdrogeŶů 3. folikulární ďuňky ovárií - estrogeny 4. corpus luteum, trofoblast, placenta - dělí se dle počtu C: 1. C21 steroidy– deriváty pregnanu – kortikoidy, gestageny 2. C19: steroidy – deriváty androstanu – androgeny – ŵužské sedžuálŶí horŵoŶLJ 3. C18 steroidy: deriváty estranu – estrogeny –žeŶské pohl. horŵoŶLJ Syntéza: - z cholesterolu – příĐhozího z plazŵLJ i příŵo vLJtvořeŶého v ďuňĐe z acetyl-CoA 1. zkráĐeŶí ďočŶího řetězĐe cholesterolu o 6C – LIMITUJÍCÍ krok syntézy (její rychlosti) - katalýza reakce mitochondriálním cytochrom-P-450-postraŶŶí řetězeĐ odštěpujíĐíŵ eŶzLJŵeŵ = DESMOLASA ;Pκρ0Ϳ - ireversiďilŶí, regulačŶí krok sLJŶtézLJ steroidŶíĐh horŵoŶů 2. působením desmolasy – tvorba PREGNENOLONU 3. sLJŶtéza steroidŶíĐh horŵoŶů speĐifiĐkýŵi Đestaŵi z pregnenolonu DESMOLASA – enzymový systém -ireversiďilŶí, regulačŶí krok sLJŶtézLJ steroidŶíĐh horŵoŶů - výsledek čiŶŶosti koŵpledžu desŵolasLJ – je tvorba pregnenolonu – probíhá v mitochodriích Regulace: 1. aktivita je zvLJšováŶa přítoŵŶostí ĐAMP a proteinkinasy - cAMP stimuluje proteinkinasu a zvLJšuje fosforLJlaĐi cholesterylesterasy – zvýší se ŵŶožství volŶého Đholesterolu 2. regulace exprese genu, který ji kóduje III. )ákladLJ ďioĐheŵie orgáŶů a fuŶkĐí 2 - ovlivŶěŶé vazďou ĐAMP Ŷa ĐAMP regulujíĐí eleŵeŶt – tím je zvýšeŶá traŶskripĐe RNA- zvýšeŶá tvorďa eŶzLJŵu 3. ŶegativŶé zpětŶá vazďa - cholesterolem indukovaná allosterická inhibice aktivity HMG-CoA reduktasy, která při Ŷedostatku Đholesterolu zvLJšuje aktivitu HMG- CoA- reduktasy - přežvejkáŶí : kdLJž ŵáŵ ŵooĐ Đholesterolu, tak ŵi tahle skvělá věĐ ďlokuju HMG-CoA reduktázu, která katalLJzuje reakĐi, při Ŷíž doĐhází k přeŵěŶě HMG- CoA na mevalonát (prekurzor cholesterolu) - tudíž se ŵi Ŷeďude tvořit Ŷový - a naopak, mám cholesterolu málo, tak se negativní zpětŶá vazďa ŶeuplatŶí – není blokovaná HMG-CoA- reduktáza – je volná cesta k tvorďě Đholesterolu  - z pregnenolonu – proďíhá sLJŶtéza všeĐh steroidŶíĐh horŵoŶů – odlišŶýŵi Đestaŵi dle jejich typu - syntéza probíhá v mitochondriích a v endoplazmatickém retikulu - ŶutŶá přítoŵŶost specifických hydroxylás – tLJ vLJžadují ŵolekulárŶí O2 a NADPH+H + - hLJdrodžLJlásLJ patři ke skupiŶě PκρϬ – jejiĐh ozŶačeŶí zahrŶuje ŵísto a konfiguraci hydroxylace - dále nutné dehydrogenasy, isomerasy, lyasy STEROIDNÍ HORMONY KŮRY NADLEDVIN: - glukokortikoidy C21 – kortisol, kortikosteron - mineralokortikoidy C21 – aldosteron, deoxikortikosteron - androgeny C19 – testosteron, androstenolon, androstendion - (estrogeny ;oŵezeŶěͿ Cϭ8 – estradiolͿ ŶepatrŶé ŵŶožství - kůra ŶadledviŶ – ϯ tLJpLJ tkáŶě – zona glomerulosa - zona fasciculata - zona reticularis - liší se strukturou a eŶzLJŵovou výďavou - počátek sLJŶtézLJ všude stejŶý – tj. tvorba pregnelonu - koŶeĐ se liší dle eŶzLJŵatiĐké výďavLJ – z každé vrstvLJ jiŶý fiŶálŶí produkt zona glomerulosa: - tvorba ALDOSTERONU – hl.mineralokortikoid - obsahuje enzym – 18-α-hydroxylasu – tj. aldosteronsynthasa - chybí enzym 17- α-hydroxylasa – který přeŵěňuje pregŶeŶoloŶ a progesteron na 17- α-hydroxylovana analoga – limitovaná tvorba glukokortikoidů a aŶdrogeŶů zona reticularis a fascikulata: - nemají aldosteronsynthasu – produkce slabého mineralokortikoidu – kortikosteronu - obsahují 17- α-hydroxylasa – tvorba KORTISOLU – hl. glukokortikoid III. )ákladLJ ďioĐheŵie orgáŶů a fuŶkĐí 3 - obsahují enzym C17,20-lyasu – tvorba nadledvinových aŶdrogeŶů – dehydroepiandrosteronu, androstendionu - při patologiĐkýĐh staveĐh doĐhází ke sŶížeŶé produkĐi hlukokortikoidů a nadprodukci dehydroepiandrosteronu – dochází k ŵaskuliŶizujíĐíŵ zŵěŶáŵ Průďěh sLJŶtézLJ v kůře ŶadledviŶ: - syntéza pregnenolonu – probíhá v mitochondriích - pregnelon – odsunut do cytosolu – na endoplazmatickém retikulu – dojde k eŶzLJŵatiĐké přeŵěŶě Ŷa: - progesteron - 11-deoxykortisol - 11-deoxykortikosteron - androgeny - 11-deoxykortisol, 11-deoxykortikosteron –z5 transportovány do mitochondrií – dokoŶčeŶa koŶverze Ŷa gluko-/mineralo- kortikoidy - v adrenální venózní krvi – přítoŵŶost – progesteronu, testosteronu, estradiolu, atd. – ale oproti jiŶýŵ eŶdrokriŶŶíŵ žlázáŵ – Ŷejsou produkovaŶá ŵŶožství edžtra významná TraŶsport steroidŶíĐh horŵoŶů: - po vLJtvořeŶí jsou uvolŶěŶé do plazŵLJ - transportují se v asociaci s proteiny - jeŶ ŵalé ŵŶožství ŵá volŶý traŶsport - glukokortikoidy: mají vlastní transportní protein transkortin(kortikoidy vázající globulin,CBG) - tvoří se v játrech - patří ŵezi α-globuliny - malé ŵŶožství se traŶsportuje spolu s albuminem - 90% transportováno s proteiny - ϭϬ% traŶsportováŶo volŶě =biologicky aktivní frakce - Ŷěkteré kortikoidy s ŵiŶeralokortikoidŶíŵ účiŶkeŵ – traŶsport prostředŶiĐtvíŵ transkortinu a albuminu - aldosteron: výjimka – nemá specifický vazebný protein – slabá vazba na albumin RegulaĐe sLJŶtézLJ steroidŶíĐh horŵoŶů v kůře ŶadledviŶ: 1. Adrenokortikotropní hormon hypofýzy: (ACTH) - reguluje produkĐi horŵoŶů v zona fascikulata a reticularis – produkci glukokortikoidů ;kortisolͿ - sekrece ACTH závisí na kortikotropiŶ uvolňujíĐíŵ horŵoŶu hLJpotalaŵu ;CRHͿ - ACTH i CRH – jsou regulované ŶegativŶí zpětŶou vazďou – (ŵáŵ hodŶě kortisolu, Ŷeďudou se ŵi horŵoŶkLJ produkovat, aďLJĐh ho Ŷeŵela ještě víĐ ) III. )ákladLJ ďioĐheŵie orgáŶů a fuŶkĐí 4 - půsoďeŶí ACTH - ACTH se váže Ŷa membránové receptory v ĐílovýĐh ďuňkáĐh - aktivuje adenylátlcyklasu – ta tvoří cAMP – to způsoďuje ↑ aktivitu desmolásy – vede to k tvorďě pregnenolonu v zoŶě retiĐularis a fasĐiĐulata- tvorba kortisolu a ostatŶíĐh glukokortikoidů 2. RAAS a K + : - reguluje tvorbu ŵiŶeralokortikoidů v zona glomerulosa - Angiotensin II (vznikající v plicích) – stiŵuluje uvolňováŶí aldosteronu v kůře nadledvin – který potencuje reabsorbci Na + a vLJlučováŶí K + v distálním kanálku nefronu - prokazatelŶá účást ACTH – pro tvorbu pregnenolonu a Na + - nervová regulace MetaďoliĐké účiŶkLJ gluko-/ŵiŶeralokortikoidů: 1. Glukokortikoidy: (kortisol, kortikosteron) - od ŵiŶeralokortikoidů a pohlavŶíĐh horŵoŶů se liší: - specifickými receptory - Đílovýŵi ďuňkaŵi - účiŶkeŵ - regulují řadu výzŶaŵŶýĐh metabolických, imunitních a homeostatických poĐhodů - vliv na metabolismus glukosy: - proteokataďoliĐký účiŶek 1. stimulace glukoneogenesy v hepatocytech (syntéza z AMK,laktátu, pyruvátu,glycerolu) + stiŵulaĐe edžprese eŶzLJŵů glukoneogeneze 2. mobilizace AMK v extrahepatální tkáni – substrát pro glukoneogenezu 3. inhibice vychytání glukózy ve svalech a tukové tkáni III. )ákladLJ ďioĐheŵie orgáŶů a fuŶkĐí 5 4. stimulace lipolýzy – zajištěŶí MK – energetický substrát pro tkáŶě + gLJlĐerol – substrát pro glukoneogenezy - projeví se hl. při hladověŶí - vážou se Ŷa cytosolový receptor – po ŶavázáŶí přesuŶ do jádra - v jádře – vazba na GRE (glukocorticoid response elements) – v promotorové oblasti DNA cílového genu – výsledkem je syntéza specifického proteinu - mechanismus transreprese: 1. hormon-receptorový komplex – interaguje se specifickým traŶskripčŶíŵ faktoreŵ – iŶhiďuje traŶskripĐi řadLJ geŶů – zodpovědŶýĐh za tvorďu iŶterleukiŶu ;IL-2) - Ŷerozlišují ŵezi traŶsaktivaĐí a traŶsrepresí – ŵůžou aktivovat/iŶhiďovat, hodné i zlé  - ovlivňují ŵetaďoliĐké poĐhodLJ a kardiovaskulární fce - snaha nalézt specifické glukokortikoidy pouze pro imunitní systém ̈ 2.Mineralokortikoidy: aldosteron: - aldosteron – ovlivňuje čiŶŶost ledviŶ 1. aktiví resorpce Na+ - asociovaná pasivní z5 resorpce H2O 2. aktivní sekrece K+ 3. aktivní sekrece H+ pomocí protonových ATPas - váže se Ŷa cytosolový receptor – po ŶavázáŶí přesuŶ do jádra - v jádře – vazba na GRE (glukocorticoid response elements) – v promotorové oblasti DNA cílového genu – výsledkem je syntéza specifického proteinu - kortisol má afinitu k mineralokortikoidnímu receptoru, ale jen v případě, kdLJž je ho vLJšší koŶĐeŶtraĐe Ŷež aldosteroŶu - v cílových tkáních aldosteronu – je eŶzLJŵ ďráŶíĐí účiŶku glukokortikoidů - 11-β- hydroxysteroiddehydrogenasa typu II. – katalyzuje deaktivaci glukokortikoidů – tvorba 11- dehydroderivátů STEROIDNÍ HORMONY GONÁD: TESTES: - produkce aŶdrogeŶů – testosteroŶu... - tvorba v intersticiální tkáni testes v Leydigových ďuňkáĐh - prekurzor – cholesterol - limitující krok v tvorďě pregŶeŶoloŶu – je odštěpeŶí postraŶŶího řetězĐe - stimulace tvorby pregnenolonu LuteiŶizačŶíŵ horŵoŶeŵ hLJpofýzLJ ;LHͿ - LH – váže se Ŷa speĐifiĐký ŵeŵďráŶový reĐeptor LeLJdigovýĐh ďuŶěk - probíhá aktivace adenylcyklasy, cAMP a proteinkinas - aktivuje adenylátcyklasu - adenylátcyklasa - ↑ koŶĐeŶtraĐi cAMP - cAMP – aktivuje proteinkinasy – tím je aktivována desmolasa - dojde k odštěpeŶí postraŶŶího řetezĐe Đholesterolu – vznik pregnenolonu – ŶásledŶě vzŶik progesteronu - vznik testosteronu: - 2 cesty vzniku - 1.) progesteroŶová ;∆ 4 -cesta): - převažuje ve varlateĐh III. )ákladLJ ďioĐheŵie orgáŶů a fuŶkĐí 6 - 2.)dehydroepiandrosteroŶová ;∆ 5 – cesta) - koŶverĐe pregŶeŶoloŶu Ŷa testosteroŶ přes dehLJdroepiaŶdrosteroŶ - enzymy katalyzující tvorbu testosteronu z pregnelonu – jsou na mikrosomech - 3-β-hydroxysteroiddehydrogenasa - ∆4,5 -isomerasa - 17-α- hydroxylasa P450c17 - C17-20 – lyasy - 17-β-hydroxysteroiddehydrogenasa - vLJtvořeŶý testosteroŶ – uvolŶěŶ do plazŵLJ – přeŶeseŶ do Sertoliho ďuŶěk - Sertoliho ďuňkLJ: - dochází v nich k přeŵěŶě testosteroŶu Ŷa dihydrosteron – redukcí dvojné vazby ∆ 4 - dochází zde i k tvorďě určitého ŵŶožství testosteroŶu - tvorba testosteronu j eregulována Folikuly stimulujícím hormonem hypofýzy (FSH) - FSH – regulace cestou aktivace cAMP a proteinkinas - zárověň stiŵuluje v Sertoliho b. tvorbu glykoproteinu vázjícího androgeny (ABP) – zajišťuje traŶsport testosteroŶu a DHT z LeLJdigovýĐh ďuňěk do ŵísta sperŵatogeŶeze - testosteron i dihydrosteron – asociace se specifickým plazmatickým globulinem (gonadal-steroid-binding-protein-GBG) – transport do tkání krví - ve tkáŶíĐh je testostreoŶ přeŵěňováŶ a dihLJdroteststeroŶ dihydrotestosteron (DHT)– je ϭϬdž účiŶější Ŷež testosteroŶ - přeŵěŶa katLJlzováŶa 5 – α-reduktasou – závislou na NADPH+H - ŶěkdLJ se uvádí že testosteroŶ je prohorŵoŶ ;prekurzorͿ dihLJdrosteroŶu - v testes tvorďa DHT ϭϬϬ μg/deŶ, zďLJtek vLJtvořeŶ v periferních tkáních Metabolické účiŶkLJ aŶdrogeŶů: - zvýšeŶí proteosyntézy rychlou replikaci DNA a urychlením tvorby RNA - proteoanabolický efekt – Ŷárůst svalové hŵotLJ a kostí ;doppiŶg sportovĐůͿ - vliv na: - podílí se na maskulinizaci embrya - vývoj v puďertě - spermatogenezi - iŶhiďují sĐhopŶost ŶěkterýĐh tukovýĐh ďuŶěk skladovat tuk - blokádou sigŶálŶě traŶsakčŶí ĐestLJ – podporuje fĐi adipoĐLJtů - tím vzniká typiĐkLJ ŵužské rozložeŶí tukovýĐh zásoď ;pivŶí pupíkͿ - mohou ovlivnit chování – Ŷěkteré ŶeuroŶLJ Đitlivé Ŷa volŶé steroidŶí horŵoŶLJ - na jejich koncentraci závisí regulace agresivity a libida III. )ákladLJ ďioĐheŵie orgáŶů a fuŶkĐí 7 OVÁRIA: - produkce estrogeŶů: (hl. je estradiol) - estrogeŶLJ jsou tvořeŶLJ ve folikulárních ďuňkáĐh ovárii, v Đorpus luteuŵ... - hl. estrogen ovárií – 17-β-estradiol - v jiných tkáních tvorba estronu - estriol – tvorba v těhoteŶství v plaĐeŶtě - stimulace tvorby pregnenolonu LuteiŶizačŶíŵ horŵoŶeŵ hLJpofýzLJ ;LHͿ - LH – váže se Ŷa speĐifiĐký ŵeŵďráŶový reĐeptor thekalních ďuŶěk ;stejŶě tak v corpus luteum) - probíhá aktivace adenylcyklasy, cAMP a proteinkinas - aktivuje adenylátcyklasu - adenylátcyklasa - ↑ koŶĐeŶtraĐi cAMP - cAMP – aktivuje proteinkinasy – tím je aktivována desmolasa - dojde k odštěpeŶí postraŶŶího řetezĐe Đholesterolu – vznik pregnenolonu – ŶásledŶě vzŶik progesteronu - limitující krok tvorby pregnenolonu je odštěpeŶí postraŶŶíĐh řetězĐů - prekurzoreŵ estrogeŶů – jsou: teststeron a androstendion - estrogeny vznikají aromatizací A steranového jádra - aromatizace je katalyzovaná enzymem aromatasou - aromatasa – komplexní enzym - přítoŵŶý v ováriích, hepatocytech, adipoĐLJteĐh... - lokalizovaný v endoplazmatickém retikulu - obsahuje P45-oxidasu – sŵíšeŶá fuŶkĐe – zahrnuje dehydrogenace a hydroxylace - aromatizace estosteronu – vzniká estradiol - aromatizací androstendionu - vzniká estron - transport estrogeŶů – krví – v asociaci se specifickým transportním globulinem (GBG) - rychlost sekrece – závislá Ŷa ŵeŶstruačŶíŵ ĐLJklu + je příŵo úŵěrŶá jejiĐh sLJŶtéze - (pozn: terapie Ŷádorů prostatLJ a prsu – iŶhiďiĐe aroŵatasLJ ;ďuď její sLJŶtézLJ, Ŷeďo už hotového enzymu) , ev. blokace estrogenního receptoru antagonisty) MetaďoliĐké účiŶkLJ progesteroŶu a estrogeŶů: - podoďŶé účiŶkůŵ aŶdrogeŶů - vliv na: - proteoanabolický efekt - rozvoj žeŶskýĐh pohlavŶíĐh zŶaků - ovlivŶěŶí ŵetaďolisŵu lipidů a Đholesterolu - čiŶŶost osteoďlastů ;řídŶutí kostíͿ - progesteron – koŶečŶý horŵoŶ v corpus luteum ovárií a v plaĐeŶtě - ŵezistupeň v sLJŶtéze ostatŶíĐh horŵoŶů - ovlivňuje Ϯ/Ϯ ŵeŶstruačŶího ĐLJklu – sŶížeŶíŵ počtu reĐeptorů pro estrogeny - zpětŶovazeďŶýŵ ŵeĐhaŶisŵeŵ iŶhiďuje sekreĐi goŶádotropiŶů - po oplodŶěŶí persistuje Đorpus luteuŵ - s ním i produkce progesteronu III. )ákladLJ ďioĐheŵie orgáŶů a fuŶkĐí 8 - ve 2/3 gravidity – je progesteron syntetizován placentou - podílí se Ŷa rozvoji ŵléčŶé žlázLJ k laktaci - progestiny – (gestageny) – syntetické steroidy s antiestrogenním a antigonádotropníŵ účiŶkeŵ - užití jako kontraceptiva - inaktivovaný progesteron se po konjugaci s kLJs. glukuroŶovou vLJlučuje ŵočí PřeŵěŶa a edžkreĐe steroidŶíĐh horŵoŶů: - organismus neumí enzymaticky oxidovat steranové jádro - eliŵiŶaĐe steroidŶíĐh horŵoŶů – přeŵěŶa Ŷa inaktivní, hydrofilní substráty – ty je sŶadŶé vLJloučit - probíhá v hepatocytech – redukce dvojných vazeb, redukce oxo- skupin - dochází ke konjugaci s kys. glukuronovou, nebo H2SO4 - vzik glukosiduroŶátů a sulfátů - hLJdrofilŶí koŶjugátLJ se už Ŷevážou Ŷa speĐifiĐké transportní bílkoviny – lze je vLJloučit ŵočí, Ŷeďo žlučí do feĐes III. )ákladLJ ďioĐheŵie orgáŶů a fuŶkĐí 1 24. Peptidové hormony a jejich funkce v endokrinních regulačních dějích  Syntéza - Peptidové hormony vznikají translací - Nejdříve vzŶikají prohorŵoŶLJ Ŷa hruďéŵ ER, které jsou posttraŶslačŶě modifikovány - Dochází k odštěpeŶí sigŶálŶíĐh sekveŶĐí, které rozhodují o ĐíleŶí prohorŵoŶů do ďuŶěčŶýĐh orgaŶel →poté doĐhází ke kovaleŶtŶí ŵodifikaĐi polLJpeptidového řetězĐe - Peptidové hormony jsou z ďuŶěk vLJlučováŶLJ edžoĐLJtózou, která je stiŵulovaŶá Ŷa základě ŶadřazeŶé signalizace Ŷeďo při překročeŶí detekčŶího liŵitu seŶzoriĐkého systému, které jsou v ďuňkáĐh sLJŶtetizujíĐí příslušŶý horŵoŶ - Endokrinní hormony, které půsoďí Ŷa Đílové ďuňkLJ Ŷa velké vzdáleŶosti, jsou distribuovány krví - Parakrinní hormony jsou uvolňováŶLJ do edžtraĐelulárŶí tekutiŶLJ, kde se šíří difúzí – pro je jiĐh traŶsport jsou ŶutŶé speĐifiĐké reĐeptorLJ Ŷa ŵeŵďráŶě ĐílovýĐh ďuŶěk  ReĐeptorLJ peptidovýĐh horŵoŶů - Mají Đharakter iŶtegrálŶíĐh traŶsŵeŵďráŶovýĐh proteiŶů - PřeŶos speĐifiĐkého sigŶálu je z edžtraĐelulárŶího prostředí do Ŷitra ďuŶkLJ přes barieru cytoplazmatické membrány Receptorovou molekulu ŵůžeŵe rozdělit Ŷa ϯ části: 1. Extracelulární doména receptoru (nachází se v edžtraĐelulárŶíŵ prostředíͿ - Obsahuje vazebné místo pro specifický ligand - ExtraĐelulárŶí doŵéŶa je často kovaleŶtŶě ŵodifikovaŶá přítoŵŶostí saĐharidovýĐh a polLJsaĐharidovýĐh zďLJtků 2. Transmembránová doména - Díky této doŵéŶě proĐhází ŵolekulLJ skrz ĐLJtoplazŵatiĐkou ŵeŵďráŶu - Obsahují hydrofobní aminokyselinové zbytky - SložeŶí transmembránové domény většiŶLJ reĐeptorů pro peptidové horŵoŶLJ Đharakterizuje přítoŵŶost α-helidžů = 7 TM receptorLJ -tLJto helidžLJ jsou radiálŶě uspořádaŶé koleŵ osLJ kolŵé Ŷa ĐLJtoplazŵatiĐkou membránu 3. Intracytoplazmatická doména - Navázání ligandu na receptor způsoďí v ŵolekule reĐeptoru koŶforŵačŶí zŵěŶLJ - Tyto zŵěŶLJ dovolí další iŶterakĐi s dalšíŵi proteiŶLJ, které jsou lokalizovaŶé v perimembránovém cytoplazmickém prostoru - Mezi hlavŶí ŵolekulLJ, které iŶiĐiují přeŶos sigŶálů z aktivovaŶýĐh reĐeptorů jsou G-proteiny III. )ákladLJ ďioĐheŵie orgáŶů a fuŶkĐí 2 G – proteiny - Jsou to iŶtraĐelulárŶí přeŶašeče sigŶálu z reĐeptorů asoĐiovaŶýĐh s G-proteiny (7TM receptory) - Mezi tLJto reĐeptorLJ patří reĐeptorLJ pro peptidové horŵoŶLJ ;ACTH ,adreŶaliŶ...Ϳ, ale i reĐeptorLJ pro další sigŶálŶí ŵolekulLJ ;aĐetLJlĐholiŶ, glutaŵát...Ϳ - G-proteiŶLJ jsou ŵolekulárŶí přepíŶače, které jsou lokalizovaŶé Ŷa vŶitřŶí straŶě cytoplazmatické membrány - Jsou zde udržeŶLJ poŵoĐí lipidovýĐh kotev = kovaleŶtŶě vázaŶýĐh ŵastŶýĐh kLJseliŶ Ŷeďo izopreŶoidů Ŷa C- koŶĐi polLJpeptidového řetězĐe G-proteiŶLJ se skládají ze ϯ růzŶýĐh podjedŶotek: = heterotrimerní proteinLJ α,β, γ - α-podjednotka je schopna vázat guanosinfosfát - tato podjedŶotka je aktivŶí pouze tehdLJ, kdLJž je Ŷa Ŷí ŶavázáŶo GTP - aktivace G-proteiŶu zŶaŵeŶá sŵěŶu GDP za GTP – tuto zŵěŶu katalLJzuje ligandem aktivovaná molekula receptoru - ukoŶčeŶí sigŶálŶí aktivaĐe G-proteiŶu je způsoďeŶo vŶitřŶí GTPasovou aktivitou alfa podjednotek G-proteinu - úkolem G-proteiŶů je ovlivňovat produkĐi ŵolekul druhýĐh poslů:  cyklického AMP (cAMP)  diacylglycerolu (DAG)  inositol 1,4,5-trifosfatu (I3P) - G- proteiŶLJ tvoří Ŷěkolik rodiŶ, které se liší tLJpeŵ α-podjednotek - G-proteiŶLJ ŵohou po své aktivaĐi stiŵulovat ;GαsͿ Ŷeďo Ŷaopak iŶhiďovat ;GαiͿ adenylátcyklasové molekuly, které produkují cAMP - Také aktivují fosfolypasu C (PLC), která produkuje DAG a I3P  Úloha druhýĐh poslů - TeŶto sLJstéŵ druhýĐh poslů uŵožŶuje rLJĐhlý přeŶos sigŶálu, který je řízeŶý sLJŶtézou ŵalýĐh ŵolekul ;Ŷapř. ĐAMP, diaĐLJlglLJĐerolu, NOͿ - TeŶto sLJstéŵ ŵůže ďýt také řízeŶý uvolŶěŶíŵ ioŶtů z intracelulárních zásoď Ŷapř. kalcium - Molekuly druhých poslu jsou syntetizovánLJ po stiŵulaĐi reĐeptorů v ĐLJtoplazŵatiĐké ŵeŵďráŶě poŵoĐí speĐifiĐkýĐh eŶzLJŵů ;PO)OR Ca 2+ je výjimka) - TLJto ŵolekulLJ druhýĐh poslů aktivují skupiŶu seriŶ/threoŶiŶovýĐh proteiŶkiŶas →tLJto proteinkinasy fosforylují intracelulární enzymy a proteiny →to ovlivŶuje jejiĐh aktivitu - Důležitýŵ faktoreŵ je i rLJĐhlost iŶaktivaĐe druhýĐh poslů poŵoĐí degradačŶíĐh eŶzLJŵů III. )ákladLJ ďioĐheŵie orgáŶů a fuŶkĐí 3 - PrvŶí oďjeveŶou ŵolekulou druhýĐh poslů je 3 ́,5 ́- adenosinmonofosfát (cAMP), který vzniká aktivitou adenylátcyklasy - BLJlo oďjeveŶo 9 růzŶýĐh ŵolekul adeŶLJlátĐLJklas, které se liší tkáňovou speĐifičŶostí a také aktivitou v přeŶosu sigŶálu růzŶýĐh reĐeptorů →ŵolekulLJ ĐAMP aktivují proteiŶkiŶasu A ;PKA) →dochází k aktivaci iŶtraĐelulárŶíĐh proteiŶů, které jsou poŵoĐí PKA fosforylovány →fosforLJlaĐe eŶzLJŵů ovlivŶuje jejiĐh aktivitu Ŷeďo iŶaktivitu v závislosti na konkrétním proteinu - PKA regulovaŶé proteiŶLJ se podílejí Ŷa řízeŶí ŵetaďolisŵu saĐharidů, lipidů, traŶsportu ioŶtů v ledvinách nebo steroidogenezi -Ŷapř: ACTH aktivuje ďuňkLJ v zoŶa fasĐiĐulata→aktivaĐe ĐholesterLJlesterasLJ→ta zajištuje dostatečŶé ŵŶožství Đholesterolu pro sLJŶtézu kortisolu - )výšeŶá koŶĐeŶtraĐe ĐAMP způsoďí aktivaĐi traŶskripčŶího faktoru CREB, který reguluje genovou expresi. -poločas ĐAMP v ďuňĐe je velŵi krátký a jeho rozklad Ŷa AMP je katalLJzováŶ fosfodieterasami (PDE) - PodoďŶýŵ ŵeĐhaŶizŵeŵ jako ĐAMp vzŶiká i ĐLJkliĐký GMP→ĐGMP - GuaŶLJlátĐLJklasová aktivita je Ŷapříklad aktivovaŶá atriovym natriuretickým peptidem (ANP), který se hromadí v kardiomyocytech -sekrece ANP a jeho maturace z prohorŵoŶu je stiŵulovaŶá zvýšeŶíŵ krevŶího tlaku, hypernatremií nebo aktivací sympatiku -ANP obsazuje v ĐílovýĐh ďuňkáĐh speĐifiĐký reĐeptor ;ANPRͿ →stiŵulaĐe ANPR vede přímo k synteze cGMP i bez zapojení G-proteinu -ANP se podílí na:  SŶížeŶí vaskulárŶího toŶu  SŶižuje reaďsorpĐi Na + v glomerulech  )vLJšuje lipolýzu v tukové tkáni - SŶížeŶí reaďsorpĐe Na+ je zprostředkováŶo ĐGMP-dependentní fosforylací sodného kanálku v distální části ŶefroŶu - Důležitou skupiŶou druhýĐh poslů jsou derivátLJ oďsahujíĐí ĐLJkliĐký alkohol inositol, který je esterifikovaný kyselinou fasfatidovou →tLJto derivátLJ vzŶikají z fosfatidylinositolu, který se vyskytuje v ďuŶěčŶé ŵeŵďráŶě -fosfatidylinositolová dráha je důležitá pro sigŶalizaĐi iŶzuliŶového reĐeptoru, ale aktivují ji i receptory pro TRH a GnRH v hypofýze nebo receptory pro angiotensin II. V zona glomerulosa nadledvin III. )ákladLJ ďioĐheŵie orgáŶů a fuŶkĐí 4 -z fosfatidylinositol-4,5-bifosfátu mohou být syntetizovány signální produkty, které ovlivňují dvě odlišŶé seriŶ/threoŶiŶové proteiŶkiŶázLJ 1) Fosforylací fosfatidylinositol-4,5-bifosfátu vzniká fosfatidyllinositol- 3,4,5-trifosfát ( pomocí fosfatidylinositol-3- kinasou) -tato sigŶálŶí ŵolekula zůstává ve vŶitřŶíŵ listu ĐLJtoplazŵatiĐké membrány -aktivuje fosfatidylinositol-dependentní kinasu 1, která fosforyluje proteinkinasu B 2) HLJdrolLJtiĐkýŵ štěpeŶíŵ fosfatidLJliŶositol-4,5-bifosfátu vzniká ŵeŵďráŶově vázaŶá ŵolekula ϭ,Ϯ-diacylglycerolu a volná molekula inositol-1,4,5-trifosfátu (pomocí fosfolipázy C) - inositol-1,4,5-trifosfát difunduje do okolí a aktivuje iontové kanálky pro Ca 2+, které se nacházejí v endoplazmatickém retikulu →ϭ,Ϯ-diacylglycerol a ionty Ca 2+ společŶě aktivují proteiŶkiŶasu C  Proteinkinasa B (PKB) -je to protein, který je složeŶý z regulačŶí a katalLJtiĐké podjedŶotkLJ FCE: fosforLJluje proteiŶLJ, které regulují proliferaĐi, ďuŶěčŶý ĐLJklus a apoptózu  Proteinkinasa C (PKC) -vyskytuje se v podoďě početŶýĐh izoeŶzLJŵů, složeŶýĐh z regulačŶí a katalLJtiĐké podjednotky -za ŶeaktivŶího stavu regulačŶí podjedŶotka PKC autoiŶhiďičŶě ďlokuje katalLJtiĐkou část proteiŶu -regulačŶí podjedŶotka slouží pro ŶavázáŶí ϭ,Ϯ-diaĐLJlglLJĐerolu a ioŶtů Ca 2+ →doĐhází k aktivaci katalytické podjednotky FCE: fosforyluje proteiny, které jsou asociované s cytoskeletárním aparátem →ovlivňuje koŶtrakĐi, sekreĐi a ŵigraĐi v ďuňkáĐh - Kalciové kationty jsou v iŶtraĐelulárŶí koŵuŶikaĐi považováŶLJ za ŵolekulu druhýĐh poslů - V bunce jsou uskladneny v endoplazmatickém retikulu a mitochondriích-ve svalovýĐh ďuňkáĐh jsou v sarkoplazmatickém retikulu - Cytosolová koncentrace Ca 2+ je v nestimulované bunce ve srovnání s edžtraĐelulárŶíŵ prostředí velŵi Ŷízká FCE: aktivaĐe iŶtraĐelulárŶíĐh proteiŶů -kalciová signalizace se podílí na svalové koŶtrakĐi, přeŶosu vzruchu nebo NO signalizaci III. Základy biochemie orgánu a funkcí 1 25. Lokální mediátory, cytokiny Lokální chemické mediátory  látkLJ, které půsoďí ǀ ďezprostředŶí ďlízkosti sǀého ǀzŶiku  účastŶí se jak autokrinní, tak parakrinní signalizace  po sǀéŵ ǀzŶiku jsou rLJĐhle ďuňkaŵi ǀstřeďáǀáŶLJ Ŷeďo destruoǀáŶLJ edžtraĐelulárŶíŵi enzymy  ǀětšiŶa růstoǀýĐh faktorů, deriǀátLJ kLJseliŶLJ araĐhidoŶoǀé ;eikosaŶoidLJͿ, NO, CO, histamin... Růstové faktorLJ  polypeptidy nebo malé proteiny syntezované v ďuňkáĐh řadLJ tkáŶí  epiderŵálŶí růstoǀý faktor ;EGFͿ, iŶzuliŶu podoďŶé růstoǀé faktorLJ ;IGFsͿ, nervový růstoǀý faktor  parakriŶŶí půsoďeŶí ;půsoďí Ŷa okrsek tkáŶí, kde ǀzŶikajíͿ  Funkce – „jsou podŵíŶkou pro přežíǀáŶí ďuŶěk ǀe tkáŶíĐh“ o pozitiǀŶí sigŶálLJ pro růst ďuŶěk o jejiĐh sigŶalizaĐe ŶutŶá pro zahájeŶí ďuŶěčŶého ĐLJklu (mitogeny) o oǀliǀŶěŶí ďuŶěčŶého metabolismu (trofické nebo metabotrofní faktory) o oǀliǀŶěŶí ďuŶěčŶé difereŶĐiaĐe ;difereŶĐiačŶí faktorLJͿ  růstoǀé faktorLJ se ǀážou Ŷa ligaŶd ǀázajíĐí edžtraĐelulárŶí doŵéŶu reĐeptorů pro růstové faktory  reĐeptorLJ pro růstové faktorLJ - transmembránové molekuly o edžtraĐelulárŶí část - Ŷa ǀŶější straŶě ĐLJtoplazŵatiĐké ŵeŵďráŶLJ – obsahuje ligand vázající extr. doménu o transmembránová doména – hodŶě ŶepolárŶíĐh AMK o intracelulární (tyrosinkinasová) doména  po aktiǀaĐi růstoǀýŵ faktoreŵ doĐhází ǀ molekule receptorů ke koŶforŵačŶí zŵěŶě aktivující tyrosinkinasovou doménu  s číŵ aktivovaŶý reĐeptor iŶteraguje? o ĐLJtoplazŵatiĐké proteiŶLJ sigŶálŶě-traŶsdukčŶíĐh Đest ;MAP-kinasy, cAMP...Ϳ o produktLJ protooŶkogeŶů z rodiny Ras – jsou to GTP-vázající bílkoviny, asociace s receptorLJ pro růstoǀé faktorLJ ǀede ke sŵěŶě GDP za GTP ǀ molekule Ras Eikosanoidy  deriváty kys. arachidonové  oďeĐŶou fuŶkĐí eikosaŶoidů je zajištěŶí ďuŶěčŶé sigŶalizaĐe ;účiŶkují Ŷa reĐeptorLJ napojené na G-proteiny) III. Základy biochemie orgánu a funkcí 2  oǀliǀňují: o kontrakci a relaxaci hladké svaloviny o srážeŶí krǀe o bolest o záŶět  prostaglandiny - oǀliǀŶěŶí koŶtrakĐe hladké sǀaloǀiŶLJ ;Đéǀ, střeǀ, žaludku, ďroŶĐhů...Ϳ  prostacykliny - produkoǀáŶLJ ĐéǀŶí stěŶou, iŶhiďitorLJ agregaĐe destiček  thromboxany - sLJŶtetizoǀáŶLJ ǀ kreǀŶíĐh destičkáĐh, vasokonstrikce a agregace destiček  leukotrieny - pomalu reagující substance anafylaxe – sŵěs leukotrieŶů C4,D4,E4 – konstriktor bronchiální svaloviny, zǀLJšují perŵeaďilitu ĐéǀŶí stěŶLJ, aktiǀují leukoĐLJtLJ NO, CO  ŵeziďuŶěčŶé sigŶálLJ  snadno prostupují plazmatickou membránou - účiŶkují prostředŶiĐtǀíŵ stimulace guanylátcyklázy - uǀŶitř ďuňkLJ regulují příŵo aktiǀitu speĐifiĐkýĐh iŶtraĐelulárŶíĐh proteiŶů Histamin  vzniká dekarboxylací histidinu histidindekarboxylasou  ve vysokých koncentracích v žírŶýĐh ďuňkáĐh, v azurofilních granulách  uǀolňuje se do okolí při alergiĐkýĐh reakĐíĐh  půsoďí prostředŶiĐtǀíŵ H 1 a H 2 reĐeptorů o H 1 – ǀLJǀoláǀají koŶtrakĐi hladkýĐh sǀalů ǀ ďroŶšíĐh a ǀazodilataĐi ŵeŶšíĐh Đéǀ o H 2 – ǀ žaludečŶí slizŶiĐi stiŵulují tǀorďLJ kLJs. Đhloroǀodíkoǀé Cytokiny  ŵolekulLJ, které přeŶášejí důležitou iŶforŵaĐi ŵezi ďuňkaŵi a ŵají ǀliǀ Ŷa regulaĐi růstu, děleŶí ďuňkLJ, diferenciaci, záŶět a obranyschopnost  také základními regulátory imunitního systému a pro Ŷěkteré účelLJ je ŶutŶé koordiŶoǀaŶé půsoďeŶí Ŷěkolika růzŶýĐh ĐLJtokiŶů - tyto synergistické a antagonistické interakce mezi cytokiny nazýváme ĐLJtokiŶová síť  ŶaĐházejí se ďuď rozpuštěŶé v tekutiŶě ;plazŵa, tkáňoǀá tekutiŶaͿ Ŷeďo vázané na membránu (tzv. membránové formy)  předeǀšíŵ parakrinní dosah účiŶku  )ákladŶí ĐharakteristikLJ ĐLJtokiŶů o pleiotropŶí účiŶek ;jedeŶ ĐLJtokiŶ ŵá ǀíĐe efektůͿ o půsoďí reduŶdaŶtŶě ;ǀíĐe ĐLJtokiŶů ŵá stejŶý účiŶekͿ III. Základy biochemie orgánu a funkcí 3 o ŶěkdLJ půsoďí i antagonisticky (jeden cytokin inhibuje jiné) o specificita: účiŶek je tLJpiĐký pouze pro daŶý ĐLJtokiŶ o půsoďeŶí v kaskádě: jeden cytokin indukuje tvorbu jiného  cytokinové receptory o bez tyrosinkinásové aktivity o ǀazďa ĐLJtokiŶu Ŷa reĐeptor → koŶforŵačŶí zŵěŶa, dimerizace o ŶásledŶě s receptorem kolokalizuje molekula nereceptorové tyrosinkinasy JAK o JAK kinasy fosforylují cytokinový receptor – to uŵožŶí ŶavázáŶí proteiŶů z rodiny STAT (Signal Transducers and Activators of Transcription) o JAK kiŶasLJ STAT fosforLJlují → koŶforrŵačŶí zŵěŶLJ ǀe STAT, které uŵožŶí jejiĐh disociaci z komplexu a dimerizaci o STAT v podoďě hoŵo- a heterodiŵerů jsou traŶslokoǀáŶLJ do ďuŶěčŶého jádra, kde ovlivní genovou expresi  CLJtokiŶLJ tedLJ ŵůžeŵe rozdělit do Ŷěkolika skupiŶ: o iŶterleukiŶLJ ;regulují přeǀážŶě leukoĐLJtLJͿ, o cheŵokiŶLJ ;Ŷapř. IL-8, mají chemotaktickou aktivitu) o IŶterferoŶLJ ;složka protiǀiroǀé iŵuŶitLJͿ o traŶsforŵujíĐí růstoǀé faktorLJ ;traŶsforŵiŶg groǁth faĐtors, TGFͿ - TGF-α stiŵuluje ŵitózu, TGF-β inhibuje mitózu (strukturní rozdílné molekuly), o faktory stimulující kolonie (colony stimulating factors, CSF) - stiŵulují difereŶĐiaĐi ďuŶěk ǀ kostŶí dřeŶi o faktory nekrotizující nádory (tomour necrosis factors, TNF) - ǀětšiŶou iŶdukují apoptózu III. )ákladLJ ďioĐheŵie orgáŶů a fuŶkĐí 1 26. HorŵoŶy štítŶé žlázy a jejich fuŶkce v regulačŶích dějích HorŵoŶy štítŶé žlázy  3, 5, 3 ́-trijodtyronin (T3)  3, 5, 3 ́, 5 ́ - tetrajodtyronin (T4-tyroxin) Jsou to jodovaŶé AMK, regulují geŶovou edžpresi podoďŶě jako steroidŶí horŵoŶLJ Prekurzor horŵoŶů - Tyreoglobulin Tyreoglobulin je prekurzorem T4 a T3. Je to velký jódovaný glykosylovaný protein. Skladá se z 2 podjedŶotek. Oďsahuje až ϭϭρ tyroziŶovýĐh zďLJtků, ze kterýĐh každý ŵůže ďýt iodovaný. ϳϬ % jodidu je ve forŵě iŶaktivŶíĐh prekurzorů - monojódtyrozin (MIT), dijódtyrozin (DIT) 30 % ve forŵě jodtLJroŶLJlovýĐh zďLJtků – Tκ a Tϯ. Při dostatku jódu je převaha Tκ vůči T3. Vznik T3 a T4 Tyreoglobulin se syntetizuje v ďazálŶíĐh částeĐh tLJreoidálŶíĐh ďuŶěk a pohLJďuje se do luŵeŶ folikulů štítŶé žlázLJ, kde je skladováŶ jako EC(extracelulární) koloid. Potom znova vstupuje do ďuŶěk a přitoŵ Ŷastává jeho hLJdrolýza ;kLJselýŵi peptidázami a proteázami) na aktivní hormony T4 a T3. Ty se uvolní z ďazálŶíĐh částí ďuŶěk ;asi poŵoĐí facilitované difuze). Iodid z iŶaktivŶíĐh prekurzorů – monojódtyrozínu (MIT), dijódtyrozínu (DIT) je uvolňováŶ dejodázou ;NADPH–dependentý enzým). Transport krví VětšiŶa Tϯ a Tκ je v krvi vázaŶá Ŷa tLJrodžiŶ vážíĐí gloďuliŶ ;TBGͿ a Ŷa tLJrodžiŶ vážíĐí prealďuŵiŶ ;TBPAͿ. Tato vazďa Ŷa traŶsportŶí ďílkoviŶLJ je ŶekovaleŶtŶí. TBG se tvoří v játrech a jeho sLJŶtéza je stiŵulováŶa estrogeŶLJ, tzŶ.zvLJšuje se. S vazďou Tκ a T3 na TBG kompetují feŶLJtoiŶ a saliĐLJlátLJ. Tϯ se váže Ŷa reĐeptorLJ ĐílovýĐh ďuŶěk s ϭϬ dž větší afiŶitou Ŷež Tκ, proto se považuje za hlavŶí ŵetaďoliĐkLJ aktivŶí horŵoŶ. Na periférii se Ŷa Tϯ a Ŷeďo Ŷ III. )ákladLJ ďioĐheŵie orgáŶů a fuŶkĐí 2 reverzŶí rTϯ koŶvertuje asi ΘϬ% Tκ. Další ĐestLJ ŵetaďolisŵu horŵoŶů spočívají v úplné dejodizaci a inaktivací deaminací a dekarboxylací. Funkce v regulačŶích dějích - regulují genovou expresi - tkáňovou difereŶĐiaĐi - celkový vývoj MechaŶizŵus účiŶku HorŵoŶLJ se váží Ŷa vLJsokoaktivŶí speĐifiĐké reĐeptorLJ v jádře ĐílovýĐh ďuŶěk. VýzŶaŵŶýŵ účiŶkeŵ je zvýšeŶí Đelkové proteosLJŶtézLJ a vLJvoláŶí pozitivŶí dusíkové ďilaŶĐe. - Tak jako steroidy, thyreoidální hormony indukují, anebo reprimují proteiny zvLJšováŶíŵ Ŷeďo sŶižováŶíŵ geŶové traŶskripĐe. - Tϯ a glukokortikoidLJ zesilují traŶskripĐi STH geŶů., avšak velŵi vLJsoké koŶĐeŶtraĐe Tϯ iŶhiďují proteosLJŶtézu a způsoďují ŶegativŶí dusíkovou ďilaŶĐi. Metabolizmus jodu V Ŷěkolika kroĐíĐh: 1. Koncentrace jodidu – štítŶá žláza je sĐhopŶá koŶĐeŶtrovat I - i proti silnému elektrochemickému gradientu. Je to proĐes vLJžadujíĐí eŶergii a je spojený s Na + /K + puŵpou. Malé ŵŶožství iodidů vstupuje do žlázLJ též difúzí. TraŶsportŶí mechanizmus je inhibovaný: perchlorátem, perhenátem, pertechnátem (kompetitivní inhibice-hroŵadí se v žlázeͿ a thiokLJaŶátem (kompetitivní inhibice-nehromadí se v žláze). III. )ákladLJ ďioĐheŵie orgáŶů a fuŶkĐí 3 2. Oxidace – I - dokáže odžidovat do vLJššího odžidačŶího stupŶě. EŶzLJŵeŵ je thLJreoperodžidáza a jako odžidačŶí čiŶidlo vLJžaduje hLJdrogeŶperodžid 3. Jodace tyrozinu – Oxidovaný iodid reaguje s tyrosylovými zbytky v thyreoglobulinu. Nejprve se joduje v pozici 3. A potom v poziĐi ρ. = orgaŶifikačŶí reakĐe. 4. Kondenzace jodtyrosylů – Spojení dvou molekul DIT na T4 a nebo jedné MIT a jedné DIT na T3. 5. Hydrolýza thyreoglobulínu – stimuluje jí TSH, inhibuje I - . Patofyziologie  Gravesova choroba – hyperthyreóza – příčiŶou je tvorba thyreoideu stimulujícího imunoglobinu, který aktivuje thyreoidální TSH receptory. Nálezy – zvýšeŶé srdečŶí frekvence, nervozita, nespavost, ztráta Ŷa váze, ŶěĐhuť k jídlu. Velký oči jako LuĐka Bílá!  Kretenizmus – intrauterinní nebo neonatální hypotyreóza vede ke kretenismu – ŵŶohopočetŶé koŶgeŶitálŶí defektLJ a ŵeŶtálŶí retardaĐe. III. )ákladLJ ďioĐheŵie orgáŶů a fuŶkĐí 1 27. MolekulárŶí základy huŵorálŶí iŵuŶitŶí odpovědi- Struktura a fuŶkĐe jedŶotlivýĐh částí iŵuŶogloďuliŶů, třídy iŵuŶogloďuliŶů. MolekulárŶí podstata diverzity iŵuŶogloďuliŶů Molekulární základy humorální imunitní odpovědi K toŵu, aďLJ došlo k úspěšŶé protilátkové odpovědi je ŶutŶá spolupráĐe a souhra ŶejŵéŶě ϯ tLJpů ďuŶěk: 1. APC (antigen presenting cell) 2. T H 3. B lLJŵfoĐLJtů  antigen, který pronikne do organismu je zachycen B lymfocyty, které mají odpovídající receptor; - zároveň je pohlĐeŶ a zpraĐováŶ ďuňkou prezeŶtujíĐí aŶtigeŶ ;Ŷejčastěji ŵakrofág a deŶdritiĐká ďuňkaͿ  fragmenty antigenu spolu s ŵolekulou II.třídLJ HMC jsou ve vysoce iŵuŶogeŶŶí forŵě vLJstaveŶLJ Ŷa povrĐhu APC  v této podoďě jsou rozpozŶáŶLJ T H lymfocyty s odpovídajícími receptory tato vazďa představuje sigŶál k aktivaci T H lLJŵfoĐLJtu, ale saŵa o soďě Ŷestačí Jsou potřeďŶé další – tzv. druhotné signály  spočívají ve vazďě Ŷěkolika adhezivŶíĐh molekul mezi APC a T H ďuňkou – Ŷejdůležitější jsou Ŷapř. CDϮ8 a LFAϭ Ŷa T H a jejich ligandy na APC – B7 a ICAM- 1 K T H aktivaĐi dále přispívají ĐLJtokiŶLJ produkovaŶé APC – zejm. IL-1  výsledkeŵ je děleŶí prekurzorů T H a vzniknou klony aktivovaných T H lLJŵfoĐLJtů  tyto aktivované T H lymfocyty pak dodávají potřeďŶé sigŶálLJ B lLJŵfoĐLJtu III. )ákladLJ ďioĐheŵie orgáŶů a fuŶkĐí 2 K aktivaĐi B lLJŵfoĐLJtu jsou třeďa opět ŶejŵéŶě Ϯ sigŶálLJ: o antigen reagující s ŵIg Ŷa B ďuňkáĐh o stiŵulačŶí sigŶálLJ z T H ďuŶěk  samo ŶavázáŶí aŶtigeŶu Ŷa BCR ŵá často za Ŷásledek Ŷeodpovídavost B lLJŵfoĐLJtu a ŶěkdLJ i jeho oduŵřeŶí; jsou-li přítoŵŶLJ aktivované T H lymfocyty  dochází k jejich kontaktu s B lLJŵfoĐLJtLJ prostředŶiĐtvíŵ reĐeptoru CDκϬ Ŷa B ďuňĐe a ligaŶdu CDκϬL Ŷa T H ďuňĐe; T H lLJŵfoĐLJt zároveň produkuje IL-2, IL-4, IL-5 a IL-6  vliveŵ těĐhto sigŶálů začŶou B ďuňkLJ proliferovat Část B ďuŶěk se stává paŵěťovýŵi ďuňkaŵi PriŵárŶí odpověď Ŷa aŶtigeŶ Ŷastupuje poŵaleji a vLJzŶačuje se přítoŵŶostí protilátek třídLJ IgM - opakované setkání s tíŵtéž aŶtigeŶeŵ vLJvolá sekuŶdárŶí odpověď, která Ŷastupuje již ŵŶoheŵ rLJĐhleji, je silŶější a přetrvává ŵŶoheŵ delší doďu; jsou přítoŵŶé hlavŶě protilátky typu IgG Struktura iŵuŶogloďuliŶů Každá protilátka je složeŶa: - ze dvou totožŶýĐh těžkýĐh ;ozŶačovaŶýĐh H dle aŶgl. heavy) - dvou totožŶýĐh lehkých řetězĐů ;L dle aŶgl. light) Lehké a těžké řetězĐe se liší počteŵ aŵiŶokyseliŶ i molekulovou hmotností. ŘetězĐe jsou vzájeŵŶě svázáŶLJ kovaleŶtŶíŵi disulfidiĐkýŵi ŵůstky. Celá makromolekula má tvar písmena ypsilon s výkyvnými raménky. Mezi lehkým a těžkýŵ řetězĐeŵ ŶaĐházíŵe vždLJ jedeŶ disulfid; ŵezi dvěŵa těžkýŵi řetězĐi jiĐh ďývá růzŶý počet – dle třídLJ a podtřídLJ protilátkLJ. IŵuŶogloďuliŶové řetězĐe je ŵožŶo dle jistýĐh podoďŶostí ve struktuře rozdělit Ŷa Ŷěkolik homologních domén. Lehké řetězce Sestávají se z  variabilní a konstantní domény – tLJ ďývají ozŶačováŶLJ jako V L a C L . Vyskytují se ve dvou typech: ʃ a ʄ. TLJ vLJkazují jisté odlišŶosti v konstantním úseku. V jedné imunoglobulinové molekule jsou vždLJ oba řetězĐe téhož typu. U člověka je častější tLJp κ. Těžké řetězce Mají vždLJ:  jednu doménu variabilní  a tři ;IgA, IgD, IgGͿ, případŶě čtyři ;IgE, IgMͿ koŶstaŶtŶí OďdoďŶě jako u lehkýĐh řetězĐů jsou zde ozŶačováŶLJ V H a C H 1-4. Pro děleŶí protilátek na třídLJ ;IgA, IgD, IgE, IgG, IgMͿ je sŵěrodatŶý druh těžkého řetězĐe, který je v molekulách přítoŵeŶ. TěĐhto druhů je pět – ďývají aŶalogiĐkLJ ozŶačováŶLJ řeĐkýŵi písŵeŶLJ ;α, ɷ, ɸ, ɶ, ʅͿ. Liší se jak složeŶíŵ, tak svou velikostí. Konstantní oblast, tvořeŶá koŶstaŶtŶíŵi doménami (Fc fragment) v těžkýĐh řetězĐíĐh převažujíĐíĐh, je totožŶá ve všeĐh protilátkáĐh téže třídLJ. Variabilní oblast se liší dle klonu B-lLJŵfoĐLJtů, jíŵž je produkováŶa. Na těžký řetězeĐ se váží ĐukerŶé složkLJ ŵolekulLJ. III. )ákladLJ ďioĐheŵie orgáŶů a fuŶkĐí 3 Protilátky se rozdělují do ρ tříd: 1. IgA 2. IgD 3. IgE 4. IgG 5. IgM Vazebné místo Variabilní domény lehkého i těžkého řetězĐe vLJtvářejí vazebné místo. Oďa řetězĐe ve skutečŶosti Ŷezaujíŵají koŶforŵaĐi, jež je zŶázorŶěŶa Ŷa oďrázku, ale jsou stočeŶLJ do kompaktních globulí, tzv. imunoglobulinových domén. PříčiŶou této vŶitřŶí rotaĐe jsou disulfidické můstky. DoŵéŶLJ, ležíĐí proti soďě, ŵají vždLJ hoŵologŶí sekveŶĐi aminokyselin. Pantová oblast Rostlinným enzymem papainem lze imunoglobulinové ŵolekulLJ rozštěpit. To proďíhá Ŷa těžkéŵ řetězĐi v tzv. pantové oblasti. Protilátku tak lze rozdělit Ŷa tři části: dvě části oďsahujíĐí oďě rozvětveŶá raŵeŶa ;tedLJ Đelý lehký a část těžkého řetězĐeͿ  tzv. Fab-fragment, druhá část oďsahuje zďývajíĐí části oďou řetězĐů těžkýĐh, spojeŶé disulfidiĐkýŵi ŵůstkLJ, tzv. Fc-fragment. Na Fab-fragmenty se mohou vázat antigeny, Fc-fragmenty se váží Ŷa reĐeptorLJ Ŷa povrĐhu leukoĐLJtů. OďdoďŶě se protilátkLJ štěpí i pepsinem, pak ale vzniká jeden Fc fragment a jeden bivalentní Fab fragment. VLASTNOSTI Hypervariabilní úseky AŶtigeŶ se speĐifiĐkLJ váže Ŷa variaďilŶí úseky těžkýĐh a lehkýĐh řetězĐů. TLJ uŵožňují ďezprostředŶí koŶtakt. Jsou to vlastŶě vLJĐhlípeŶiŶLJ řetězĐů Ŷa jejiĐh N-koncích. Právě oŶLJ jsou příčiŶou prostorové komplementarity, připoŵíŶajíĐí speĐifiĐkou vazďu ŵezi eŶzLJŵeŵ a substrátem. Počet vazeďŶýĐh ŵíst Liší se podle třídLJ iŵuŶogloďuliŶu:  IgG ŵá dvě ;bivalentní),  sekrečŶí IgA čtLJři,  IgM teoretiĐkLJ deset, praktiĐká vazŶost je však jeŶ asi polovičŶí. III. )ákladLJ ďioĐheŵie orgáŶů a fuŶkĐí 4 Komplex antigen-protilátka ŶeŶí svázáŶ kovaleŶtŶě, Ŷýďrž pouze nechemickými interakcemi. Tvorďa Ŷeodpovídá steĐhioŵetriĐkýŵ poŵěrůŵ. VzŶiká-li precipitát, odpovídá jeho maximální ŵŶožství zóŶě ekvivaleŶĐe – při ŶadďLJtku kterékoli ze složek se však již ŵŶožství sražeŶiŶLJ sŶižuje, Ŷeďoť ŶedoĐhází k uspořádáŶí optiŵálŶí prostorové sítě (viz oďrázekͿ. NiĐŵéŶě při ŶěkterýĐh jiŶýĐh druzíĐh iŶterakĐe iŵuŶokoŵpledžLJ ŵohou ďýt i rozpustné. Třídy iŵuŶogloďuliŶů Podle stavďLJ koŶstaŶtŶí části těžkého řetězĐe dělíŵe protilátkLJ Ŷa třídy. Výrazný rozdíl mezi jedŶotlivýŵi Ig třídaŵi je v zastoupeŶí saĐharidů:  v IgG – 2–3 %,  v IgA – 5–8 %,  v IgM – 12 %,  v IgD – 9–14 %,  v IgE – 12 %. IgG IgG je ŶejvýzŶaŵŶější třída protilátek. Tvoří ¾ všeĐh protilátek v séru, jeho koŶĐeŶtraĐe je 10 g/l. VLJtváří κ podtřídLJ ;IgGϭ–κͿ, které se vzájeŵŶě liší svýŵi opsoŶizačŶíŵi vlastŶostŵi, vazbou na komplement a časeŵ, po který jsou aktivŶí. Je to také jediŶá třída protilátek schopná procházet placentou. Proto jsou u ŶovorozeŶĐů stejŶé hodŶotLJ jako u dospělýĐh. NejŶižší hladiŶa u zdravého jediŶĐe je ŵezi ϯ. a ς. ŵěsíĐeŵ postŶatálŶího života ;přeĐhodŶáhypogamaglobulinemieͿ. To vede k ŶáĐhLJlŶosti ŶovorozeŶĐů k iŶfekčŶíŵ oŶeŵoĐŶěŶíŵ. Stavba Molekula IgG je složeŶá ze dvou lehkýĐh a dvou těžkýĐh řetězĐů. Lehké řetězĐe se skládají z ϭ variabilní a 1 konstantní imunoglobulinové domény. Těžké řetězĐe jsou složeŶLJ z ϭ variaďilní a ϯ koŶstaŶtŶíĐh doŵéŶ. ProtilátkLJ třídLJ IgG se vLJskLJtují v ŵoŶoŵerŶí podoďě. Význam  opsonizace – na neutrofilech a makrofázích se vyskytují receptory FcR pro Fc- fragmenty IgG,  aktivace komplementu klasickou cestou – po vazďě IgG Ŷa aŶtigeŶ,  sekundární imunitní reakce – opakované setkání s antigenem,  ŶeutralizaĐe todžiŶů – po navázání IgG dojde k zablokování a neutralizaci toxinu vLJtvořeŶíŵ iŵuŶokoŵpledžu. IgM = ProtilátkLJ třídLJ IgM tvoří ϭϬ % všeĐh protilátek v séru, přičeŵž jejiĐh koŶĐeŶtraĐe je 1–1,5 g/l. MoŶoŵer IgM je iŶtegrálŶí součástí ŵeŵďráŶLJ B-lLJŵfoĐLJtů (BCR). IgM mají krátký poločas, Ŷa rozdíl od IgG přetrvávají v plasŵě jeŶ krátĐe po zlikvidováŶí aŶtigenu. Struktura Celek protilátek IgM tvoří peŶtaŵer, jedŶotlivé podjedŶotkLJ jsou spojeŶLJ do kruhu ĐLJstiŶovýŵi ŵůstkLJ a jedŶíŵ J řetězĐeŵ. DíkLJ této struktuře ŶeproŶikají do tkáŶí, zůstávají v III. )ákladLJ ďioĐheŵie orgáŶů a fuŶkĐí 5 ĐévŶíŵ řečišti. TeoretiĐkLJ se tíŵto uspořádáŶíŵ vLJtvoří ϭϬ vazeďných míst pro antigen, praktiĐkLJ je použitelŶýĐh pět, ostatŶí jsou prostorově ďlokováŶa. PodjedŶotkLJ ŵají obdobnou strukturu jako IgE protilátkLJ, jejiĐh těžký řetězeĐ je tvořeŶ ϭ variaďilŶí a κ konstantními imunoglobulinovými doménami. Funkce  aktivuje komplement – po navázání IgM na antigen se na imunokomplex váže komplement, který se aktivuje klasickou cestou,  jako jediŶý tvoří odpověď Ŷa polLJsaĐharidové aŶtigeŶLJ ;AB0 systém),  aglutinace – IgM je sĐhopŶé Ŷavázat hodŶě aŶtigeŶů a proto sŶadŶo tvoří aglutináty. Při zahájeŶí specifické imunitní reakce jsou vLJtvářeŶLJ jako prvŶí, jejiĐh produkĐe ŶevLJžaduje izotLJpový přesŵLJk. Pokud doĐhází k iŶfekĐi fétu, jsou IgM přítoŵŶLJ již při ŶarozeŶí. Edžistuje ŵalé ŵŶožství tvorďLJ sekrečŶího IgM. IgM nemá opsoŶizačŶí funkci. Diagnostický význam  pro sekundární imunitní reakce – pozitivŶí průkaz IgM proti aŶtigeŶu poukazuje Ŷa akutní infekci Je zvláště účiŶŶý proti bakteriím a virům IgD  monomer,  je zastoupeŶ relativŶě ŵálo, Ŷízké koncentrace v séru,  jeho afinita k aŶtigeŶůŵ je slaďá,  ŶaĐhází se hlavŶě na povrchu B-lymfocytů, kde má funkci receptoru pro antigen – tvoří BCR.  vyvolává uvolňováŶí histaminu z ŵastoĐLJtů a ďazofilŶíĐh leukoĐLJtů,  po vazďě Ŷa aŶtigeŶ se také spolupodílí Ŷa rozvoji senné rýmy či alergického astmatu IgE =Ŷejkratší poločas rozpadu, Nalezneme jej v ŵŶožství ještě Ŷižšíŵ Ŷež IgD (sérová koncentrace 0,5 g/l) – to způsoďuje také jeho krátký kataďoliĐký poločas, homocytotropní: ďrzLJ se váže Ŷa jiŶé ďuňkLJ vlastŶího těla ;žírŶé ďuňkLJ, bazofily) na reĐeptorLJ FĐεRI,  daleko staďilŶější Ŷež jako volŶý, o Uvolňuje ŵediátorLJ záŶětu ;histamin, serotonin, prostaglandiny, leukotrieny), o protilátkLJ IgE jsou zodpovědŶé za reakĐe časŶé přeĐitlivělosti, o zvýšeŶá koŶĐeŶtraĐe při alergických (atopických) reakcích, o úloha v aŶtiparazitárŶí oďraŶě ;stiŵuluje proĐesLJ k vLJpuzeŶíͿ: ŵediátorLJ, vazodilataĐe, vLJkašláŶí, vLJkýĐháŶí, zvýšeŶí peristaltikLJ střev, průjeŵ, III. )ákladLJ ďioĐheŵie orgáŶů a fuŶkĐí 6 VLJskLJtuje se zvláště ve: 1. sleziŶě, 2. mandlích, 3. mukózních membránách plic, 4. mukózních membránách gastrointestinálního ústrojí. III. Základy ďioĐheŵie orgáŶů a fuŶkĐí 1 28. MolekulárŶí základy ďuŶěčŶé iŵuŶity – Rozpoznání patogenu, efektorové mechanismy, MHC molekuly, struktura a funkce, ŵeĐhaŶisŵus prezeŶtaĐe aŶtigeŶů TĐ a TH-lyŵfoĐytůŵ. KooperaĐe ďuŶěk v ďuŶěčŶě zprostředkovaŶé odpovědi – T lymfocyty BuŶěčŶě zprostředkovaŶá iŵuŶitŶí reakĐe = jakákoli odpověď,v Ŷíž protilátkLJ hrají podřadŶou roli. HlavŶíŵ úkoleŵ je eliŵiŶaĐe ďuŶěk iŶfikovaŶýĐh vireŵ. Efektorovými ďuňkaŵi, které jsou sĐhopŶé tLJto Đílové ďuňkLJ lLJzovat jsou ĐLJtotodžické lymfocyty – T C T C se vyvíjejí z prekurzorů po koŶtaktu s antigenem a to: antigen je po vniknutí do organismu pohlcen APC  po zpraĐováŶí jsou Ŷa povrĐhu APC vLJstaveŶLJ fragŵeŶtLJ aŶtigeŶu, Ŷěkteré spolu s ŵolekulaŵi I.třídLJ, jiŶé s ŵolekulaŵi II.třídLJ HHK  komplexy antigenu a molekul I.třídLJ jsou rozpozŶáŶLJ reĐeptorLJ T C lLJŵfoĐLJtů za přispěŶí ŵolekulLJ CD8  antigeny s ŵolekulaŵi II. třídLJ jsou rozpozŶáŶLJ lLJŵfoĐLJtLJ T H ďuŶěk za poŵoĐi molekuly CD4  vazďa aŶtigeŶu Ŷa TCR představuje důležitý sigŶál pro aktivaĐi T ďuŶěk  doplňujíĐ sigŶálLJ oďstarávají adhezivŶí ŵolekulLJ, podoďŶě jako u B lLJŵfoĐLJtů  T H i T C se začŶou dělit k čeŵuž přispívají i ĐLJtokiŶLJ: IL-1 produkovaný APC ďuňkou, IL-2 produkovaný T H lymfocyty - zralé T C lLJŵfoĐLJtLJ rozezŶají prostředŶiĐtvíŵ svého reĐeptoru iŶfikovaŶé ďuňkLJ, které vLJjadřují Ŷa svéŵ povrĐhu virový aŶtigeŶ a ŵolekulu I.třídLJ  T C se váže Ŷa Đílovou ďuňku  prostředŶiĐtvíŵ hLJdrolLJtiĐkýĐh eŶzLJŵů a proteiŶů ;perforiŶͿ, oďsažeŶýĐh ve vezikuleĐh, ďuňku zaďíjejí - cytotoxický lymfocyt tento draŵatiĐký děj přežívá a ŵůže zaďíjet další Đílové ďuňkLJ III. Základy ďioĐheŵie orgáŶů a fuŶkĐí 2 T lymfocyty Nejvíce zastoupeny v thymu, - lymfatických uzlinách - sleziŶě a krvi - ŶejŵéŶě v kostŶí dřeŶi Hlavním markerem jsou receptory pro rozpoznání antigenu – TCR  2 formy: TCR1 a TCR2; TCRϮ se vLJskLJtuje Ŷa většiŶě lLJŵfoĐLJtů; dalšíŵi ŵarkerLJ jsou CDϮ a CDϯ populaĐe T lLJŵfoĐLJtů dělíŵe do suďpopulaĐí podle: a) výskLJtu ŵarkerů: Ϯ skupiŶLJ: – CD4 – CD8 b) funkce: – T H ďuňky – pomocné (helper)  indukují nebo „pomáhají“ při iŵuŶitŶí odpovědi jak huŵorálŶího tak ďuŶěčŶě zprostředkovaŶého tLJpLJ; jako ŵarker Ŷese CDκ ; prostředŶiĐtvíŵ reĐeptoru rozpozŶává koŵpledž Đizího aŶtigeŶu a ŵolekulLJ II.třídLJ HHK  T H 1  zprostředkuje fuŶkĐe spojeŶé s ĐLJtotodžiĐitou; důležité zejŵ. pro oďraŶu proti iŶtraĐelulárŶíŵ patogeŶůŵ  T H 2  podporují protilátkovou odpověď, stiŵuluje B lLJŵfoĐLJtLJ k proliferaĐi a produkĐi protilátek; priŵárŶě slouží k oďraŶě proti volŶě žijíĐíŵ ŵikroorgaŶisŵůŵ – T C ďuňky – cytotoxické  nesou na svém povrchu molekulu CD8  cizí antigeny rozpoznávají v komplexu s ŵolekulaŵi I.třídLJ HHK  po aktivaĐi destruují Đílové ďuňkLJ ŶesouĐí aŶtigeŶ = ďuňkLJ iŶfikovaŶé viry nebo jinými intracelulárními patogeny  schopny rozpozŶávat i Đizí ŵolekulLJ I.třídLJ Ŷa alogeŶŶíĐh Ŷeďo džeŶogeŶŶíĐh ďuňkáĐh – T S ďuňky – supresorové  sekretují po aktivaci molekuly, které inhibují odpověď ostatŶíĐh iŵuŶokoŵpeteŶtŶíĐh ďuŶěk c) specificity TCR – lLJŵfoĐLJtLJ rozpozŶávajíĐí ŵolekulLJ I.třídLJ HHK – lLJŵfoĐLJtLJ rozpozŶávajíĐí ŵolekulLJ II.třídLJ HHK NK ďuňky (natural killer – přirození zabíječi) - podskupiŶa lLJŵfoĐLJtů se spontánním cytotoxickým efektem  jsou sĐhopŶLJ zaďíjet už při prvŶíŵ setkáŶí s danou ďuňkou ;Ŷeŵusejí se vLJvíjet z prekurzorůͿ; při výďěru ĐílovýĐh ďuŶěk hrají roli ŵolekulLJ I.třídLJ HHK - Ŷa plazŵatiĐké ŵeŵďráŶě ŵají řadu povrĐhovýĐh ŵolekul CD, z ŶiĐhž ŵŶohé jsou přítoŵŶé i Ŷa jiŶýĐh lymfocytech; nemají specifické receptory Ig nebo TCR Nenajde-li NK ďuňka Ŷa povrĐhu ŵolekulLJ I.třídLJ HHK  projeví se cytotoxické ŵeĐhaŶisŵLJ a ďuňka je usŵrĐeŶa  význam zejm. v případě ŶěkterýĐh ďuŶěk iŶfikovaŶýĐh vireŵ a ŶádorovýĐh ďuŶěk, které ŵají potlačeŶou edžpresi ŵolekul I.třídLJ HHK III. Základy ďioĐheŵie orgáŶů a fuŶkĐí 3 ReĐeptory T ďuŶěk ;TCRͿ TRC heterodiméry jsou asoĐiováŶLJ s přídatŶýŵi polLJpeptidLJ, s Ŷiŵiž vLJtvářejí TRC-komplex = skupiŶa ϯ−ρ polLJpeptidů, které jsou ŶutŶé k edžpresi TRC Ŷa povrĐhu T lLJŵfoĐLJtu a k přeŶosu sigŶálu do Ŷitra ďuňkLJ. Heterodiŵer složeŶý z 2 polypeptidovýĐh řetězĐů:  95 % – α a β řetězĐe ;TCRϮͿ,  5 % – ɶ a ɷ řetězĐe ;TCRϭͿ. TCR2 TCRϮ řetězĐe α a β jsou traŶsŵeŵďráŶové polLJpeptidLJ, složeŶé z edžterŶí části, která je zakotveŶa v plazŵatiĐké ŵeŵďráŶě traŶsŵeŵďráŶovou částí a krátkou ĐLJtoplazŵatiĐkou oblastí. III. )ákladLJ ďioĐheŵie orgáŶů a fuŶkĐí 1 29. Základní imunochemické metody. Imunoturbidimetrie, ELISA, RIA. Imunochemické metody - založeŶLJ Ŷa iŶterakĐi aŶtigeŶ-protilátka - stanovujeŵe přítoŵŶost patogeŶů - prokazujeme, zda vzorek obsahuje specifické protilátky vůči daŶéŵu antigenu či nikoliv. Antigen je látka, kterou organismus rozpoznává jako cizí. Pokud je aŶtigeŶ ;v toŵto případě imunogen) vpraven do organismu, Ŷavodí iŵuŶitŶí odpověď. Dojde ke stimulaci lLJŵfoĐLJtů, které po difereŶĐiaĐi produkují plasŵatiĐké ďuňkLJ sĐhopŶé sekretovat protilátky. Protilátka je tedy molekula, které je schopna navázat se na antigen a tím spustit oďraŶou reakĐi orgaŶisŵu. Rozlišujeŵe polyklonální protilátky ;ŶaŵířeŶLJ proti víĐe epitopůŵ určitého aŶtigeŶuͿ, monoklonální protilátky;ŶaŵířeŶLJ proti jednomu epitopu antigenu) a rekombinantní protilátky ;koŵďiŶaĐe oďou předĐhozíĐhͿ. IMUNOTURBIDOMETRIE )aložeŶa Ŷa reakĐi: - antigen-protilátka = vznikne imunoprecipitát - vzniká zákal - pomocí spektrofotometru zŵěříŵe iŶteŶzitu světla, které zákal pohltil a staŶovíŵe koncentraci antigenu v neznámém vzorku ;použijeŵe pouze vzestupŶou část křivkLJ, kde je koncentraĐe aŶtigeŶu příŵo úŵěrŶá koŶĐeŶtraĐi preĐipitátuͿ. VLJjádřeŶí ŵŶožství iŵuŶopreĐipitátu Ŷa ŵŶožství protilátkLJ a aŶtigeŶu popisuje tzv. iŵuŶopreĐipitačŶí křivka. Musí tam být: - polyvalentního antigenu (reakce antigenu s více epitopy) - Jestliže do Ŷěkolika zkumavek dáme koŶstaŶtŶí ŵŶožství protilátkLJ a vzestupŶé ŵŶožství aŶtigeŶu, vzniknou oné imunoprecipitáty. Podstatou iŵuŶopreĐipitátu je prostorová ŵřížka, kde se propojují epitopy (vazebná místa A) antigenu s paratopLJ ;vazeďŶá ŵísta PͿ protilátek. Po určité doďě dosáhŶe jisté velikosti, kdLJ koŶečŶě preĐipituje.. III. )ákladLJ ďioĐheŵie orgáŶů a fuŶkĐí 2 IMUNONEFELOMETRIE Metoda je založeŶa Ŷa ŵěřeŶí iŶteŶzitLJ rozptýleŶého světla, které vychází z roztoku všeŵi sŵěrLJ. Měří se pod úhleŵ, který je odlišŶý od sŵěru dopadajíĐího zářeŶí ;oďvLJkle κρ° Ŷeďo 90°Ϳ. KoŶĐeŶtraĐi aŶtigeŶu staŶovujeŵe stejŶě jako u iŵuŶoturďidiŵetrie. Používáŵe nefelometr, kdLJ zdrojeŵ zářeŶí je obvykle laser. ELISA = enzymoimunoanalaýza )aložeŶa Ŷa vLJsoĐe speĐifiĐké iŶterakĐi antigenu a protilátky (jeden z nich zakotven na pevné fázi, ŵikrotitračŶí destičkaͿ, přičeŵž Ŷa jedŶoho z těĐhto partŶerů je kovaleŶtŶě ŶavázáŶ enzym ;Ŷejčastěji perodžidáza Ŷeďo alkalická fosfatáza). Enzym katalyzuje chemickou přeŵěŶu substrátu, který je přidáŶ do reakčŶí sŵěsi, Ŷa produkt, který je ďarevŶý. Stanovuje: spektrofotometricky fluorescence(fluorimetrické stanovení) Koncentrace produktu je úměrŶá koncentraci antigenu nebo protilátky ve vzorku. Dělíŵe na kompetitivní a nekompetitivní A. Kompetitivní technika – „soutěživé“ Inhinitor soutěží se suďstráteŵ o ŶavázáŶí do aktivŶího ĐeŶtra eŶzLJŵu. IŶhiďitor a suďstrát si jsou podoďŶí, jakŵile se Ŷaváže iŶhiďitor – zŶeŵožŶí ŶavázáŶí suďstrátu – reakce je vratná - oŵezeŶý počet vazeďŶýĐh ŵíst Ŷa pevŶéŵ povrĐhu iŵoďilizovaŶýĐh protilátek B. NekoŵpetitivŶí ;seŶdvičováͿ teĐhŶika IŶhiďitor Ŷesoutěží se suďstráteŵ o ŶavázáŶí do aktivŶího ĐeŶtra. VLJhraje to ale iŶhiďitor – váže se do aktivŶího ĐeŶtra - zŵěŶí strukturu. TzŶ. že reakĐe je ŶevratŶá, je toŵu Ŷapř. u jedů. III. )ákladLJ ďioĐheŵie orgáŶů a fuŶkĐí 3 RIA = radioimunoanalýza Radioimunoanalýza nebo radioimunologická stanovení Metody radioizotopové mikroanalýzy Máme: Protilátku = tam se to bude vázat NezŶačeŶý aŶtigeŶ = stanovujeme )ŶačeŶý aŶtigeŶ = zŶačeŶ Ŷapř. radioaktivŶíŵ izotopeŵ iodu ; 125 I, 131 I) pro proteinové aŶtigeŶLJ, či tritieŵ Ŷeďo 14 C pro nízkomolekulární látky. Princip metody JedŶá se o koŵpetitivŶí iŵuŶoreakĐi, tzŶ. zŶačeŶý aŶtigeŶ soupeří o vazebná místa na protilátĐe, která se v reakčŶí sŵěsi ŶaĐhází v oŵezeŶéŵ ŵŶožství, s ŶezŶačeŶýŵ aŶtigeŶeŵ. Výsledkem reakce je vzŶik dvou koŵpledžů: I. značený antigen-protilátka (Ag*-Ab) - ŵŶožství tohoto koŵpledžu je Ŷepříŵo úŵěrŶé ŵŶožství staŶovovaŶého antigenu II. neznačený antigen-protilátka (Ag-Ab). – staŶovovaŶý aŶtigeŶ je příŵo úŵěrŶý radioaktivitě v roztoku, protože volŶá ŵísta, která zasedŶe teŶ Ŷáš staŶovovaŶý aŶtigeŶ, jsou příŵo úŵěrŶá zŶačeŶéŵu aŶtigeŶu, který si teď Ŷeŵá kaŵ sedŶout a musí stát = to je pro Ŷás klíčová věĐ. Proto ŵLJ sledujeŵe to ŵŶožství radioaktivity v roztoku „LehčejĐ už to nejde“  Protilátka se fixuje na pevný povrch a stanovovaný protein (antigenͿ soutěží o vazďu Ŷa protilátĐe se staŶdardeŵ zŶačeŶýŵ radioaktivŶě. Číŵ víĐe vazeďŶýĐh ŵíst Ŷa protilátĐe je obsazeno stanovovanou bílkovinou, tím více radioaktivního proteiŶu zůstaŶe v roztoku. Koncentrace stanovovaného proteinu v roztoku je tedLJ příŵo úŵěrŶá ŶaŵěřeŶé radioaktivitě v roztoku. III. )ákladLJ ďioĐheŵie orgáŶů a fuŶkĐí 4 Musíŵe vLJtvořit: kaliďračŶí křivku, do které vŶášíŵe koŶĐeŶtraĐi staŶovovaŶého aŶtigeŶu – který je závislý příŵo úŵěrŶě Ŷa Solid-phase RIA (ve zkumavkách): 1. Do zkuŵavek potažeŶýĐh speĐifiĐkou protilátkou Ŷapipetujeŵe jedŶotlivé staŶdardLJ a neznámé vzorky. Kontroly napipetujeme do nepotahovaných zkumavek. 2. Do každé zkuŵavkLJ přidáŵe ve stejŶéŵ ŵŶožství radioiŶdikátor ;Ag*Ϳ. 3. Promícháme a necháme inkubovat. 4. Po dostatečŶě dlouhé doďě odsajeŵe reakčŶí sŵěs. 5. Měříŵe vázaŶou ;BͿ a volŶou ;FͿ radioaktivitu Ŷa gaŵačítači. PozŶ.: SeparaĐi iŵuŶokoŵpledžu lze provést i jiŶýŵi způsoďLJ, Ŷapř. pomocí elektroforézy, ionexové chromatografie atd. PříkladLJ vLJužití RIA v pradži  Endokrinologie: hladiŶLJ horŵoŶů v krvi  todžikologie: průkaz přítoŵŶosti drog  krevní transfuze: přítoŵŶost povrĐhového aŶtigeŶu hepatitidy B (HBsAg) v darované krvi  imunologie: anti-DNA protilátky u systémového lupus erythematosus (SLE). 30.Vitamíny rozpustné v tucích Vitamin A - zahrnuje retinol, retinal a kys. retinovou. - Vytváří se v organismu z ȕ-karotenu a některých jiných karotenoidů. K resorpci je nutná sekrece žluče. Karoten se transportuje do jater, kde se metabolizuje na vitamin A a ukládá do zásob. K mobilizaci vitaminu A je nutný zinek. V krvi se transportuje na RBG (retinol binding globulin). Ten je snížen při retinitis pigmentosa, proteinurii a nízkobílkovinné stravě. Vitamin A je potřebný pro: stabilizaci membrán dozrávání a diferenciaci epitelů integritu kůže a sliznic keratinizaci podporu imunitních reakcí tvorbu hlenu metabolismus kostí a zubů vývoj placenty, spermatogenezi je důležitý prekurzor rodopsinu. Nedostatek či nadbytek vede k ruptúře membrán lysozómů a uvolnění hydroláz. Beta karoten má, kromě toho, že je prekurzor vitaminu A, antioxidační a antionkogenní účinek. Zdroj - živočišné potraviny – játra - zdrojem beta karotenu je zelená, červená či oranžová zelenina a ovoce. Denní doporučená dávka pro dospělé : je 1 mg ekvivalentů retinolu. Vyšší potřebu mají těhotné a kojící ženy. Deficit Nedostatek vitaminu A řadí mezi nejvýznamnější malnutrice: v rozvojových zemích je nejčastější příčinou slepoty u dětí a přispívá k úmrtí značného počtu dětí. Klinické projevy  Postižení oka – xeroftalmie: Nejdříve se objevuje šeroslepost (hemeralopie, vlčí tma), reverzibilní xerosis conjunctivae (spojivky schnou a hrubnou), stříbřité Bitotovy skvrny tvaru trojúhelníku. Následovat mohou nevratné změny: změknutí rohovky (keratomalácie) a ulcerace hojící se jizvou. A D E K  Porucha imunity – snížená odolnost k infekcím.  Změny epitelu různých orgánů – keratinizující metaplazie, suchá šupinatá kůže, folikulární hyperkeratóza (Morbus Darier – postižení kůže tváře, krku, zadku a extensorů – vzor posypané mouky), metaplázie epitelu hrtanu – chrapot; dolních dýchacích cest – epitel usychá a odlupuje se → může ucpávat bronchioly; metaplázie epitelu močových cest predisponuje k pyurii a hematurii; suchá je i vaginální sliznice; vlasy bez lesku. Nadbytek K projevům hypervitaminózy dochází pouze po preformovaném vitaminu A. Kyselina retinová je teratogenní. Těhotné ženy by proto v průběhu prvního trimestru těhotenství neměly konzumovat játra (nejbohatší zdroj vitaminu A), která mohou obsahovat velmi vysoká množství retinolu. - Akutní hypervitaminóza se projeví intrakraniální hypertenzí – zvracení, spavost, vyklenutí velké fontanely.Dojde k ní po dávce u dospělého >100x u dítěte >β0x převyšující doporučenou dávku (potravinový doplněk, játra ledního medvěda nebo žraloka) - Chronická hypervitaminóza – nechuť k jídlu, nauzea, zvracení, hubnutí, průjmy, alopécie, krvácení,.Dojde k ní po týdnech až letech konzumace množství >10x převyšujícího doporučenou dávku. Karotenemie - nadměrné konzumaci mrkve nebo jiného ovoce či zeleniny bohatého na karotén vzniká žluté zbarvení kůže – karotenémie – benigní stav, protože konverze karoténu na vitamin A je pomalá. Vitamin D Zahrnuje několik kalciferolů. - D2 – ergokalciferol je rostlinného - D3 – cholekalciferol živočišného původu. V lidské kůži vzniká Dγ působením UV záření B (vlnová délka 290–315 nm) z dehydrocholesterolu. 1. V játrech se mění (enzymem β5-hydroxylázou) na 25- hydroxycholekalciferol (kalcidiol), 2. v ledvinách (enzymem 1-hydroxylázou) na 1,25- dihydrocholekalciferol(kalcitriol). 25OHD je hlavní forma, ve které vitamin D cirkuluje vázán na plasmatický vitamin D binding protein (DBP), který také transportuje vitamin D a kalcitriol. Vitamin D se významně podílí na udržování homeostázy vápníku a fosforu:  zvýšení resorpce vápníku ve střevě → tím stoupá Ca 2+ v plasmě → ukládání do kosti;  zvýšení reabsorpce fosfátu (proti funkci parathormonu) v ledvinách. A zase ta genetika  Bylo vynalezeno, že kalcitriol ovlivňuje transkripci několika stovek genů – 5 % lidského genomu. Na tomto základě někteří odborníci hypotetizují o potenciální preventivní a terapeutické úloze vitaminu D v souvislosti s celou řadou onemocnění (nádorová a autoimunitní onemocnění včetně diabetu 1. typu, diabetu 2. typu, kardiovaskulární onemocněními...atd Zdroj - Hlavním zdrojem = sluneční záření. - Z živočišných potravin - tučné ryby, rybí olej, játra, žloutek, fortifikované oleje a rostlinné tuky. Množství UVB závisí na zeměpisné šířce, ročním období, pigmentaci kůže, použití krémů s ochranným faktorem, ploše kůže vystavené slunci. Syntéza vitamin D klesá se zvyšujícím se věkem, protože klesá množství 7-dehydrocholesterolu, mění se morfologie kůže a bývá i nižší expozice slunečnímu záření. Denní doporučená dávka: - od 1 do 65 let 5 μ g - nad 65 let 10 μ g. Deficit  Vitamin D resistentní rachitis - Při nedostatku vitaminu D je porušeno ukládání vápníku do novotvořené kosti a kosti se deformují. - U dětí (deformity dlouhých kostí dolních končetin, kraniotabes, caput quadratum, Harrisonova rýha) - u dospělých (hlavně deformity dlouhých kostí dolních končetin a pánevních kostí). - Starci a stařině - vznik osteoporózy. Laboratorní hodnocení: Za nejlepší indikátor je považována hladina β5OHD v plasmě, klinické příznaky se objevují při hladině < 10 nmol/l, ale v současnosti není shoda o tom, jaká hladina je adekvátní. Prevence: V ČR je doporučeno podávání vitaminu D od β týdnů v průběhu celého prvního roku a v zimních měsících druhého roku života. Nadbytek - Hypervitaminóza se vyskytuje při předávkování potravinovými doplňky. Vede k hyperkalcémii a posléze ke kalcifikaci měkkých tkání – poškození srdce a ledvin. Vitamin E Vitamin E je název pro tokoferoly = skupinu chemických sloučenin, které mají různou biologickou aktivitu. - je potřeba pro vývoj svalstva - udržuje stabilitu nenasycených MK - chrání lipidy před oxidací → zajišťuje tím stabilitu membrán - je antagonistou vitaminu K. Zdroj Přirozené tokoferoly jsou syntetizovány pouze rostlinami. Je obsažen v potravinách s velkým množstvím nenasycených mastných kyselin (rostlinné oleje). Doporučená dávka pro dospělé: podle věku 1β–15 mg ekvivalentů alfa tokoferolu. Deficit Nedostatek vitaminu E je znám jen v souvislosti s malabsorpcí tuků.  Klinický obraz – fokální nekróza jater a příčně pruhovaného svalstva, neurologické příznaky, sklon ke vzniku hemolytické anémii.  Nedonošenci se rodí s nedostatkem vitaminu E – ten se dává do souvislosti s výskytem krvácení do retiny a vývojem hemolytické anémie, podávání Fe příznaky hypovitaminózy zhorší. Podávání vitaminu E se ale neosvědčilo kvůli vyššímu výskytu krvácení do CNS. Nadbytek Vitamin E je relativně netoxický. Vitamin K Vitamin K je kolektivní název pro sloučeniny derivované z β-metyl-1,4-naftochinonu. - Je kofaktorem karboxylace kyseliny glutamové na Ȗ-karboxyglutamovou - Ȗ-karboxyglutamát je zásadní pro vazbu vápníku koagulačními faktory, které využívají Ca 2+ jako kofaktor (II, VII, IX, X), a dále pro syntézu protisrážlivých proteinů C a S. - Podílí se ale i na funkci dalších bílkovin interagujících s kalciem, např. osteokalcinem. - Funkci vitaminu K potlačuje warfarin. K1 K3 Zdroj - Zelenina - zejména listové - Mléko - Maso - Vejce - Obiloviny - Střevní bakterie produkují značné množství vitaminu K, ale jeho využitelnost je sporná. Odhadované potřebné množství : 1 μ/kg tělesné hmotnosti. Deficit - Deficit se nejčastěji vyskytuje u novorozenců a malých kojenců. Pro nedostatečný přechod placentou, nízký obsah vitaminu K v mateřském mléce a nedostatečnou endogenní syntézu střevní florou v prvých týdnech života může vzniknout hemoragická choroba novorozenců. Proto se všem donošeným novorozencům profylakticky podává 2–6 hodin po porodu 1 mg vitaminu K1 - U zdravých dospělých se deficit nevyskytuje. Nadbytek Projevy nadbytku nejsou známy 31. Vitamíny rozpustné ve vodě Mezi vitaminy rozpustné ve vodě patří vitaminy skupiny B a vitamin C. Vitaminy skupiny B:  Společným znakem vitaminů skupiny B (kromě vitaminu B 12 ) je jejich výskyt v droždí, ale droždí není pro člověka jejich významným zdrojem  Tvoří je střevní mikroflóra – množství vytvořené mikroflórou je obecně pouze zlomek denní doporučené dávky  B6 a B12 (+ kyselina listová) důležité pro erytropoézu Vitamin B 1 – thiamin Thiamin (vitamin B 1 ) je koenzymem dekarboxyláz důležitý pro metabolismus glukózy a energetické zásobení nervových a svalových buněk. Zdroj Maso, ryby, obiloviny, kvasnice, luštěniny. Denní doporučená dávka pro dospělé: 1–1,4 mg Deficit Nemoc beri-beri z nedostatku vitaminu v potravě se vyskytuje dnes již ve velmi chudých populačních skupinách či u uprchlíků v rozvojových zemích a u lidí, kteří se živí převážně leštěnou/loupanou/bílou rýží. Typický obraz tvoří nervové poruchy, zejména periferních nervů (suché beri beri) edémy a postižení srdce (vlhké beri beri). Laboratorní hodnocení: vylučování thiaminu močí. Při nedostatku je v erytrocytech snížená koncentrace transketolázy, v krvi a moči je vysoká koncetrace glyoxalátu. Nadbytek Projevy nadbytku nejsou známy. Vitamin B 2 – riboflavin Riboflavin neboli vitamin B 2  součástí koenzymů flavinadenindinukleotidu (FAD) a flavinmononukleotidu (FMN)  má klíčovou úlohu v oxidačním metabolismu. Zdroj Hlavním zdrojem:  maso  mléko a mléčné produkty.  Ryby  Vnitřnosti  Zelenina  vejce a celozrnné obilniny  Vymíláním mouky se odstraní většina vitaminu B 2 , proto jsou v některých zemích (např. USA) potraviny z obilovin vitaminem B 2 fortifikovány. Doporučená denní dávka pro dospělé: 1,2–1,5 mg. Deficit Převážně v rozvojových zemích tam, kde je ve stravě málo živočišných potravin, zeleniny a ovoce a kde se konzumují vysoce vymleté obiloviny (bílá mouka). Často vzniká sekundárně jako následek poruchy resorpce při malnutricích, enterokolitidách, céliakii.  Laboratorní hodnocení: pokles vylučování vit. B 2 v moči (normální hodnoty jsou 106–638 nmol/l [6] ), snížená koncentrace glutathionu aglutathionreduktázy v erytrocytech. Nadbytek Projevy nadbytku nejsou známy. Vitamin B 3 – niacin Niacin (kys. nikotinová) Niacin (vitamin B 3 ) je název pro:  nikotinamid a kyselinu nikotinovou.  Je součástí enzymů oxido-redukčních systémů (nikotinamidadenindinukleotid– NAD, nikotinamidadenindinukleotidfosfát – NADP).  Může se tvořit v játrech z tryptofanu, jeho biosyntéza je však velmi pomalá a je k ní potřebný vitamin B 6 . Zdroj Zdrojem je většina potravin – maso, ryby, obiloviny. Doporučená denní dávka pro dospělé je podle věku a pohlaví 13–17 mg Deficit Onemocnění pelagra je způsobeno současným nedostatkem niacinu a jeho prekurzoru tryptofanu. Dnes se vyskytuje již zřídka ve velmi chudých populačních skupinách .Vzniká u lidí, kteří se živí převážně kukuřicí. Podle příznaků je jako mnemotechnická pomůcka používán někdy název „nemoc tří D“ – dermatitis, diarrhoea, demence. Nadbytek - Projevy nadbytku z potravy nejsou známy. Farmakologické využití Kyselina nikotinová (niacin) a její deriváty se využívají k léčbě hyperlipidémií. Inhibují sekreci VLDL z jater a zvyšuje aktivitu periferní lipoproteinové lipázy. To vede ke snížení cirkulujících VLDL (tedy TAG) a následně i LDL (cholesterol). V tukové tkáni naopak blokuje intracelulární lipázu, tedy uvolnění MK ze zásob, což dále sníží přívod TAG do jater a redukuje syntézu VLDL. Vitamin B 5 – kyselina pantothenová Kyselina pantothenová (vitamin B 5 ) je součástí koenzymu A. Zdroj - Kvasnice - Játra - Maso - Mléko - celozrnné potraviny a luštěniny. Denní doporučená dávka pro dospělé: 6 mg Deficit Nedostatek se nevyskytuje – popsán pouze při podávání antagonistů kyseliny pantothenové a u extrémně podvyživených osob společně s projevy deficitů jiných živin, Projevuje se atrofií vlasového folikulu, ztrátou pigmentu, dermatitidou. Nadbytek Projevy nadbytku nejsou známy. Vitamin B 6 – pyridoxin Název vitamin B 6 zahrnuje skupinu sloučenin:  pyridoxin  pyridoxamin  pyridoxal a jejich fosfáty Je koenzymem více než 50 enzymových reakcí – dekarboxylázy a transaminázy, syntézy kys. nikotinové a arachidonové, ovlivňuje funkci nervového systému imunitní reakce a syntézu hemoglobinu. Zdroj Je bohatě zastoupen v potravinách. Denní doporučená dávka pro dospělé: 13–17 mg Využití - Používá se pro farmakoterapii těhotenských nevolností 10-25 mg každých 8 hodin. Deficit Nedostatek se při běžných stravovacích zvyklostech nevyskytuje; projevuje se kožními a slizničními změnami, vznikají ragády koutků. Nadbytek Nadbytek z potravy se nevyskytuje. Vitamin B 7 – biotin Biotin (Vitamin B 7 , vitamin H, faktor R –jedna a tatáž látka) - důležitý pro metabolismus aminokyselin a mastných kyselin - kofaktorem karboxyláz. Zdroj V nízkých koncentracích v mnohých potravinách. Bohaté zdroje jsou droždí, játra, žloutek, ořechy, čočka. Denní potřeba (nelze určit DDD): 30–60 μg Deficit Deficit z potravy se nevyskytuje. Byl popsán u osob, které dlouhou dobu konzumovaly velké množství syrových vajec (biotin se ireverzibilně váže s avidinem obsaženým v syrovém bílku) a při nevhodné parenterální výživě. Projevy: seboroická dermatitis, únava, anorexie, nauzea, hypercholesterolémie, cévní poruchy. Nadbytek Projevy nadbytku nejsou známy. Vitamin B 9 – kyselina listová Kyselina listová se označuje též jako vitamin B 9 , folát či folacin. Zahrnuje skupinu sloučenin: kyselina listová (obsahuje pterin, kyselinu p– aminobenzoovou a glutamovou) a foláty.  Spolu s vitaminem B 12 je nezbytná pro tvorbu nukleových kyselin a tím i pro systézu DNA, účastní se na přenosu jednouhlíkových radikálů a ve všech procesech buněčného dělení, je proto důležitá pro buněčné dělení a pro tkáně s vysokou mitotickou aktivitou. Resorbuje se v proximálních částech tenkého střeva. Při nadbytku se vylučuje do moči. Zdroj Játra, kvasnice, listová zelenina, ale i celozrnné obiloviny, maso, mléko, vejce a luštěniny. Doporučená denní dávka pro dospělé: 400 μg. V těhotenství se doporučuje 600 μg jako prevence kongenitálních malformací(zejména rozštěpů neurální trubice). Deficit Deficit vitaminu B 9 se objevuje při nedostatečném přívodu - Vzniká megaloblastová anémie, která je charakterizována přítomností abnormálních prekurzorů červených krvinek v kostní dřeni. Ve srovnání s normálními erytrocyty mají erytrocyty vznikající z těchto abnormálních prekurzorů odlišný tvar, větší velikost, nižší životaschopnost a omezenou schopnost transportovat kyslík. Spolu s nedostatkem železa je její nedostatek významnou příčinou anémií v rozvojových zemích. Nedostatek v těhotenství je příčinou rozštěpu neurální trubice u plodu.  Laboratorní hodnocení: v séru hladina folátu, celkového homocysteinu (zvyšuje se při nedostatku, též při nedostatku vitaminu B 12 ). Nadbytek Vysoký příjem kyseliny listové může maskovat nedostatek vitaminu B 12 , proto je jako horní hranice denního příjmu doporučováno maximálně 1000 μg/den. Vitamin B 12 – kobalamin Vitamin B 12 (kobalamin) je kolektivní název pro několik sloučenin, které mají v centru porfyrinového skeletu kobalt. Vitamin B 12 má řadu biologických funkcí:  krvetvorba  nezbytný pro vývoj centrální nervové soustavy v dětském věku  podílí se na tvorbě nukleových kyselin  kofaktor dvou metabolických reakcí: o přeměny homocysteinu na methionin pomocí methioninsyntázy (porucha této reakce vede ke hromadění homocysteinu); o přeměny methylmalonyl-CoA na sukcinyl-CoA působením methylmalonyl- CoA-mutázy (porucha této reakce vede ke hromadění kyseliny methylmalonové a jejímu zvýšenému vylučování močí).   transmetylačních pochodech  působí anabolicky Deficit vitaminu B 12 u dospělých způsobuje makrocytární anémii, postižení zadních a postranních provazců míšních, periferních nervů i demenciči depresi. Nedostatek vitaminu B 12 také sekundárně ovlivňuje folátový cyklus s následnou poruchou syntézy purinů a pyrimidinů nezbytných pro tvorbu DNA a RNA. [9] Zdroj Bohatými zdroji jsou játra, ledviny, maso teplokrevných živočichů (1–2 μg/100 g), rybí maso, žloutek a mléčné výrobky (mléko 0,3 μg/100 ml, sýry 0,2–0,6 μg/100 g). Rostlinná strava obsahuje stopové množství vitamínu B 12 pouze, pokud byla zpracována mikrobiální fermentací (kyselé zelí, pivo). - Vstřebává se v tenkém střevě pouze, pokud v žaludku vytvoří komplex s vnitřním faktorem. Proto je potřeba správně fungující žaludeční sliznice a velká množství vitaminu B 12 tvořená střevní flórou jsou pro člověka nevyužitelná. Kobalamin s vnitřním faktorem se v distálním ileu váží na specifický receptor cubilin a tento komplex pak vstupuje endocytózou do enterocytu. Uvnitř enterocytu se kobalamin váže na další přenašeče a přestupuje do plazmy. 75–80 % se váže na haptocorrin a putuje do hepatocytů. Do buněk dalších orgánů vstupuje pouze vitamín B 12 navázaný na transkobalamin II (tzv. holotranskobalamin) po navázání na specifický receptor prostřednictvím endocytózy. V buňce se kobalamin přeměňuje na aktivní metabolity metylkobalamin a adenosylkobalamin, které slouží jako kofaktory enzymů. Denní doporučená dávka pro dospělé: 3 μg. Minimální potřeba u kojenců: cca 0,1–0,3 μg. Deficit Jeho nedostatek se klinicky projevuje neprospíváním, makrocytární anémií a neurologickými příznaky. Dospělý člověk si tvoří zásoby (2–5 mg) vitaminu B 12 v játrech, které pokrývají jeho potřebu na dobu 5–10 let. Zásoby, které si vytvoří novorozenec in utero (přibližně 25 μg), se vyčerpají již za 3–5 měsíců. - Mezi laboratorní projevy patří především makrocytární anémie, elevace aminotransferáz, hyperhomocysteinémie a zvýšené vylučování kyseliny metylmalonové do moči. Vitamin C – kyselina askorbová Kyselina L-askorbová, označovaná též jako vitamin C - ve vodě rozpustná látka - silně redukčními účinky - Přibližně 1 % nevyužitého vitaminu C se konvertuje na oxalát Člověk (stejně jako další primáti) ji nedokáže syntetizovat, neboť postrádá L- gulonolaktonoxidázovou aktivitu, musí ji tedy přijímat v potravě. L-askorbát se podílí na: o hydroxylaci kolagenu o syntéze karnitinu o metabolismu tyrosinu o působí jako antioxidant o podporuje imunitu o resorpci železa o má vliv na beta-oxidaci mastných kyselin o zvyšuje aktivitu mikrosomálních enzymů o urychluje detoxikaci cizorodých látek. Redukční účinky kyseliny askorbové jsou dány její snadnou oxidací na dehydroaskorbát: Zdroj Ovoce, zelenina (včetně brambor), játra. Průměrné ztráty při kuchyňské úpravě potravin jsou 30 %. Denní doporučená dávka pro dospělé: 100 mg Deficit Deficit kyseliny askorbové – kurděje (skorbut) – se dnes objevuje již jen v extrémních podmínkách. Laboratorní hodnocení stavu: hladina vitaminu C v plazmě. Klinické příznaky se objevují při hodnotách ≤ 10 μmol/l 32. Struktura, složení a vlastnosti buněčných membrán Na povrchu buněk je buněčná membrána (cytoplazmatická membrána, biomembrána). Fce Biomembrány:  regulují přechod látek z okolí do buněk a naopak Složení membrány  je tvořena z molekul bílkovin a lipidů, v menší míře i molekulami sacharidů ve formě glykoproteinů a glykolipidů  Základem je lipidová dvojvrstva. Molekuly bílkovin jsou přítomny na povrchu této vrstvy (jsou to glykoproteiny) a mají především ochrannou funkci. Typy bílkovin:  bílkoviny integrální penetrující transmembránové – jsou částečně nebo zcela zanořené do lipidové vrstvy; dají se velice těžce vydělit z membrány  bílkoviny periferní – jsou na povrchu lipidové vrstvy; nejsou pevně vázány do membrány Je-li povrch některých organel tvořen membránami, označují se jako membránové organely. Dochází-li k místnímu nahromadění membrán, jsou tyto útvary označovány jako vrstevnaté (lamelární). Vlastnosti membrány o Membrány mají polotekutý charakter a molekuly bílkovin i lipidů jsou v neustálém pohybu (tekutá mozaika). o Plazmatická membrána má zásadní význam pro život buňky o Ohraničuje cytoplazmu vůči okolí o reguluje transport látek mezi buňkou a okolím. o Prostřednictvím plazmatické membrány dochází ke kontaktům mezi buňkami o semipermeabilní - je volně propustná jen pro některé látky Typy kontaktů:  dotykem povrchových membrán  pomocí desmosomů – vlákénky, která pronikají z jedné buňky do druhé. V plazmatické membráně je lokalizováno mnoho receptorů, které reagují na chemické signály okolí a regulují aktivitu buňky. Receptory zajišťují i rozlišení vlastních i cizích buněk, přijímají látky z okolí a mají důležitou roli v buněčné dráždivosti. Ostatní látky jsou přenášené mechanismy, které označujeme jako transport látek. Způsoby přenosu látek:  Difúze – volné proudění látek podle koncentračního spádu.  Pasivní transport – transport je proveden pomocí substrátu, na který se látka naváže. Přenos se děje podle koncentračního spádu.  Aktivní transport – přenos se děje navázáním na substrát a vyžaduje energii. Je možný i proti koncentračnímu spádu. Buňka může přijímat a vydávat i takové látky, u nichž aktivní transport není možný (velikost, chemické vlastnosti). Způsoby přenosu: Transport v membránovém kontinuu znamená, že přenášené látky zůstávají odděleny od cytosolu membránou. Příjem materiálu se nazývá endocytóza, výdej exocytóza, pokud je materiál pouze transportován přes buňku, jedná se o transcytózu. Exocytóza a endocytóza slouží k transportu velkých molekul.  Exocytóza – sekrece mimo buňku. Sekreční vesikuly nebo granula putují od Golgiho aparátu k plasmatické membráně, kde s ní splývají a jejích obsah se vylije do mezibuněčného prostoru. Příkladem může být sekrece insulinu či přenos neurotransmitorů z neuronů.  Endocytóza – přijímání látek (ionty, molekuly, další buňky) z prostředí mimo vlastní prostor buňky. Plasmatická membrána se vchlipuje dovnitř a vytváří tak vezikulu v cytosolu buňky. Z něj se následně dostávají látky do samotného cytosolu buňky. Existují tři základní typy endocytózy: 1. Fagocytóza – přijímání větších pevných partikulí (např. bakterií, mikroorganismů). Buňka obklopuje pomocí panožek danou látku. 2. Pinocytóza – přijímání tekutin s rozpuštěnými látkami. Buňka nespecificky pohltí část extracelulární tekutiny. 3. Receptorem zprostředkovaná endocytóza – vazba příslušné molekuly na receptor v plasmatické membráně. Nejprve dochází k invaginaci membrány, poté ke vzniku obalené vezikuly, která putuje dále do buňky III. )ákladLJ ďioĐheŵie orgáŶů a fuŶkĐí 1 33. TraŶsport látek přes ŵeŵďráŶy Membránový transport:  Aktivní transport  Pasivní transport Difuze: 1. Prostá difuze 2. Facilitovaná difuze 3. osmóza TraŶsport v ŵeŵďráŶovéŵ koŶtiŶuu zŶaŵeŶá, že přeŶášeŶé látkLJ zůstávají odděleŶLJ od cytosolu membránou. Příjeŵ ŵateriálu se Ŷazývá endocytóza, výdej exocytóza, pokud je materiál pouze traŶsportováŶ přes ďuňku, jedŶá se o transcytózu. EdžoĐLJtóza a eŶdoĐLJtóza slouží k traŶsportu velkýĐh ŵolekul.  Exocytóza – sekreĐe ŵiŵo ďuňku. SekrečŶí vesikulLJ Ŷeďo graŶula putují od Golgiho aparátu k plasŵatiĐké ŵeŵďráŶě, kde s Ŷí splývají a jejíĐh oďsah se vLJlije do ŵeziďuŶěčŶého prostoru. Příkladeŵ ŵůže ďýt sekreĐe iŶsuliŶu či přeŶos ŶeurotraŶsŵitorů z ŶeuroŶů.  Endocytóza – přijíŵáŶí látek ;ioŶtLJ, ŵolekulLJ, další ďuňkLJͿ z prostředí ŵiŵo vlastŶí prostor ďuňkLJ. PlasŵatiĐká ŵeŵďráŶa se vĐhlipuje dovŶitř a vLJtváří tak vezikulu v cytosolu ďuňkLJ. ) Ŷěj se ŶásledŶě dostávají látkLJ do saŵotŶého ĐLJtosolu ďuňkLJ. Edžistují tři základŶí tLJpLJ eŶdoĐLJtózLJ: 1. Fagocytóza – přijíŵáŶí většíĐh pevŶýĐh partikulí ;Ŷapř. ďakterií, ŵikroorgaŶisŵůͿ. Buňka oďklopuje poŵoĐí paŶožek daŶou látku. 2. Pinocytóza – přijíŵáŶí tekutiŶ s rozpuštěŶýŵi látkaŵi. Buňka ŶespeĐifiĐkLJ pohltí část edžtraĐelulárŶí tekutiny. 3. ReĐeptoreŵ zprostředkovaŶá eŶdoĐytóza – vazďa příslušŶé ŵolekulLJ Ŷa reĐeptor v plasŵatiĐké ŵeŵďráŶě. Nejprve dochází k invaginaci membrány, poté ke vzŶiku oďaleŶé vezikulLJ, která putuje dále do ďuňkLJ. III. )ákladLJ ďioĐheŵie orgáŶů a fuŶkĐí 2 Aktivní transport - spotřeďa eŶergie ATP. DíkLJ dodaŶé eŶergii, která vzŶiká Ŷejčastěji štěpeŶíŵ ATP, je ŵožŶé vLJkoŶávat teŶto traŶsport i proti sŵěru koŶĐeŶtračŶího gradieŶtu ;koŶĐeŶtračŶího spáduͿ. AktivŶí traŶsport uŵožňují speĐializovaŶé iŶtegrálŶí ŵeŵďráŶové proteiŶLJ zaďudovaŶé v ďuŶěčŶé ŵeŵďráŶě:  Iontové pumpy – iontové kanály vybavené enzymem ATPáza  PřeŶašečové proteiŶLJ vLJďaveŶé eŶzLJŵeŵ ATPáza Rozlišujeŵe dva tLJpLJ aktivŶího traŶsportu: 1. Primární aktivní transport Je zapotřeďí přítoŵŶost volŶé eŶergie. PřeŶáší se pouze jedŶa částiĐe ;Ŷapř. Ŷa Na + /K + ATPáza, která současŶě čerpá sodík z ďuňkLJ a draslík do ďuňkLJͿ. Primární aktivní transportérLJ se dají klasifikovat Ŷa základě způsoďu získáváŶí potřeďŶé energie:  PřeŶašeče ;traŶsportérLJͿ poháŶěŶé hLJdrolýzou ATP – vLJskLJtují se ve všeĐh doŵéŶáĐh orgaŶisŵů  PřeŶašeče poháŶěŶé dekarďodžLJlaĐí – vyskytují se v prokaryontních organismech  PřeŶašeče poháŶěŶé přeŶoseŵ ŵethLJlové skupiŶLJ – vyskytují se u archebakterií  PřeŶašeče poháŶěŶé odžidoreduktázou: zdroj eŶergie je odžidaĐe redukovaŶého suďstrátu zprostředkovaŶá tokeŵ elektroŶů – vLJskLJtují se ve všeĐh doŵéŶáĐh orgaŶisŵů  PřeŶašeče poháŶěŶé světelŶou eŶergií- vyskytují se u archebakterií III. )ákladLJ ďioĐheŵie orgáŶů a fuŶkĐí 3 2. Sekundární aktivní transport Jako zdroj eŶergie je vLJužito spřažeŶí s přeŶoseŵ jiŶé látkLJ ve sŵěru koŶĐeŶtračŶího gradieŶtu. EŶergie uložeŶá v gradieŶtu, který Ŷásleduje pasivŶě přeŶášeŶá částiĐe, je vLJužita k přeŶosu druhé částiĐe proti sŵěru koŶĐeŶtračŶího spádu. GradieŶt pro pasivŶí přestup druhé látkLJ je vLJtvořeŶ priŵárŶě aktivŶíŵ traŶsportŶíŵ ŵeĐhaŶisŵeŵ Ŷa jiŶéŵ ŵístě ŵeŵďráŶLJ ;Ŷapř. resorpĐe glukózLJ proti gradieŶtu a sodíku ve sŵěru gradieŶtu v teŶkéŵ střevěͿ. Pro sekuŶdárŶě aktivŶí traŶsport se rovŶěž používá termín kotransport. Podle počtu přeŶášeŶýĐh částiĐ rozlišujeŵe:  uniport – je přeŶášeŶa pouze jedŶa molekula nebo iont  kotransport - přeŶášeŶLJ dvě Ŷeďo víĐe ŵolekul Ŷeďo ioŶtů Kotransport dále dělíŵe podle vzájeŵŶého sŵěru přeŶášeŶýĐh částiĐ:  symport – částiĐe jsou přeŶášeŶLJ stejŶýŵ sŵěreŵ  antiport – částiĐe jsou přeŶášeŶLJ opačŶýŵ sŵěreŵ TLJpiĐkýŵ příkladeŵ aktivŶího traŶsportu je sodíko-draslíková pumpa ;alterŶativŶě Na + /K + ATPáza), Udržuje koŶĐeŶtraĐí rozdíl sodíku a draslíkuŵezi iŶtraĐelulárŶíŵ a edžtraĐelulárŶíŵ prostředíŵ tíŵ, že vLJčerpává sodík z ďuňkLJ a Ŷaopak vLJĐhLJtává draslík. TLJto rozdílLJ jsou poŵěrŶě výrazŶé: koŶĐeŶtraĐe sodíku je ϭκϬ mmol/l edžtraĐelulárŶě a ϭϬ ŵŵol/l iŶtraĐelulárŶě, koŶĐeŶtraĐe draslíku je ρ ŵŵol/l edžtraĐelulárŶě a ϭςρ mmol/l iŶtraĐelulárŶě. VlastŶě jde o aŶtiport sodíku a draslíku, přesŶěji tří ŵolekul sodíku a dvou ŵolekul draslíku. Protože se sodík i draslík pohLJďují proti koŶĐeŶtračŶíŵu gradieŶtu, je třeďa zdroj eŶergie; v případě sodŶo- draselné pumpy je zdrojem energie ATP. Pasivní transport =je přeŶos látek přes ďuŶěčŶou membránu, který proďíhá saŵovolŶě prostředŶiĐtvíŵ kaŶálů a přeŶašečovýĐh proteiŶů. - Ŷespotřeďovává žádŶou ĐheŵiĐkou energii (ATP) - závisí Ŷa propustŶosti ďuŶěčŶé ŵeŵďráŶLJ, která závisí Ŷa uspořádáŶí dvojité vrstvLJ fosfolipidů a vŵezeřeŶýĐh ďílkoviŶ. Základními typy pasivního transportu jsou A. prostá difuze B. usŶadŶěŶá difuze - ŵusí látkLJ použít přeŶašeče či kaŶálLJ Ŷa rozdíl od prosté C. osmóza. Gradient elektrochemického potenciálu ProĐes pasivŶího traŶsportu je řízeŶ gradientem koncentrace a membránovým potenciálem. Tyto síly se navzájem skládají v celkovou sílu, která se nazývá gradient elektrochemického potenciálu. Je to rozdíl elektrochemické poteŶĐiálu Ŷa vŶější a vŶitřŶí straŶě ŵeŵďráŶLJ - hŶaĐí síla pro pohLJď ioŶtů přes ŵeŵďráŶu. III. )ákladLJ ďioĐheŵie orgáŶů a fuŶkĐí 4 PřeŶašečové proteiŶy Pro přeŶos solutu (přeŶášeŶá ĐheŵiĐká látkaͿ z vŶějšku ďuňkLJ dovŶitř rozezŶáváŵe Ϯ ŵeĐhaŶisŵLJ prostupu přes proteiŶLJ. 1. PřeŶašečový proteiŶ vLJužívá pro přeŶos solutu svýĐh koŶforŵačŶíĐh zŵěŶ, které ŵu uŵožňují přeŶos ŵalýĐh ve vodě rozpustŶýĐh ŵolekul. 2. Kanálový protein je hydrofilŶí pór, který pro přeŶos speĐifiĐkýĐh aŶorgaŶiĐkýĐh ioŶtů Ŷepotřeďuje zŵěŶit svou koŶforŵaĐi. Proto je teŶto způsoď přeŶosu rLJĐhlejší Ŷež tLJp předĐhozí. ProteiŶ ŵůže ďýt svou koŶforŵaĐí otevřeŶ či uzavřeŶ. TraŶsport ŵůže ďýt: uŶiport, kotransport, symport, antiport Penetrující integrované proteiny Iontové kanály Ovládané: o navázáním acetylcholinu Ŷa vazeďŶé ŵísto. JeŶ velŵi ŵálo kaŶálů se otvírá ďez půsoďeŶí aĐetLJlĐholiŶu o Ŷapětíŵ o mechanicky o chemicky Iontový kanál je vysoce selektivní, Đož zapříčiňují záporŶě Ŷaďité řetězĐe aŵiŶokLJseliŶ → kaŶál propouští jeŶ kladŶě Ŷaďité ioŶtLJ Ŷapříklad K + , Na + . Iontové kanály také pracují na dvou základních principech I. selektivita ioŶtů - Selektivita ioŶtů zŶaŵeŶá, že kaŶálLJ přeŶášejí jedeŶ ioŶt či uŵožňují kotraŶsport Ŷěkolika ioŶtů. II. uzavíratelŶost kaŶálů - UzavíratelŶost udává, že kaŶálLJ jsou ŶěkdLJ otevřeŶLJ či uzavřeŶLJ. VždLJ to však závisí Ŷa stáléŵ poŵěru otevřeŶýĐh a zavřeŶýĐh kaŶálů v ŵeŵďráŶě ďuňkLJ. DIFUZE o Nejsnáze pronikají membránou malé nepolární molekuly jako je kLJslík a odžid uhličitý, které se velŵi doďře rozpouštějí v lipidovýĐh dvojvrstvýĐh III. )ákladLJ ďioĐheŵie orgáŶů a fuŶkĐí 5 Je to ŶutŶé, protože ďuňkLJ potřeďují oďa plLJŶLJ k „dýchání" - ŵetaďoliĐkýŵ proĐesůŵ. o Nenabité polární ŵolekulLJ, pokud jsou dostatečŶé ŵalé;jako vodaͿ proĐházejí poŵěrŶě sŶadŶo;Ŷe vždLJͿ prostou difuzí. o VšeĐhŶy ioŶty a Ŷaďité ŵolekuly, bez ohledu na velikost, jsou téŵěř zĐela ŶepropustŶé. Náďoj a silŶé elektriĐké přitahováŶí k ŵolekuláŵ vodLJ jiŵ ďráŶí vstupovat do lipidové fáze dvojvrstvy Co prostupuje? - Lipofilní látky prostupují přes fosfolipidovou dvojvrstvu ŵeŵďráŶLJ příŵo, rLJĐhlost difúze je příŵo úŵěrŶá jejiĐh rozpustŶosti v tucích - Hydrofilní látkLJ ;Ŷapř. voda a ioŶtLJͿ jsou v lipidovéŵ prostředí ďiologiĐké ŵeŵďráŶLJ nerozpustné, proto mohou difundovat pouze pomocí kaŶálů zabudovaných do ŵeŵďráŶLJ. To ŵá saŵozřejŵě výzŶaŵ v ŵožŶosti regulaĐe vstupu těĐhto látek. RozděleŶí Existují dva druhy difuze: 1. prostá: prostup látek po koŶĐeŶtračŶíŵ spádu ŵeŵďráŶou ďez ŶutŶosti vázáŶí Ŷa ŵeŵďráŶové přeŶašeče Ŷeďo prostupu kaŶálů. 2. facilitovaná: prostup látek po koŶĐeŶtračŶíŵ spádu ŵeŵďráŶou po ŶavázáŶí Ŷa ŵeŵďráŶové přeŶašeče Ŷeďo prostupeŵ k toŵu uzpůsoďeŶýĐh kaŶálů. A. PROSTÁ DIFUZE Prostá difúze je důležitá předevšíŵ v ráŵĐi výŵěŶy plyŶů v lidskéŵ orgaŶisŵu. Náš ŵetaďolisŵus je založeŶý Ŷa spotřeďě O 2 při ŵetaďolisŵu látek v ŵitoĐhoŶdriíĐh a tím získáváŶí eŶergie v podoďě ATP s uvolŶěŶíŵ CO 2 . Proto je ŶutŶá Ŷeustálá výŵěŶa těĐhto plLJŶů ŵezi všeŵi všeŵi ďuňkaŵi. B. FACILITOVANÁ DIFUZE Látky - pomocí přeŶašečů zaďudovaŶýĐh do ŵeŵďráŶLJ. KapaĐita přeŶašeče je liŵitováŶa, proto při vzestupu koŶĐeŶtraĐe difuŶdovaŶé látkLJ Ŷejprve stoupá rLJĐhlost difuze, při ŶasLJĐeŶí kapaĐitLJ přeŶašeče ;tj. od určité „kritické“ koŶĐeŶtraĐe přeŶášeŶé látkLJͿ se už rychlost difuze ŶeŵěŶí. VLJužíváŶa pro transport látek spojeŶýĐh s ŵetaďolisŵeŵ ďuňkLJ a dalšíĐh látek potřeďŶýĐh pro fuŶgováŶí ďuŶěk - Ŷapř. aŵiŶokLJseliŶLJ, proteiŶLJ, ioŶtLJ většíĐh rozŵěrů. C. OSMÓZA Přestupuje rozpouštědlo ;Ŷejčastěji vodaͿ přes polopropustnou membránu z prostoru s ŵéŶě koŶĐeŶtrovaŶýŵ roztokem do prostoru s III. )ákladLJ ďioĐheŵie orgáŶů a fuŶkĐí 6 více koncentrovaným roztokem. PolopropustŶá ŵeŵďráŶa je v toŵto případě propustŶá pro rozpouštědlo a ŵéŶě propustŶá Ŷeďo ŶepropustŶá pro rozpuštěŶé látky. Je-li polopropustŶá ŵeŵďráŶa alespoň částečŶě prostupŶá pro rozpuštěŶé látkLJ, ŵůže s seďou voda přestupujíĐí přes ŵeŵďráŶu strhávat i ŵolekulLJ rozpuštěŶé látkLJ. - Velikost osmózy je dána rozdílem osŵotiĐkýĐh tlaků na obou stranách polopropustné membrány III. ZákladLJ ďioĐheŵie orgáŶů a fuŶkĐí 1 34. KoŵpartŵeŶtaĐe ďioĐheŵiĐkýĐh proĐesů Ŷa úrovŶi ďuňky - KoŵpartŵeŶtaĐe jedŶotlivýĐh ŵetaďoliĐkýĐh drah a ďioĐheŵiĐkýĐh proĐesů ďuňkLJ je významným prvkem regulace metabolismu - RozděleŶí ďuňkLJ do saŵostatŶýĐh oddílů uŵožňuje, aďLJ v ďuňĐe proďíhalLJ zároveň protiĐhůdŶé ŵetaďoliĐké dráhLJ, a zjedŶodušuje regulaĐi ŶěkterýĐh drah - Například regulaĐe β-odžidaĐe je založeŶa Ŷa toŵto priŶĐipu, kdLJ rLJĐhlost odžidaĐe mastných kyselin je závislá na vstupu mastných kyselin do mitochondrie  Mezi kompartmenty dochází k traŶsportu ŵetaďolitů: - MetaďolitLJ jsou látkLJ často rozpustŶé ve vodě a Ŷeŵohou tedLJ saŵovolŶě proĐházet membránou - To platí jak pro membránu cytoplazmatickou, tak pro intracelulární membrány ohraŶičujíĐí jedŶotlivé koŵpartŵeŶtLJ → proto je třeďa traŶsportŶíĐh ŵeĐhaŶisŵů - VětšiŶa ŵetaďolitů ŵá v ŵeŵďráŶáĐh své přeŶašeče – pyruvát, citrát, malát snadno membránou procházejí - Velŵi často doĐhází k toŵu, že Ŷejsou traŶsportovaŶé Đelé molekuly, ale jen jejich části - KoŵpartŵeŶtaĐe koŵplikuje také začátek glukoŶeogeŶeze. EŶzLJŵ pLJruvátdehLJdrogeŶáza je přítoŵeŶ pouze v ŵitoĐhoŶdrii. VzŶiklý odžalaĐelát nedovede projít membránou, proto ŵusí ďýt traŶsaŵiŶováŶ Ŷa aspartát či redukováŶ Ŷa ŵalát, které ŵeŵďráŶou projdou a v ĐLJtosolu jsou přeŵěŶěŶLJ zpět. Transportní systémy: 1. Karnitinový transportní systém - skládá z dvou traŶsportŶíĐh proteiŶů – karnitinacyltransferáza-1 a 2 (CAT) - Ŷa vŶější a vŶitřŶí straŶě ŵitoĐhoŶdriálŶí ŵeŵďráŶLJ a slouží k přeŶosu mastných kyselin z cytosolu do matrixu mitochondrie - ŵastŶé kLJseliŶLJ jsou půsoďeŶíŵ acylCoA-syntetázy aktivovány v cytosolu na acylCoA - koeŶzLJŵ A je však příliš velká ŵolekula a ŵeŵďráŶou ďLJ Ŷeprošel → prostředŶiĐtvíŵ CAT-1 je tedLJ aĐLJl předáŶ Ŷa karŶitiŶ - vzniklý acylkarnitin difunduje mezimembránovým prostorem k přeŶašeči CAT-2, kde je aĐLJl přeŶeseŶ přes ŵeŵďráŶu a opět aktivováŶ Ŷa acylCoA 2. Malát – aspartátový TS 3. GlLJĐerolfosfátový čluŶek III. ZákladLJ ďioĐheŵie orgáŶů a fuŶkĐí 2 Organela Metabolické dráhy Cytosol Glykolýza, část glukoŶeogeŶeze, pentózový cyklus, metabolismus glykogenu Syntéza mastných kyselin SLJŶtéza ŶeeseŶĐiálŶíĐh AMK, traŶsaŵiŶaĐe, část ureosyntetického cyklu Metaďolisŵus puridů a piriŵidiŶů Část sLJŶtézLJ heŵu Mitochondrie Citrátový cyklus a dýĐhaĐí řetězeĐ Počátek glukoŶeogeŶeze β-oxidace mastných kyselin Část ureosLJŶtetiĐkého ĐLJklu Začátek a koŶeĐ sLJŶtézLJ heŵu Drsné endoplazmatické retikulum Proteosyntéza (na ribozomech) α- i ω-oxidace mastných kyselin, transformace xenobiotik SLJŶtéza TAG a fosfolipidů SLJŶtéza Đholesterolu, redukĐe steroidů Golgiho aparát GlLJkosLJlaĐe a hLJdrodžLJlaĐe proteiŶů Lyzozomy Hydrolázy, kyselá fosfatáza, lysozym Peroxizomy DegradaĐe ŵastŶýĐh kLJseliŶ s dlouhýŵ řetězĐeŵ IV/1 )ákladŶí priŶĐipLJ ďuŶěčŶé sigŶalizaĐe: _______________________________________________ - fuŶkĐe lidského těla uŵožŶěŶa díkLJ sLJŶĐhroŶizaĐi jedŶotlivýĐh součástí - komunikace – výŵěŶa iŶforŵaĐ í – proďíhá ŵezi každou součástí orgaŶisŵu Systém edžtraĐelulárŶí ;ŵeziďuŶěčŶéͿ sigŶalizaĐe: - zajišťuje koordiŶaĐi ďioĐheŵiĐkýĐh poĐhodů jedŶotlivýĐh ďuŶěk - Đíleŵ je udržeŶí hoŵeostázLJ - tj. udržeŶí dLJŶaŵiĐké rovŶováhLJ - prostředkLJ koŵuŶikaĐe: 1) signální molekuly: - Đheŵičtí poslové - signál je rozpoznáván v cílových ďuňkáĐh – ŵěŶí ďioĐheŵiĐkou reakĐi 2) elektrické impulsy - generované neurony - v ĐílovýĐh ďuňkáĐh vLJvolávají zŵěŶu ŵeŵďráŶového poteŶĐiálu - důsledkeŵ je přeŵěŶa elektriĐkého sigŶálu Ŷa ĐheŵiĐký 3) gap junction - ŵeziďuŶěčŶé kaŶálLJ uŵožňujíĐí příŵou výŵěŶu sigŶálŶíĐh ŵolekul 4) povrchové proteiny - v ĐLJtoplazŵatiĐké ŵeŵďráŶě sousedŶíĐh ďuŶěk - komplementární extracelulární vzájemné domény - přítoŵŶost/ ŶepřítoŵŶost iŶterakĐí ovlivňuje ĐheŵiĐké poĐhodLJ v cílových ďuňkáĐh Enzymy: - klíčová role v regulaĐi ďiĐheŵiĐkýĐh dějů ;drahͿ Systém intracelulární komunikace: - zajišťuje ďuŶěčŶé poĐhodLJ vedouĐí ke zŵěŶáŵ aktivitLJ, sLJŶtézLJ, degradaĐe eŶzLJŵů - zprostředkovávají tak odpověď Ŷa edžtraĐelulárŶí sigŶalizaĐi Komunikace – systémová/ lokální –záleží Ŷa vzdáleŶosti Systémová komunikace: - pomocí neurohumorálního systému: - 2 doplňujíĐí se sLJstéŵLJ – endokrinní a nervový - nervový – ovlivňuje poŵoĐí Ŷervového vzruĐhu – elektrického vzruchu - endokrinní – užívá horŵoŶLJ – specifické signální molekuly – chemický Lokální komunikace: - Ŷa základě ĐheŵiĐké koŵuŶikaĐe poŵoĐí těsŶýĐh spojů a ŵeŵďráŶovýĐh reĐeptorů - růstové faktorLJ, ĐLJtokiŶiŶLJ, ŵediátorLJ,ŶeurotraŶsŵiterLJ PriŶĐip přeŶosu sigŶálu: - počátek v ďuňkáĐh tvoříĐíĐh sigŶálŶí ŵolekulu - sigŶálŶí ŵolekula je uvolŶěŶa díkLJ ŶadřazeŶé stiŵulaĐi ;př.: horŵoŶLJ řízené hypothalamo- hLJpofLJzárŶí osouͿ Ŷeďo stiŵulaĐí seŶzoriĐkého sLJstéŵu při zŵěŶě koŶĐeŶtraĐí ŵolekul edžtraĐelulárŶě ;glukosa, ioŶtLJ, aŶtigeŶLJͿ - sigŶálŶí ŵolekulLJ, děleŶí dle vzdáleŶosti půsoďeŶí: 1) endokrinní: - hl. hormony - uvolňovaŶé do sLJstéŵové ĐirkulaĐe - ŵohou půsoďit Ŷa vzáĐŶé ďuŶěčŶé populaĐe 2) parakrinní: - sigŶálŶí ŵolekulLJ se uvolňuji do ECT – difundují do okolí – ovlivňuje růzŶé tLJpLJ ďuŶěk 3) autokrinní: - Đíleŵ je vlastŶí druh ďuŶěk - v ĐílovýĐh ďuňkáĐh jsou oďsažeŶé speĐifiĐké reĐeptorLJ – iŶiĐiují přeŶos signálu v intracelulární komunikaci (signální transdukci) - je nezbytné, aby intracelulární komunikace byla indukována pouze stiŵulaĐí edžtraĐelulárŶě přijatého sigŶálu ;čili Ŷee saŵ soďě...Ŷesŵí ďýt soďeček, ďlďeček :DͿ - výsledŶé půsoďeŶí – zahrŶuje řadu dějů – zŵěŶLJ polarizaĐe ŵeŵďráŶLJ, ovlivŶěŶí ďiologiĐkýĐh Đest, zŵěŶLJ v geŶové edžpresi, koŵpledžŶí děje... - signální molekuly- podléhají přísŶéé regulaĐi Struktura a vlastnosti signálních molekul: - klasifikace signálních molekul: 1) lipofilní signál. molekuly - steroidní hormony (estradiol, testosteron, kortizol, aldosteron) - tyroidní hormony (thyroxin) - deriváty MK (eikosanoidy) - retinoidy (retinal) 2) peptidové a proteiŶové sigŶálŶí ŵolekulLJ ;produktLJ traŶslaĐe geŶůͿ - peptidové hormony (libertiny, statiny, inzulin, glukagon, vazopresin) - růstové faktorLJ, ĐLJtokiŶiŶLJ ;EGF, IGF, iŶterleukiŶLJ, iŶterferoŶLJͿ 3) nízkomolekulární deriváty AMK - hormony (adrenalin, noradrenalin) - neurotransmitery (GABA, glutamát) - mediátory (histamin) 4) malé anorganické molekuly a ionty (NO,CO, Ca2+) Hormony: - chemické signální molekuly - tvořeŶé v endokrinních orgánech - distribuce krví - Ŷa Đílové ďuňkLJ půsoďí prostředŶiĐtvíŵ speĐifiĐkýĐh reĐeptorů – iniciujících intracelulární odpověď - výrazŶý, vLJsoĐe speĐifiĐký účiŶek Ŷa Đílovou strukturu - regulují většiŶu ďioĐheŵiĐkýĐh proĐesů – růst, difereŶĐiaĐe – prenatální, postnatální období (steroidní, thyroidní horm.) - trávení a energetický metabolismus – gastin, cholecystokinin, inzulin, glukagon, katecholaminy - regulace iontové a minerální homeostázy – parathormon, aldosteron, kalcitonin) Mediátory: - př.: prostaglaŶdiŶLJ, histaŵiŶ - produkovaŶé řadou ďuŶěk - parakriŶŶí účiŶek Neurohormony a neurotransmitery –ovlivňují ď. Ŷervového sLJstéŵu Růstové faktorLJ: - produkce praktiĐkLJ všeŵLJ orgáŶLJ - proteiny a proteoglykany Cytokininy:- - prioritní sekrece imunokompetentními b. Transport a degradace signálních molekul: - záleží Ŷa jejiĐh polaritě: - polární: peptidové sig.molek., deriváty AMK, - rozpustné v H2O – transport po koŶĐeŶtračŶíŵ gradieŶtu - nepolární: lipofilní - nutné transporní proteiny – pro steoidní a thyroidní hormony - BiologiĐký poločas: - doďa, za kterou se jejiĐh koŶĐeŶtraĐe sŶíží Ŷa ½ ve sledovaŶéŵ koŵpartŵeŶtu - faktoreŵ ovlivňujíĐíŵ poločas je hl. struktura, způsoď iŶaktivaĐe, degradaĐe, asociace s dalšíŵi ŵolekulaŵi, ĐheŵiĐká stabilita látek - u eikosaŶoidů vteřiŶLJ - u hydrofilních látek otázka minut-hodin - u lipofilních otázka hodin-dŶů Steroidní hormony –v játrech redukovány a hydroxylovány – vzŶik iŶaktivŶíĐh sloučeŶiŶ – převod Ŷa hLJdrofilŶí koŵpoŶeŶtLJ pro vLJloučeŶí ŵočí Tyroidní hormony: inaktivace dejodasami Katecholaminy: inaktivace 2 enzymovými cestami – transmethylasami a monoaminooxidasou Proteinové hormony –degradace cirkulujícími peptidasami - v ŵoči ŶaĐházíŵe ŵetaďolitLJ sigŶálŶíĐh ŵolekul – staŶoveŶí často slouží jako marker produkĐe, či koŶĐeŶtraĐe MeĐhaŶisŵus účiŶku sigŶál. ŵolekul: - pro polární ;ve vodě rozpustŶéͿ sigŶálŶí ŵolekulLJ je ŵeŵďráŶa ŶepropustŶá – nutná přítoŵŶost speĐifiĐkýĐh reĐeptorů – v ĐLJtoplazŵatiĐké ŵeŵďráŶě ĐílovýĐh ďuŶěk - navázáním ligandu na receptor – vzniká aktivní komplex – zahajuje sigŶálŶě traŶsdukčŶí kaskády intracelulární signalizace - kaskádLJ zahrŶují sigŶalizaĐi druhýĐh poslů – nebo aktovaci specifických kinás - aktivaĐí druhýĐh poslů doĐhází hl. k ovlivŶěŶí ŵetaďoliĐkýĐh Đest v cílových b. ̈ - aktivace kaskád – vede k přeŶosu speĐifiĐkýĐh sigŶálů do jádra – ovlivní aktivitu traŶskripčŶíĐh faktorů – regulaci genové exprese - nepolární látky – steroidŶí a thLJroidŶí horŵoŶLJ... proŶikají přes ŵeŵďráŶu, jak se jiŵ ĐhĐe - reĐeptorLJ jsou uvŶitř ďuňkLJ – ligaŶdLJ se váží iŶtraĐelulárŶě, ŶěkdLJ i iŶtraŶukleárŶě - typické pro steroidy, thyroidní hormony, vit.D, retinoidy, prostaglandiny – ovlivŶěŶí geŶů Ŷa úrovŶi traŶskripĐe Receptory: - vazba je dynamický proces – určuje jej afiŶita ligaŶdu k receptoru - závisí na disoĐiačŶí koŶstaŶtě [reĐeptor]+[ligaŶd]↔[koŵpledž reĐeptor-ligand] IV/2 Membránové receptory a jejich ligandy, G- proteiny MeĐhaŶisŵus účiŶku sigŶál. ŵolekul: - pro polární ;ve vodě rozpustŶéͿ sigŶálŶí ŵolekulLJ je ŵeŵďráŶa ŶepropustŶá – nutná přítoŵŶost speĐifiĐkýĐh reĐeptorů – v ĐLJtoplazŵatiĐké ŵeŵďráŶě ĐílovýĐh ďuŶěk - navázáním ligandu na receptor – vzniká aktivní komplex – zahajuje sigŶálŶě traŶsdukčŶí kaskádLJ iŶtraĐelulárŶí sigŶalizaĐe - kaskádLJ zahrŶují sigŶalizaĐi druhýĐh poslů – nebo aktivaci specifických kinás - aktivaĐí druhýĐh poslů doĐhází hl. k ovlivŶěŶí ŵetaďoliĐkých cest v cílových b. - kaskád – vede k přeŶosu speĐifiĐkýĐh sigŶálů do jádra – ovlivní aktivitu traŶskripčŶíĐh faktorů – regulaci genové exprese - nepolární látky – steroidŶí a thLJroidŶí horŵoŶLJ... proŶikají přes ŵeŵďráŶu, jak se jiŵ ĐhĐe - receptory jsou uvnitř ďuňkLJ – ligaŶdLJ se váží iŶtraĐelulárŶě, ŶěkdLJ i iŶtraŶukleárŶě - typické pro steroidy, thyroidní hormony, vit.D, retinoidy, prostaglandiny – ovlivŶěŶí geŶů Ŷa úrovŶi traŶskripĐe Receptory: - vazba je dynamický proces – určuje jej afiŶita ligaŶdu k receptoru - závisí Ŷa disoĐiačŶí koŶstaŶtě [reĐeptor]+[ligaŶd]↔[koŵpledž reĐeptor-ligand] - většiŶa edžtraĐelulárŶíĐh sigŶálů se váže Ŷa ŵeŵďráŶové reĐeptorLJ - reĐeptorLJ přeŶáší sigŶál dovŶitř ďuňkLJ - ϯ druhLJ reĐeptorů: ;ioŶtové, reĐeptorLJ vážíĐí G-protein,enzymotropní receptory) 1) IONOTROPNÍ RECEPTOR: - ligaŶdeŵ řízeŶý ioŶtový kaŶál - převádí ĐheŵiĐké sigŶálLJ Ŷa elektriĐké - slouží k rLJĐhléŵu přeŶosu sigŶálu elektriĐkLJ edžĐitaďilŶíĐh ďuŶěk – na synapsi ŶervovýĐh, svalovýĐh ďuŶěk - vazba ligandu na membránový receptor iontových kaŶálů ovládá propustŶost pro určité ioŶtLJ - takto půsoďí hl.neurotransmitery (GABA –reguluje Cl- kanál) - traŶsŵeŵďráŶová část – velŵi důležitá – určuje selektivitu přeŶášeŶýĐh látek 2) RECEPTOR VÁZANÝ NA G-PROTEIN RECEPTORY PEPTIDOVÝCH HORMONŮ: - integrální transmembránové proteiny - univerzální stavební plán – podřízeŶo účelu – přeŶosu speĐifiĐkého sigŶálu do Ŷitra ď. - Ŷejvětší rodiŶa ŵeŵďráŶovýĐh reĐeptorů Receptorová molekula: - 3 části: 1) Extracelulární doména receptoru - čŶí do edžtraĐelulárŶího prostředí - obsahuje vazebné místo pro specifický ligand - pro hormony s velŵi Ŷízkou koŶĐetraĐí ŵusí ďýt velŵi vLJsoká speĐifičŶost vazby - ďývá kovaleŶtŶě ŵodifikovaŶá přítoŵŶostí saĐharidovýĐh a polLJsaĐharidovýĐh zďLJtků 2) Transmembránová doména receptoru - skrz ní proniká receptorová ŵolekula dovŶitř - obsahuje hydrofóbní AMK zbytky - pro peptidové horŵoŶLJ 6 alfahelidžů, radiálŶě uspořádaŶýĐh koleŵ kolŵé osLJ na cytoplazmat. membránu 3) Intracytoplazmatická doména receptoru - ŶavázáŶí ligaŶdu Ŷa reĐeptor půsoďí koŶforŵačŶí zŵěŶLJ - koŶforŵačŶí zŵěŶLJ uŵožŶují další iŶterakĐi s dalšíŵi proteiŶLJ v perimembránovém cytoplazmatickém prostoru - G-protein – je hlavŶí iŶiĐiátor přeŶosu sigŶálu z aktivovaŶýĐh reĐeptorů k iŶaktivaĐi aktivŶíĐh reĐeptorovýĐh koŵpledžů Ŷa povrĐhu ď. doĐhází jejiĐh internalizací do ďuňkLJ Ŷa základě klatriŶeŵ asistovaŶé eŶdoĐLJtózLJ receptory mohou být recyklovány z5  nebo degradovány lyzosomy G-proteiny: - iŶtraĐelulárŶí přeŶašeči sigŶálu – z reĐeptorů asoĐiovaŶáĐh s G-proteinem - receptory pro: peptidové hormony (ACTH, adrenalin, FSH, glukagon, PTH) - další signální molekuly (Ach, glutamát, histamin, rhodopsin, olfaktorní receptory) - G-proteiny – jsou ŵolekulárŶí přepíŶače Ŷa vŶitřŶí straŶě ŵeŵďráŶ - jsou taŵ držeŶLJ poŵoĐí lipidových kotev – kovalentní vazba MK, izopreŶoidů Ŷa C-konci polLJpeptidového řetězĐe - prochází 7x membránou - ŶaĐhází se Ŷapř.: u rhodopsiŶu - skládají se ze 3 podjednotek - heterotrimerní – α,β,γ – podjednotky - název vychází ze shopnosti alfa podjednotky vázat guanosinfosfáty - v závislosti Ŷa přítoŵŶosti GDP, GTP – se G- protein nachází v aktivním(GTP)/inaktivním (GDP) stavu - aktivace- proďíhá přeŵěŶou GDP Ŷa GTP – tato zŵěŶa je katalLJzovaŶá ligaŶdeŵ aktivovanou molekulou receptoru - ukoŶčeŶí sigŶálŶí aktivaĐe- vŶitřŶí GTPasovou aktivitou alfa podjedŶotek G-proteinu - úlohou G-proteiŶů je ovlivňovat produkĐi ŵolekul druhýĐh poslů – hl. cyklického cAMP, diacylglycerolu (DAG), a inositol – 1,4,5- trifosfátu - G-proteiŶLJ tvoří Ŷěkolik rodiŶ v závislosti Ŷa přítoŵŶé alfa podjedŶotĐe - G-proteiny – po své aktivaci mohou stimulovat/inhibovat adenylátcyklásu – produkující cAMP, nebo aktivovat fosfolipasu C v produkce DAG a I3P 3) ENZYMOTROPNÍ RECEPTOR: - je sám ligandem nebo se pojí s jiným enzymem, aby jej aktivoval - váže se Ŷa vŶější straŶu ŵeŵďráŶLJ – aktivuje tím katalytické centrum Ŷa vŶitřŶí straŶě ŵeŵďráŶLJ - Ŷejčastěji je aktivováŶa proteinkinasa – schopná fosforylovat – tím regulovat receptor, ale i jiné proteiny ̈ - fosforylované proteiny – tvoří spouštěĐí ŵísto kaskádLJ sigŶálŶí - Ŷapř.: reĐeptor pro INZULIN: - membránou prochází pouze 1 alfahelix - podjednotky dimerního receptoru – tvořeŶLJ Ϯ polLJpeptidLJ α, β – spojeno disulfidiĐkýŵi ŵůstkLJ - řetězĐe alfa – váží iŶzuliŶ - řetězĐe ďeta – obsahují transmembránové helixy a na C-konci polypeptidu – fuŶkčŶí doŵéŶu s tyrosinkinázovou aktivitou - receptorové tyrozinkinasy – v aktivním stavu fosforylují samy sebe – i zprostředkujíĐí proteiŶLJ – které spouštějí kaskádLJ dalšíĐh fodforLJlaĐí RECEPTORY SIGNÁLNÍCH MOLEKUL VZNIKAJÍCÍCH Z DERIVÁTŮ AMK: - pro biogenní aminy – hormony (adrenalin, noradrenalin) - neurotransmitery (Ach, dopamin, GABA) - mediátory (histamin) - jejiĐh ŶepolárŶí Đharakter vLJžaduje speĐifiĐké reĐeptorLJ Ŷa ŵeŵďráŶě ĐílovýĐh ďuŶěk - transmembránové proteiny = metabotropní receptory - přeŶáší sigŶál do Ŷitra Đestou aktivaĐe G- proteinu nebo iontovýĐh kaŶálů ;ovlivňuje membránový potenciál) RECEPTORY TYROIDNÍCH HORMONŮ: - skrz ĐLJtoplazŵatiĐkou ŵeŵďráŶu proĐházejí přes traŶsportérLJ pro aroŵatiĐké AMK - z ĐLJtoplazŵLJ proŶikají do ďuŶěčŶého jádra – taŵ se vážou Ŷa thLJreoidŶí reĐeptorLJ - thyreoidní receptory – iŶtaŶukleárŶě uložeŶé traŶskripčŶí faktorLJ RECEPTORY PRO RŮSTOVÉ FAKTORY: - transmembránové molekuly - edžtraĐelulárŶí čášt – ligand vázající doména - traŶŵeďráŶová část – bohatá na nepolární AMK - intracelulární doména – má tyrosinkinasovou aktivitu - po navázání ligandu – vLJvolaŶá zŵěŶa koŶforŵaĐe proteiŶové složkLJ – způsoďuje autofosforLJlaĐi tLJrsiŶovýĐh zďLJtků C- koncových domén diŵerizovaŶýĐh reĐeptorů - za fyziolog. okolností jsou receptory s navázaným ligandem rychle inaktivovány – inkorporací do ďuňkLJ - porucha signalizace – hLJperseŶzitivita pro růstové faktorLJ – u Ŷádorů IV/3 Typy a úloha druhýĐh poslů v přeŶosu sigŶálu MeĐhaŶisŵus účiŶku sigŶál. ŵolekul: - pro polárŶí ;ve vodě rozpustŶéͿ sigŶálŶí ŵolekulLJ je ŵeŵďráŶa ŶepropustŶá – nutná přítoŵŶost speĐifiĐkýĐh reĐeptorů – v ĐLJtoplazŵatiĐké ŵeŵďráŶě ĐílovýĐh ďuŶěk - navázáním ligandu na receptor – vzniká aktivní komplex – zahajuje sigŶálŶě traŶsdukčŶí kaskády intracelulární signalizace - kaskádLJ zahrŶují sigŶalizaĐi druhýĐh poslů – nebo aktovaci specifických kinás - aktivaĐí druhýĐh poslů doĐhází hl. k ovlivŶěŶí ŵetaďoliĐkýĐh Đest v cílových b. - aktivace kaskád – vede k přeŶosu speĐifiĐkýĐh sigŶálů do jádra – ovlivní aktivitu traŶskripčŶíĐh faktorů – regulaci genové exprese - úlohou G-proteiŶů je ovlivňovat produkĐi ŵolekul druhýĐh poslů – hl. cyklického cAMP diacylglycerolu (DAG), a inositol – 1,4,5- trifosfátu Druhý posel: - uŵožňují ryĐhlý přeŶos sigŶálu řízeŶou syŶtézou ŵalýĐh ŵolekul, Ŷeďo řízeŶýŵ uvolňováŶíŵ ioŶtů z intracelulárních zásob - ŵolekulLJ Ϯ. poslů jsou sLJŶtetizovaŶé po stiŵulaĐi reĐeptorů v ĐLJtoplazŵatiĐké ŵeŵďráŶě specifickými enzymy (s výjimkou Ca2+) - ŵolekulLJ Ϯ. poslů aktivujé skupiŶu seriŶ/threoŶiŶovýĐh proteiŶkiŶas – fosforylují intracelulární enzymy a proteiny – tíŵ ovlivňují jejiĐh aktivitu - sigŶálŶí aktivita druhýĐh poslů je časově oŵezeŶa Ŷa doďu, po kterou je drážděŶ reĐeptor – je důležitá i iŶaktivaĐe - intracelulární chemické signály – koŶĐeŶtraĐe je koŶtrolovaŶá horŵoŶLJ, ŶeurotraŶsŵiterLJ... - vznikají z lehĐe dosažitelŶýĐh suďstrátů - ŵají krátký ďiologiĐký poločas - NEJDŮLEŽITĚJŠÍ: cAMP, cGMP, inozitol-1,4,5-trifosfát, diacylglycerol (DAG), NO cAMP: - účast v metabolismu glykogenu jako signální látka - nukleotid cAMP - 3,5- cykloadenosinmonofosfát - tvoří se Ŷa vŶitřŶí straŶě plazŵatiĐké ŵeŵďráŶLJ za účasti Ŷa Ŷí vázaŶýĐh adeŶLJlátĐLJkláz - adenylátcykláza – cyklyzuje ATP po odštěpeŶí difosfátu – závisí na ní aktuální hladina cAMP - štěpeŶí ĐAMP Ŷa AMP je výsledek hLJdrolýzLJ a katalLJzováŶo ĐAMP-sfecifickými fosfodiesterázami - účiŶek speĐifiĐkýĐh fosfodiesteráz se projeví v rLJĐhlé iŶaktivaĐi a trvaléŵu sŶížeŶí hladiŶLJ cAMP - ŵetLJldžaŶtiŶLJ ;kofeiŶLJͿ ŵohou eŶzLJŵ potlačit - inzulin – aktivuje fosfodiesterázu – sŶižuje hladiŶu ĐAMP - hladina cAMP je kontrolována G-proteiny – řízeŶo prostředŶiĐtvíŵ reĐeptorů vázaŶýĐh Ŷa G- protein extracelulárními signály - Ŷěkteré adeŶLJlĐLJklázLJ – jsou aktivované Ca2+ a kalmodulinem - účiŶek: - ĐAMP půsoďí jako alosteriĐký efektor proteiŶkiŶas tLJpu A (PAK) - aktivují proteinkinasu A – heteroteramerní holoenzym – ze 2 katalytických a Ϯ regulačŶíĐh podjedŶotek - v ŶeaktivŶíŵ stavu se regulačŶí podjedŶotkLJ oďsahují vazebná místa pro ĐAMP, vážou Ŷa katalLJtiĐké podjedŶotkLJ – tíŵ zŶeŵožňují kiŶásovou aktivitu - při zvýšeŶé koŶĐeŶtraĐi ĐAMP doĐhází k ŶavázáŶí Ŷa regulačŶí podjedŶotkLJ - suďstráteŵ aktivovaŶé PAK je řada iŶtraĐelulárŶíĐh proteiŶů – ty jsou pomocí PAK fosforylovány - fosforLJlaĐe ĐílovýĐh eŶzLJŵů – způsoďuje aktivaĐi/iŶaktivaĐi – záleží Ŷa konkrétním enzymu - PAK-regulované protein se podílí na: řízeŶí ŵetaďolisŵu saĐharidů, lipidů, traŶsportu ioŶtů v ledvinách, steroidogenezi - ukládá se Ŷa regulačŶí podjedŶotkLJ eŶzLJmu – půsoďí koŶforŵačŶí zŵěŶu –to vede k uvolŶěŶí aktivŶího eŶzLJŵu - v olfaktoriálŶíĐh ŶeuroŶeĐh se příŵo účastŶí řízeŶí ioŶtovýĐh kaŶálků - odpovědi zptostředkovaŶé ĐAMP Hormon Cíl tkáň odpověď Tyreotropní ŠtítŶá žl. Syntéza a sekrece tyroxinu Tuk. tkáň Hydrol.triaclyglycer. Adrenokortikotropní Kura nadledvin Synt.,sekrece kortisolu LuteiŶizačŶí VaječŶík Syntéza, sekrece progesteronu Adrenalin Sval Glykogenolýza Srdce + ĐhroŶotropŶě, iŶotropŶě Tuk tkáň Hydrolýza triacylglycerol. Parathormon Kosti Resorpce kosti Glukagon Játra Glykogenolýza Tuková tkáň HLJdrolýza triaĐlLJglLJĐerolů vazopresin Ledviny Resorpce H2O cGMP: - vzŶiká podoďŶě jako ĐAMP - je aktivován atriovým nátriuretickým peptiden (ANP) - vLJtvářeŶ a skladováŶ ve forŵě prohorŵoŶu v graŶuleĐh atriálŶíĐh kardioŵLJoĐLJtů - sekreĐe ANP a jeho ŵaturaĐe je stiŵulovaŶá zvýšeŶíŵ krevŶího tlaku, hLJperŶátreŵií, aktivací sympatiku - ANP v ĐílovýĐh ďuňkáĐh oďsahuje speĐifiĐký reĐeptor – součástí jeho polLJpeptidového řetězĐe je guaŶLJlátĐLJklásová doŵéŶa – v iŶtraĐLJtoplazŵatiĐké části - stiŵulaĐe speĐifiĐkýĐh reĐeptorů vede k syntéze cGMP bez zapojení G-proteinu - cGMP aktivuje cGMP-dependentní proteinkinasu G - ANP – podílí se Ŷa sŶížeŶí vaskulárŶího toŶu a sŶižuje reaďsorpĐi Na+ v gloŵeruleĐh a zvLJšuje lipolýzu v tukové tkáni - sŶížeŶí reaďsorpĐe Na+ je dáŶo cGMP-dependentní fosforylací sodného kanálku v distální části ŶefroŶu - podoďŶého priŶĐipu vLJužívají i: tLJčiŶkLJ, koŶtrakĐe v hladkém svalu, metabolické pochody) Deriváty obsahující cyklický alkohol inositol esterifikovaný k. fosfatidovou: - vznikají z fosfatidLJliŶositolu = glLJĐerolfosfolipidu ďuŶěčŶé ŵeŵďráŶLJ- tj. z lipidů - prostředŶiĐtvíŵ G-proteiŶů doĐhází k aktivaci fosfolipasy C –β vázaŶé Ŷa ŵeŵďráŶě - fosfolipasa C –β – hLJdrolýzou dvojŶásoďŶě fosforLJlovaŶého ŵembránového fosfolipidu vLJtvoří-hydrofilní fosfatidilinozitolbifosfát(Insp3) a hydrofóbní diacylglycerol (DAG) - fosfatidilinozitolbifosfát (InsP3) - hydrofilní - InsP3 – putuje cytosolem k ER – taŵ otvírá IŶsPϯ řízeŶé kaŶálLJ pro CaϮ+ - propouští Ca2+ ionty ze zásob – Ŷáseduje zvýšeŶí hladiŶLJ CaϮ+ - Ca2+ pomocí kalmodulinu půsoďí jako Ϯ. posel – nebo aktivátor proteinkináz C - ukoŶčeŶí půsoďeŶí – defosforylací specifickou fosfatázou na InsP2 - ev. fosforylován na InsP4 - hladiŶa CaϮ+ je opět sŶížeŶa - DAG: - lipofilní - zůstává v ŵeŵďráŶě – ŵůže aktivovat proteiŶkiŶázu tLJpu C – fosforylují za přítoŵŶosti CaϮ+ určité proteiŶLJ – tíŵ předávají sigŶál dál - hydrolýzou DAG – vzniká k arachidonová - sama je signálem – vznikají z ní eikosanoidy Druhý posel Substrát Enzym Efektor Hydrofilní cytosolové molekuly cAMP ATP Adenylátcykláza (AC) Proteinkinasa A (PKA) cGMP GTP Guanylátcykláza (GC) Proteinkinasa G (PKG) Inositol-1,4,5-trifosfát Fosfatidylinsitol-4,5- bifosfát Fosfolipasa C (PCL) Ca2+ vázající protein, proteinkinasa C (PKC) Ca2+ - UvolŶěŶí ze sarkoplazmy ER stimulováno Ins(1,4,5)P3 Insp3 receptor HLJdrofóďŶí ŵeŵďráŶově vázaŶé ŵolekulLJ Diacylglycerol (DAG) Fosfatidylinsitol-4,5- bifosfát Fosfolipasa C (PLC) proteinkinasa C (PKC) Fosfatidylinsitol-3,4,5- trifosfát Fosfatidylinsitol-4,5- bifosfát Fosfatidylinositol – 3- kinása Proteinkinasa B (PKB) Ca2+ ionty: - v plazŵě je za fLJziol. podŵíŶek Ŷízká koŶĐeŶtraĐe – udržují to tak puŵpLJ - je vázáŶ řadou proteiŶů a orgaŶel – fungují pak jako pufry pro Ca2+ - účiŶek - v ĐLJtosolu sprostředkováŶo speĐifiĐkýŵi proteiny - kalmodulin, annexiny, svalový troponin C - kalmodulin: - malý protein - váže κ proteiŶLJ Ca - díkLJ koŶforŵačŶí zŵěŶě půsoďí Ŷa další proteiŶLJ a ŵěŶí jejiĐh vlastŶosti - tíŵto řídí aktivitu eŶzLJŵů, ioŶtovýĐh puŵp, složek ĐLJtoskeletu NO: - krátce existující radikál – krátký poločas - účiŶek lokálŶího ŵediátoru a druhého posla - Ŷervové ď. vLJužívají jako sigŶálŶí látku - antibakteriálŶí účiŶek – produkují ho makrofágy a neutrofily - účiŶek: - v eŶdotelu vzŶiká NO a difuŶduje do ĐévŶíĐh svalovýĐh ďuŶěk – tam aktivuje guanylátcyklázu – tvorba cGMP - dál se aktivuje proteinkináza – k uvolŶěŶí hladké svaloviŶLJ – tíŵto se rozšiřují ĐévLJ - mediĐíŶské vLJužití – při léčďě aŶgiŶLJ peĐtoris – léčivo glLJĐeriŶtriŶitrát – uvolňuje NO do oďěhu – sŶižuje praĐovŶí zátěž IV. )ákladLJ ďuŶěčŶé a ŵolekulárŶí ďiologie 1 4. Signálně transdukční kaskády cytokinů a růstových faktorů  Růstové faktorLJ -růstové faktory – jejich molekuly jsou polypeptidy/male proteiny syntetizované v ďuňkáĐh řady tkaní •EGF = epidermální růstový faktor •IGFs = iŶsuliŶu podobné růstové faktory •NGF = nervový růstový faktor -jejiĐh působení je obvykle omezeno jen na okrsek tkáŶě, kde vznikají – parakriŶŶi půsoďeŶi →slouží jako pozitivní signály pro růst ďuŶěk →důležité pro zahájení ďuŶěčŶého cyklu →jejiĐh přítoŵŶost a aktivita je podmínkou „přežívaní“ ďuŶěk ve tkaních -> tzv. survival faktory → ŵohou ovlivňovat ďuŶěčŶý metabolismus – trofické nebo metabotrofní faktory Ŷeďo ďuŶěčŶou difereŶĐiaĐi – difereŶĐiačŶí faktorLJ -vážou se s vysokou afinitou na ligand vázající extracelulární doménu reĐeptorů pro růstové faktory -reĐeptorLJ pro růstové faktorLJ =transmembranove molekuly •Ŷa vŶější straŶě cytoplazmatické membrány se nachází ďohatě glykosylovaná edžtraĐelulárŶí část – obsahuje ligand vázající doménu •ĐLJtoplasŵatiĐkou membránou proniká trans membránová doména – bohatá na nepolární AMK •iŶtraĐelulárŶí doŵéŶa – má tLJrosiŶkiŶasovou aktivitu → po navázaní ligandu a tím vzniklé koŶforŵačŶí zŵěŶě → způsoďí autofosforLJlaĐi tLJrosiŶovLJĐh zďLJtků C-koncových domén diŵerizovaŶLJĐh reĐeptorů *receptor aktivovaný ligandem vLJtváří homo- nebo heterodimery s dalšíŵ aktivovaným receptorem *receptory s navázaným růstovýŵ faktoreŵ rLJĐhle iŶaktivovaŶLJ → eŶdoĐLJtozou dovŶitř ďuňkLJ → degradaĐe -proteiŶLJ zúčastŶěŶé Ŷa přeŶosu sigŶálu růstovýĐh faktorů aktivovaný reĐeptor → ŵůže iŶteragovat s ŵŶoha cytoplazmatickými proteiny – ty stoji na „začátku“ sigŶálŶě – traŶsdukčŶíĐh cest IV. )ákladLJ ďuŶěčŶé a ŵolekulárŶí ďiologie 2 Ras proteiny – důležité proteiny, které jsou v příŵéŵ kontaktu s aktivovanými receptory -jsou čleŶLJ velké rodiny malých GTP-vázajících proteiŶů s jediŶou podjedŶotkou (monomerní) -dochází k postupnému přeŶosu signálu od plasmatické membrány až k jádru → poslední proteinkinasa kaskády fosforyluje regulačŶí proteiny určitýĐh geŶů → tak ŵěŶí jejich sĐhopŶost regulovat přepis geŶů ........ výsledkem je zŵěŶa genové exprese -produktLJ protooŶkogeŶů z rodiŶLJ Ras -ŵultifuŶkčŶi sigŶalŶi ŵolekulLJ -mohou být aktivovany řadou signálních cest a zároveň saŵLJ aktivuji řadu efektorových molekul -čleŶové rodiŶLJ Ras patři ŵezi ŵale GTPasLJ → jsou to GTP vázající bílkoviny obsahuji GTPasovou doménu -asociuji s aktivovanými receptory pro růstové faktorLJ → tato asoĐiaĐe má za následek zŵěŶu GDP za GTP v ŵolekule Ras -Ras (GTP) = sigŶálŶě aktivní forma Ras proteinu uŵožňuje navázaní a autofosforLJlačŶi aktivaci první z kaskády kinas – proteinu Raf -GTPasova doména hydrolyticky štěpí GTP Ŷa GDP + Pi → iŶaktivaĐe Ras proteiŶu vzniká Ras (GDP) = sigŶálŶě neaktivní -mezitím je již ŵitotiĐkLJ signál předáváŶ v intracelulárním prostředí → a amplifikován postupnou fosforylaci dalšíĐh proteinkinas signální kaskády -mutace v protoonkogenech Ras – Ŷejčastější genetická zŵěŶa v geŶeĐh protooŶkogeŶů -jejiĐh ŵutaĐe způsoďí trvalou sigŶálŶí aktivitu pϮϭ proteiŶu – poruchou jeho GTPasove aktivitLJ → ďez ohledu Ŷa přítoŵŶost ŶadřazeŶýĐh sigŶálů IV. )ákladLJ ďuŶěčŶé a ŵolekulárŶí ďiologie 3 -sigŶálŶí aktivita růstovýĐh faktorů ŵá často stiŵulačŶí účiŶek Ŷa ďuŶěčŶý ĐLJklus -zahájeŶi ĐLJklu je podŵíŶěŶo zŵěŶaŵi v geŶové edžpresi -proto ŵusí sigŶál ze stiŵulovaŶýĐh reĐeptorů pro růstové faktorLJ překoŶat vzdálenost z perimeŵďraŶoveho prostoru → do ďuŶěčŶého jádra k toŵuto přeŶosu sigŶálu na velkou vzdálenost a jeho amplifikaci– signální kaskáda  Signální kaskáda -je složeŶa z proteiŶkiŶas -aktivovaŶé ŵolekulLJ proteiŶkiŶas aktivuji další sigŶálŶí proteiŶkiŶasLJ -tuto kaskádu tvoři zástupĐi rozsáhle skupiŶLJ proteiŶkiŶas = ŵitogeŶLJ aktivovaŶé proteinkinasy = MAPK -aktivaĐe Ras proteiŶů je jedŶou ze základŶíĐh Đest aktivaĐe kaskádLJ MAPK Signální kaskáda MAPK má většiŶou ϯ stupŶě: I. autofosforylace Raf II. Raf kináza fosforyluje kinasu MEK (MAP a ERK kinasa) – jejím substrátem je ERK ;edžtraĐelularŶě regulovana kinasa) III. koncové kinasy teto kaskády ;Ŷapř. ERKͿ po fosforLJlačŶí aktivaci dimerizuji a takto jsou translokovany do ďuŶěčŶého jádra → zde fosforyluji traŶskripčŶí faktorLJ → ovlivňuji geŶovou edžpresi řadLJ geŶů  Cytokiny -polypeptidy/proteiny -signální molekuly -ŵají hlavŶě parakriŶŶi účiŶek a jsou produkovaŶé v řadě tkaŶí • interleukiny • erytropoetin • interferony -váži se Ŷa cytokinové receptory bez tyrosinkinásové aktivity → vazďa ĐLJtokiŶu Ŷa ĐLJtokiŶovLJ reĐeptor → způsoďí koŶforŵačŶí zŵěŶu reĐeptoru + dimerizaci receptoru → v této aktivŶí podoďě kolokalizuje s reĐeptoreŵ ŵolekula ŶereĐeptorové tLJrosiŶkiŶasLJ JAK → ihŶed po teto vazďě JAK kiŶasLJ fosforLJluji ĐLJtokiŶovLJ reĐeptor → tato fosforLJlaĐe uŵožňuje ŶavázaŶí proteiŶů z rodiŶLJ STAT = sigŶal traŶsduĐers aŶd aĐtivators of transcription → STAT proteiŶLJ = traŶskripčŶí faktory příŵo aktivované aktivním receptorovým komplexem -po vazďě STAT Ŷa fosforylovany cytokinový reĐeptor → jsou fosforLJlovaŶLJ JAK kiŶasaŵi -tato fosforLJlaĐe → iŶdukuje ve STAT proteiŶeĐh koŶforŵačŶi zŵěŶLJ → tLJ uŵožŶi jejiĐh disociaci z komplexu a dimerizaci → v podoďě hoŵo- Ŷeďo heterodiŵerů jsou traŶslokovaŶLJ do ďuŶěčŶého jádra → speĐifiĐkLJ ovlivňuji geŶovou edžpresi → STAT mají DNA-vázající doménu, která se váže do IV. )ákladLJ ďuŶěčŶé a ŵolekulárŶí ďiologie 4 promotorových oblasti obsahujících STAT-responzibilni element → STAT proteiŶLJ ovlivňuji geŶovou edžpresi geŶů zúčastŶěŶýĐh v regulaci imunitni odpovědi, děleŶi ďuŶěk Ŷeďo jejich diferenciaci IV. Základy buŶěčŶé a ŵolekulárŶí biologie 1 5. AktivaĐe fosfolipáz a sigŶalizaĐe vLJužívajíĐí derivátLJ lipidů =fosfolipázLJ jsou eŶzLJŵLJ, které hLJdrolLJtiĐkLJ štěpí fosfolipidLJ  fosfolipaza A1 – součásti hadího jedu; odštěpuje aĐLJl v poloze ϭ fosfolipidu  fosfolipaza D – katalyzuje hydrolýzu fosfatidLJlĐholiŶu, vzŶiká kLJseliŶa fosfatidová a uvolňuje se cholin  fosfolipaza A2 -je tvořeŶa v paŶkreatu – ve forŵě proeŶzLJŵu -aktivovaná trypsinem v duodenu -hLJdrolLJzuje MK v poloze Ϯ fosfolipidu → produkteŵ je lLJsofosfolipid -zbývající MK v poloze 1 lysofosfolipidu ŵůže ďLJt odstraŶěŶa lLJsofosfolipasou -zďLJvajiĐi fosfoglLJĐerol s příslušŶou ŵolekulou je ďuď vLJloučeŶ stoliĐi, Ŷeďo dále hLJdrolLJzováŶ a vstřeďáŶ  eŶzLJŵově zprostředkovaŶá sigŶálŶí drahá, která vede od reĐeptorů spojeŶýĐh s G- proteiŶLJ →začíŶá aktivaci fosfolipázy C -reĐeptor je stiŵulováŶ ŶavázáŶíŵ ligaŶdu → ke stiŵulovaŶéŵu reĐeptoru se připojí α podjedŶotka speĐifiĐkého triŵeriĐkeho G proteiŶu → v důsledku toho se podjedŶotka α odpojí a aktivuje -fosfolipazu C ;jsou zŶaŵLJ přiŶejŵeŶšiŵ ϯ třidy fosfolipaz – β,ɶ,ɷͿ • fosfolipaza C = membránový enzym ;ve vodě rozpustŶLJͿ -signální drahá, která začíŶá půsoďeŶíŵ fosfolipázy C = inositolfosfolipidová drahá • fosfolipáza C půsoďí Ŷa → membránový inositolovy fosfolipid (fosfolipid s připojeŶýŵ cukrem inositolem) – přítoŵŶLJ ve vŶitřŶí časti fosfolipidove membrány • fosfolipaza C vLJtváří 2 růzŶé mediátorové ŵolekulLJ → odštěpuje Đukrofosfatovou hlavičku ;hLJdrofilŶiͿ fosfolipidu → vzniká cukerný fosfát – inositol-1,4,5-trifosfat (IP3) a lipidový konec tohoto fosfolipidu = diacylglycerol (DAG) zůstává zaŶořeŶLJ v plasmatické ŵeŵďráŶě → oďě ŵolekulLJ IPϯ i DAG hraji klíčovou roli v sigŶalizaĐi uvŶitř ďuňkLJ -IP3 opouští plazmatickou membránu → volŶě difuŶduje ĐLJtosoleŵ → po dosažeŶi ER se Ŷaváže → otevře CaϮ+ kanály v ŵeŵďráŶě ER → CaϮ+ proudí otevřeŶýŵi kanály veŶ do ĐLJtosolu → vzroste cytosolová koncentrace volných CaϮ+ .......... ta je ale ŶorŵálŶě velmi nízká! -DAG zůstává připojeŶLJ k plasmatické ŵeŵďráŶě → pomáhá aktivovat proteinkinazu C (C- kinaza) → proteiŶkiŶaza C potřeďuje ke své aktivitě také CaϮ+ → po své aktivaci fosforyluje soubor intracelulárních proteiŶů ;jejiĐh tLJp závisí Ŷa tLJpu ďuňkLJͿ IV. Základy buŶěčŶé a ŵolekulárŶí biologie 2  Ca 2+ = vápenaté kationty -intracelulární mediátor Jsou Ϯ ŵožŶosti vstupu do CaϮ+ ĐLJtosolu: I.vstup -Ŷapěťově řízeŶýŵi ioŶtovýŵi kaŶálLJ do ŶervovýĐh zakoŶčeŶi v sLJŶapsíĐh po depolarizaci plasmatické membrány II vstup -uvolŶěŶi z ER za účasti IPϯ -prouděŶi ioŶtů do ĐLJtosolu je velŵi rLJĐhle, protože v iŶtraĐelulárŶíŵ prostředí je jejiĐh koncentraĐe ŵŶoheŵ Ŷižší Ŷež v edžtraĐelulárŶíŵ prostředí a eŶdoplazŵatiĐkéŵ retikulu -pro udržeŶí tohoto sigŶalizačŶího ŵeĐhaŶisŵu je ŶutŶé udržet ĐLJtosolovou koŶĐeŶtraĐi vápŶíku Ŷízkou → to zajišťuje CaϮ+-ATPaza – v plasŵatiĐké i ER ŵeŵďráŶě -Ca2+-účiŶkLJ jsou u většiŶLJ proteiŶů Ŷepříŵé → zprostředkováŶLJ řadou Ŷěkolika převodŶíĐh proteiŶů  Ca2+-vázající proteiny -ŶejďěžŶější je kalŵoduliŶ – vyskytuje se v cytosolu -po ŶavázaŶí CaϮ+ ŵěŶí svou koŶforŵaĐi → ŵůže se vázat k řadě proteiŶů → ŵěŶí tíŵ jejich aktivitu -důležitou Đílovou skupiŶou pro kalŵoduliŶ jsou CaM-kiŶazLJ → aktivuji se ŶavázáŶíŵ komplexu kalmodulin-CaϮ+ → ovlivňuji ďuŶěčŶé děje fosforLJlaĐi příslušŶýĐh proteiŶů  receptory, které jsou po obsazení ligandem, silnými aktivátory fosfolipázy C: • receptory pro acetylcholin, antidiureticky hormon a katecholaminy alfa1 typu o IP3 = inositol-1,4,5-trifosfát -ŵalá, ve vodě rozpustŶá ŵolekula -po svém vzniku difunduje k endoplasmatickému retikulu, kde je rychle defosforylovan speĐifiĐkýŵi fosfatázaŵi → iŶaktivaĐe -Ŷěkteré ŵolekulLJ ale jsou Ŷaopak fosforLJlovaŶLJ → ϭ,ϯ,κ,ρ-tetrafosfat (IP4) – ŵůže zprostředkovat poŵalou a prodloužeŶou odpověď ďuňkLJ Ŷeďo podpořit zŶovuŶaplŶěŶi ŶitroďuŶěčŶýĐh zásoď CaϮ+ z edžtraĐelulárŶí tekutiŶLJ o DAG = diacylglycerol -ŵá Ϯ ŵožŶé sigŶalizačŶí účiŶkLJ: a) ŵůže ďLJt štěpeŶ až k uvolŶěŶí kLJseliŶLJ araĐhidoŶové → ŵůže účiŶkovat jako ŵesseŶger/Ŷeďo použita k sLJŶtéze eikosaŶoidů IV. Základy buŶěčŶé a ŵolekulárŶí biologie 3 b) po svéŵ vzŶiku zůstaŶe v ŵeŵďráŶě a spolu s ŶavázaŶýŵ CaϮ+ a fosfatidLJlseriŶeŵ aktivujeserin/threoninovou proteinkinasu = proteinkinasu C Lipofilní signální molekuly -ŵezi Ŷě patři: • steroidni hormony: estradiol, testosteron, kortizol, aldosteron • thyroidni hormony: thyroxin • deriváty mastných kyselin: eikosanoidy • retinoidy: retinal • eikosanoidy -sigŶálŶí ŵolekulLJ, které se účastŶí autokriŶŶi, ale i parakriŶŶi sigŶalizaĐe -předevšíŵ derivátLJ kLJseliŶLJ araĐhidoŶové ;ŶeŶasLJĐeŶé MKͿ→ ta je uvolňovaŶá z fosfolipidů ŵeŵďráŶ jejiĐh rozštěpeŶíŵ fosfolipazaŵi -ŵaji širokou škálu ďiologiĐkýĐh aktivit -neustále jsou sLJŶtetizovaŶLJ v plazŵatiĐké ŵeŵďráŶě a uvolňovaŶLJ do jejího zevŶího prostředí IV. )ákladLJ ďuŶěčŶé a ŵolekulárŶí ďiologie 1 6. SigŶalizaĐe NO. Přehled sigŶálŶíĐh Đest a výzŶaŵ Signalizace NO NO (oxid dusnatý) -vysoce reaktivní molekula -ŵá krátký poločas ;sekuŶdLJ -asi 4sͿ → protože reaguje s kLJslíkeŵ - je inhibován hemoglobinem a ostatními bílkovinami s hemem – pevŶě vážou NO - je produkováŶ v ďuňkáĐh ŵŶoha tkaŶí skupiŶou eŶzLJŵů = NO synthasy (NOS) NOS = koŵpledžŶí proteiŶLJ oďsahují ŵŶoho kofaktorů a prostatiĐkýĐh skupiŶ • FMN, • FAD • nehemove Fe • tetrahydrobiopterin • Hem -katalLJzují produkĐi NO z argiŶiŶu za přítoŵŶosti NADPH+H+ a O2 -Ŷěkteré izoŵorfLJ jsou aktivováŶLJ CaϮ+ argiŶiŶ → ĐitrulliŶ + NO • neuronalni NOS (nNOS/NOS1) • endotelova NOS (eNOS/NOS2) -jedŶa z izoforeŵ je edžpriŵovaŶá ďuňkaŵi iŵuŶitŶího sLJstéŵu a eŶdotelieŵi a je Ca2+ -independentní • inducibilni NOS (iNOS) -ŵeĐhaŶisŵus půsoďeŶi NO je růzŶorodý - iŶtraĐelulárŶí produkĐe NO → stiŵulaĐe guaŶLJlatĐLJklazLJ → zvýšeŶi koŶĐeŶtraĐe ĐGMP →svalová koŶtrakĐe v hladké svaloviŶě Đév → vázodilatačŶí účiŶek NO – vLJsoĐe reaktivŶí → ŵůže reagovat s AMK v proteiŶeĐh za vzŶiku ŶitrosLJlovaŶLJĐh derivatů  ŶitrosLJlaĐe proteiŶů – ŵeĐhaŶisŵus jejiĐh regulaĐe ;podoďŶě jako fosforLJlaĐe ovlivňuje proteiŶLJ – aktivace/inaktivace -Ŷapř. ŶitrosLJlaĐe ŵolekul kaspas → iŶhiďiĐe apoptozLJ ;v ŶěkterLJĐh ďuňkaĐhͿ - radikálové vlastnosti NO – vLJužitLJ v ďuňkáĐh iŵuŶitŶího sLJstéŵu → jeho uvolňovaŶí ŵakrofágLJ slouží jako ĐLJtotodžiĐkLJ proti patogeŶůŵ IV. )ákladLJ ďuŶěčŶé a ŵolekulárŶí ďiologie 2 Přehled sigŶálŶíĐh Đest a výzŶaŵ -koordiŶaĐe ďioĐheŵiĐkýĐh poĐhodů jedŶotlivýĐh ďuŶěk je zajišťovaŶá sLJstéŵeŵ extracelulární (ŵeziďuŶěčŶé) signalizace -Đil edžtraĐelulárŶí sigŶalizaĐe: udržeŶi vŶitřŶí hoŵeostázLJ v orgaŶisŵu -ďuňkLJ orgaŶisŵu ŵohou Ŷavzájeŵ koŵuŶikovat růzŶýŵi způsoďLJ: I. Signální molekuly = specializovaní poslové -jejich sigŶál je v ďuňkáĐh rozpozŶáŶ a vede ke zŵěŶě ďioĐheŵiĐkýĐh reakĐi II. Elektrické impulsy -generované neurony -v ĐílovýĐh ďuňkáĐh vLJvolávají zŵěŶu traŶsŵeŵďraŶového poteŶĐiálu → v jejíŵ důsledku doĐhází k přeŵěŶě elektriĐkého sigŶálu na chemický III. Těsná spojeni (gap junctions) -ŵeziďuŶěčŶé kaŶálLJ uŵožňují příŵou výŵěŶu ŵetaďolitů a sigŶálŶíĐh ŵolekul IV. Povrchové proteiny -lokalizovaŶé v ĐLJtoplazŵatiĐké ŵeŵďráŶě sousedíĐíĐh ďuŶěk -ŵají koŵpleŵeŶtárŶí, vzájeŵŶě iŶteragujíĐí edžtraĐelulárŶí doŵéŶLJ -přítoŵŶost Ŷeďo ŶepřítoŵŶost těĐhto iŶterakĐi ovlivňuje ďioĐheŵiĐké poĐhodLJ v ĐílovýĐh ďuňkáĐh -ďuŶěčŶé poĐhodLJ, které vedou ke zŵěŶáŵ v aktivitě, sLJŶtéze Ŷeďo degradaĐi eŶzLJŵů a zprostředkovávají odpověď Ŷa edžtraĐelulárŶí sigŶalizaĐi - zajišťuje iŶtraĐelulární komunikace -v závislosti Ŷa vzdáleŶosti, Ŷa kterou ŵohou sigŶálŶí děje v orgaŶisŵu půsoďit, hovoříŵe o ŵeziďuŶěčŶé koŵuŶikaĐi • sLJstéŵové ;ĐelotělovéͿ – vLJkoŶáváŶo předevšíŵ prostředŶiĐtvíŵ ŶeurohuŵoralŶiho sLJstéŵu → je tvořeŶ Ŷervovýŵ a eŶdokriŶŶíŵ systémem -pro přeŶos se používá speĐifiĐké sigŶálŶí ŵolekulLJ • lokálŶí – půsoďí Ŷa úrovni chemické signalizace, těsŶýĐh spojů a povrchových proteiŶů Struktura a vlastnosti signálních molekul -stovkLJ látek se sĐhopŶosti přeŶosu sigŶálu -děleŶi podle chemické povahy: 1. Lipofilní signální molekuly -steroidní hormony (estradiol, testosteron, kortizol, aldosteron) -thyroidni hormony (tyroxin) -deriváty mastných kyselin (eikosanoidy) -retinoidy (retinal) 2. Peptidové a proteinové signální molekuly -peptidové hormony (liberiny, statiny, inzulin, glukagon, vazopresin) -růstové faktorLJ a ĐLJtokiŶLJ ;EGF, IGF, iŶterleukiŶLJ, iŶterferoŶLJͿ IV. )ákladLJ ďuŶěčŶé a ŵolekulárŶí ďiologie 3 3. Nízkomolekulární deriváty AMK -hormony (adrenalin, noradrenalin) -neurotransmitery (GABA, glutamat) -mediátory (histamin) 4. malé anorganické molekuly a ionty -NO -CO -Ca2+ → hormony = ĐheŵiĐké sigŶálŶí ŵolekulLJ tvořeŶé v eŶdokriŶŶíĐh orgáŶeĐh, distriďuovaŶé v organismu krvi -Ŷa Đílové ďuňkLJ půsoďí prostředŶiĐtvíŵ vazďLJ Ŷa reĐeptorLJ → tato vazďa vLJvolala intracelulární odpověď -mezi hormony -látkLJ s podoďŶýŵi sigŶálŶíŵi účiŶkLJ jako ŵají „pravé“ hormony (endokrinní hormony)- jsou řazeŶLJ:  ŵediátorLJ ;produkovaŶé řadou ďuŶěk, parakriŶŶi půsoďeŶiͿ  ŶeurohorŵoŶLJ a ŶeurotraŶsŵiterLJ ;ovlivňuji ďuňkLJ Ŷervového sLJstéŵuͿ  růstové faktorLJ ;proteiŶLJ/glLJkoproteiŶLJ sLJŶtezovaŶLJ praktiĐkLJ všeŵi ďuňkaŵi v organismu)  ĐLJtokiŶiŶ ;seĐerŶovaŶLJ hlavŶě iŵuŶokoŵpeteŶtŶiŵi ďuňkaŵiͿ -horŵoŶLJ ŵají vLJsoĐe speĐifiĐké účiŶkLJ Ŷa Đílové ďuňkLJ -horŵoŶálŶí regulaĐe ovlivňuje většiŶu ďioĐheŵiĐkýĐh projevů - růst, difereŶĐiaĐe ;preŶatálŶě i postŶatálŶěͿ, tráveŶí a eŶergetiĐkLJ ŵetaďolisŵus ;lokálŶí horŵoŶLJ GIT, iŶzuliŶ, katecholaminy), regulace iontové a minerální homeostázy (parathormon, aldosteron) Transport a inaktivace signálních molekul -chemická struktura ovlivňuje jejiĐh aktivitu, transport, ŵetaďolisŵus i ŵeĐhaŶisŵus účiŶku  silŶě polárŶí peptidové ŵolekulLJ + derivátLJ aŵiŶokLJseliŶ -velŵi doďře rozpustŶé ve vodě -jejiĐh distriďuĐe krvi a difuze v edžtravazálŶí tekutiŶě – po koŶĐeŶtračŶíŵ gradientu -koncentrace aktivních ŵolekul horŵoŶů = jejiĐh cirkulující koncentraci  lipofilŶí ŵolekulLJ steroidŶíĐh a thLJroidŶíĐh horŵoŶů -ve vodě málo rozpustné -k jejiĐh traŶsportu krvi jsou potřeďa transportní proteiny -koncentrace aktivních molekul = koncentraci volných molekul hormonu (malý podíl ve srovŶaŶí s ŵŶožstvíŵ ĐirkulujíĐíĐh ŵolekul vázaŶýĐh Ŷa svýĐh proteiŶovýĐh ŶosičíĐh) = transportérech – Ŷejsou zĐela speĐifiĐké,;ϭ traŶsportér ŵůže přeŶášet viĐe horŵoŶůͿ traŶkortiŶ ........... kortisol, progesteroŶ plazŵatiĐkLJ gloďuliŶ ........... pohlavŶí horŵoŶLJ IV. )ákladLJ ďuŶěčŶé a ŵolekulárŶí ďiologie 4 -ĐheŵiĐká struktura ovlivňuje také ďiologiĐkLJ poločas, způsoď iŶaktivaĐe a degradaĐe, asoĐiaĐi s dalšíŵi ŵolekulaŵi a ĐheŵiĐkou staďilitu molekul =doďa, za kterou se jejiĐh koŶĐeŶtraĐe v ŵěřeŶéŵ koŵparŵteŶtu sŶíží Ŷa poloviŶu  steroidní hormony -redukováŶLJ a hLJdrodžLJlovaŶý v játreĐh → iŶaktivŶí sloučeŶiŶLJ → převedeŶLJ Ŷa hLJdrofilŶí látkLJ ;tvorďou glukosiduroŶatů/sulfatůͿ → vLJloučeŶLJ ŵoči  thyroidni hormony -inaktivovány dejodasami  katecholaminy -inaktivace 2 enzymovými cestami: transmethylasami a monooxidasou  proteinové hormony -inaktivace peptidasami -pokud oďsahuji i ĐukerŶou koŵpoŶeŶtu, je degradaĐe ŵŶoheŵ poŵalejši → ŵůže ďýt ŶalezeŶ v ŵoči (gonadotropiny) → v krvi i v ŵoči jsou růzŶé ŵetaďolitLJ horŵoŶů – slouží jako ŵarkér produkĐe Ŷeďo dostatečŶé koŶĐeŶtraĐe při diagŶostiĐe eŶdokriŶŶíĐh poruĐh → poločas rozpadu lipofilŶíĐh horŵoŶů ;hodiŶLJ až dŶLJͿ, poločas hLJdrofilŶíĐh horŵoŶů ;ŵiŶutLJ až hodiŶLJͿ a poločas sigŶálŶě aktivŶíĐh ŵolekul eikosaŶoidů ;sekuŶdLJͿ MeĐhaŶisŵus účiŶku sigŶálŶíĐh ŵolekul -vlastŶi ŵeĐhaŶisŵus účiŶku je výrazŶě ovlivňováŶ rozpustnosti v polarním nebo nepolarním rozpouštědle • cytoplazmatická membrána  nepropustná pro signální molekuly peptidové povahy, které jsou doďře rozpustné ve vodě ;oligopeptidLJ, peptidLJ, proteiŶLJ, glLJkoproteiŶLJͿ a pro deriváty aminokyselin → proto je pro jejiĐh sigŶalizaĐi nezbytná přítoŵŶost specifických reĐeptorů v cytoplazmatické ŵeŵďráŶě cílových ďuŶěk → navázaným ligandu na receptor vznikne aktivní komplex – zahajuje sigŶálŶě traŶsdukčŶí kaskády intracelulární signalizace → tLJto kaskády zahrnuji: I.SigŶalizaĐi tzv.druhyĐh poslů → Đestou aktivaĐe druhých poslů dochází k ovlivŶění hlavŶě metabolických cest v cílových ďuňkáĐh → tzv.ŵetaďotropŶi účiŶkLJ II. Aktivaci specifických kinas → slouží k přeŶosu specifických sigŶálů ovlivňujíĐíĐh aktivitu traŶskripčŶíĐh faktorů v ďuŶěčŶéŵ jádře → a tím k regulaci genové exprese  propustná pro lipofilní struktury steroidních a thyroidníĐh horŵoŶů ;a dalšíĐh) → jejiĐh reĐeptorLJ se proto nachází uvŶitř ďuňkLJ a ligaŶdLJ se Ŷa Ŷě važou iŶtraĐelulárŶě nebo až iŶtraŶuklearŶě IV. )ákladLJ ďuŶěčŶé a ŵolekulárŶí ďiologie 5 -iŶtraĐelularŶě vznikající komplexy aktivovaných reĐeptorů pro steroidLJ -intraŶuklearŶě vznikající receptorové komplexy pro thyroidni hormony, vitamin D, retinoidy a Ŷěkteré prostaglandiny → výsledkem této aktivaĐe je ovlivŶěŶi specifických geŶů Ŷa úrovni traŶskripĐe ;ovlivŶěŶi genové edžpreseͿ → reĐeptorLJ těĐhto látek mají tedy funkci ligandem kontrolovaných traŶskripčŶíĐh faktorů -bez ohledu na charakter signálních molekul mají zásadní význam v přeŶosu signálu jejich receptory → vazďa ligaŶdu Ŷa reĐeptor je dLJŶaŵiĐkLJ proĐes – je určováŶ afinitou ligandu k receptoru → tato afinita závisí na disoĐiačŶí koŶstaŶtě Kd → o reĐeptor ŵůže bojovat vice molekul – při zŶalosti Kd uŵožňuje farmakologické ovlivŶěŶi řadLJ reĐeptorů IV. )ákladLJ ďuŶěčŶé a ŵolekulárŶí ďiologie 1 7. Intracelulární receptory a jejich ligandy, heat-shock protein, interakce intracelulárních receptorů s DNA ReĐeptorLJ edžistují, protože Đílová ďuňka je sĐhopŶá reagovat Ŷa sigŶálŶí ŵolekulLJ (ligandy) pouze prostředŶiĐtvíŵ těĐhto reĐeptorů, vazďa sigŶálŶí ŵolekulLJ s reĐeptoreŵ je vLJsoĐe specifická RozděleŶí receptorů  Membránové  Intracelulární o cytoplazmatické - receptor pro oxid dusnatý, steroidní receptory o jaderné – receptory pro thyroidní hormony, retinoidy, vitamín D Intracelulární receptory Cytoplazmatické  Receptory pro steroidní hormony o traŶskripčŶí faktorLJ aktivované ligandem (steroidní hormon – estradiol, progesteron, androgeny) o zajišťují důležité fuŶkĐe v regulaĐi ŵetaďolisŵu, vývoje a diferenciace mnoha orgáŶů o exprimovány v: prsu, ovariu, děloze, prostatě, varlateĐh, ale i tukové tkáŶi, svalech, CNS, plících o v ŶepřítoŵŶosti ligaŶdu jsou uŵístěŶLJ v ĐLJtoplasŵě v koŵpledžu s Ŷěkolika proteiny (HSP proteiny), které inhibují jejich schopnost vázat DNA o po ŶavázáŶí ligaŶdu ;příslušŶého steroiduͿ se koŵpledž rozpadŶe a volŶý reĐeptor s ligandem je transportován do jádra, kde se Ŷaváže Ŷa specifické sekveŶce DNA a ovlivŶí traŶskripĐi příslušŶýĐh geŶů o obsahují:  ligand vázající doménu (LBD) – vazba hormonu  diŵerizačŶí doŵéŶu (DD) – uŵožňuje diŵerizaĐi reĐeptoru po jeho aktivaĐi ligandem  ŶukleárŶí lokalizačŶí sigŶál (NLS) – Đílí aktivovaŶý reĐeptor do ďuŶěčŶého jádra  DNA-vázající doménu – vazba receptoru na steroidní responzibilní element (SRE – sekvenčŶě speĐifiĐký úsek DNAͿ  Receptory pro oxid dusnatý o NO ŵůže stiŵulovat guaŶLJlátĐLJklasu IV. )ákladLJ ďuŶěčŶé a ŵolekulárŶí ďiologie 2 Jaderné receptory  traŶskripčŶí faktorLJ, které ve velké většiŶě sedí stále Ŷa specifických sekvencích DNA ve forŵě hoŵo- či heterodiŵerů ;často se koŵďiŶují ŶavzájeŵͿ  pokud ŶeŶí přítoŵeŶ ligaŶd ;zřejŵě alespoň jedŶoho z čleŶů diŵeruͿ, fuŶguje receptorový komplex jako represor transkripce  po ŶavázáŶí speĐifiĐkého ligaŶdu dojde ke zŵěŶě koŶforŵaĐe a traŶskripĐe příslušŶýĐh geŶů je Ŷaopak nastartována  Receptory pro thyroidní hormony o exprimovány v: ďuňkáĐh ŵLJokardu, hLJpothalaŵu, hLJpofýze o thyroidní hormony (ligandyͿ do ĐílovýĐh ďuŶěk přeŶášeŶLJ přes ĐLJtoplazŵatiĐkou membránu transportéry pro aromatické AMK (T-tLJpͿ → dál do jádra, kde se vážou na thyroidní receptory o thLJroidŶí receptorLJ = traŶskripčŶí faktorLJ o vazba thLJoroidŶíĐh horŵoŶů Ŷa reĐeptorLJ → zvýšeŶí ;i sŶížeŶíͿ edžprese geŶů Heat-shock protein (HSP) = tzv. proteiŶLJ tepelŶého šoku  patří ŵezi ĐhaperoŶové ŵolekulLJ  exprimovány jako odpověď orgaŶisŵu Ŷa zvýšeŶí teplotLJ nebo na produkci volných radikálů, tedLJ Ŷa situaĐe, kdLJ se zvLJšuje pravděpodoďŶost vLJtvářet ŶesprávŶě složeŶé proteiŶové produktLJ  ĐhráŶí lipidovou složku ŵeŵďráŶ, ďílkoviŶLJ, složkLJ ĐLJtoskeletu a NK, likvidaĐe todž. radikálů, oprava DNA  ŵoŶitoruje proteiŶLJ v ďuňĐe, váže se Ŷa ŶesďaleŶé proteiŶLJ, staďilizaĐe a znovusbalení  příkladLJ: o Hsp70 – poŵáhá opravovat špatŶě uspořádaŶé ŶasĐeŶtŶí Ŷeďo již starší hotové polLJpeptidové řetězĐe o Hsp90 - v komplexu s receptory pro steroidní hormony, Hsp90 inhibují jejich schopnost vázat DNA IŶterakce iŶtracelulárŶích receptorů s DNA  receptory – traŶskripčŶí faktorLJ  bez ligandu nic Ŷeděje, ale kdLJž se ligaŶd Ŷaváže, tak jsou receptor s ligandem schopné ovlivnit genovou expresi IV. )ákladLJ ďuŶěčŶé a ŵolekulárŶí ďiologie 1 8. Amplifikace, integrace a vzájemná komunikace („cross- talk“) signálních drah IŶtraĐelulárŶí přeŶos sigŶálu je děj ovlivňovaŶý Ŷa všeĐh etážíĐh jeho šířeŶí v ďuňĐe Je nutné vzít do úvahy specifické druhové charakteristiky růzŶýĐh ďuŶěk, odrážejíĐí Đharakter a ŵŶožství v nich exprimovaných proteiŶů (determinované genovou expresí, ale i rychlostí jejich specifické ubikvitinem aktivované proteasomální degradace) nebo i jednotlivých proteinových forem (vznikajících Ŷapř. alterŶativŶíŵ sestřiheŵͿ Jednotlivá „patra“ iŶtraĐelulárŶí sigŶalizaĐe uŵožňují jeho variaďilŶí šířeŶí v závislosti na aktuálŶí dostupŶosti traŶsdukčŶíĐh koŵpoŶeŶt v signálních kaskádách. Některé sigŶálŶí cesty mají vysokou linearitu – přeŶos sigŶálu zahrŶuje ŵalý počet přeŶosovýĐh eleŵeŶtů, je velŵi ĐíleŶý – Ŷapř. sigŶálŶí ĐestLJ JAK/STAT JiŶé ĐestLJ uŵožňují konvergenci růzŶýĐh sigŶálů ve sŵěru ovlivŶěŶí velkého ŵŶožství iŶtraĐelulárŶíĐh dějů Následná divergence na úrovni adaptorových molekul a traŶsdukčŶíĐh proteiŶů uŵožňuje v ďuňĐe vLJvolat ďuŶěčŶou odpověď podle jejího aktuálŶího stavu, který se projevuje koŶkrétŶíŵ proteiŶovýŵ složeŶíŵ ;Ŷeďo aktivitouͿ traŶsdukčŶíĐh koŵpoŶeŶt. CestLJ sigŶálŶí traŶsdukĐe spolu takLJ vzájeŵŶě koŵuŶikují. Příklad: Inzulínová signalizace v ďuňkáĐh periferŶí tkáŶě  iŶzuliŶ půsoďí Ŷa ďuňkLJ prostředŶiĐtvíŵ iŶzuliŶovýĐh reĐeptorů ;INSRͿ  inzulinový receptor o heterotetraŵer tvořeŶý 2 edžtraĐelulárŶíŵi α-podjednotkami – ty jsou spojené disulfidovýŵi ŵůstkLJ se 2 traŶsŵeŵďráŶovýŵi β-podjednotkami  β-podjednotky mají tyrosinkinasovou aktivitu – ta je aktivovaní interakcí ligandu (inzulinu) s receptorem  po aktivaĐi reĐeptoru ŵůže dojít k přeŶosu sigŶálu 2 cestami ;záleží Ŷa dostupŶosti traŶsdukčŶíĐh ŵodulůͿ o cesta MAP-kinas – facilitovaná aktivací Ras/Raf o cesta PKB/AKT – stiŵulovaŶá přeŶoseŵ sigŶálu Đestou sigŶálŶě traŶsdukčŶího proteinu IRS1 (inzulin receptor substrate) IV. )ákladLJ ďuŶěčŶé a ŵolekulárŶí ďiologie 2  výsledek aktivace inzulinového receptoru závisí i za fyziologických podmínek na typu stiŵulovaŶé ďuňky a přítoŵŶosti molekul ovlivňujíĐíĐh sigŶálŶí kaskádu receptoru ;sigŶalizaĐe TNF, ŵŶožství iŶtraĐelulárŶíĐh suďstrátů - deodžLJŶukleotidtrifosfátů, ATP...Ϳ  ŵetaďotropŶí účiŶky INSR o postprandiální přesuŶ glukózy do tkáŶí s vysokou utilizačŶí kapaĐitou (svaly, tuk. tkáň, hepatocyty) – aktivace inzulin-depeŶdeŶtŶíĐh traŶsportérů o dochází i k aktivaĐi ŵetaďoliĐkýĐh Đest uŵožňujíĐíĐh tvorbu energetických zásob a zvLJšujíĐíĐh aŶaďoliĐké děje o jaterŶí a svalové ďuňky → aktivaĐe sLJŶtézLJ glLJkogeŶu a glLJkolýzLJ, iŶhiďiĐe glykogenolýzy a glukoneogeneze o tukové ďuňky → aktivaĐe sLJŶtézLJ ŵastŶýĐh kLJseliŶ, iŶhiďiĐe lipolýzLJ a β-oxidace o půsoďeŶíŵ iŶzuliŶu se ĐAMP sŶižuje, zatímco glukagon a katecholaminy cAMP zvLJšují  po stimulaci inzulinového receptoru nastává taky prorůstová stiŵulaĐe (závislá na dalšíĐh proŵitotiĐkýĐh růstovýĐh faktoreĐh a staveďŶíĐh a eŶergetiĐkýĐh suďstráteĐhͿ JAK – nereceptorová tyrosinkinasa STAT - Signal Transducers and Activators of Transcription PKB/AKT - Proteinkinasa B MAP-kinasy = MEK – mitogen-activated protein kinase PI3K – fosfatidylinositol-3-kinasa IV. )ákladLJ ďuŶěčŶé a ŵolekulárŶí ďiologie 3 PDK – fosfatidylinositol dependentní kinasa PDE3 – fosfodiesterasa 3 Grb2 - Growth factor receptor-bound protein 2 ERK – edžtraĐelulárŶě regulovaŶá proteiŶkiŶasa IV. )ákladLJ ďuŶěčŶé a ŵolekulárŶí ďiologie 1 9. Struktura a funkce nukleových kyselin • dǀa druhLJ ŶukleoǀýĐh kLJseliŶ slouží k uĐhoǀáŶí, ǀLJužití a předáǀáŶí geŶetiĐké iŶforŵaĐe o DNA (kyselina deoxyribonukleová) o RNA (kyselina ribonukleová) • oďě jsou polykoŶdeŶzáty Ŷukleotidů ;deodžLJriďoŶukleotidůͿ • nukleotidy o fosfátoǀé esterLJ příslušŶýĐh Ŷukleosidů • nukleosid o tǀořeŶ purinovou nebo pyrimidinovou bazí, ta je připojeŶa N- glykosidovou vazbou na 1. uhlík ribosy nebo 2 ́deoxy-ribosy o atomy uhlíku a dusíku v ďazíĐh ozŶačoǀáŶLJ ϭ, Ϯ, ϯ ... o atomy uhlíku v deoxy- nebo ribose – ϭ ́, Ϯ ́, ϯ ́... • Vazby – zde DNA, platí i pro RNA • 2 konce o 5 ́ konec – volná 5 ́-hydroxylová skupina o 3 ́ konec - volná 3 ́-hydroxylová skupina • syntézy nukleových kyselin probíhají od 5 ́- konce k 3 ́-konci • odlišŶosti ŵezi DNA a RNA (ribosa vs. deoxyribosa, RNA - uracil x DNA - thymin, DNA delší, DNA dǀouǀlákŶoǀá dž RNA jedŶoǀlákŶoǀáͿ → zajištěŶí ĐheŵiĐké staďilitLJ pro DNA; RNA ŵůže ďýt destruoǀáŶa ŵeĐhaŶisŵeŵ, který se DNA ŶedotkŶe IV. )ákladLJ ďuŶěčŶé a ŵolekulárŶí ďiologie 2 o Ŷapř. fosfátLJ ǀ RNA ŵají teŶdeŶĐi přeskupoǀat se ze sǀé ǀazďLJ Ŷa 5 ́-uhíku následujícího Ŷukleotidu ǀe prospěĐh ǀazďLJ Ŷa sousedŶíŵ Ϯ ́-uhlíku → přeruší se vazďy ŵezi nukleotidy – k toŵu stačí zvýšeŶí pH do alkalické oblasti nebo reakce s ribonukleasami, DNA se ŶěĐo takoǀého ŶestaŶe ;Ŷeŵá hLJdrodžLJloǀou skupiŶu Ŷa Ϯ ́-uhlíku deoxyribosy) o role thyminu v DNA – spoŶtáŶŶí deaŵiŶaĐe proďíhá ďěžŶě – v takoǀéŵ případě se z cytosinu stane uracil – kdLJďLJ ďLJl ŶorŵálŶě ǀ DNA uraĐil, Ŷešlo ďLJ pozŶat, který uraĐil je půǀodŶí a který deaŵiŶoǀaŶý ĐLJtosiŶ, Đož ďLJ ǀedlo k mutaci – proto je v DNA thymin, opravné enzymy pak vědí, že kdLJž se ǀ DNA objeví uracil (deaminovaný cytosin), který taŵ Ŷeŵá Đo dělat, mají ho odstranit DNA • DNA = kyselina deoxyribonukleová • ĐheŵiĐkýŵ podkladeŵ dědičŶosti, orgaŶizaĐe do geŶů • oďjeǀ, že Ŷese geŶ.iŶf. roku ϭεκκ – Avery, MacLeod, McCarty • z biomedicínského hlediska→ důležité pro Ŷález geŶ. podŵíŶěŶýĐh Đhoroď, pro výklad fyziologických fcí i podstatu molekulárních nemocí • její ŵolekula je tǀořeŶa dǀěŵa polyŶukleotidovýŵi řetězĐi ;přitoŵ jedeŶ řetězeĐ ŵá sŵěr fosfodiesteroǀýĐh ǀazeď ρ' » ϯ' a druhý 3' » 5' => aŶtiparalelita řetězĐů • Její ĐukerŶá složka je pěti-uhlíkatý cukr 2-deoxy-D-ribosa (oproti normální ribóze, DNA v poloze 2' chybí kyslík) Struktura • primární – udáǀá pořadí Ŷukleotidů • sekundární – dǀojitá praǀotočiǀá šrouďoǀiĐe – ǀzŶik: propojeŶí ďazí ǀodíkoǀýŵi ŵůstkLJ • terciární – dǀoušrouďoǀiĐe se stáčí do šrouďoǀiĐ ǀLJššího řádu Dusíkaté báze • deriváty purinu (Adenin, Guanin) a pyrimidinu (Cytosin, Thymin) • mezi N-ďázeŵi protějšíĐh ǀlákeŶ doĐhází k ǀazeďŶýŵ iŶterakĐíŵ → zákon komplementarity → spolu se ǀáží ǀždLJ jeŶ Ϯ speĐifiĐké N-báze ;ǀždLJ ϭ ďáze pLJriŵidiŶoǀá a ϭ puriŶoǀáͿ • A + T ;spojeŶLJ Ϯ ǀodíkoǀýŵi ŵůstkLJͿ • C + G ;ϯ ǀodíkoǀé ŵůstkLJͿ → z toho plLJŶe, že platí tato rovnice:  (A+C)/(T+G) = 1, naopak • mezi sousedŶíŵi ďázeŵi ŶaǀíĐ půsoďí van der Waalsovy síly (stabilizace) IV. )ákladLJ ďuŶěčŶé a ŵolekulárŶí ďiologie 3 Forŵa šrouďoviĐe • oďě polLJŶukleotidoǀá ǀlákŶa ǀLJtǀáří ;ŶejčastějiͿ pravotočivou šrouďoviĐi ozŶačoǀaŶou jako double helix  Ŷejčastěji se vyskytující je B-forma DNA = praǀotočiǀá • DNA ŵolekulLJ se ŵohou ǀLJskLJtoǀat ještě ǀ pravotočivé forŵě A, a v levotočivé forŵě )  přeĐhod ŵezi jedŶotliǀýŵi forŵaŵi je ŵožŶý Ŷa základě fLJzikálŶě chemických podmínek Žláďky • velký a malý • edžistují, aďLJ se růzŶé ŵolekulLJ ;Ŷapř. traŶskripčŶí faktorLJͿ ŵohlLJ dostat, až k bazím • ǀe ǀelkéŵ se ŶaĐhází ǀětšiŶa fuŶkčŶíĐh skupiŶ, ŵolekulLJ se seŵ Ŷaǀazují častěji ;ŵalý žláďek je ŵalý s ŵeŶší Ŷaďídkou fuŶkčŶíĐh skupiŶͿ Denaturace dna • rozděleŶí oďou koŵpleŵeŶtárŶíĐh ǀlákeŶ od sebe – ŶarušeŶí sekuŶdárŶí strukturLJ • příčiŶa: ǀLJsoká teplota, Ŷízká ioŶtoǀá síla roztoku, alkaliĐké pH, deŶaturujíĐí látkLJ ;ŵočoǀiŶa, forŵaŵidͿ • obnovení podmínek k tǀorďě ǀodíkoǀýĐh ŵůstků → renaturace - samovolné oďŶoǀoǀáŶí ǀodíkoǀýĐh ŵůstků ŵezi koŵpleŵentárními vlákny Tvary molekuly DNA • základní – liŶeárŶí dǀojitá šrouďoǀiĐe • ŵeŶší – často ĐirkulárŶí ;ǀiroǀá, plazŵidoǀá, ďakteriálŶí, ŵitoĐhoŶdriálŶíͿ Topoisomerasy • terciární struktura – úpraǀa ŶadšrouďoǀiĐ • Topoisomerasy I ;Ŷapř. sǁiǀelasaͿ o uǀolňují pŶutí ǀ ŶadšrouďoǀiĐi o štěpí ϭ ǀlákŶo ;to rotujeͿ o Ŷepotřeďují dodat eŶergii • Topoisomerasy II ;Ŷapř. gLJrasaͿ o zaǀádějí ŶegatiǀŶí ŶadšrouďoǀiĐi o štěpí oďě ǀlákŶa ;skrz proǀlečou ŶeporušeŶéͿ o potřeďují ATP Chromatin = koŵpledž DNA a proteiŶů  2 typy ĐhroŵatiŶoǀýĐh proteiŶů: IV. )ákladLJ ďuŶěčŶé a ŵolekulárŶí ďiologie 4 o bazické (=histony) o kyselé proteiny (nehistonové) – skupiŶa ǀelkého počtu růzŶýĐh ďílkoǀiŶ, oǀliǀňují prostoroǀé uspořádáŶí DNA ǀ jádře a aktiǀitu geŶů  Histony o Bazické proteiny o ρ tLJpů: Hϭ, HϮa, HϮď, Hϯ, Hκ o HlaǀŶě argiŶiŶ a lLJsiŶ  Struktura ĐhroŵatiŶu ;Ŷěkolik úrovŶíͿ podle spiralizaĐe o Základní jednotkou je nukleozom  elipsoidní útvary vzniklé interakcí H2a, H2b, H3 a H4 s DNA  průŵěr ϭϬ Ŷŵ o VLJšší strukturou je solenoid  SoleŶoid je ǀlastŶě ĐhroŵatiŶoǀé ǀlákŶo o průŵěru ϯϬ Ŷŵ  ϭ otáčka obsahuje 8–ϭϬ Ŷukleosoŵů  spiralizoǀaŶé uspořádáŶí Ŷukleozoŵů o Chromozomové vlákno  SoleŶoidLJ uspořádáŶLJ do sŵLJček  )hruďa ϭΘ sŵLJček soleŶoidů o Chromozom  Shluk chromozomových vláken RNA • RNA = kyselina ribonukleová • její ŵolekula je tǀořeŶa jeŶ jedŶíŵ polLJŶukleotidoǀýŵ ǀlákŶeŵ • saĐharidoǀou složku tǀoří ρC Đukr D-ribosa • N-ďáze tǀoří Adenin, Cytosin, Guanin a Uracil • ǀšeĐhŶLJ tLJpLJ RNA ǀzŶikají procesem transkripce • sekuŶdárŶí struktura jedŶotliǀýĐh tLJpů RNA je růzŶá → oďeĐŶě se jedŶá o jednovláknovémolekuly vyskytují se 3 základní typy RNA: 1. mRNA: ŵesseŶger RNA ;iŶforŵačŶíͿ IV. )ákladLJ ďuŶěčŶé a ŵolekulárŶí ďiologie 5 • přeŶáší dědičŶou iŶforŵaĐi, která je uložeŶa ǀ geŶu a kóduje přesŶé pořadí AMK v ďílkoǀiŶě • ǀzŶiká přepiseŵ ;traŶskripĐíͿ z DNA a následným sestřiheŵ ;spliĐiŶgͿ • z jádra je transportována do cytoplazmy, kde se ve spojení s riďosoŵLJ účastŶí sLJŶtézLJ bílkovin (translace) 2. tRNA: transferová RNA • přiŶáší aŵiŶokLJseliŶLJ Ŷa spráǀŶé ŵísto ǀzŶikajíĐího polypeptidu – Ŷa proteosLJŶtetiĐký aparát ďuňkLJ • vzniká transkripcí polymerasou III • priŵárŶí traŶskript je upraǀeŶ sestřiheŵ, kdLJ jsou odstraŶěŶLJ iŶtroŶLJ • klasiĐké sĐhéŵa ŵolekulLJ tRNA → „trojlístek jetele“  „stopky“ tohoto útǀaru jsou ǀLJtǀořeŶLJ ǀazďou ǀodíkoǀýĐh ŵůstku Ŷa priŶĐipu koŵpleŵeŶtaritLJ basí → Ŷa koŶĐi CCA ϯ ́je ŶaǀázáŶa přeŶášeŶá AMK; kroŵě tohoto ŵísta lze rozezŶat Ŷa ŵolekule 4 kličky: o D – klička → podle oďsahu dihLJdrouraĐilu o klička aŶtikodoŶu → oďsahuje trojiĐi ďasí koŵpleŵeŶtárŶí ke kodoŶu daŶé AMK; uŵožňuje zařazeŶí koŵpledžu AMK-tRNA na spráǀŶé ŵísto při proteosyntéze o V-klička → ǀariaďilŶí o Psí-klička ;ψͿ → podle oďsahu pseudouridiŶu 3. rRNA:ribozomální RNA • tǀoří staǀeďŶí složku riďozoŵálŶíĐh podjedŶotek • ǀLJskLJtují se κ ǀelikostŶě odlišŶé tLJpLJ • 5S rRNA – složeŶa ze ϭϮϬ Ŷukleotidů • geny pro 18S rRNA, 5.8S rRNA a 28S rRNA →traŶskripĐe proďíhá za poŵoĐi polymerasy I • malá podjednotka ribozomu: ϭΘS rRNA se spojuje přiďližŶě s 30 proteiny (=40S ribozomální jednotka) • ǀelká jedŶotka riďosoŵu ;ςϬSͿ je tǀořeŶa ρ.ΘS rRNA, ϮΘS rRNA a přiďližŶě ρϬ proteiŶů IV. )ákladLJ ďuŶěčŶé a ŵolekulárŶí ďiologie 1 10. Organizace prokaryontního, eukaryontního a mitochondriálního genomu Genom = kompletní soubor celé genetické informace organismu Organizace prokaryontního genomu  úsporná výstavba genomu – ŵadžiŵálŶí vLJužití DNA pro kódováŶí ďílkoviŶ  geŶLJ jedŶotlivýĐh proteiŶů jsou v ϭ edžeŵpláři, ŵají často operonovou strukturu (jediná regulačŶí oďlast ovládá traŶskripĐi a tíŵ Đelou edžpresi Ŷěkolika geŶů kódujíĐíĐh proteiŶLJͿ  transkripce – polycistronická → jediŶá ŵRNA Ŷese iŶforŵaĐi pro Ŷěkolik peptidů kódovaných jedním operonem Prokaryotní chromosom 1 hlavní cirkulární chromosom ;volŶě v ďuňĐe – prokaryota nemají jádro) DvoušrouďoviĐe DNA: - je tvořeŶa ϯMďp a délka ϭ-2 mm - Má suprahelikální spiralizaci (sviŶuté doŵéŶLJ a sŵLJčkLJͿ - velikost genomu závisí Ŷa tLJpu ďakterie, Ŷěkteré ŵají koleŵ ϭϬϬϬ geŶů Na vLJtvářeŶí strukturLJ Đhroŵosoŵu se podílejí proteiŶLJ podoďŶé histoŶůŵ – HLP (histone like proteins) Oďlast, kde je Đhroŵosoŵ uložeŶ = Ŷazývá nukleoid ;jaderŶý ekvivaleŶtͿ → seŵ je připojeŶ na plasmatickou ŵeŵďráŶu, tíŵto ŵísteŵ je počátek replikaĐe ozŶačovaŶý jako OriC Plasmidy = kroŵě hlavního chromosomu mají bakterie v ĐLJtoplazŵě Ŷěkolik ŵalýĐh stočeŶýĐh Đhroŵosoŵů = plasŵidů  nesou gen.info  replikují se saŵostatŶě Ŷezávisle Ŷa replikaĐi hlavŶího Đhroŵosoŵu, Ŷeďo reprodukčŶíŵ ĐLJklu ďakterie  kruhové molekuly DNA  dělíŵe je podle fĐe 1. Plasmidy F – fertilní – Ŷesou geŶLJ důležité pro koŶjugaĐi ďakterie, ŵají fiŵďrie Ŷa povrchu, sex pili IV. )ákladLJ ďuŶěčŶé a ŵolekulárŶí ďiologie 2 2. Plasmidy R – resistentní – Ŷesou geŶLJ zajišťujíĐí resisteŶĐi ďakterií vůči aŶtiďiotikůŵ, Đheŵoterapeutikůŵ atd. Mívají i F faktor – tzn., že si tu rezisteŶĐi ŵůžou předávat mezi sebou, a proto jsou rychle rezistentní na antibiotika Organizace eukaryotního genomu  více DNA než u prokarLJot, ale většiŶa ŶekódujíĐí (introny, pseudeogeny –nemají sĐhopŶost edžprese, opakovaŶé sekveŶĐe, ŵoďilŶí geŶetiĐké eleŵeŶtLJ, vŵezeřeŶá DNA ŵezi fuŶkčŶíŵi ĐelkLJ, ďlíže ŶespeĐifikovaŶá DNAͿ  cca 2-3 % nukleotidové sekvence kódující proteiny  kódující sekvence – exony se střídají s vložeŶýŵi ŶekódujíĐíŵi introny  většiŶa geŶů v ďuňĐe – uložeŶa v chromosomech jádra = tzv. geny jaderné  geŶLJ uložeŶé v ĐhroŵosoŵeĐh ĐLJtoplazŵatiĐkýĐh struktur = tzv. plasmageny (mitochondrie a chloroplasty)  regulačŶí oblasti – řídí zahájeŶí Ŷeďo zastaveŶí určitého proĐesu, Ŷapř. edžprese geŶ. informace - promotor ;Ŷapř. TATA ďodž, CCAAT ďodžͿ  většiŶa geŶů Ŷa ĐhroŵosoŵeĐh rozložeŶa ŶerovŶoŵěrŶě, Ŷěkteré ve skupiŶáĐh (clusters) – tLJ jsou si podoďŶé → tzv. genové rodiny  mimogenová DNA – nekódující o repetitivní sekvence – růzŶě dlouhé sekveŶĐe v mnoha kopiích:  tandemové repetice – bloky repeticí za sebou v růzŶýĐh lokaĐíĐh: satelitní DNA, minisatelitní DNA, mikrosatelitní DNA o rozptýlené repetice – neseskupují se, rozptýlené po genomu; podle délky:  velkou část tvoří transposony = eleŵeŶtLJ sĐhopŶé se přeŵísťovat z jedŶoho ŵísta geŶoŵu Ŷa jiŶé → SINE, LINE Mitochondriální genom  je geŶetiĐká iŶforŵaĐe eukarLJotiĐkýĐh orgaŶisŵů uložeŶá ŵiŵo ďuŶěčŶé jádro  ŵolekulLJ ŵitoĐhoŶdriálŶí DNA jsou uložeŶLJ v ĐLJtoplazŵatiĐkýĐh orgaŶeláĐh, mitochondriích (v matrix)  mtDNA podobná prokaryotní DNA  geŶetiĐké zákoŶitosti ŵtDNA se Ŷeřídí MeŶdelovýŵi zákoŶLJ, protože ŵitoĐhoŶdriálŶí geŶoŵ je děděŶ výhradŶě téŵěř po maternální linii  geŶLJ, které jsou oďsažeŶLJ v ŵolekule ŵtDNA kódují proteiŶLJ respiračŶího řetězĐe, jednotky ATPázového komplexu, podjednotky NADH-dehydrogenázového komplexu, dva geny pro ribozomální RNA-ázu a ϮϮ geŶů pro ŵolekulLJ transportní RNA IV. )ákladLJ ďuŶěčŶé a ŵolekulárŶí ďiologie 3  ŵitoĐhoŶdriálŶí geŶLJ jsou ŶahloučeŶé těsŶě vedle seďe, Ŷeoďsahují iŶtroŶové úsekLJ; jsou přepisováŶLJ do ŵRNA  Ŷejsou přítoŵŶLJ ďílkoviŶLJ tLJpu histoŶů  nemá opravné systémy → ŵitoĐhoŶdriálŶí ĐhoroďLJ  mitochondriální DNA má strukturu ĐLJkliĐké dvoušrouďoviĐe → opačŶé koŶĐe řetězĐe ŵakroŵolekulLJ DNA jsou vzájeŵŶě spojeŶLJ → taková ŵolekula pak Ŷeŵá aŶi začátek, aŶi koŶeĐ, a lze ji zakreslit kružŶiĐí  v ŵtDNA rozlišujeŵe řetězeĐ těžký H ;vLJšší oďsah puriŶůͿ a lehký L ;vLJšší oďsah pLJriŵidiŶůͿ - většiŶa geŶů kódovaŶýĐh v ŵtDNA je uložeŶa v řetězĐi H  chondrinogeny, Ŷeďoli geŶLJ vázaŶé Ŷa ŵitoĐhoŶdrie se dědí tzv. cytoplazmatickou dědičŶostí IV. )ákladLJ ďuŶěčŶé a ŵolekulárŶí ďiologie 1 11. Struktura lidského genomu. Techniky sekvenování DNA. Projekty sekvenování lidského genomu Struktura lidského genomu  genom = koŵpletŶí geŶetiĐká iŶforŵaĐe ;sada ĐhroŵosoŵůͿ orgaŶisŵu  skládá se z jaderného genomu a mitochondriálního genomu Jaderný genom  skládá se z kódující (geny) a nekódující (mimogenová DNAͿ části Geny  geŶ = jedŶotka geŶetiĐké iŶforŵaĐe, úsekLJ DNA, ve kterýĐh část Ŷeďo Đelá sekveŶĐe kóduje v koŶečŶé fázi edžprese speĐifiĐký proteiŶ  jediŶečŶé sekveŶĐe – geny kódující specifické proteiny  kódující DNA cca 3% genomu  geŶLJ jsou uložeŶé v chromosomech liŶeárŶě za seďou - každéŵu geŶu přísluší určité přesŶé ŵísto = tzv. lokus → pořadí geŶů v každéŵ Đhroŵosoŵu je určité, za ŶorŵálŶíĐh okolŶostí ŶeŵěŶŶé  většiŶa geŶů Ŷa ĐhroŵosoŵeĐh rozložeŶa ŶerovŶoŵěrŶě, Ŷěkteré ve skupiŶáĐh (clusters) – tLJ jsou si podoďŶé → tzv. genové rodiny  velikost geŶů – ŵéŶě Ŷež ϭϬϬ párů ďasí až po Ŷěkolik ŵilioŶů  pseudogeny – defektŶí kopie fuŶkčŶíĐh geŶů Ŷeďo jejiĐh částí, jejiĐh sekveŶĐe Ŷeoďsahuje použitelŶou genetickou informaci Mimogenová DNA  repetitivní sekvence – růzŶě dlouhé sekveŶĐe v mnoha kopiích:  tandemové repetice – bloky repeticí za sebou v růzŶýĐh lokaĐíĐh:  satelitní DNA – 20bp-ϮϬkď repetiĐe tvoříĐí ďlokLJ až Mď dlouhé; v obl. centromery  minisatelitní DNA – 10-ϮϬďp sekveŶĐe; ďlokLJ až ϮϬkď; v obl. telomer TTAGGG – typická sekvence pro telomery  mikrosatelitní DNA – 1-5ďp sekveŶĐe; ďlokLJ ϭ5Ϭďp; Ŷa růzŶýĐh ŵísteĐh ;ŵiŵogeŶová DNA, ŵálo případů v transkribovaných úsecích) 1. mononukleotidové repetice – Ŷejčastěji A a T ;G a C ŵéŶěͿ 2. dinukleotidové sekvence – př. (CA) n – v populaci variabilní, u jednotlivce na daném lokusu stabilní – marker  rozptýlené repetice – neseskupují se, rozptýlené po genomu; podle délky: IV. )ákladLJ ďuŶěčŶé a ŵolekulárŶí ďiologie 2  velkou část tvoří transposony = elementy schopné se přeŵísťovat z jednoho místa genomu na jiné 1. SINE (short interspersed nuclear elements) – nekódují proteiny, mohou být mobilizovány sousedními sekvencemi LINE, ŶejzŶáŵější Alu sekveŶĐe 2. LINE (long interspersed nuclear elements) – autonomní, mohou kódovat produktLJ ŶezďLJtŶé pro retrotraŶspoziĐi včetŶě reverzní transkriptázy Mitochondriální genom  je geŶetiĐká iŶforŵaĐe eukarLJotiĐkýĐh orgaŶisŵů uložeŶá ŵiŵo ďuŶěčŶé jádro  ŵolekulLJ ŵitoĐhoŶdriálŶí DNA jsou uložeŶLJ v ĐLJtoplazŵatiĐkýĐh orgaŶeláĐh, mitochondriích (v matrix)  mtDNA podobná prokaryotní DNA  geŶetiĐké zákoŶitosti ŵtDNA se Ŷeřídí MeŶdelovýŵi zákoŶLJ, protože ŵitoĐhoŶdriálŶí geŶoŵ je děděŶ výhradŶě téŵěř po maternální linii  geŶLJ, které jsou oďsažeŶLJ v ŵolekule ŵtDNA kódují proteiŶLJ respiračŶího řetězĐe, jednotky ATPázového komplexu, podjednotky NADH-dehydrogenázového komplexu, dva geny pro ribozomální RNA-ázu a ϮϮ geŶů pro ŵolekulLJ transportní RNA  mitochondriální geny jsou ŶahloučeŶé těsŶě vedle seďe, Ŷeoďsahují iŶtroŶové úsekLJ; jsou přepisováŶLJ do ŵRNA  Ŷejsou přítoŵŶLJ ďílkoviŶLJ tLJpu histoŶů  nemá opravné systémy → ŵitoĐhoŶdriálŶí ĐhoroďLJ  mitochondriální DNA má strukturu ĐykliĐké dvoušrouďoviĐe → opačŶé koŶĐe řetězĐe ŵakroŵolekulLJ DNA jsou vzájeŵŶě spojeŶLJ → taková ŵolekula pak Ŷeŵá aŶi začátek, ani koneĐ, a lze ji zakreslit kružŶiĐí  v ŵtDNA rozlišujeŵe řetězeĐ těžký H ;vLJšší oďsah puriŶůͿ a lehký L ;vLJšší oďsah pLJriŵidiŶůͿ - většiŶa geŶů kódovaŶýĐh v ŵtDNA je uložeŶa v řetězĐi H  chondrinogeny, Ŷeďoli geŶLJ vázaŶé Ŷa ŵitoĐhoŶdrie se dědí tzv. cytoplazmatickou dědičŶostí Techniky sekvenování DNA Sangerova metoda  použití sŵěsi staŶdardŶíĐh a ŵodifikovaŶýĐh Ŷukleotidtrifosfátů – ten modifikovaný ukoŶčí sLJŶtézu DNA → vzŶikŶe série růzŶě dlouhýĐh ŵolekul DNA, které se v délĐe liší vždLJ o ϭ Ŷukleotid  potřeďujeŵe: o templát – jeho sekveŶĐi ĐhĐeŵe staŶovit ;ale počátečŶí část teoŵplátu ŵusí ŵít sekvenci známou, toho dosáhneme klonováním neznámé DNA do známého vektoru), jednovláknový, do sŵěsi přidáŵe víĐe teŵplátů o DNA-polymerasu IV. )ákladLJ ďuŶěčŶé a ŵolekulárŶí ďiologie 3 o primer – speĐifiĐký pro zŶáŵou část teŵplátu o nukleotidtrifosfáty (dATP, dGTP, dCTP, dTTP) o tzv. terminátory – dideoxynukleotidtrifosfáty (ddNTp - ddATP, ddGTP, ddCTP, ddTTP) – chybí jim 3 ́- OH skupina, takže pokud se Ŷavážou, ŶeuŵožŶí tvorďu fosfodiesterové vazby s dalšíŵ Ŷukleotideŵ, a tedLJ ukoŶčí sLJŶtézu DNA  4 separátní enzymové reakce  každá reakĐe oďsahuje jiný ddNTP, jiŶak oďsahuje všeĐhŶo ostatŶí  sLJŶtéza řetězĐe - DNA-polymerasa ŶáhodŶě zařazuje do rostouĐího řetězĐe dNTP nebo ddNTP ;záleží Ŷa poŵěru ŵezi dNTP a ddNTP – je tam víc dNTP)  v každé z reakcí je pak série ŵolekul DNA růzŶé délky, které jsou ukoŶčeŶé použitýŵ ddNTP  Ŷapř. v reakci obsahující ddATP je syntetizovaná série molekul DNA zakoŶčeŶá nukleotidem s adeninem (A) – koresponduje s nukleotidem s thyminem v templátu  potoŵ se ŵolekulLJ DNA dělí podle velikosti v gelové elektroforéze ve 4 sousedních liniích → odečteŵe sekveŶĐi  dnes se provádí v sekvenátorech propojenými s počítačeŵ - vLJužívá se fluoresĐeŶčŶí zŶačeŶí ddNTP, kapilární elektroforéza IV. )ákladLJ ďuŶěčŶé a ŵolekulárŶí ďiologie 4 Ještě existuje druhá metoda: Maxam-Gilbertova (metoda chemické degradace) – ŵéŶě častá Projekty sekvenování lidského genomu HUGO (Human Genome Organisation) V roce 1990 byl mezinárodní projekt, plánovaný na 15 let a v rukou to ŵěla orgaŶizaĐe HUGO ;huŵaŶ geŶoŵ orgaŶisatioŶͿ IV. )ákladLJ ďuŶěčŶé a ŵolekulárŶí ďiologie 5 3 hlavní úkoly: 1. Vytvořit geŶetiĐkou ŵapu ŵarkerů – ta byla zkompletována a zahrnovala mnoho ϭϬϬϬ polLJŵorfisŵů lokalizovaŶýĐh po Đeléŵ geŶoŵu, patří seŵ RFLP, VNTR, STRP 2. Vytvořit fyziĐkou ŵapu – to se takLJ povedlo a vLJtvořila se fyzická mapa známých SNP v genomu, tato ŵísta jsou důležitá při pozičŶíŵ kloŶováŶí, při uŵístěŶí DNA do správŶého pořadí 3. Zkoŵpletovat sekveŶĐi ϯ ďilioŶů páru ďasí lidského geŶoŵu – podílely se HUGO a Celera GeŵoŵiĐs. HUGO vLJtvořil sLJstéŵ překrývajíĐíĐh se kloŶovaŶýĐh segŵeŶtů DNA, tLJto úsekLJ ďLJlLJ kloŶováŶLJ do vektorů a určilo se pořadí Ŷa základě překrývajíĐíĐh se oďlastí DNA a jejiĐh ĐhroŵozoŵálŶí lokalizaĐe→ každý úsek DNA rozštěpeŶ Ŷa ŵalé restrikčŶí fragŵeŶtLJ a sekveŶtováŶ. Soukroŵá společŶost praĐovala s ŵeŶšíŵi úsekLJ DNA, každý úsek DNA sekveŶtováŶ Ŷa základě koŶĐovýĐh překrývajíĐíĐh se oďlastí - V roĐe ϮϬϬϭ ďLJla oďěŵa skupiŶaŵi zpraĐováŶa 9Ϭ% sekveŶĐe lidské DNA - Ϯ00ϯ ozŶáŵeŶa koŶečŶá sekveŶĐe Výsledky a využití: VLJtvořeŶí fLJziĐké ŵapLJ uŵožŶilo použití pozičŶího kloŶováŶí k ideŶtifikaĐi geŶu → ŵožŶost geŶetiĐké diagŶostikLJ a léčďLJ speĐifiĐkýŵi lékLJ a vLJužití geŶové terapie IV. )ákladLJ ďuŶěčŶé a ŵolekulárŶí ďiologie 1 ϭϮ. ReplikaĐe eukaryoŶtŶí DNA, replikačŶí aparát a jeho regulace • replikace je přeŶos iŶforŵaĐe z DNA do DNA • je to sĐhopŶost zajišťujíĐí dědičŶost • při replikaĐi vzŶikŶou z ϭ ŵateřské ŵolekulLJ DNA Ϯ Ŷaprosto stejŶé DNA dĐeřiŶé ;každá s jedním vláknem z původŶí DNAͿ • jedná se o semikonzervativní proces, kdLJ Ŷově vzŶiklá dvoušrouďoviĐe ŵá vždLJ jedŶo vlákŶo původŶí a druhé vlákŶo Ŷově sLJŶtetizovaŶé • uplatňuje se při rozŵŶožováŶí, kdLJ zajišťuje ideŶtitu geŶetiĐké iŶforŵaĐe oďou dĐeřiŶýĐh ďuŶěk OBECNÁ CHARAKTERISTIKA • při replikaĐi vzŶikŶou z ϭ ŵateřské ŵolekulLJ DNA Ϯ Ŷaprosto stejŶé dĐeřiŶé DNA • ryĐhlost replikaĐe v živočišŶýĐh ďuňkáĐh se odhaduje na 0,5–Ϭ,ϭ5 μŵ/ŵiŶ → je to pomalý proces, proto proďíhá Ŷa víĐe ŵísteĐh současŶě. PROCES REPLIKACE DNA • místa, kde dochází k replikaci, se nazývají replikony • počet replikoŶů v ďuňĐe ŶeŶí koŶstaŶtŶí → u rLJĐhle se ŵŶožíĐíĐh ďuŶěk je jiĐh víĐe Ŷež u ďuŶěk ŵŶožíĐíĐh se poŵalu • klíčová role při replikaĐi DNA : enzymy = DNA polymerázy: o u člověka 5 druhů eŶzyŵů ozŶačovaŶýĐh jako DNA-dependentní DNA- polymerázy ;v živočišŶýĐh ďuňkáĐh pět tLJpůͿ DNA polymerasy Funkce α priŵásová aktivita, doplňováŶí ŵezer, sLJŶtéza opožděŶého vlákŶa ɸ korektury a opravy DNA β opravy DNA ɶ syntéza mitochondriální DNA ɷ replikace DNA, syntéza vedoucího vlákna o pro DNA polymerázy platí: IV. )ákladLJ ďuŶěčŶé a ŵolekulárŶí ďiologie 2  potřeďují matrici = vlákno, ke kterému podle pravidel komplementace ďazí vLJtvářejí doplŶěk  při své práĐi vždLJ postupují od konce 5' ke konci 3'  potřeďují ŵít k dispoziĐi volŶý koŶeĐ ϯ' Ŷukleotidu, Ŷa který připojí fosfodiesteriĐkou vazďou 5' ŵísto Ŷově zařazeŶého Ŷukleotidu → Ŷově zařazovaŶé ŶukleotidLJ jsou používáŶLJ ve forŵě Ŷukleotidtrifosfátů → odštěpeŶíŵ dvou ŵakroergŶíĐh vazeď je získáváŶa potřeďŶá eŶergie pro uskutečŶěŶí vazďLJ  DNA polymeráza Ŷeŵůže zahájit syŶtézu de Ŷovo, ale připojuje pouze Ŷový Ŷukleotid Ŷa ϯ' poziĐi Ŷukleotidu předĐhozího  DNA polLJŵeráza ŵůže zahájit připojováŶí Ŷukleotidů Ŷového vlákŶa DNA, pokud jsou vodíkové ŵůstky ŶarušeŶy eŶzyŵeŵ helikázou  ŵísta, kde tato ŶarušeŶí vzŶikŶou, jsou ozŶačováŶLJ jako replikačŶí počátky ;jsou rozpozŶáváŶLJ iŶiĐiačŶíŵi proteiŶLJͿ – tLJto počátkLJ jsou bohaté A a T  odděleŶá vlákŶa Ŷejdříve vLJkazují topologiĐký stres ;pružeŶí ďráŶíĐí dalšíŵu postupuͿ – teŶ je odstraŶěŶ topoisomerasou  jednovláknové struktury jsou stabilizovány pomocí proteiŶů SSB (single strand binding) – ďráŶí vLJtvořeŶí helidžu o primáza (= DNA-dependentní RNA-polymeráza) vLJtváří Ŷa začátku replikovaného úseku nového vlákna DNA krátký RNA primer („očko“) – na jeho ϯ' koŶeĐ ŵůže DNA polLJŵeráza připojit prvŶí Ŷukleotid Ŷového vlákŶa DNA • oďě vlákŶa DNA aŶtiparalelŶí a DNA polLJŵeráza sLJŶtetizuje „jedŶosŵěrŶě“ (od 5' k 3'), ŵůže souvisle proďíhat replikaĐe pouze Ŷa ϭ vlákŶě: o replikaĐe Ŷa toŵto vlákŶě proďíhá rLJĐhleji, a proto se ozŶačuje jako vlákno vedoucí o na Ϯ. ;opožděŶéŵͿ vlákŶě probíhá replikaĐe po částeĐh – tzv. Okazakiho fragmentech IV. )ákladLJ ďuŶěčŶé a ŵolekulárŶí ďiologie 3 • priŵerLJ jsou pak odstraŶěŶLJ ribonukleasou – ŵezera vLJplŶěŶa půsoďeŶíŵ DNA polymerasy – Okazakiho fragmenty spojeny ligázou • Ŷa proĐesu replikaĐe se podílí i řada dalšíĐh eŶzLJŵů, jejiĐhž úlohou je: o rozvinout suprahelikální strukturu – gyráza o rozvinout Watson-CriĐkovu dvoušrouďoviĐi – helikázy • Poté, Đo jsou k předlohovýŵ ;teŵplátovýŵͿ vlákŶůŵ dosLJŶtetizováŶa vlákna nová, je replikaĐe DNA dokoŶčeŶa • DNA polyŵeráza udělá ϭ Đhyďu asi na 10 7 zreplikovaných bází • DNA polyŵeráza ŵá korekčŶí fuŶkĐi ;v případě ĐhLJďLJ provádí i opravu, spočívajíĐí ve vLJstřižeŶí a zařazeŶí správŶé ďázeͿ • enzym ligáza spojí jednotlivé fragŵeŶtLJ do souvislého řetězĐe Problém v důsledku liŶeárŶího Đharakteru Đhroŵosoŵů a jejiĐh DNA • koŶĐe liŶeárŶí DNA Ŷeŵohou ďýt replikováŶLJ až do svýĐh koŶĐů – chromosomy by se tedy postupŶě zkraĐovaly • proto existují telomery  tvořeŶLJ velkýŵ počteŵ krátkých repetic ;u člověka AGGGTTͿ  teloŵera je zakoŶčeŶa jedŶovlákŶovýŵ úsekeŵ, ďaze teloŵer jsou ŵethLJlovaŶé – Đož uŵožňuje vLJtvořeŶí speĐifiĐké vláseŶkLJ, ve které se párují ŵethLJlovaŶé guanosiny  struktura telomery zaďraňuje štěpeŶí DNA deodžLJriďoŶukleasaŵi, fúzi molekul DNA v genomu a uŵožňuje replikaĐi DNA bez ztráty koncových sekvencí IV. )ákladLJ ďuŶěčŶé a ŵolekulárŶí ďiologie 4  prodlužováŶí teloŵerLJ je sĐhopeŶ enzym telomerasa (RNA dependentní DNA poylmerasa) – reverzní transkriptáza – má vysokou aktivitu jen v zárodečŶéŵ epitelu, soŵatiĐké ďuňkLJ tuto aktivitu ztráĐejí → stárŶutí orgaŶisŵu Regulace replikace  kontrolní body, v ŶiĐhž se eviduje proďěhlá replikaĐe  replikaĐe součástí ďuŶěčŶého ĐLJklu ;S-fáze) a podléhá jeho regulaci RegulaĐe ďuŶěčŶého Đyklu o podstatou regulace – vzájeŵŶá iŶterakĐe všeĐh fází cyklu o regulaĐe zajištěŶa hlavŶě zastaveŶíŵ ĐLJklu v kontrolních bodech: G 1 , G 2 a M fáze o kontrolní body:  G 1  koŶčí zahájeŶíŵ replikaĐe jaderŶé DNA  ďlokáda ďuŶěčŶého Đyklu jsou-li ďuŶěčŶý růst Ŷeďo okolŶí podŵíŶkLJ ŶepřízŶivé pro další děleŶí  pro překoŶáŶí hlavŶího G 1 ďodu je ŶutŶá přítoŵŶost růstovýĐh faktorů ;ŵitogeŶůͿ, pokud již ďuŶěčŶý ĐLJklus vstoupil do S fáze ŵůže ďýt dokoŶčeŶ ďez přítoŵŶosti ŵitogeŶů  G 2  závislá Ŷa dokoŶčeŶí replikaĐe DNA v S fázi  zastaveŶí ďuŶěčŶého ĐLJklu ŶeŶí-li dokoŶčeŶa replikaĐe DNA eveŶt. je-li DNA poškozeŶa  M o Ŷa přeĐhodu ŵetafáze – anafáze → stop nejsou-li ĐhroŵosoŵLJ řádŶě připevŶěŶLJ k ŵitotiĐkéŵu vřetéŶku o ProteiŶy řídíĐího systéŵu o CdK proteiny Ŷavozují postupŶě proďíhajíĐí poĐhodLJ tíŵ, že fosforLJlují seriŶLJ a threoŶiŶLJ ĐílovýĐh proteiŶů – k jejich aktivaci je potřeďa vazďa s cykliny, teprve komplex Cdk proteinu s cyklinem má proteinkinázovou aktivitu o GeŶy, účastŶíĐí se regulaĐe o protoonkogeny – jejiĐh produktLJ se účastŶí řízeŶí ďuŶěčŶého ĐLJklu, jejiĐh přítoŵŶost je nutná k překoŶáŶí G 1 kontrolního bodu o onkosupresorové geny (Rb gen a gen TP53) - jejich produkty zamezují aktivitu koŵpledžu řídíĐího sLJstéŵu → podílejí se Ŷa zastaveŶí ďuŶěčŶého ĐLJklu předevšíŵ v G 1 kontrolním bodu o Faktory stimulující proliferaci o růstové faktory IV. )ákladLJ ďuŶěčŶé a ŵolekulárŶí ďiologie 5 o Faktory inhibující proliferaci o Ŷedostatek růstovýĐh faktorů, přítoŵŶost produktů oŶkosupresorovýĐh geŶů o onkosupresorový gen TP53 – zastaví ďuŶěčŶý ĐLJklus před vstupeŵ do S fáze, je-li DNA poškozeŶa – koŶečŶý důsledek – zástava replikace DNA, apoptóza IV. )ákladLJ ďuŶěčŶé a ŵolekulárŶí ďiologie 1 13. Reparace DNA o Je to souďor ďuŶěčŶýĐh ŵeĐhaŶisŵů, díky kterým se mohou odstranit chyby ve struktuře DNA. o Každé poškozeŶí DNA je třeďa Ŷapravit, aby byl zachován charakter genomu. o Reparace probíhají jak u eukaryot, tak i u prokaryot. o PoškozeŶí: o Chybné zařazeŶí ďazí, tLJto ĐhLJďLJ vzŶikají ďěheŵ replikaĐe. o Deaminace adeninu na hypoxanthin. o Deaminace cytosinu na uracil. o NáhodŶé ĐheŵiĐké zŵěŶLJ ďazí ;Ŷapř. diŵerLJ pLJriŵidiŶovýĐh ďasí vzŶiklé půsoďeŶíŵ UV zářeŶíͿ. o VLJtvářejí se růzŶé adduktLJ ďazí ;vliveŵ alkLJlaĐe,..). o Depurinace – kdy dochází k přerušeŶí ß-N-glykosidové vazby a dochází ke ztrátě ďaze ;=tzn. úsek bez purinu!) . o )loŵLJ, které jsou vLJvoláŶLJ ioŶizačŶíŵ zářeŶíŵ Ŷeďo volŶýŵi radikálLJ. o Typy modifikací: o Endogenní (tzn. endo = dovŶitř = ĐhLJďLJ vzŶiklé uvŶitř těla  ) – replikačŶí chyby, .. o EdžogeŶŶí ;tzŶ. edžit = výĐhod, takže půsoďeŶí zvŶějšku  ) - toxické látky, léky, zářeŶí. o ;pozŶáŵka: ŵožŶá Váŵ je jasŶý rozdíl ŵezi eŶdo a edžogeŶŶíŵ, ale ŵŶě se to stále plete, tak jseŵ Váŵ Ŷapsala poŵůĐku podle čeho si to ŵožŶá i zapaŵatujete  a teď se vrátíŵe k reparacím ) o Jaký je vlastŶě Đíl reparaĐí? o OďŶovit původŶí stav. o VLJštípŶout poškozeŶí a doplŶit ŵísto správŶě. o Pokud Ŷelze provést opravu, tak je důležité Ŷavodit apoptózu či Ŷekrózu. o A kdo je zodpovědŶý za opravení chyb? o Enzymy a specifické proteiny ;Ŷapř. DNA-polymeráza, DNA-ligasa). o DRUHY REPARACÍ KROK ZA KROKEM: 1. Postup při odstraňováŶí uraĐilu, který vzŶikl deaŵiŶaĐí ĐLJtosiŶu o Hlavní roli hraje enzym uracil-DNA-glykosylasa. o Tento enzym štěpí N-glykosidovou vazbu mezi uracilem a deoxyribózou. o Pak je tu další eŶzLJŵ: endonukleasa. o Endonukleasa štěpí poškozeŶý řetězeĐ Ŷa 2 ŵísteĐh, tzŶ. poškozeŶý úsek je odstraŶěŶ. o Místo je posléze doplŶěŶo DNA-polymerasou a nakonec opravený řetězeĐ s původŶíŵ řetězĐeŵ se spojí díky ligase. o StejŶě proďíhá i odstraňování hypoxanthinu, xanthinu,... 2. Postup při odstraňováŶí depuriŶovýĐh struktur IV. )ákladLJ ďuŶěčŶé a ŵolekulárŶí ďiologie 2 o JedŶodušší oprava - nedochází k přerušeŶí vazďLJ ŵezi puriŶLJ. o SpeĐifiĐký eŶzLJŵ oďŶoví strukturu připojeŶíŵ Ŷového puriŶu ďez přerušeŶí fosfodiesterové vazby. 3. Postup při odstraňováŶí diŵerů o Dimery vznikají ozářeŶíŵ 2 sousedŶíĐh thLJŵiŶů v sekvenci DNA. o Dimery nejsou schopny replikace ani transkripce, a proto je musíme odstranit. o Důležitou roli hraje uvrABC-excinukleasa. o EdžĐiŶukleasa vLJštípŶe jedŶovláknový fragment, který má 12 deodžLJŶukleotidů a diŵer je uprostřed. o Defekt je ŶásledŶě zacelen DNA-polymerasou a posléze je vlákno spojeno lipasou. o Pokud je absence excinukleasy: xeroderma pigmentosum – je to kožŶí oŶeŵoĐŶěŶí se zvýšeŶou Đitlivostí Ŷa světlo a výskLJteŵ karĐiŶoŵu kůže. 4. Mismatch repair o Opravuje špatŶě spárovaŶé úsekLJ, které vznikly v průďěhu replikaĐe. o EŶzLJŵLJ ideŶtifikují špatŶě zařazeŶý Ŷukleotid a ozŶačí ho a pak proďěhŶe oprava. o Systém rozliší původŶí řetězeĐ se správŶou sekveŶĐí Ŷukleotidů a replikovaŶý řetězeĐ s mutovanou sekvencí a nahradí nesprávný nukleotid podle originálu. o 1. krokem je ozŶačeŶí původŶího teŵplátového vlákŶa a to díky methylaci adeŶiŶovýĐh deodžLJŶukleotidů v sekvencích GATC. o Nově vLJtvořeŶé vlákŶo Ŷeŵá methylované baze, a proto vlákna od sebe ŵůžeŵe odlišit. o ReparačŶí ŵeĐhaŶisŵus poté hledá úsekLJ, které Ŷejsou spárováŶLJ a štěpí Ŷově sLJŶtetizovaŶé vlákŶo. IV. )ákladLJ ďuŶěčŶé a ŵolekulárŶí ďiologie 3 o Pak vLJštípŶutí exonukleasou a následné doplŶěŶí vlákŶa DNA-polymerasou a spojení lipasou. o Ϯ kódujíĐí sLJstéŵLJ podílejíĐí se Ŷa této opravě: hMSH2, hMLH1. o Porucha hMSH2 – hereditární nepolypózní kolorektální karcinom – LLJŶĐhův syndrom I ;vrozeŶý časŶý výskLJt kolorektálŶího karĐiŶoŵuͿ. o LLJŶĐhův sLJŶdroŵ II – mutace hMLH1. o Tento mechanismus byl nejprve objeven u bakterií E. coli. 5. Opravy dvouvlákŶovýĐh zloŵů o PostreplikačŶí úpravLJ. o 2 reparačŶí proteiŶLJ – prvŶí ozŶačovaŶý jako "Ku" – je to dimer s helikasovou a ATPasovou aktivitou. o Druhý reparačŶí proteiŶ je známý jako DNA-dependentní proteinkinasa. o JejiĐh fuŶkĐe: přiďlížeŶí, spojeŶí, doplŶěŶí a uzavřeŶí DNA strukturLJ o Např. gen BLM (mutovaný u Bloomova syndromu). IV. )ákladLJ ďuŶěčŶé a ŵolekulárŶí ďiologie 4 6. Příŵá oprava o U člověka ŵéŶě častý ;velŵi ŵálo geŶů, které se účastŶí této opravLJͿ. o Např. gen kódující DNA-methyl-transferázu – je schopná odstranit methylovou skupinu z ŶesprávŶě ŵethLJlovaŶýĐh guaŶiŶů. o Nejčastěji u ďakterií, kdLJ teŶto ŵeĐhaŶisŵus je závislý Ŷa světle – fotoreaktivace – DNA fotolLJsa se váže k dimeru thyminu a z energie viditelŶého světla štěpí tLJto diŵerLJ. o U mnohobuněčŶýĐh orgaŶisŵů se fotoreaktivaĐe ŵůže uplatňovat jen v povrĐhové vrstvě ďuŶěk. 7. Excizní opravy o 3 kroky reparace: 1. DNA-endonukleasa – rozpozná chyďŶě zařazeŶé ďaze, Ŷaváže se a přeruší řetězeĐ DNA a pak vLJštěpí ĐhLJďŶé sekveŶĐe 2. DNA-polymerasa – vzniklou mezeru v řetězĐi doplŶí 3. DNA-ligasa – spojí Ŷově sLJŶtetizovaŶý úsek s opraveným úsekem řetězĐe o Druhy oprav: 1. BER – excise bazí  Zahájena glykosylásou, která rozpozŶá špatŶě zařazeŶé ďaze a vLJštěpí je. IV. )ákladLJ ďuŶěčŶé a ŵolekulárŶí ďiologie 5  TeŶto koŵpledž opravuje velké ŵŶožství ŶejďěžŶějšíĐh DNA chyb.  Poté endonukleása a fosfodiesteráza štěpí vlákŶo DNA v ŵístě, kde ďLJla špatŶě zařazeŶa ďaze a odstraŶí zďLJtek nukleotidu a vznikne mezera.  DNA-polymeráza pak Ŷahradí ĐhLJďějíĐí ďaze podle originální struktury a DNA ligasa spojí nový úsek s DNA. 2. NER – edžĐise Ŷukleotidů  Opravuje větší úsekLJ DNA s diŵerLJ pLJriŵidiŶů.  DNA endonukleáza rozpozŶá poškozeŶé ŵísto a jeŶ ho ozŶačí.  DNA-nukleáza odstraŶí ozŶačeŶý Ŷukleotid plus Ŷěkolik sousedŶíĐh Ŷukleotidů.  DNA-polymeráza doplní vzniklou mezeru.  DNA-ligasa spojí opraveŶý úsek s původŶíŵ vlákŶeŵ. IV. )ákladLJ ďuŶěčŶé a ŵolekulárŶí ďiologie 6  IŶtegrita DNA a Đhroŵosoŵů je koŶtrolovaŶá ďěheŵ ďuŶěčŶého ĐLJklu.  V ďuŶěčŶéŵ ĐLJklu jsou kontrolní body, které jsou důležité, aby rozhodli o tom, zda ŵá ĐLJklus pokračovat či Ŷe.  Cyklus má kontrolní body mezi G1 a G2 fází, ve fázi S a ve fázi M.  Důležitý regulačŶí eleŵeŶt ve fázíĐh Gϭ a GϮ je tumorsupresorový protein p53, který se aktivuje v důsledku zjištěŶí poškozeŶí DNA a vLJvolá Đelou kaskádu dějů, kdLJ Ŷa konci stojí apoptóza (programovaná buŶěčŶá sŵrtͿ.  ReparačŶí ŵeĐhaŶisŵLJ vzŶikalLJ v průďěhu evoluĐe – orgaŶisŵLJ si vLJviŶulLJ způsoď, jak mutace v genetickém materiálu opravovat.  Opravné systémy jsou velmi komplexní procesy, Ŷa ŶiĐhž se účastŶí přiďližŶě ϭϯϬ geŶů a podílí Đelá řada ďílkoviŶ s růzŶou fuŶkĐí.  ZhouďŶé ŶádorLJ jsou považováŶLJ za důsledek kuŵulaĐe ŵutaĐí ďěheŵ života.  A Ŷěkterá ďuňka získá takovou koŵďiŶaĐi ŵutaĐí, které vLJřadí z fuŶkĐe důležité geŶLJ a naopak aktivuje jiné geny a ďuňka tíŵ ztráĐí sĐhopŶost regulaĐe růstu a ŵŶožeŶí.  To vede k iniciaci karcinogeneze (kdy dojde k vLJřazeŶí geŶů, které jsou zodpovědŶé za opravLJ špatŶě spárovaŶýĐh ďazíͿ → tíŵ se akumulují mutace. IV. )ákladLJ ďuŶěčŶé a ŵolekulárŶí ďiologie 1 14. Transkripce eukaryontní genomové DNA. Struktura ŵRNA, posttraŶskripčŶí úpravy. Metabolismus RNA. TraŶskripčŶí faktory, vazďa DNA-protein  Přepis geŶetiĐké iŶforŵaĐe z DNA do ŵolekulLJ RNA.  JedŶá se v drtivé většiŶě o iŶforŵaĐi z 1 geŶu, sloužíĐí k tvorďě ϭ speĐifiĐké ďílkoviŶLJ, kterou ďuňka zrovŶa potřeďuje. INICIACE A PŘEPIS  Jedná se o enzymatický proces.  Transkripce začíŶá rozvolňováŶíŵ krátkého úseku dvoušrouďoviĐe DNA, jedeŶ z řetězĐů pak slouží jako teŵplát pro sLJŶtézu RNA.  Je vLJužíván enzym RNA-polymerasa (celým názvem: DNA dependentní RNA- polymeráza) o Tento enzym je sĐhopŶá podle vzoru DNA vLJtvořit kopii v podoďě RNA. o Nejdříve se rozplete dvoušrouďoviĐe DNA.  RNA-polymerasa hledá v DNA startovŶí sekveŶĐi Ŷukleotidů, tzv. promotor (jde o speĐifiĐké sekveŶĐe Ŷukleotidů – TATA box, CAT box)  Ke správŶéŵu ŶavázáŶí polLJŵerázLJ je ŶutŶá přítoŵŶost traŶskripčŶíĐh faktorů ;uŵožňují správŶé ŶasedŶutí polyŵerázy Ŷa sekvenci, od které má být zahájena transkripce).  Ačkoli je molekula DNA dvouřetězĐová, je promotor asymetrický, z čehož plLJŶe, že: o dochází vždy k přepisu jeŶ z 1 vlákŶa – vlákno pracovní (negativní (-), aŶtikódujíĐí či ŶesŵLJslŶéͿ o 2. vlákno pro transkripci tohoto genu význam nemá – vlákŶo paŵěťové ;pozitivŶí ;+Ϳ, kódujíĐí či smysluplné)  Po rozpozŶáŶí proŵotoru a rozpojováŶí vodíkovýĐh ŵůstků se podle komplementarity bází k pracovnímu vláknu DNA nasyntetizuje RNA vlákno → místo T je U!  RNA-polyŵerasa katalyzuje připojováŶí Ŷukleotidů Ŷa 3'-konec rostoucího řetězĐe RNA za vzŶiku fosfodiesterové vazby mezi 3'-OH skupiŶou řetězĐe a ρ'- fosfátovou skupiŶou přidávaŶého Ŷukleotidu.  RNA je syŶtetizováŶa ve sŵěru 5' → 3'. IV. )ákladLJ ďuŶěčŶé a ŵolekulárŶí ďiologie 2  Jakmile polyŵerasa Ŷarazí Ŷa stop sekveŶĐi v řetězĐi, dojde k zastaveŶí přepisu a uvolŶěŶá RNA ŵůže putovat dále. IV. )ákladLJ ďuŶěčŶé a ŵolekulárŶí ďiologie 3 Základními enzymy podílejícími se na transkripci jsou DNA dependetní RNA polymerasy: I . – III. OzŶačeŶí Lokalizace Provádí transkripci I. jadérko pre-rRNA II. jádro pre-mRNA (hnRNA) III. jádro pre-tRNA, 5S rRNA REGULACE TRANSKRIPCE Co se týče regulace transkripce u eukaryot - je ovlivŶěŶa 2 typy molekul, které se váží Ŷa specifické úseky DNA a podílí se svojí strukturou na vzniku traŶskripčŶího koŵpledžu s RNA- polymerázou ;Ŷeďo Ŷaopak zŶeŵožňují jeho vzŶikͿ. Podle fuŶkĐe dělíŵe tLJto faktory na enchancery (podporují transkripci) a silencery (utlumují transkripci). POSTTRANSKRIPČNÍ ÚPRAVY  DNA je uzavřeŶa v jádře, ale riďosoŵLJ se ŶaĐházejí v ĐLJtoplasŵě.  mRNA musí být transportována z jádra do cytoplasmy malými jadernými póry.  Před opuštěŶíŵ z jádra však ŵRNA podléhá posttraŶskripčŶíŵ úpraváŵ. Transkripcí vzniká nejprve primární transkript (Pre-mRNA) neboli heterogenní jaderná RNA (hnRNA), která se dále upravuje. UpraveŶá ŵRNA je traŶsportováŶa do ĐLJtoplasŵLJ a taŵ překládáŶa Ŷa proteiŶLJ (translace).  Nastupují po úspěšŶéŵ přepisu DNA do RNA.  Úpravy: 1. primární transkript je vybaven:  na 5' koŶĐi tzv. čepičkou vLJtvořeŶou zvláštŶíŵ Ŷukleotideŵ ;7– methylguanosintrifosfát) → ĐhráŶí ji před rozštěpeŶíŵ 5 ́exonukleasami.  na 3' konci tzv. polyadenylovým koncem ;asi ϮϬϬ adeŶiŶovýĐh zďLJtkůͿ → tLJto adeŶLJlátLJ váže Ŷa teŶto koŶeĐ enzym terminální nukleotidyltransferáza →teŶto úsek se pravděpodoďŶě podílí Ŷa transportu mRNA z jádra do cytoplazmy. IV. )ákladLJ ďuŶěčŶé a ŵolekulárŶí ďiologie 4 2. sestřih ;spliĐiŶgͿ  ve většiŶě geŶů se ŶaĐházejí úsekLJ, které Ŷeoďsahují iŶforŵaĐi ŶutŶou pro funkci genového produktu – tzv. introny ;části řetězĐe ŶekódujíĐí žádŶé aŵiŶokLJseliŶLJͿ.  úseky nesoucí informaci pro funkci výsledného produktu se nazývají exony.  u primárního transkriptu dochází k odstřižeŶí iŶtroŶů – tzv. sestřih → kódující úseky (exony) jsou pak enzymaticky pospojovány do finálního řetězĐe a odstřižeŶé iŶtroŶLJ jsou ihŶed odďouráváŶLJ ;k odstřižeŶí dojde tak, že se vLJtvoří lasovitá sŵLJčka, ve které je sŶRNA a iŶtroŶ se poŵoĐí sŶRNA odstřihŶeͿ. 3. editace mRNA  Důležitá pro tvorďu apolipoproteiŶu B.  ApolipoproteiŶ se tvoří v játrech a v enterocytech.  Jaterní apolipoprotein B-100.  StřevŶí apolipoprotein B-48.  V eŶteroĐLJteĐh proďíhá editováŶí, kdLJ se tvoří speĐifiĐká deaminasa, která najde v sekvenci kodon CAA, kde dochází k deaminaci cytosinu na uracil a vznikne tak triplet UAA, Đož je stop-kodoŶ a to je důvod, proč ŵá střevŶí apolipoproteiŶ jeŶ BκΘ. TraŶskripčŶí faktory ;=TFͿ  Jsou proteiny, které se podílejí na iniciaci transkripce.  Váží se Ŷa jedŶotlivé eleŵeŶtLJ proŵotoru, číŵž usŶadňují vazďu příslušŶé RNA- polymerázy.  TraŶskripĐe u eukarLJot je Ŷa přítoŵŶosti TF závislá.  TraŶskripčŶí faktor – TBP, který se váže Ŷa TATA ďodž, tím se zvýrazní oblast pro RNA- polymerázu.  TFIID, TFIIA, TFIIB, TFIIF, TFIIE IV. )ákladLJ ďuŶěčŶé a ŵolekulárŶí ďiologie 5  TFIIH ;Ŷapříklad fosforLJluje karďodžLJlový koŶeĐ RNA-polLJŵerázLJ II → to způsoďí koŶforŵačŶí zŵěŶu a dojde k počátku traŶskripĐeͿ. Struktura mRNA  MesseŶgerová RNA = iŶforŵačŶí.  Jednovláknová struktura RNA.  Je matricí pro syntézu bílkovin.  Je tvořeŶa RNA-polymerasou II.  VzŶiká přepiseŵ ;traŶskripĐíͿ z DNA a ŶásledŶýŵ sestřiheŵ ;spliĐiŶgͿ.  Z jádra je transportována do cytoplazmy, kde se ve spojení s riďosoŵLJ účastní syntézy bílkovin (translace).  PřeŶáší dědičŶou iŶforŵaĐi, která je uložeŶa v genu a kóduje přesŶé pořadí AMK v ďílkoviŶě.  SLOŽENÍ:  cukr ribóza  báze Uracil, Adenin, Cytosin, Guanin Metabolismus RNA  Molekula RNA je tvořeŶa jeŶ ϭ polLJŶukleotidovýŵ vlákŶeŵ.  VšeĐhŶLJ RNA vzŶiká ďěheŵ traŶskripĐe. Syntéza RNA  všeĐhŶLJ tLJpLJ RNA vzŶikají proĐeseŵ traŶskripĐe ;= přepisͿ  syntéza RNA probíhá podle matrice DNA  pro transkripci je zpotřeďí : o dvouvláknová DNA o enzymy – RNA polymerasa o ATP, GTP,CTP,UTP  ribonukleosidtrifosfáty o Mg 2+ ionty ŵeĐhaŶisŵus prodlužováŶí řetězĐe  nový Ŷukleotid se se váže poŵoĐí fosfátové sk. Ŷa ϯ ́-OH sk. riďosLJ předĐházejíĐího nukleotidu  ŵatriĐe je čteŶa ve sŵěru ϯ ́  5 ́  Ŷa rozdíl od replikaĐe ŶevLJžaduje priŵer  vzniká tak mRNA,rRNA,tRNA + v jaderŶé ďuňĐe také sŶRNA ;ŵalé jaderŶéͿ,sŶoRNA;ŵalé jadérkové) IV. )ákladLJ ďuŶěčŶé a ŵolekulárŶí ďiologie 6 Inhibice transkripce  α-amantin – jed ŵuĐhoŵůrkLJ zeleŶé  rifampicin – blokuje iniciaci transkripce  aktinomycinD – protinádorové antibiotikum Vazba DNA-protein  Proteiny se navazují na nukleové kyseliny.  HTH  Zinkové prsty  Leucinový zip o Tyto proteiny obsahují doménu vázající se na DNA. o TLJpiĐkou vlastŶostí proteiŶů iŶteragujíĐíĐh s DNA je přítoŵŶost α- helikálŶíĐh segŵeŶtů, které přesŶě zapadají do velkého zářezu ve struktuře DNA.  HTH motiv (helix-turn-helix): o Je hlavní strukturální motiv schopné vázat DNA. o Skládá se z ϮϬ AMK, ze Ϯ α šrouďoviĐ ;ϳAMK a εAMKͿ spojených krátkým řetězcem aminokyselin(4AMK). o Nachází se u ŵŶoha proteiŶů, které regulují edžpresi geŶu. o Váže se do velkého žláďku.  Zinkové prsty o Uŵožňuje předevšíŵ vazďu daŶýĐh ďílkoviŶ Ŷa DNA. o Klasický zinkový prst se skládá z ϭ α-helixu a 1 β-skládaného listu, které jsou uspořádáŶLJ paralelŶě vedle seďe a vLJtváří ŵezi seďou vazeďŶé ŵísto pro zinek. o Má Đharakter protáhlé sŵLJčkLJ ;„prstu“) o délce přiďližŶě ϮϬ až ϯϬ AMK. IV. )ákladLJ ďuŶěčŶé a ŵolekulárŶí ďiologie 7 o Je stabilizován ionty Zn 2+ , na kterém jsou navázány cystein nebo histidin.  Leucinový zip o Sestává se ze dvou helidžů o ϯϬ AMK, kde se pravidelŶě střídá leuĐiŶ. o Tvoří diŵerLJ a Ŷavzájeŵ jsou spojeŶé poŵoĐí hLJdrofóďŶíĐh iŶterakĐí. IV/15 RNA interference - RNA iŶterfereŶĐe je proĐes, při kteréŵ iŶterferují ;párují seͿ ŶekódujíĐí ŵolekuly RNA s cílovými úseky mRNA - následkem je zabráněŶí geŶové edžprese těĐhto ŵRNA - zkráĐeŶě se takovýto proĐes Ŷazývá též RNAi - řadíme ho mezi posttranksripčŶí ŵeĐhaŶisŵLJ geŶové edžprese - většiŶa eukarLJotiĐkýĐh orgaŶisŵů je sĐhopŶa RNA iŶterference - schopnost RNAi je založeŶa Ŷa Ŷěkolika dějíĐh - nejdříve v ďuňĐe ŵusí doĐházet k tvorďě ŵalýĐh ŶekódujíĐíĐh ;iŶterferujíĐíĐhͿ ŵolekul RNA, Đož ŵohou ďýt siRNA ;short interfereing RNA) nebo microRNA (miRNA) - tLJto ŵolekulLJ proĐhází růzŶýŵi úpravaŵi Ŷež dosáhŶou své koŶečŶé podoďLJ - poté se ŵohou siRNA Ŷeďo ŵiRNA začleŶit do riďoŶukleovýĐh částiĐ - v riďoŶukleové částiĐi pak ŵusí dojít k další úpravě těĐhto ŶekódujíĐíĐh RNA - MiRNA či siRNA je rozpleteŶa ze své dvouvlákŶové podoďLJ, jedŶo z vlákeŶ je degradováŶo a druhé zůstává součástí riďoŶukleové částiĐe - takovýto koŵpledž ;riďoŶukleová částiĐe s jedŶovlákŶovou siRNA či ŵiRNAͿ se Ŷazývá RISC - koŵpledž RISC je pak připraveŶ k vLJďráŶí cílové sekvence mRNA, která je komplementární k interferující RNA - po navázání RISC komplexu na cílovou mediátorovou RNA, dojde k interferenci mezi ŵiRNA či siRNA s vlákŶeŵ ŵRNA, Đož ŵá za Ŷásledek zaďráŶěŶí ŶásledŶé edžprese mRNA - interakce mezi interferujíĐí ŶekódujíĐí ŵolekulou RNA a ŵRNA ŵůže ŵít za Ŷásledek ďuď úplŶou degradaĐi Đílové ŵRNA ;v případě, že RISC páruje dokoŶale se sekveŶĐí ŵRNAͿ Ŷeďo pokud k soďě RISC se sekveŶĐí Đílové ŵRNA Ŷepárují dokoŶale, dojde k jejiĐh trvaléŵu spojeŶí a tíŵ i zaďráŶění jakékoli translace mRNA IV. )ákladLJ ďuŶěčŶé a ŵolekulárŶí ďiologie 1 16. Regulace genové exprese na úrovni transkripce Regulace na úrovni transkripce  výzŶaŵŶý koŶtrolŶí ďod edžprese geŶů – iniciace transkripce  traŶskripčŶě iŶaktivŶí DNA je součástí vLJsoĐe koŶdeŶzovaŶé ĐhroŵatiŶové struktury v chromosomu  struktura Đhroŵosoŵu ŵusí ďýt před traŶskripĐí reversiďilŶě upraveŶa do koŶforŵaĐe uŵožňujíĐí ŶavázáŶí RNA-polymerasy na DNA a) )ŵěŶa koŶforŵaĐe ĐhroŵatiŶu uŵožŶěŶa ŵodifikaĐí histoŶů a reŵodelaĐí ĐhroŵatiŶu  modifikace – acetylace, deacetylace → acetyltransferasy katalLJzují přidáŶí acetylových skupin k amino-skupinám postraŶŶíĐh řetězĐů lLJsiŶovýĐh zďLJtků histoŶovýĐh oktaŵerů → je zredukována afinita mezi histony a DNA - oblast promotoru genu se stává přístupŶější pro koŵpledž traŶskripčŶíĐh faktorů a RNA-polymerasy → deacetylace – opačŶý efekt – potlačeŶí traŶskripĐe  ŵetLJlaĐe argiŶiŶovýĐh zďLJtků histoŶu → aktivaĐe traŶskripĐe  ŵetLJlaĐe zďLJtků lLJsiŶu → potlačeŶí traŶskripĐe b) RegulaĐe traŶskripĐe prostředŶiĐtvíŵ interakce specifických sekvencí promotoru genu a proteiŶů vázajíĐíĐh se Ŷa DNA – traŶskripčŶíĐh faktorů ;TFͿ  regulačŶí sekveŶĐe jsou uŵístěŶé v růzŶé vzdáleŶosti od počátku traŶskripĐe, ale na stejné molekule DNA nebo RNA – tzŶ. že praĐují v pozici cis (cis elementy)  traŶskripčŶí faktorLJ sLJntetizovány v ĐLJtoplazŵě, půsoďí ale v jádře, a tak taŵ musejí migrovat  základŶí traŶskripčŶí faktorLJ se váží s DNA promotoru v ŵístě sekveŶĐe TATA → tento komplex lokalizuje RNA-polymerasu do správné pozice a iniciuje tak transkripci  další specifické transkripčŶí faktorLJ – vážou se Ŷa další sekveŶĐe v promotoru, Ŷapř. tkáňově speĐifiĐké TF  další sigŶálŶí sekveŶĐe: → enhancery ;zesilovačeͿ – stiŵulaĐe traŶskripĐe, většiŶou ŵiŵo proŵotor geŶu, ve velké vzdáleŶosti od geŶu, ale i uvŶitř geŶu v růzŶýĐh vzdálenosteĐh po proudu od začátku traŶskripĐe → silencery – inhibice transkripce RegulaĐe edžprese geŶů edžtraĐelulárŶíŵi sigŶálLJ  pro přežití a vývoj ŶutŶá koordiŶaĐe čiŶŶostí všeĐh ďuŶěk – to je zajištěŶo signálními molekulami Alternativní transkripce iŶdividuálŶíĐh geŶů  edžistují také koŶtrolŶí ŵeĐhaŶisŵLJ, které uŵožŶí vLJďírat ŵezi speĐifiĐkýŵi alterŶativŶíŵi transkripty a tím i produkty (isoformy) jednoho genu IV. )ákladLJ ďuŶěčŶé a ŵolekulárŶí ďiologie 2  alterŶativŶí proŵotorLJ, alterŶativŶí sestřih, alterŶativŶí polLJadeŶLJlaĐe, RNA editaĐe Opáčko TRANSKRIPCE  přepis geŶetiĐké iŶforŵaĐe z DNA do molekuly RNA  jedŶá se v drtivé většiŶě o iŶforŵaĐi z jedŶoho geŶu, sloužíĐí k tvorďě ϭ speĐifiĐké ďílkoviŶLJ, kterou ďuňka zrovŶa potřeďuje INICIACE A PŘEPIS  enzymatický proces  je vLJuživáŶ eŶzLJŵ RNA-polymerasa  prozkouŵáváŶí řetězĐe ŵá opět sŵěr od konce 5' ke konci 3'  RNA-polymerasa hledá v DNA startovŶí sekveŶĐi Ŷukleotidů, tzv. promotor (speĐifiĐké sekveŶĐe Ŷukleotidů – TATA box, CAT box)  ke správŶéŵu ŶavázáŶí polLJŵerázLJ je ŶutŶá přítoŵŶost traŶskripčŶíĐh faktorů  ačkoli je ŵolekula DNA dvouřetězĐová, je promotor asymetrický, z čehož plLJŶe, že: o dochází vždLJ k přepisu jeŶ z 1 vlákŶa – vlákno pracovní (negativní (-), aŶtikódujíĐí či ŶesŵLJslŶéͿ o 2. vlákno pro transkripci tohoto genu význam nemá – vlákŶo paŵěťové ;pozitivŶí ;+Ϳ, kódujíĐí či sŵLJsluplŶéͿ  po rozpozŶáŶí proŵotoru a rozpojováŶí vodíkovýĐh ŵůstků se podle komplementarity bází k pracovnímu vláknu DNA nasyntetizuje RNA vlákno → místo T je U!  Jakmile polLJŵerasa Ŷarazí Ŷa stop sekveŶĐi v řetězĐi, dojde k zastaveŶí přepisu a uvolŶěŶá RNA ŵůže putovat dále IV. )ákladLJ ďuŶěčŶé a ŵolekulárŶí ďiologie 3 Základními enzymy podílejícími se na transkripci jsou DNA dependetní RNA polymerasy: I . – III. OzŶačeŶí Lokalizace Provádí transkripci I. jadérko pre-rRNA II. jádro pre-mRNA (hnRNA) III. jádro pre-tRNA, 5S rRNA REGULACE TRANSKRIPCE Co se týče regulace transkripce u eukaryot - je ovlivŶěŶa 2 typy molekul, které se váží Ŷa speĐifiĐké úsekLJ DNA a podílí se svojí strukturou Ŷa vzŶiku traŶskripčŶího koŵpledžu s RNA IV. )ákladLJ ďuŶěčŶé a ŵolekulárŶí ďiologie 4 polLJŵerázou ;Ŷeďo Ŷaopak zŶeŵožňují jeho vzŶikͿ. Podle fuŶkĐe dělíŵe tLJto faktorLJ Ŷa enchancery (podporují transkripci) a silencery (utlumují transkripci). POSTTRANSKRIPČNÍ ÚPRAVY  Ŷastupují po úspěšŶéŵ přepisu DNA do RNA  úpravy: 1. primární transkript je vybaven:  na 5' koŶĐi tzv. čepičkou vLJtvořeŶou zvláštŶíŵ Ŷukleotideŵ ;7– methylguanosintrifosfát)  na 3' konci tzv. polyadenylovým koncem ;asi ϮϬϬ adeŶiŶovýĐh zďLJtkůͿ → teŶto úsek se pravděpodoďŶě podílí Ŷa traŶsportu ŵRNA z jádra do cytoplazmy 2. sestřih ;spliĐiŶgͿ  ve většiŶě geŶů se ŶaĐházejí úsekLJ, které Ŷeoďsahují iŶforŵaĐi ŶutŶou pro funkci genového produktu – tzv. introny ;části řetězĐe ŶekódujíĐí žádŶé aŵiŶokLJseliŶLJͿ  úseky nesoucí informaci pro funkci výsledného produktu se nazývají exony  u primárního transkriptu dochází k odstřižeŶí iŶtroŶů – tzv. sestřih → kódující úseky (exony) jsou pak enzymaticky pospojovány do finálního řetězĐe a odstřižeŶé iŶtroŶLJ jsou ihŶed odďouráváŶLJ ;k odstřižeŶí dojde tak, že se vLJtvoří lasovitá sŵLJčka, ve které je sŶRNA a iŶtroŶ se poŵoĐí sŶRNA odstřihŶeͿ IV. )ákladLJ ďuŶěčŶé a ŵolekulárŶí ďiologie 1 17. Genetický kód  Genetický kód je vztah mezi sekvencí bází v DNA a sekvencí aminokyselin v proteinech  Je to souďor pravidel, podle kterýĐh se geŶetiĐká iŶforŵaĐe uložeŶá v DNA převádí Ŷa primární strukturu bílkovin – tj. pořadí AMK v řetězĐi  Genetický kód byl rozluštěŶ v roce 1961 Crickem a Brennerem → kdLJ kód je tvořeŶ trojiĐí Ŷukleotidů ;tripletͿ, kdLJ každá trojiĐe kóduje určitou AMK  Jaký je šifrovaĐí kód mezi 4 nukleotidy (A, U, G, C) v mRNA a 22 AMK v ďílkoviŶě? Ukázalo se, že genetický kód je třípísŵeŶový – triplet, který kóduje vždLJ 1 AMK. Ze 4 Ŷukleotidů v ŵRNA se ŵůže vLJtvořit 4 3 = 64 růzŶýĐh tripletů Ŷeďoli kodoŶů.  Co to jsou kodony? o =trojiĐe Ŷukleotidů ;tripletLJ, koŵďiŶaĐe 4 ďází → 4 3 = 64 kodoŶů o synonymní kodony - specifikující stejnou AMK – liší se hlavŶě v 3. pozici o 61 kodoŶů kóduje AMK o 3 kodony UAG, UGA, UAA – terŵiŶačŶí ;stopͿ kodoŶy – ukoŶčují traŶslaĐi o iŶiĐiačŶí kodoŶ AUG (methionin) – lokalizován v Ŷěkteréŵ z prvŶíĐh edžoŶů o otevřeŶý čteĐí ráŵeĐ (ORF – Open ReadiŶg FraŵeͿ = souďor kodoŶů oŵezeŶý Ŷa začátku iŶiĐiačŶíŵ kodoŶeŵ a Ŷa koŶĐi terŵiŶačŶíŵ kodoŶeŵ o ke každéŵu kodoŶu edžistuje koŵpleŵeŶtárŶí antikodon = 3 za sebou jdoucí báze tRNA komplementární ke kodonu  AMK ;kroŵě ŵethioŶiŶu a trLJptofaŶuͿ kódováŶLJ víĐe Ŷež 1 tripleteŵ  Vlastnosti genetického kódu: o Je třípísŵeŶkový - triplet o Degenerovaný – edžisteŶĐe víĐe kodoŶů pro 1 AMK (minimalizuje mutace) o Universální - používá pro traŶslaĐi ve všeĐh orgaŶisŵeĐh o geŶ se v proĐesu traŶskripĐe přepíše do odpovídajíĐí kratší ŵolekulLJ ŵRNA ;přeŶašeč iŶforŵaĐe od DNA k riďozoŵůŵͿ - translace – pořadí AMK se zde staŶovuje tak, že ke každéŵu kodoŶu ;tripletuͿ se připojí tRNA s odpovídajícím antikodonem nesoucí AMK IV. )ákladLJ ďuŶěčŶé a ŵolekulárŶí ďiologie 2 IV. )ákladLJ ďuŶěčŶé a ŵolekulárŶí ďiologie 1 18. Eukaryontní, prokaryontní a mitochondriální translace. TRANSLACE u EUKARYOT  = přeložeŶí geŶetiĐké iŶforŵaĐe z pořadí Ŷukleotidů v ŵRNA do pořadí AMK v polLJpeptidovéŵ řetězĐi.  Odehrává se na ribozomech: o jako volŶé orgaŶelLJ v ĐLJtoplasŵě Ŷeďo vázaŶé Ŷa ER o velká (60S) a malá (40S) podjednotka → eukaryotní ribozom 80S (Svedbergovy jednotky) o velká podjednotka obsahuje 3 typy rRNA: Ϯ8S, 5.8S, 5S a ĐĐa 5Ϭ polLJpeptidů o malá podjednotka – ϭ8S rRNA, víĐe Ŷež ϯϬ proteiŶů  U eukaryot transkripcí vzniká hnRNA a ŶásledŶě doĐhází k posttraŶskripčŶíŵ úpraváŵ → definitivní molekula mRNA je transportována z jádra do cytoplasmy - pomocí traŶsportŶíĐh proteiŶů → pak teprve doĐhází v ĐLJtoplasŵě Ŷa riďosoŵeĐh k translaci.  tRNA dopravuje AMK Ŷa riďozoŵLJ, zařazeŶí podle komplementarity kodon-antikodon.  Před zahájeŶíŵ traŶslaĐe ŵusí ďýt AMK aktivovány prostředŶiĐtvíŵ ATP a potoŵ poŵoĐí eŶzLJŵů ;aminoacyl-tRNA syntetasyͿ připojeŶLJ Ŷa ϯ ́OH koŶeĐ odpovídajíĐí tRNA.  RiďosoŵLJ jsou oďvLJkle Ŷa jediŶé ŵolekule ŵRNA zařazeŶLJ ve většíŵ počtu a vLJtvářejí tak tzv. polysom.  SLJŶtéza peptidů se děje od N-konce k C-konci → to Đo "vLJleze" z povrĐhu riďosoŵu jako první je AMK na N-konci a nové AMK se přikládají Ŷa C-konci.  Skládá se ze ϯ kroků: iniciace, elongace, terminace. IV. )ákladLJ ďuŶěčŶé a ŵolekulárŶí ďiologie 2 Iniciace:  Vazba malé podjednotky riďozoŵu Ŷa ŵRNA ve speĐifiĐkéŵ ďodě proti proudu od AUG.  IniĐiačŶí tRNA s metioninem se váže Ŷa AUG ;AUG je rozpozŶáŶ jako iŶiĐiačŶí, pokud je oďklopeŶ vhodŶou iŶiĐiačŶí sekveŶĐíͿ.  Účast iŶiĐiačŶíĐh faktorů eIF a GTP (zdroj energie).  Po dokoŶčeŶí iŶiĐiačŶího koŵpledžu je připojeŶa velká podjednotka.  Ribozom obsahuje 2 místa pro vazbu tRNA molekul: o peptidylové místo (P) – pro tRNA s metioninem o aminoacylové místo (A) – uložeŶé pod druhýŵ kodoŶeŵ  mRNA se pohybuje po malé podjednotce, až narazí na první triplet AUG. Elongace:  začíŶá vstupem tRNA do místa A, kde se páruje svým antikodonem s druhým kodonem mRNA  oďě ŵísta oďsazeŶa – AMK v těsŶéŵ koŶtaktu → vytvořeŶí peptidiĐké vazďy (katalyzováno peptidyltransferasami)  metionin je uvolŶěŶ z tRNA  ribozom se pohybuje k dalšíŵu kodoŶu ŵRNA, dipeptid vázaŶý Ŷa druhou tRNA se přesuŶe Ŷa ŵísto P a ŵísto A je volŶé pro další tRNA - to se opakuje  uplatňují se eloŶgačŶí faktory  iŶiĐiačŶí ŵísto volŶé pro vazďu dalšího riďozoŵu – vzniká polysom, mRNA translatována Ŷěkolika riďozoŵLJ ŶajedŶou IV. )ákladLJ ďuŶěčŶé a ŵolekulárŶí ďiologie 3 Terminace:  Do místa A vstoupí terŵiŶačŶí kodoŶ ;UAA, UGA, UAGͿ → terŵiŶačŶí kodoŶ ŶedeterŵiŶuje žádŶou AMK → tíŵ koŶčí syŶtéza polypeptidu.  Pak nastupuje další bílkovinný faktor eRF ;=uvolňovaĐí faktor, releasiŶg faĐtorsͿ, který hotový polypeptid uvolní z ribosomálního komplexu.  Zasáhne peptidyltransferása – která hydrolyzuje vazbu mezi polypeptidem a tRNA na P- ŵístě.  Odpojí se mRNA od ribozomu a ribozom se rozpadá na podjednotky (40S a 60S), tyto podjednotky jsou připraveŶLJ se zapojit do další proteosLJŶtézLJ. TRANSLACE u PROKARYOT  V podstatě proďíhá podoďŶě jako u eukarLJot jeŶ s ŵeŶšíŵi rozdílLJ.  U prokaryot proďíhá současŶě s traŶskripĐí, tedy na jednom konci vznikají molekuly mRNA a proďíhá již traŶslaĐe, a Ŷa druhéŵ pokračuje traŶskripĐe.  Prokaryota mají ŵeŶší riďosoŵy, ŵéŶě iŶiĐiačŶíĐh faktorů, odlišŶou strukturu ŵRNA a arĐhitekturu ďuňkLJ-chybí jádro.  Skládající se z jedné ŵeŶší ;ϯ0SͿ a z jedné větší ;ρ0SͿ podjednotky. IV. )ákladLJ ďuŶěčŶé a ŵolekulárŶí ďiologie 4  Probíhá ryĐhleji Ŷež u eukaryot (spojitost s rLJĐhlejšíŵ ŵetaďolisŵeŵͿ.  Napojení první AMK u prokaryotů je to formylmethionin (má aldehydovou skupinu na dusíku). Iniciace:  = vznik komplexu ribozom – mRNA → až po vLJtvořeŶí peptidové vazďLJ ŵezi prvŶíŵi dvěŵa AMK sLJŶtetizovaŶého polLJpeptidu. o Jako prvŶí zařazováŶ formylmethionin= fMet (bývá z výsledŶého řetězĐe odštěpeŶ.  Komplex mRNA, 30S podjednotka a IF3 faktor se spojí s tRNA a IFϮ a IFϭ → poté s připojí 5ϬS podjedŶotka → dokoŶčeŶ vzŶik očŶího riďozoŵu.  ;IFϭ, IFϮ a IFϯ jsou iŶiĐiačŶí faktorLJͿ Elongace:  = ŶapojováŶí dalšíĐh AMK do sLJŶtetizovaŶého polLJpeptidu. PřipojeŶí další AMK do polypeptidu probíhá ve 3 krocích: o Napojení aminoacyl-tRNA a uvolŶěŶé A ŵísto ribozomu. o VLJtvořeŶí peptidové vazďLJ ŵezi posledŶí aŵiŶoaĐLJl-tRNA v ŵístě P a AMK Ŷa aminoacyl-tRNA v ŵístě A. o PosuŶ riďozoŵu o ϭ kodoŶ po ŵRNA→ současŶě se odpoutá již volŶá tRNA z ŵísta E → sLJŶtetizovaŶý polLJpeptid se uvolŶí z tRNA v ŵístě P a ta se přesune do E. tRNA s posledŶí AMK se přesuŶe z A do P → tzŶ.Ŷa ŵísto A se ŵůže Ŷavázat Ŷový aŵiŶoaĐLJl-tRNA. Tento proces se cyklicky opakuje po celou dobu elongace. IV. )ákladLJ ďuŶěčŶé a ŵolekulárŶí ďiologie 5 Terminace:  =ukoŶčeŶí traŶslaĐe STOP kodoŶeŵ Ŷa ŵRNA. TeŶ se zařadí do ŵísta A riďozoŵu → je rozpozŶáŶ uvolňovaĐíŵi faktorLJ RF → tLJ uvolŶí posledŶí AMK vzŶikajíĐího polypeptidu vazby s tRNA v ŵístě P riďozoŵu a rozloží se koŵpledž Ŷa riďozoŵ – mRNA – tRNA → tLJto ϯ základŶí eleŵeŶtLJ se ŵůžou zŶova zapojit do iŶiĐiaĐe další translace. TRANSLACE u MITOCHONDRIÍ  Některé ŵitoĐhoŶdriálŶí tRNA čtou až κ druhy kodoŶů.  Genetický kód má v mitochondriích jisté odchylnosti: o UGA: Trp (v cytosolu Stop) o AGA, AGG: Stop (v cytosolu Arg) o AUA, AUU: Met (v cytosolu Ile)  Syntéza AMK je zde podoďŶější traŶslaĐi v mikroorganismech. Specifické inhibice proteosyntézy (hl. u prokaryot)  Proteosyntetický pochod lze blokovat antibiotiky → ŶejvíĐe půsoďí aŶtiďiotika Ŷa organismy, které mají rychlý metabolismus a translace je u ŶiĐh rLJĐhlejší - ďakterie → vLJužití aŶtiďiotik pro zdoláŶí iŶfekĐí u lidí a zvířat.  Některá aŶtiďiotika také ovlivňují eukarLJotŶí ďuňkLJ (méŶě iŶteŶzivŶěͿ. IV. )ákladLJ ďuŶěčŶé a ŵolekulárŶí ďiologie 1 19. Regulace translace  Proteosyntéza (=translace) je u eukaryot regulována na úrovni iniciace.  NezďLJtŶá přítoŵŶost všeĐh složek traŶslačŶího sLJstéŵu: o mRNA, tRNA, rRNA o iŶiĐiačŶí faktorLJ o energetika – ATP, GTP o ribozomální jednotky o aktivované AMK o řada eŶzLJŵů  Důležitý kontrolní bod genové exprese.  Klíčový je výďěr iŶiĐiačŶího kodoŶu AUG.  Před translaĐí musí být AMK aktivovány, proces je katalyzován aminoacyl-tRNA- syntetázami.  TraŶslaĐe vždLJ začíŶá Ŷa 5 ́ konci mRNA ;čepička 7 ́-methylquanosin).  U eukaryot se tRNA s ŵethioŶiŶeŵ Ŷaváže Ŷa ŵalou podjedŶotku riďosoŵu s iŶiĐiačŶíŵi faktorLJ.  Na teŶto koŵpledž se Ŷaváže ŵRNA a hledá iŶiĐiačŶí triplet AUG.  V toŵ ŵístě se zastaví a spojí se s velkou podjedŶotkou riďosoŵu, iŶiĐiačŶí faktorLJ se uvolní. IV. )ákladLJ ďuŶěčŶé a ŵolekulárŶí ďiologie 2  Regulace pomocí speĐifiĐkýĐh proteiŶů, které se váží Ŷa regulačŶí sekveŶĐe oďsažeŶé v ŶepřekládaŶýĐh oďlasteĐh ;UTRͿ.  RegulačŶí sĐhopŶosti ŵají i miRNA (microRNA) a siRNA(small interfering RNA). o Molekuly miRNA jsou koŵpleŵeŶtárŶí k části jedŶé Ŷeďo Ŷěkolika konkrétních mRNA. o KdLJž se spárují odpovídajíĐí řetězĐe ŵiRNA a ŵRNA, je oďvLJkle iŶhiďováŶa translace této mRNA v protein. o Dochází tedy k potlačení iniĐiaĐe translaĐe. o siRNA – aktivují proces RNA interference → utluŵeŶí aktivitLJ geŶu. o Malé interferující duplexy – uplatňují se v oďraŶŶéŵ proĐesu proti traŶskripĐi Đizorodé RNA ;evolučŶě staroďLJlý oďraŶŶý ŵeĐhaŶismus proti virůŵ a traŶspozoŶůŵͿ. IV. )ákladLJ ďuŶěčŶé a ŵolekulárŶí ďiologie 1 20. Posttranslační úpravy proteinu. Třídění a transport proteinů, úpravy a třídění proteinů v Golgiho aparátu. Biosyntéza glykoproteinů POSTTRANSLAČNÍ ÚPRAVY PROTEINŮ  ÚpravLJ proteiŶů, kdLJ doĐhází k ĐheŵiĐké úpravě.  ÚpravLJ dávají proteiŶůŵ Ŷové vlastŶosti, doĐhází ke zŵěŶě koŶforŵaĐe, poŵáhají regulovat jejiĐh fuŶkĐe,...  Zahrnují: o PřipojeŶí fuŶkčŶíĐh skupiŶ ;ŵetLJlaĐe Ŷeďo hLJdrodžLJlaĐeͿ. o PřipojeŶí koŵpletŶíĐh ŵolekul ;glLJkosLJlaĐeͿ. o Proteolytické úpravy. o .... 1. ODSTRANĚNÍ INICIAČNÍHO METHIONINOVÉHO ZBYTKU  OdstraŶěŶí MethioŶiŶu z N-konce. 2. ZMĚNA DÉLKY  DoĐhází ke štěpeŶí proteiŶu Ŷa ŵeŶší produktLJ.  Dochází k hLJdrolLJtiĐkéŵu štěpeŶí – štěpí se Ŷa okrajíĐh aŶeďo uprostřed.  Úprava délkLJ je důležitá pro iŶzuliŶ, kdLJ se vLJtváří preproinzulin, ze kterého se odštěpí sigŶálŶí peptid a vzŶiká proiŶzuliŶ. 3. GLYKOSYLACE PROTEINŮ  Je ŶejvýzŶaŵŶější u proteiŶů, které sŵěřují do ER.  KdLJž putují do ER, tak dvojí tLJp glLJkosLJlaĐe: o O-vázané oligosacharidy  PřipojeŶí krátkýĐh oligosaĐharidů Ŷa hydroxylové skupiny serinu nebo treoninu. o N-vázané oligosacharidy  NavázáŶí delšíĐh oligosaĐharidů Ŷa lidiĐký dusík asparagiŶu. o PřipojeŶí oligosaĐharidů díkLJ glLJkosLJltraŶsferáz.  Vznikají tak glykoproteiny. 4. HYDROXYLACE PROTEINŮ  Typická úprava pro prokolagen ve fibroblastech.  Enzymy hydroxylasy.  PřipojeŶí hLJdrodžLJlovýĐh skupiŶ k prolinu nebo lysinu.  Hydroxyprolin – stabilizuje ŵolekulu kolageŶu vodíkovýŵi vazďaŵi a zvLJšuje tak rezisteŶĐi vůči proteasáŵ.  Hydroxylysin. IV. )ákladLJ ďuŶěčŶé a ŵolekulárŶí ďiologie 2 5. DALŠÍ POSTTRANSLAČNÍ ÚPRAVY  ACETYLACE o Acetylace koncové NH 2 -skupiny lysinu.  KARBOXYLACE o Kyseliny glutamové na karboxyglutamát.  METHYLACE o Lysinu.  FOSFORYLACE o PřeŶos zďLJtku kLJseliŶLJ fosforečŶé z ATP na hydroxyaminokyseliny (Ser, Thr, Tyr). Třídění a transport proteinů, úpravy a třídění proteinů v Golgiho aparátu.  Targeting = ŶasŵěrováŶí proteiŶů do ŵísta jejiĐh půsoďeŶí o základŶíŵ ŶasŵěrováŶí polLJpeptidů rozhoduje ŵísto jejiĐh sLJŶtézLJ Ŷa volných ribosomech v cytosolu nebo na ribosomech v GER:  volné ribosomy – polLJpeptidLJ zůstávají v cytosolu nebo jsou dopraveŶLJ do ŵitoĐhoŶdrií, perodžisoŵů Ŷeďo do jádra.  ribosomy GER – seĐerŶováŶLJ z ďuňkLJ, eveŶt. sŵěřováŶLJ do GK, lLJzosoŵů Ŷeďo jsou zaďudováŶLJ jako iŶtegrálŶí proteiŶLJ do ŵeŵďráŶ.  Iniciována navázáním mRNA na ribosom v cytosolu.  Translace je ale zastavena po asi 70 AMK.  Na vedoucí sekvenci vzŶikajíĐího polLJpeptidu se Ŷaváže SRP (=signál-rozpoznávající částiĐe) – je to koŵpledž polLJpeptidů a ŵolekulLJ RNA.  Vedoucí sekvence vznikajícího polypeptidu putuje do GER, kde se váže Ŷa reĐeptor.  VedouĐí sekveŶĐe vstoupí do ŵeŵďráŶLJ GER, kde ji váže speĐifiĐký proteiŶ SSB.  TraŶsŵeŵďráŶové proteiŶLJ vLJtvářejí koleŵ polLJpeptidu transmembránový kanál, translace proteinu pokračuje, SRP a reĐeptor SRP se eŶergií GTP uvolŶí z vazby.  Na vzŶikajíĐí proteiŶ se v luŵeŶ GER Ŷaváže tzv. Bip protein (binding) který brání předčasŶé degradaĐi vzŶikajíĐího polLJpeptidu a spolu s dalšíŵi proteiŶLJ posouvá translatovaný lineární polypeptid kaŶáleŵ do GER ;v ŶepřítoŵŶosti Bip je eloŶgaĐe blokována).  VedouĐí sekvenĐe je odštěpena signální peptidasou a degradována, vznikající polypeptid je ihned v GER modifikován (glykosylace) a konformován.  Nově sLJŶtetizovaŶé proteiŶLJ jsou přeŶášeŶLJ do GA transportními vezikulami, k ďuŶěčŶé ŵeŵďráŶě traŶsportŶíŵi a sekrečŶíŵi vezikulaŵi.  ProteiŶLJ ďuď putují Ŷa ďuŶěčŶý povrĐh Ŷeďo do lLJsozoŵů, Ŷeďo tvoří sekrečŶí zásoďŶí vezikulLJ, část ďílkoviŶ si poŶeĐhává GA pro seďe.  Po uvolŶěŶí z riďozoŵu se vLJtvořeŶý polLJpeptid sďalí a vLJtváří se sekuŶdárŶí a terciární struktura. IV. )ákladLJ ďuŶěčŶé a ŵolekulárŶí ďiologie 3  K větší staďilizaĐi ŵolekul přispívají chaperony. o Jsou zodpovědŶé za staďilizaĐi ŶedostatečŶě sďaleŶýĐh proteiŶů, aďLJ Ŷedošlo k ŶeĐhtěŶýŵ iŶterakĐíŵ. Třídění proteinů v GA  Z ER putuje řetězeĐ bílkovin do GA.  Trans GA – provádí targeting o TargetiŶg rozhoduje o toŵ, zda se proteiŶ staŶe součástí lLJzosoŵů Ŷeďo sekrečŶíĐh graŶul. o SekrečŶí graŶula se přes ĐLJtoplazŵu dopraví k ŵeŵďráŶě, kdLJ se ŵůže stát její součástí Ŷeďo se edžostózou dostávají ŵiŵo ďuňku. o ProteiŶLJ, které jsou určeŶé Ŷa edžport, tak se Ŷesŵějí degradovat intracelulárními proteásami. Biosyntéza glykoproteinů  Jsou proteiny s navázanými sacharidy.  Proces, kdy se sacharidy váží na protein = glykosylace.  Jedná se o posttraŶslačŶí modifikaci proteiŶů.  Glykosylace probíhá v ER a v GA.  Podle tLJpu vazďLJ, kterou jsou saĐharidLJ Ŷa proteiŶLJ ŶavázáŶLJ, dělíŵe glLJkoproteiŶLJ Ŷa N-glykoproteiny, O-glykoproteiny.  EŶzLJŵLJ katalLJzujíĐí přeŶos a ŶavázáŶí saĐharidů Ŷa proteiŶLJ se Ŷazývají oďeĐŶě glykosyltransferázy.  GlLJkoproteiŶLJ jsou tLJpiĐké hlavŶě pro eukarLJota.  Proč doĐhází k glykosylaci? o )výší se rozpustŶost a odolŶost vůči deŶaturačŶíŵ, fLJzikálŶíŵ a ĐheŵiĐkýŵ čiŶidlůŵ. o Určí se osud ďílkoviŶLJ ;targetiŶgͿ. o Slouží jako speĐifiĐké reĐeptorLJ. o Dojde ke zvýšeŶí odolŶosti vůči hLJdrolásáŵ.  Vznikají 2 způsoďy: o O-glykosidová vazba:  U serinu, threoninu. o N-glykosidová vazba:  U asparaginu.  SaĐharidové části: o D-mannosa o D-galaktosa o N-acetylglukosamin o N-acetylgalaktosamin o Kyselina N-acetylneuraminová  O-vázaný glykoprotein o Mucin  Glykoprotein ve slinách nebo sekretech v žaludku a v teŶkéŵ střevě IV. )ákladLJ ďuŶěčŶé a ŵolekulárŶí ďiologie 4  Mají vLJsokou viskozitu, tvoří oĐhraŶŶou ďariéru v GIT, respiračŶíŵ a reproduktivním traktu.  FuŶkĐe: oĐhraŶa slizŶiĐ před účiŶkeŵ proteolLJtiĐkýĐh eŶzLJŵů  Mezi nejdůležitější glykoproteiny patří fibronektin, laminin a elastin. o Jsou součástí ŵeŵďráŶ. IV. )ákladLJ ďuŶěčŶé a ŵolekulárŶí ďiologie 1 21. Vezikulární transport. Endocytóza a exocytóza. VEZIKULÁRNÍ TRANSPORT  VezikulárŶí traŶsport je takový, kdLJ se traŶsportují látkLJ ve vezikuláĐh ;= váčĐíĐhͿ.  VezikulLJ jsou traŶsportŶí váčkLJ, které jsou oďklopeŶLJ fosfolipidovou vrstvou a odškrĐují se od struktur uŵístěŶýĐh v ĐLJtosolu ;Ŷapř. od GA, z plazmatické membrány,..).  Úkoleŵ vezikul je skladovat a traŶsportovat Ŷěkteré orgaŶiĐké látkLJ. EXOCYTÓZA  Je proces, kdLJ ďuňkLJ uvolňují ŵolekulLJ z vezikulů do edžtraĐelulárŶího prostředí. IV. )ákladLJ ďuŶěčŶé a ŵolekulárŶí ďiologie 2  Vezikul vzŶiká odškrĐeŶíŵ ŵeŵďráŶLJ z ER nebo z GA.  VzŶikajíĐí váček ‚‚do seďe‘‘ uzavře sekret, poté váček putuje k cytoplazmatické ŵeŵďráŶě, se kterou fúzuje a ŶakoŶeĐ je oďsah vLJvržeŶ ŵiŵo ďuňku do okolí.  Funkce: o VLJlučovat látkLJ, které jsou pro ďuňku škodlivé či ŶepotřeďŶé. o Edžport ŵakroŵolekulárŶíĐh látek z ďuňkLJ ;Ŷapř. eŶzLJŵLJ, krevŶí ďílkoviŶLJ, protilátkLJ, horŵoŶLJ,...). ENDOCYTÓZA  ProĐes, kdLJ přijíŵá látkLJ z prostředí ŵiŵo vlastŶí prostor ďuňkLJ a dopravuje je do Ŷitra ďuňkLJ.  Endocytózou se do ďuňkLJ dostávají Ŷapříklad hormony, lipoproteinové částiĐe, virLJ, protilátkLJ Ŷeďo bakterie,....  LátkLJ v okolí ďuňkLJ se postupŶě uzavřou do ŵěĐhýřku vLJtvořeŶého vĐhlípeŶíŵ plazŵatiĐké ŵeŵďráŶLJ, teŶto ŵěĐhýřek se pak ŵůže od plazŵatiĐké ŵeŵďráŶLJ odštěpit a přejít do ĐLJtoplazŵLJ.  Základní typy endocytózy: o Pinocytóza  PřijíŵáŶí a traŶsport rozpuštěŶýĐh částeček. o Fagocytóza  PohlĐeŶí a zŶičeŶí cizorodého materiálu (Ŷapř. ďakterie, poškozeŶé ďuňkLJ,....).  OďraŶŶá a čistíĐí fuŶkĐe ŵakrofágů a Ŷeutrofilů. IV/22 RestrikčŶí eŶzyŵy a jejiĐh využití, úpravy DNA a koŶstrukĐe rekombinantních molekul. Klonování DNA - restrikčŶí eŶdoŶukleázLJ ;restriktázLJͿ jsou velká skupiŶa původŶě ďakteriálŶíĐh eŶzLJŵů, které štěpí esterové vazďLJ v řetězĐi dsDNA - bakteriím pravděpodoďŶě slouží jako oĐhraŶa před ŶarušeŶíŵ jejiĐh geŶoŵu Đizí ;Ŷapř. virovou) DNA RestrikčŶí eŶdoŶukleázLJ se dělí do čtLJř skupiŶ podle speĐifitLJ štěpeŶí, strukturLJ a dalšíĐh vlastŶostí. V Ŷěkteré literatuře jsou rozlišováŶLJ pouze tři tLJpLJ. 1) Typ I - endoŶukleázLJ prvŶího tLJpu ŵají podjedŶotkovou strukturu ;ŵolekula oďsahuje tři růzŶé podjednotky) - jsou sĐhopŶé ŵethLJlaĐe DNA a štěpí pouze ŶeŵethLJlovaŶý řetězeĐ - i kdLJž Ŷa ŵolekule rozlišují speĐifiĐké sekveŶĐe, ŵísto štěpeŶí ŶeŶí přesŶě určeŶo 2) Typ II - díky specifiĐitě štěpeŶí ŵá teŶto tLJp Ŷejvětší uplatŶěŶí v geŶovéŵ iŶžeŶýrství, ŵolekulu ŶeŵethLJlovaŶé DNA štěpí v ŵístě ;Ŷeďo v ďlízkostiͿ rozpozŶávaĐí sekveŶĐe, která je oďvLJkle symetrická - ŵolekula je složeŶá ze dvou totožŶýĐh podjedŶotek. 3) Typ III - endonukleázy zařazovaŶé do této skupiŶLJ jsou složeŶLJ ze dvou podjedŶotek - ŶeŵethLJlovaŶou DNA štěpí ve vzdáleŶosti Ϯρ–27 dp od rozpoznávacího místa 4) Typ IV - štěpí ŵethLJlovaŶou DNA. Využití - restriktázLJ ŵají velký výzŶaŵ, předevšíŵ v geŶovéŵ iŶžeŶýrství, výzkuŵu a soudŶíŵ lékařství ;ideŶtifikaĐe osoďͿ - uŵožňují speĐifiĐkLJ vLJštěpovat růzŶé DNA sekveŶĐe - edžistuje totiž relativŶě velké ŵŶožství takovýĐhto eŶdoŶukleas ;izolovaŶýĐh z růzŶýĐh ďakteriíͿ, tudíž ŵáŵe i velké ŵŶožství ŵožŶostí Ŷa vLJštěpováŶí žádaŶýĐh úseků DNA ;edžistují tzv. restrikčŶí ŵapLJ, kde jsou v geŶoŵovýĐh sekveŶĐíĐh ŶazŶačeŶa ŵísta, kde lze sekveŶĐi určitou eŶdoŶukleasou štěpitͿ - prvŶíŵ výzŶaŵeŵ je tudíž vyštěpováŶí požadovaŶýĐh ;k dalšíŵu použitíͿ DNA sekveŶĐí z delšího úseku DNA. - v diagŶostiĐe dědičŶýĐh Đhoroď se potoŵ vLJužívá restrikčŶí aŶalýzLJ, založeŶé Ŷa polLJŵorfisŵu délkLJ restrikčŶíĐh fragŵeŶtů ;RFLP - Restriction Fragment Length Polymorphism) Polyŵorfisŵus délky restrikčŶíĐh fragŵeŶtů: - restrikčŶí aŶalýza (restriction fragment length polymorphism, RFLP) - užívá ďakteriálŶíĐh eŶdoŶukleas ;restriktasͿ, které dokáží štěpit DNA, pokud oďsahuje určitou přesŶě defiŶovaŶou sekveŶĐi Ŷukleotidů - bakterie se poŵoĐí těĐhto eŶzLJŵů ďráŶí před iŶfekĐí virLJ: virová DNA ŵůže ďýt sŶadŶo rozštěpeŶa, Ŷa rozdíl od vlastŶí Ŷukleové kLJseliŶLJ, která je před degradaĐí ĐhráŶěŶa methylací - úsek DNA, který ďude eŶdoŶukleasou rozpozŶáŶ a štěpeŶ, je dlouhý zpravidla jeŶ Ŷěkolik párů ďazí a často jde o palindromatickou sekvenci - díkLJ toŵu ŵůže vLJtvořit sŵLJčku, kterou eŶzLJŵ sŶáze Ŷajde a odstřihŶe - pokud jedna alela určitého genu obsahuje rozpoznávací sekvenci, zatímco jiná nikoliv, bude DNA prvŶí alelLJ rozštěpeŶa, zatíŵĐo DNA druhé alelLJ zůstaŶe vcelku - při elektroforéze fragŵeŶtů pak pro rozštěpeŶou sekveŶĐi ŶalezŶeŵe dva kratší úsekLJ, kdežto ŶerozštěpeŶá DNA vLJtvoří v gelu jeŶ jedeŶ proužek odpovídajíĐí delší sekveŶĐi o původŶí délĐe - příkladeŵ ŵůže ďýt eŶdoŶukleáza KpŶI - jejím zdrojem je bakterie Klebsiella pneumoniae OK8. - sekveŶĐe, kterou tato eŶdoŶukleáza dokáže rozpozŶat, je GGTACC (palindrom), přičeŵž oďa řetězĐe dvoušrouďoviĐe přeruší ŵezi ĐLJtosiŶLJ ;tj. dvoušrouďoviĐe DNA bude mít po rozštěpeŶí „nerovný konec“) - jedŶotlivé eŶdoŶukleasLJ se liší podŵíŶkaŵi, za ŶiĐhž optiŵálŶě praĐují - mŶoho z ŶiĐh praĐuje při vLJššíĐh teplotáĐh, v roztoĐích s vyššíŵ oďsaheŵ solí apod - např. TaiI je eŶdoŶukleasa izolovaŶá z terŵofilŶí ďakterie Thermus aquaticus Cc1- 331. Její rozpoznávací sekvence je ACGT^ ;opět jde o paliŶdroŵͿ - ke své práĐi vLJžaduje teplotu koleŵ ςρ °C a pufr s vLJšší ioŶtovou sílou Klonování DNA - klonováním DNA ŵůžeŵe získat vzáĐŶé ďuŶěčŶé proteiŶLJ ve velkéŵ ŵŶožství - pro tvorďu proteiŶů ďLJlLJ zkoŶstruováŶLJ tzv. edžpresivŶí vektorLJ – oďsahují vhodŶé regulačŶí sekvence a promotor v těsŶé ďlízkosti ŵísta, do kterého je vkloŶováŶ iŶsert s kódujíĐí sekveŶĐí; proŵotor spolu s regulačŶíŵi sekveŶĐeŵi zajišťuje produkĐi velkého ŵŶožství mRNA, která ŵůže ďýt překládáŶa uvŶitř ďuňkLJ - kloŶováŶíŵ DNA lze vLJďrat jedŶu koŶkrétŶí sekveŶĐi z ŵilioŶu dalšíĐh a vLJtvořit ŶekoŶečŶé ŵŶožství jejich kopií - fragmenty DNA mohou být spojeny in vitro pomocí DNA-ligázy a dát tak vznik molekule DNA, která se v přírodě ŶevLJskLJtuje - prvŶíŵ krokeŵ při kloŶováŶí je iŶzerĐe požadovaŶého fragŵeŶtu do ŵolekulLJ DNA, která je schopná replikace – Ŷapř. plasŵid nebo virový geŶoŵ; vLJtvořeŶá rekoŵďiŶaŶtŶí ŵolekula DNA je pak vložeŶa do rLJĐhle se dělíĐí hostitelské ďuňkLJ – Ŷapř. ďakterie, a při každéŵ ďuŶěčŶéŵ děleŶí doĐhází i k její replikaĐi - sada kloŶovaŶýĐh fragŵeŶtů, které reprezeŶtují koŵpletŶí geŶoŵ orgaŶisŵu = genomová knihovna – je často udržováŶa ve forŵě ďakteriálŶíĐh kloŶů, kdLJ každý kloŶ Ŷese jiŶý klonovaný fragment DNA - kloŶovaŶé geŶLJ ŵohou ďýt poŵoĐí teĐhŶik geŶového iŶžeŶýrství trvale začleŶěŶLJ do geŶoŵu ďuňkLJ Ŷeďo orgaŶisŵu Charakteristika rekombinantní DNA - uŵěle sLJŶtetizovaŶá DNA, která vzniká inzercí genu Ŷeďo určité části geŶu jedŶoho organismu do genomu jiného - Rc-DNA molekuly obsahují úsekLJ DNA rozdílŶýĐh orgaŶisŵů - Vytvářejí se insercí cizorodé DNA do vektoru (= bakteriální plazmid nebo fág) - Fágy = bakteriální viry, které mohou infikovat bakterii, rozŵŶožovat se v Ŷí a zapříčiŶit lýzu ďakteriálŶíĐh ďuŶěk – při toŵ se do prostředí uvolŶí potoŵstvo fága, které ŵůže iŶfikovat okolí Tvorďa plazŵidů - plazmid E. coli ;tzv. pBRϯϮϮ, ŵěří κϯςϭ ďpͿ ŵá víĐe restrikčŶíĐh ŵíst, Ŷa kterýĐh se dá kruh DNA otevřít speĐifiĐkýŵi restrikčŶíŵi eŶdoŶukleasaŵi – to uŵožňuje, aďLJ se úsek Đizorodé DNA, rozštěpeŶé tíŵ stejŶýŵ enzymem, včleŶil do plazmidu = rekoŵďiŶoval, a vLJtvořil tak rekombinovaný plazmid - rekoŵďiŶovaŶé plazŵidLJ se zŶovu vloží do ďakterií, které se pak ŶeĐhají ŶaŵŶožit, pod selekčŶíŵ tlakeŵ, tak je ŵožŶé vLJtvořit klony bakterií, které nesou specificky restrikčŶí fragment cizorodé DNA Tvorba rekombinantní DNA - příprava rekoŵďiŶaŶtŶí DNA začíŶá pokuseŵ vložit ŵŶožství víĐeŵéŶě ŶáhodŶýĐh restrikčŶíĐh fragŵeŶtů do plazŵidu, proto je zvlášť rozhodujíĐí rozpozŶat koŶkrétŶí geŶ, Đož je ŵožŶé tehdLJ, kdLJ je dostupŶá příslušŶá mRNA – ta se purifikuje a použije se Ŷa přípravu cDNA pomocí reverzní transkriptasy – výsledkeŵ je radioŶuklideŵ zŶačeŶá ŵolekula cDNA = tzv. sonda („probe“) – za osobitých podmínek se hybridizuje s genem, o který nám jde IV. Základy buněčné a molekulární biologie 23. DNA DIAGNOSTIKA, TECHNIKY ANALÝZA NUKLEOVÝCH KYSELIN Analýza nukleových kyselin je založena na dvou zásadních přístupech: množení DNA: v živých organismech nebo in vitro chemickým procesem (PCR) molekulární hybridizace Množení DNA cílem je zajistit dostatek DNA k další analýze selektivní namnožení specifických fragmentů DNA z celkové genomové DNA nebo cDNA (vzniká reverzní transkripcí RNA, proto obsahuje jen exony) 1. Množení uvnitř hostitelských buněk díky objevení enzymů - restrikčních endonukleas bylo umožněno získat různě dlouhé fragmenty, které mohou být dále analyzovány množení je založeno na tvorbě rekombinantních molekul DNA, které vznikají spojením různých úseků molekul DNA pocházejících z taxonomicky odlišných druhů další důležitá DNA molekula nezbytná pro množení DNA, je tzv. vektor, do kterého je fragment DNA vložen rekombinovaný vektor je poté vnesen do hostitelského organismu, např. bakterie – při množení bakterie se replikuje a tím kopíruje Restrikční endonukleasy enzymy izolované z bakterií, bakterie se pomocí těchto enzymů brání před infekcí viry (vlastní nukleové kyseliny chráněny před degradací methylací) štěpí dvouvláknovou DNA ve specifických sekvencích sekvence mají charakter palindromu (sekvence na obou vláknech jsou stejné, když se čtou ve směru 5 ́→3 ́) DNA je štěpena tak, že vznikají přečnívající úseky tzv. kohezní nebo lepivé konce (sticky ends) některé enzymy štěpí DNA v ose specifické sekvence a vytvářejí tzv. tupé konce (blunt ends) bez jednovláknových struktur Klonování pomocí různých vektorů a) Plazmidy 1 IV. Základy buněčné a molekulární biologie ou bakterií, replikují se nezávisle na hlavním chromosomu bakterie oplazmid rozštěpen restrikčním enzymem (štěpí DNA jen v 1 místě) ocirkulární molekula → lineární molekula s lepivými konci ocizí DNA rozštěpena stejným enzymem ocizí DNA a plazmid smíchány → spojí se svými lepivými konci → obnovena cirkulární struktura plazmidu orekombinantní plazmid vnesen do hostitelské bakterie procesem transformace otransformované bakterie přeneseny na agarové plotny – po dostatečném namnožení může být rekombinantní plazmid purifikován a klonovaná DNA použita pro analýzu a) Lambda (λ) fág b) Umělé chromosomy 2. Množení DNA in vitro - polymerasová řetězová reakce (PCR) široce užívaná technika umožňující kopírovat a amplifikovat specifické úseky DNA složky: a) Templátová DNA osměs různých sekvencí DNA, mezi nimi sekvence, která má být amplifikována olze použít i RNA, ale nejdřív se musí vytvořit komplementární cDNA pomocí reverzní transkriptázy b) Pár oligonukleotidových primerů oprimery – krátké, jednovláknové DNA (ssDNA – single strand DNA) ovymezují amplifikovaný úsek omusí být komplementární k úsekům protilehlých vláken DNA c) DNA-polymerasa otermostabilní – snášejí teploty do 100°C aniž jsou aktivovány onejčastějí Taq polymerasa z bakterie Thermus aquaticus žijící v horkých pramenech ováže se na oddělená vlákna DNA a syntetizuje nový řetězec komplementární k původnímu d) Deoxynukleotidtrifosfáty (dNTPs) ostavební jednotky korespondující se 4 bazemi (dATP, dGTP, dTTP, dCTP) osubstrát pro DNA polymerasu opakované cykly syntézy DNA – každý cyklus obsahuje 3 kroky (denaturace DNA, připojení primerů, elongace): 1. Denaturace DNA ovysoká teplota (nad 90°C) ruší vodíkové vazby → dvoušroubovice DNA se destabilizuje a rozvolňuje na jednovláknové struktury, které slouží jako templáty 2 IV. Základy buněčné a molekulární biologie 2. Připojení primerů (hybridizace) omolekuly jednořetězcové DNA po ochlazení opět renaturují ojsou-li ve směsi v nadbytku specifické oligonukleotidy, budou hybridizovat se svou komplementární sekvencí 3. Elongace, extenze, syntetická fáze osyntéza nových řetězcůpři teplotě 65–75°C ooligonukleotidy, které dosedly na jednořetězcovou DNA (templát) v předchozím kroku, slouží v tomto kroku jako primery pro DNA polymerasu - od jejich 3 ́-konce začíná syntéza nového řetězce komplementárního s templátem Molekulární hybridizace denaturace dvoušroubovice DNA – vysoká teplota rozruší vodíkové můstky snížení teploty → renaturace DNA na základě komplementarity může nastat: mezi 2 vlákny DNA, mezi DNA a RNA, mezi 2 vlákny RNA využití: vyhledávání specifické sekvence pomocí komplementární sekvence nukleové kyseliny (sonda) Sonda (proba) molekula DNA nebo RNA, která může být na základě hybridizace využita k detekci komplementární sekvence nukleové kyseliny sondy: klonované sekvence DNA, sekvence získané PCR amplifikací, syntetické oligonukleotidy, RNA získaná transkripcí klonované DNA in vitro v jednovláknové podobě, označené (např. radioaktivními izotopy, modifikovaný nukleotid obsahující fluorofor) a) Southern blotting ojméno podle Eda Southerna oizolace a purifikace DNA z buněk (velké fragmenty) oštěpení DNA restrikčním enzymem → tisíce fragmentů různé velikosti oelektroforéza v agarosovém gelu → rozdělení fragmentů podle velikosti ogel ponořen do alkalického roztoku → denaturace DNA oblotting (přesátí) – přenesení denaturovaných fragmentů na membránu (nylon nebo nitrocelulóza) omembrána s fragmenty vystavena 80°C – fragmenty se na membráně zafixují ovlastní hybridizace – inkubace membrány se značenou sondou opo inkubaci je membrána umístěna na rentgenový film (je-li sonda značena radioaktivně) – za několik hodin je film vyvolán 3 IV. Základy buněčné a molekulární biologie ov místě hybridizace se objeví tmavé pruhy (bandy) – jejich velikost odhadnuta z jejich pozice ve srovnání s fragmenty DNA, které slouží jako marker a) Northern blotting oanalyzovaná nukleová kyselina je RNA (hlavně mRNA), jinak podobné ozjištění aktivity genů v tkáni a) Technologie mikročipů (DNA chip, DNA array, DNA mikroarray, genome chip) orychlejší a přesnější analýza na základě hybridizace oDNA mikročip je obvykle skleněná destička, na které jsou připojeny tisíce různých sekvencí DNA v určitém pořadí otyto molekuly slouží jako sondy k hybridizaci s testovacími vzorky DNA nebo RNA Sekvenace DNA určení pořadí nukleotidů v DNA 2 metody oMaxam-Gilbertova (metoda chemické degradace) oSangerova (dideoxy chain termination method) - častější DNA DIAGNOSTIKA 1. přímá DNA diagnostika 2. nepřímá DNA diagnostika Přímá diagnostika dědičných chorob analýzou nukleových kyselin umožňuje zachytit a identifikovat mutaci zodpovědnou za onemocnění u postižených ve sledované rodině detekce konkrétní mutace a určení její povahy určení polohy mutované alely podmínky: znalost lokalizace genu a znalost jeho standardní sekvence vyšetřování je začato u postižené osoby po zjištění mutace u postiženého jsou testováni ostatní členi rodiny cíleně na výskyt této mutace 4 IV. Základy buněčné a molekulární biologie výhoda: možnost odhalení heterozygotního přenašeče mutované alely i u jedinců, v jejichž příbuzenstvu žádný postižený jedinec není znám nevýhoda: technická náročnost Metody detekce mutací heteroduplexní analýza detekce chybného párování bazí, ke kterému dochází při hybridizaci komplementárních vláken DNA standardního a mutantního typu vznikají hybridní molekuly DNA – heteroduplexy heteroduplexy se vytvářejí v místech s delecemi a inzercemi (smyčka) i v místech se substitucemi (bublina) výsledek PCR: 2 typy homoduplexů (standardní a mutovaný) a 2 různé heteroduplexy přítomnost heteroduplexů lze odhalit elektroforézou v polyakrylamidovém gelu – pohyb heteroduplexů je pomalejší metoda DGGE denaturating gradient gel electrophoresis analýza heteroduplexů hetero a homoduplexy putují při elektroforéze gelem, který obsahuje lineárně se zvyšující množství denaturačních činidel migrace pokračuje až do místa v gelu, kde se začínají od sebe vlákna DNA separovat  je to v místě, kde koncentrace denaturačních činidel odpovídá teplotě, při které dochází k částečné denaturaci vyšetřovaného fragmentu DNA migrace parciálně denaturovaného fragmentu se zpomalí nebo zastaví heteroduplexy jsou méně stabilní  vlákna se separují dříve metoda SSCP single strand conformation polymorphism analýza jednovláknových DNA, využití PCR jednovláknová DNA má tendenci vytvářet třírozměrnou strukturu (konformaci) stabilizovanou vodíkovými můstky vlákno s mutací nevytváří typickou strukturu metoda PTT protein truncation test detekce mutací, které mají za následek vznik předčasného stop kodonu z izolované mRNA je reverzní transkripcí a následnou PCR (RT-PCR) připravena cDNA a pak je provedena transkripce a translace in vitro a vzniká takt protein, který je porovnán s proteinem, který by měl správně vznikat – odchylky od vytvořeného proteinu pak značí mutace velikost proteinového produktu je testována elektroforeticky metody sekvenování odhalí odchylky v nukleotidové sekvenci DNA při určení přibližné lokalizace mutace Nepřímá diagnostika dědičných chorob analýzou nukleových kyselin 5 IV. Základy buněčné a molekulární biologie ja známa lokalizace genu, ale nemusí být známa jeho přesná nukleotidová sekvence, nebo dosud nejsou charakterizovány jeho mutace zodpovědné za vznik onemocnění využívá vazebné analýzy pomocí signálních znaků DNA (DNA markerů) Markery polymorfismy DNA, které jsou lokalizovány v těsném sousedství nebo uvnitř sledovaného genu a s vlastním onemocěním nesouvisejí nejčastěji používané RFLP = Polymorfismus délky restrikčních fragmentů (Restriction Fragment Length Polymorphism, RFLP) je technika, která umožňuje diferenciaci genomů na základě spektra DNA fragmentů, které vzniknou po štěpení genomové DNA restrikčními endonukleázami. Jestliže se dva genomy liší vzdáleností mezi pozicemi štěpení určitou restriktázou, pak se vzniklé fragmenty budou lišit svojí délkou, pokud budou genomy rozštěpeny právě touto restriktázou. Základem techniky je štěpení genomové DNA restrikčními endonukleázami. Tím vzniká velké množství fragmentů, které jsou rozděleny podle velikosti elektroforézou v agarózovém gelu. diagnostika na úrovni analýzy DNA vychází z rodové studie, při které jsou použity markery vázané s genem, jehož mutace způsobují onemocnění v rodině tyto markery jsou spolu se sledovaným genem přenášeny z rodičů na potomky Cílem rozlišit chromosomy rodičů, z nichž jeden může přenášet mutovaný gen – najít polymorfismus, který je ve vazbě se sledovaným genem, a pro který je rodič heterozygot zjistit, která z alel markeru segreguje s mutovanou alelou sledovaného genu – můžeme to zjistit vyšetřením dalších příbuzných v rodině, postižených i zdravých pomocí zvolených markerů zjistit, který chromosom byl přenesen na probanda, eventualně na další členy rodiny, zejména osoby v riziku musí být vyšetřeny vzorky DNA co největšího počtu členů rodiny – vyšetření musí být nejméně 2 postižení v rodině a další příbuzní včetně zdravých partnerů => jen tak je možné sledovat segregaci chromosomů se zvoleným polymorfismem DNA a mutací ve sledovaném genu => pak je možné určit, zda osoby v riziku zdědily mutantní či normální alelu s vysokou pravděpodobností, která je závislá na síle vazby mezi markerem a sledovaným genem vazebná studie => nemůžeme opomenout možnost rekombinace mezi sledovaným genem a markerem - vhodné použít intragenový marker, kde je pst rekombinace minimální velikost chyby v diagnóze v důsledku rekombinace může být značně zredukována tím, že jsou použity 2 markery lokalizované na opačných koncích sledovaného genu – vzniklou rekombinaci lze pomocí nich zjistit a vyloučit falešnou predikci metoda je rychlá a spolehlivá 6 IV. Základy buněčné a molekulární biologie markery vázané se sledovaným genem, zjištěné u matky a otce, nejsou vždy odlišné (tj. jedinec je pro ně homozygotní) a vyšetření potom není informativní provedení nepřímé DNA diagnostiky je závislé na dostupnosti DNA rodičů a dalších příbuzných probanda 7 IV. )ákladLJ ďuŶěčŶé a ŵolekulárŶí ďiologie 1 24. Metody frakĐioŶaĐe ďuňky, elektroforéza ŶukleovýĐh kyseliŶ a proteiŶů _____________________________________________________________________________ )ískáŶí ďuŶěčŶýĐh frakĐí - růzŶé koŵpoŶeŶtLJ ďuňkLJ ŵohou ďýt vyizolovány, aŶiž ďLJ ztratilLJ sǀou fuŶkĐi - Izolace se dosahuje procesem zvaným frakcionace, která ŵá Ŷěkolik základŶíĐh kroků 1) HoŵogeŶizaĐe ;rozďití ďuŶěkͿ Dosahuje se: - OsŵotiĐkýŵ šokeŵ - Ultrazvukovými vibracemi - Homogenizátorem (mixér) - VýsledŶý produkt se Ŷazýǀá ďuŶěčŶý homogenát (nebo extrakt) - “práǀŶě proǀedeŶá hoŵogeŶizaĐe zaĐhoǀá ŶepoškozeŶé takoǀé orgaŶelLJ, jako jsou ďuŶěčŶé jádro, mitochondrie, Golgihosoustava, lysosomy a perodžLJsoŵLJ. Každá z těĐhto orgaŶel ŵá sǀoji Đharakteristickou velikost, náboj a hustotu 2) Separace – všeĐhŶy ŵetody jsou založeŶé Ŷa centrifugaci. Jednoduchá centrifugace – následnými centrifugacemi za stále ǀLJššíĐh rLJĐhlostí se postupŶě sedimentují jednotlivé komponenty Nízká rychlost – ďuŶěčŶá jádra mitochondrie vesikuly Vysoká rychlost – ribosomy )ískaŶé frakĐe ǀětšiŶou Ŷejsou dokoŶale čisté, ale kontaminanty lze odstraŶit opětoǀŶýŵ rozpuštěŶíŵ peletu a Ŷěkolikerýŵ opakoǀáŶíŵ centrifugace. Rychlostní sedimentace Tenká vrstva homogenátu se Ŷalije Ŷa ǀrĐh do zkuŵaǀkLJ ŶaplŶěŶé solŶýŵ roztokeŵ. Při centrifugaci se jedŶotliǀé koŵpoŶeŶtLJ rozdělí Ŷa jedŶotliǀé pásLJ podle jejiĐh fLJzikálŶíĐh ǀlastŶostí a každý pás se pohybuje jinou rychlostí RovnovážŶá sediŵeŶtaĐe Vzorek je sediŵeŶtoǀáŶ skrz strŵý hustotŶí gradieŶt, ǀětšiŶou roztoku Đukru Ŷeďo Đhloridu Đesia. Každá ďuŶěčŶá koŵpoŶeŶta se pohLJďuje dolů až se ŶakoŶeĐ dostaŶe do oďlasti, kde je hustota roztoku shodná s její vlastní, a tíŵ se Ŷeŵůže pohybovat dál 3) Purifikace ;týká se zejŵéŶa proteiŶoǀýĐh koŵpledžů, ale lze ji aplikovat i na DNA a RNA) - BěžŶě použíǀaŶou ŵetodou je sloupĐoǀá Đhroŵatografie: - “ŵěs proteiŶů ǀ roztoku proĐhází skrz sloupeĐ ŶaplŶěŶý porézŶí pevnou matrix IV. )ákladLJ ďuŶěčŶé a ŵolekulárŶí ďiologie 2 - Matrix pohLJď proteiŶu zpoŵaluje podle toho, jak silŶě proteiŶLJ s matrix interagují a růzŶé proteiŶLJ se Ŷa ǀýstupu ze sloupĐe oďjeǀují za růzŶě dlouhou dobu - tím mohou být na výstupu ze sloupce ͞roztříděŶLJ͟ - Typ interakce mezi proteinem a matrix určuje tLJp Đhromatografie IŶterakĐe elektriĐkýĐh Ŷáďojů Chroŵatografie Ŷa ioŶtoŵěŶičích Hydrofobní interakce Hydrofobní chromatografie Interakce závisející na velikosti Gelová filtrace Interakce se specifickým ligandem Afinitní chromatografie - AfiŶitŶí Đhroŵatografie ǀLJužíǀá ďiologiĐkLJ důležité reakce na povrchu proteinu - Jestliže je ŵolekula suďstrátu koǀaleŶtŶě ŶaǀázaŶá Ŷa inertní matrix ;Ŷapříklad polysacharidové kuličkLJͿ, eŶzLJŵ, který interaguje s daným substrátem, bude v matrix zadržeŶ a ostatŶí proteiŶLJ ǀe sŵěsi projdou - zadržeŶý eŶzLJŵ potoŵ ŵůže ďýt z matrix uǀolŶěŶ a získáŶ ǀe ǀelŵi čisté forŵě - stejŶě tak krátké DNA oligonukleotidy s danou sekvencí mohou být navázány na matrix a použity k purifikaci proteinu, který specificky s touto sekvencí interaguje v chromozómech - na matrix je také ŵožŶé Ŷaǀázat protilátku a tak purifikoǀat aŶtigeŶ, který tato protilátka rozeznává - diky vysoké speĐifiĐitě těĐhto afiŶitŶíĐh sloupĐů je ŵožŶé dosáhŶout poŵěru purifikaĐe ϭϬϬϬ až ϭϬϬϬϬdž. 4) Charakterizace - Edžistuje Ŷěkolik základŶíĐh ŵetod pro ĐharakterizaĐi proteiŶů a ŶukleoǀýĐh kLJseliŶ. Gelová elektroforéza Gelová elektroforéza je jedŶíŵ ze základŶíĐh Ŷástrojů ŵolekulárŶí ďiologie. )ákladŶíŵ priŶĐipeŵ elektroforézLJ je, že DNA, RNA a proteiŶLJ ŵohou ďýt separoǀáŶLJ ǀ elektriĐkéŵ poli, protože jsou elektriĐkLJ Ŷaďité. Podle ǀelikosti ŵolekulLJ se použíǀají ďuď agarózovénebo akrylamidové gelLJ. MolekulLJ DNA a RNA jsou ďěžŶě charakterizovány agarózovou elektroforézou, kde je jejich pohyblivost v gelu dána jejich ǀelikostí a tǀareŵ ;liŶeárŶí a kruhoǀá DNA se stejŶýŵ počteŵ párů bází se budou v gelu pohLJďoǀat rozdílŶěͿ.Agarózoǀý gel je schopeŶ rozlišit fragŵeŶtLJ od Ŷěkolika párů bází až po Ŷěkolik tisíĐ párů ďází. Velikost proteiŶu ŵůže ďýt ĐharakterizoǀáŶa pomocí polyakrylamidové elektroforézLJ za přítoŵŶosti “D“ ;sodiuŵ dodecyl sulfat). Tato technika je známá pod zkratkou SDS-PAGE. Proteiny také mohou byt separovány a ĐharakterizoǀáŶLJ Ŷa základě jejiĐh Đelkoǀého elektriĐkého Ŷáďoje teĐhŶikou nazývanou izoelektrický gel nebo izoelektrická fokusace. ŠtěpeŶí DNA restrikčŶíŵy enzymy Často je před použitíŵ elektroforézLJ ŵolekula DNA „ŶastříháŶa͞ Ŷa ŵeŶší fragŵeŶtLJ poŵoĐí restrikčŶíĐh eŶzLJŵů. RestrikčŶí eŶzLJŵLJ stříhají DNA pouze Ŷa ŵístě, které oďsahuje určitou speĐifiĐkou sekǀeŶĐi. Tato sekǀeŶĐe je jiŶá a jediŶečŶá pro každý restrikčŶí eŶzLJŵ IV. )ákladLJ ďuŶěčŶé a ŵolekulárŶí ďiologie 3 V gelu roztříděŶé ŵolekulLJ proteiŶu, DNA a RNA Ŷeŵohou ďýt příŵo ǀ gelu dále ĐharakterizoǀáŶLJ a ŵusí ďýt přeŶeseŶLJ Ŷa určitý tLJp ŵeŵďráŶLJ. TLJto teĐhŶikLJ se nazývají bloty a ozŶačují se ŶásledŶě: Southern blot (pro DNA), Northern blot (pro RNA) a Western blot(pro proteiny). Southern a Northern blot V Southern a Northern blotu jsou DNA a RNA přeŶeseŶLJ Ŷa ŵeŵďráŶu a potom hybridizovány ǀětšiŶou s ozŶačeŶou DNA próďou, pomocí které lze lokalizovat speĐifiĐkou sekǀeŶĐi a ŵěřit její četŶost. Western blot Ve Western blotech jsou proteiŶLJ přeŶeseŶé Ŷa ŵeŵďráŶu zkoumány pomocí protilátek a ŶásledŶě vizualizovány růzŶýŵi teĐhŶikaŵi ǀčetŶě ĐheŵiluŵiŶisĐeŶĐe Ŷeďo radioaktiǀitLJ. ProtilátkLJ také ŵohou ďýt užitLJ k purifikaĐi proteiŶu ǀ teĐhŶiĐe nazývané imunoprecipitace (IP). ProtilátkLJ jsou často ŶaǀázáŶLJ ŶaŵikrokuličkLJ a ǀážou komplex, který obsahuje cílový protein. Tyto komplexy jsou potom precipitovány a jejich složeŶí ŵůže ďýt určeŶo ǁesterŶ blotem, hmotnostní spektrometrií nebo jinými metodami. PCR Další ǀelŵi důležitá ŵetoda, založeŶá Ŷa koŵpleŵeŶtárŶíŵ párování DNA bází, je polymerázová řetězoǀá reakĐe ;PCR – polymerasechain reaĐtioŶͿ. Uŵožňuje poŵoĐí eŶzLJŵu replikoǀat speĐifiĐkou DNA ďez použití žiǀého orgaŶizŵu jako jsou třeďa E. coli nebo kǀasiŶkLJ. PodoďŶě jako za použití žiǀýĐh orgaŶizŵů uŵožňuje tato technika exponenciálŶě zŶásoďit ŵalé ŵŶožstǀí DNA - )ákladŶíŵ priŶĐipeŵ PCR je opakoǀaŶá řízeŶá denaturace dǀouřetězĐoǀé DNA a ŶásledŶá reŶaturaĐe osaŵoĐeŶýĐh řetězĐů se speĐifiĐkýŵi oligoŶukleotidLJ, které jsou ǀ reakčŶí sŵěsi ǀ ŶadďLJtku. TLJto oligoŶukleotidLJ slouží ŶásledŶě jako priŵerLJ pro sLJŶtézu Ŷoǀého řetězĐe DNA. AŵplifikaĐe DNA proďíhá ǀ opakujíĐíĐh se ĐLJkleĐh, které ŵají tři krokLJ: 1. Denaturace. - )ahřátíŵ DNA Ŷa teplotu koleŵ ερ °C se rozpadnou ǀodíkoǀé ŵůstkLJ mezi vlákny DNA, číŵž se dsDNA rozdělí Ŷa ssDNA. Ϯ. HyďridizaĐe ;dosedŶutí priŵerůͿ. - Proďíhá Ŷejčastěji při teplotáĐh koleŵ ρϬ–60 °C. - MolekulLJ jedŶořetězĐoǀé DNA po oĐhlazeŶí opět reŶaturují. - Pokud jsou ǀe sŵěsi ǀ ŶadďLJtku speĐifiĐké oligoŶukleotidLJ, ďudou hLJďridizoǀat se svou komplementární sekvencí rLJĐhleji Ŷež dlouhé jedŶořetězĐoǀé ŵolekulLJ, jejiĐhž koŶĐeŶtraĐe je ŵŶoheŵ Ŷižší. - Teplota, při Ŷíž hLJďridizaĐe proďíhá, je pro ǀýsledek PCR kritiĐká a ŵusí ďýt ǀhodŶě ŶastaǀeŶa pro použitý pár priŵerů. - Při příliš Ŷízké teplotě ŵohou priŵerLJ Ŷasedat i Ŷa sekvence, které jsou koŵpleŵeŶtárŶí jeŶ z části, a ǀLJtǀoří se tak ŶespeĐifiĐký produkt. Při příliš ǀLJsoké teplotě zase ďudou priŵerLJ ŵálo hLJďridizoǀat a produktu se ŶeǀLJtǀoří dostatečŶé ŵŶožstǀí. 3. Elongace, extenze, syntetická fáze. - “LJŶtéza ŶoǀýĐh řetězĐů proďíhá při teplotě ςρ–75 °C IV. )ákladLJ ďuŶěčŶé a ŵolekulárŶí ďiologie 4 - OligoŶukleotidLJ, které dosedlLJ Ŷa jedŶořetězĐoǀou DNA ;teŵplátͿ ǀ předĐhozíŵ kroku, slouží ǀ toŵto kroku jako priŵerLJ pro DNA polLJŵerasu - Od jejich 3 ́-koŶĐe začíŶá sLJŶtéza Ŷoǀého řetězĐe koŵpleŵeŶtárŶího s teŵpláteŵ. - Po prvníŵ ĐLJklu PCR se počet řetězĐů DNA ǀe sŵěsi zdǀojŶásoďí. - V dalšíŵ ĐLJklu ŵohou jako teŵplát pro polLJŵerasu sloužit i Ŷoǀě ǀLJtǀořeŶé řetězĐe, takže se ŶasLJŶtezuje dǀojŶásoďŶé ŵŶožstǀí produktu. - Při opakujíĐíĐh se ĐLJkleĐh ďude ŵŶožstǀí ǀLJtǀořeŶýĐh řetězĐů přibývat edžpoŶeŶĐiálŶě. - Noǀé ŵolekulLJ DNA se začíŶají sLJŶtezoǀat od priŵeru. - V prǀŶíŵ ĐLJklu, kdLJ jako teŵplát slouží dlouhá ŵolekula půǀodŶí DNA, ǀzŶikŶou řetězĐe, které jsou siĐe kratší Ŷež teŵplát, ale ǀždLJ z jedŶé straŶLJ přesahují úsek ǀLJŵezeŶý oďěŵa priŵery (primární produkt). - Pokud ǀ dalšíĐh ĐLJkleĐh jako teŵplát slouží takto ǀLJtǀořeŶý priŵárŶí produkt, ǀLJtǀoří se podle Ŷěj úsek DNA o délĐe přesŶě ohraŶičeŶé polohou oďou použitýĐh priŵerů ;od jedŶoho priŵeru ďude sLJŶtéza začíŶat a ǀ ŵístě druhého skoŶčí, Ŷeďoť ǀ toŵto ŵístě koŶčí priŵárŶí produktͿ. - Práǀě těĐhto speĐifiĐkýĐh produktů o přesŶě ǀLJŵezeŶé délĐe ďude ǀ průďěhu PCR přiďýǀat edžpoŶeŶĐiálŶě, zatíŵĐo delšíĐh řetězĐů jeŶ liŶeárŶě. - Po ϯϬ ĐLJkleĐh PCR se teoretiĐkLJ ǀLJtǀoří asi ϭϬ 9 × více specifického produktu Ŷež ostatŶíĐh úseků DNA, jejiĐhž podíl je tak ǀe ǀýsledŶé sŵěsi praktiĐkLJ zaŶedďatelŶý. - “kutečŶý ǀýtěžek PCR ďýǀá podstatŶě Ŷižší Ŷež zŵíŶěŶýĐh ϭϬ 9 kopií na jednu ŵolekulu DNA po ϯϬ ĐLJkleĐh. To je dáŶo postupŶýŵ ǀLJčerpáǀáŶíŵ složek reakĐe ǀ průďěhu aŵplifikaĐe. Po určitéŵ počtu ĐLJklů dosáhŶe koŶĐeŶtraĐe produktu plató a dále se již praktiĐkLJ ŶezǀLJšuje. IV. )ákladLJ ďuŶěčŶé a ŵolekulárŶí ďiologie 5 Hybridizace Jsou-li řetězĐe dǀoušrouďoǀiĐe DNA odděleŶLJ ǀ proĐesu deŶaturaĐe, DNA dǀoušrouďoǀiĐe ŵůže ďýt zŶoǀu zforŵoǀáŶa ǀ proĐesu ŶazýǀaŶéŵ hLJďridizaĐe ;ŶěkdLJ také DNA reŶaturaĐeͿ. PodoďŶou reakĐi lze také uskutečŶit ŵezi jakýŵikoliǀ dǀěŵa jedŶořetězĐoǀýŵiŵolekulaŵi ;DNA/DNA, RNA/RNA Ŷeďo RNA/DNAͿ, pakliže ŵají komplementární nukleotidovou sekǀeŶĐi. JedŶořetězĐoǀé DNA nebo RNA molekuly použíǀaŶé k detekci komplementárních sekvencí se nazývají próby; tyto molekuly, které jsou ozŶačeŶLJ márkrem pro sŶadŶější detekĐi, ŵohou ŵít délku od patŶáĐti do tisíĐů Ŷukleotidů. PróďLJ, které jsou dlouhé Ŷěkolik desítek Ŷukleotidů se Ŷazýǀají oligonukleotidy nebo ͞oligos͟. TLJto speĐifiĐké hLJďridizačŶí reakĐe jsou široĐe ǀLJužíǀáŶLJ k detekĐi a ĐharakterizaĐi specifických nukleotidových sekvencí jak v RNA tak v DNA. HLJďridizaĐe ŵůže ďýt použita podoďŶě jako ozŶačeŶé protilátkLJ k lokalizaĐi speĐifiĐké sekvence in situ. Tato technika se nazývá in situhLJďridizaĐe a ŵůže ďýt použita jak pro DNA tak pro RNA ǀ ďuňkáĐh. OzŶačeŶé próďLJ ŶukleoǀýĐh kLJseliŶ ŵohou ďýt hybridizovány v ĐhroŵozoŵeĐh, jež ďLJlLJ krátĐe ǀLJstaǀeŶLJ ǀLJsokéŵu pH, aďLJ došlo k částečŶé deŶaturaĐi a IV. )ákladLJ ďuŶěčŶé a ŵolekulárŶí ďiologie 6 odděleŶí bází v páru. Chromozomálníregiony, na které se próba navázala pak mohou být vizualizovány. Jsou-li próďLJ ozŶačeŶLJ fluoresĐeŶčŶí zŶačkou, je tato teĐhŶika ŶazýǀáŶa FISH (Fluorescence in situ hybridization, ) Ze Southern blotu se vyvinula nová technika nazývaná DNA ŵikročipy, která uŵožňuje aŶalLJzoǀat ŶajedŶou až tisíĐe ŵolekul DNA. Elektroforéza nukleových kyselin - ÚsekLJ DNA ;produktLJ PCR reakĐeͿ Ŷeďo štěpLJ DNA ŵůžeŵe ǀ zásadě dělit chromatograficky nebo elektroforézou - provádí se zpravidla v gelu - agarosovém - polyakrylamidovém - ǀ oďou případeĐh se ŵolekulLJ, které ǀ zásaditém prostředí Ŷesou záporný náboj, pohybují v elektrickém poli od katody k aŶodě - technika molekulového síta: - gelLJ tǀoří poŵěrŶě hustou síť, kterou ǀětší ŵolekulLJ proĐházejí poŵaleji Ŷež ŵeŶší ŵolekulLJ Elektroforéza v agarosovém gelu: - agarosa je polLJsaĐharid tǀořeŶý D-galaktosou a anhydro-L-galaktosou - produkují Ŷěkteré ŵořské řasLJ a pod Ŷázǀeŵ agar se použíǀá k ǀýroďě gelů ǀ potraǀiŶářstǀí, ŵikroďiologii, iŵuŶologii či ďioĐheŵii IV. )ákladLJ ďuŶěčŶé a ŵolekulárŶí ďiologie 7 - pro elektroforézu ŶukleoǀýĐh kLJseliŶ se použíǀají gelLJ oďsahujíĐí Ϭ,ρ až κ % agarosy - číŵ je oďsah polLJsaĐharidu ǀLJšší, tíŵ je lepší rozlišoǀaĐí sĐhopŶost gelu, ale tíŵ je průďěh elektroforézLJ poŵalejší a přípraǀa gelu je teĐhŶiĐkLJ ŶáročŶější - do agarosového gelu se ǀětšiŶou příŵo přidáǀá ethidiumbromid - takže po skoŶčeŶí elektroforézLJ lze jedŶotliǀé frakĐe zoďrazit UV zářeŶíŵ - jiŶou ŵožŶostí detekĐe je ďlottiŶg Ŷa ŵeŵďráŶu a ŶásledŶé oďarǀeŶí ŶukleoǀýĐh kLJseliŶ Ŷeďo hLJďridizaĐe se zŶačeŶýŵi soŶdaŵi Elektroforéza v polyakrylamidovém gelu: - polymerací akrylamidu vznikají lineární molekuly polyakrylamidu - tLJ se spojují příčŶýŵi ŵůstkLJ, které ǀzŶikají kopolLJŵeraĐí s N,N‘- methylenbisakrylamidem - AkrLJlaŵid i ŵethLJleŶďisakrLJlaŵid jsou poŵěrŶě staďilŶí látkLJ; polLJŵeraĐe proďíhá ǀ ŶepřítoŵŶosti ǀzdušŶého kLJslíku ;odstraŶí se odǀzdušŶěŶíŵ poŵoĐí ǀakuaͿ a zahajuje se přiŵíšeŶíŵ katalLJzátorů perodžLJdisíraŶu aŵoŶŶého ;zŶáŵého pod staršíŵ Ŷázǀeŵ persíraŶ aŵoŶŶý, krátĐe AP“Ϳ a N,N,N‘,N‘-tetramethylethylendiaminu (TEMED) - Elektroforéza nukleových kyselin 2 TEMED APS ve vodném roztoku s TEMED uǀolňuje ǀolŶé kLJslíkoǀé radikálLJ, které atakují ŵolekulLJ akrLJlaŵidu a ďisakrLJlaŵidu a spouštějí tak jejiĐh polLJŵeraĐi - Molekuloǀé síto polLJakrLJlaŵidoǀého gelu je poŵěrŶě husté, hodí se proto pro rozděloǀáŶí kratšíĐh fragŵeŶtů - díkLJ toŵu, že polLJakrLJlaŵid je ŵéŶě reaktiǀŶí Ŷež agarosa, lze fragŵeŶtLJ DNA kroŵě ŵetod použíǀaŶýĐh ǀ agarosoǀéŵ gelu oďarǀit i dalšíŵi technikami - z klasiĐkýĐh ŵetod patří ŵezi ŶejĐitliǀější stříďřeŶí, kterým lze detekovat ŵŶožstǀí DNA i o Ŷěkolik řádů Ŷižší Ŷež ethidiuŵďroŵideŵ IV. )ákladLJ ďuŶěčŶé a ŵolekulárŶí ďiologie 8 Elektroforéza bílkovin v séru - jedŶíŵ ze základŶíĐh sĐreeŶiŶgoǀýĐh ǀLJšetřeŶí je elektroforéza séroǀýĐh ďílkoǀiŶ - Elektroforéza ;ELFOͿ je založeŶa Ŷa pohLJďu ŶaďitýĐh částiĐ ǀ elektriĐkéŵ poli - staŶoǀoǀaŶé látkLJ ŵusí ŵít Đharakter ioŶtů Ŷeďo aŵfolLJtů - ďílkoǀiŶLJ patří ŵezi aŵfolLJtLJ, které ŵohou Ŷaďýǀat kladŶého i záporŶého Ŷáďoje ǀ záǀislosti Ŷa pH pufru, při kteréŵ elektroforéza proďíhá - je-li sŵěs ŶaďitýĐh částiĐ ǀLJstaǀeŶa půsoďeŶí elektriĐkého pole, začŶou se ŵolekulLJ látek pohybovat - pohLJďliǀost ďílkoǀiŶ je oǀliǀŶěŶa faktorLJ: - Đharaktereŵ děleŶé látkLJ ;ǀelikost Ŷáďoje, tǀar a ǀelikost ŵolekul, relatiǀŶí molekulová hmotnost) - ǀlastŶostŵi prostředí, ǀe kteréŵ děleŶí proďíhá ;hodŶota pH, ioŶtoǀá síla, Ŷapětí, proud) - pozitiǀŶě Ŷaďité ŵolekulLJ proteiŶů se lépe adsorďují Ŷež ŶegatiǀŶě Ŷaďité ŵolekulLJ, a proto při elektroforéze proteiŶů jsou ǀLJužíǀáŶLJ ŶegatiǀŶí Ŷáďoje - IzoelektriĐký ďod ǀětšiŶLJ séroǀýĐh ďílkoǀiŶ je ǀ oďlasti slaďě kLJselé při pH ρ–6 - proto v prostředí alkaliĐkého pufru, Ŷejčastěji pH Θ,ς, ďudou u séroǀýĐh ďílkoǀiŶ přeǀažoǀat záporŶé Ŷáďoje a jejiĐh pohLJď ďude s růzŶou rLJĐhlostí sŵěřoǀat k aŶodě - AlďuŵiŶ ǀLJkazuje ŶejǀLJšší ŶegatiǀŶí Ŷáďoj a tíŵ i ŶejrLJĐhlejší pohLJďliǀost k aŶodě - Elektroforéza ŵůže proďíhat Ŷa růzŶýĐh ŶosičíĐh - v klinicko-ďioĐheŵiĐké pradži se Ŷejčastěji setkáǀáŵe s elektroforézou Ŷa acetátcelulózových foliích nebo na agarózovém gelu - při elektroforéze, která ǀLJužíǀá jako Ŷosič papír Ŷeďo aĐetátĐelulózu, putují ŵolekulLJ bílkovin roztokeŵ pufru, který je ǀŶě Ŷosiče - ŵolekulLJ se tedLJ dělí předeǀšíŵ podle sǀého Ŷáďoje - podoďŶě se ďudou dělit ďílkoǀiŶLJ i ǀ ŵálo koŶĐeŶtroǀaŶéŵ agarózoǀéŵ gelu - poŵoĐí elektroforézLJ se ďílkoǀiŶLJ kreǀŶího séra rozdělí oďǀLJkle Ŷa ρ–6 frakcí: - albuminovou - αϭ - αϮ - β ;βϭ a βϮͿ - γ - s ǀýjiŵkou alďuŵiŶů jsou další frakĐe tǀořeŶLJ ǀždLJ skupiŶou ďílkoǀiŶ, které ŵají přiďližŶě stejnou elektroforetickou pohyblivost - Provedení : - kapka séra je přidáŶa Ŷa sklíčko s elektroforetiĐkýŵ agorózoǀýŵ gelem a rozprostřeŶa po „startoǀŶí čáře͞, kolŵo Ŷa sŵěr ďudouĐího elektriĐkého pole - poté je ǀLJstaǀeŶa účiŶkůŵ elektriĐkého pole ǀ elektroforetiĐké ǀaŶě - ǀliǀeŵ elektriĐkého pole začíŶají proteiŶLJ ŵigroǀat ǀ agarózoǀéŵ gelu - po uplLJŶutí určité doďLJ ;Ŷapř. ϯϬ ŵiŶut při Ŷapětí ϭϮϬ VͿ se ďílkoǀiŶLJ ǀ gelu denaturují („fixují͞Ϳ, zpraǀidla půsoďeŶíŵ alkoholů ;ŵetaŶoluͿ a kLJseliŶ ;kLJseliŶLJ octové) - tíŵ se zaďráŶí jejiĐh difuzi Ŷeďo ǀLJŵLJtí z gelu ǀ dalšíĐh kroĐíĐh - poté se bílkoviny obarví vhodným organickým barvivem (Ŷapř. aŵidočerŶíͿ IV. )ákladLJ ďuŶěčŶé a ŵolekulárŶí ďiologie 9 - poloha jednotlivých frakcí a koncentrace bílkovin v nich se poté hodnotí pomocí denzitometrie - Hodnocení elektroforézy sérových bílkovin: - Charakteristika jednotlivých frakcí: - Zóna prealbuminu: - V této oblasti se pohybuje prealbumin (transtLJretiŶͿ, jehož zóŶa je ǀšak ǀelŵi diskrétŶí a těžko hodŶotitelŶá - Zóna albuminu: - alďuŵiŶ ǀLJtǀáří poŵěrŶě širokou a z oďou straŶ doďře ohraŶičeŶou zóŶu - při poklesu koŶĐeŶtraĐe alďuŵiŶu pod 30 g/l je patrné její oslabení - vzáĐŶě pozoroǀaŶé zdǀojeŶí frakĐe je projeǀeŵ geŶetiĐké strukturŶí odĐhLJlkLJ alďuŵiŶu u heterozLJgotů – bisalbuminemie Ŷeďo ǀzŶiká při ŶaǀázáŶí Đizorodé suďstaŶĐe Ŷa alďuŵiŶ, Ŷapř. penicilinu - Interzóna ŵezi alďuŵiŶeŵ a αϭ -globuliny - slabé homogenní zbarvení této oblasti je podŵíŶěŶo αϭ – lipoproteiny - podoďŶou elektroforetiĐkou pohLJďliǀost ǀLJkazuje také αϭ -kyselý glykoprotein, ale zabarǀeŶí zóŶLJ oǀliǀňuje ŵiŶiŵálŶě - )óŶa αϭ -gloďuliŶů - )óŶu αϭ -gloďuliŶů oǀliǀňuje předeǀšíŵ α ϭ –antitrypsin - při akutŶíĐh záŶěteĐh je zřetelŶé zesíleŶí - kliŶiĐkLJ ǀýzŶaŵŶá je geŶetiĐká ǀariaďilita αϭ-antitrypsinu, která se ǀ elektroforéze ŵůže často zřetelŶě projeǀit oslaďeŶíŵ, ŶěkdLJ až vymizením jeho zóny se současŶou zŵěŶou pohLJďliǀosti - Interzóna ŵezi αϭ a αϮ -globuliny - obvykle je Đelá slaďě hoŵogeŶŶě zďarǀeŶá - Zóna αϮ –gloďuliŶů - na ǀLJtǀářeŶí této zóŶLJ se podílejí předeǀšíŵ dǀě ďílkoǀiŶLJ – α 2 - makroglobulin a haptoglobin - zŵěŶLJ koŶĐeŶtraĐe α Ϯ -makroglobulinu nemají velký diagnostický význam - HaptogloďiŶ ǀLJtǀáří ς feŶotLJpů, které se liší elektroforetickou pohyblivostí - ElektroforetiĐké ǀLJšetřeŶí Ŷeuŵožňuje rozlišeŶí feŶotLJpů haptoglobinu - Interzóna ŵezi αϮ a βϭ –globuliny: - ŶorŵálŶě se ďarǀí pouze slaďě - při heŵolýze ǀzŶikají koŵpledžLJ heŵogloďiŶ-haptoglobin, které v této oblasti ǀLJtǀářejí samostatnou zónu - ZóŶa βϭ –gloďuliŶů: - tǀar a iŶteŶzita zďarǀeŶí zóŶLJ βϭ -gloďuliŶů je oǀliǀŶěŶa praktiĐkLJ pouze transferinem - iŶteŶzita zóŶLJ doďře koreluje s Đelkoǀou ǀazeďŶou kapacitou plazŵLJ pro železo IV. )ákladLJ ďuŶěčŶé a ŵolekulárŶí ďiologie 10 - při aŶeŵii z Ŷedostatku železa a ǀ těhoteŶstǀí se zǀLJšuje sLJŶtéza transferinu a intenzita zóny se zesílí - další proteiŶ s βϭ -elektroforetickou pohyblivostí, hemopexin, se špatŶě ďarǀí použíǀaŶýŵi ďarǀiǀLJ a zŵěŶLJ ǀ jeho koŶĐeŶtraĐi se v elektroforéze neprojeví - Interzóna ŵezi βϭ a βϮ –globuliny: - v této oblasti nalézáme imunoglobulin IgA, který podŵiňuje homogenní zbarvení zóny - dále zde ǀLJtǀáří tLJpiĐkou liŶii β-lipoproteiŶ, jejíž přítoŵnost závisí na jeho koncentraci - )óŶa βϮ –gloďuliŶů: - na ǀLJtǀářeŶí zóŶLJ βϮ -gloďuliŶů se podílí Cϯ složka koŵpleŵeŶtu - podle intenzity zbarvení se dá těžko odhadŶout koŶĐeŶtraĐe Cϯ. - )óŶa γ-gloďuliŶů - Charakter zóŶLJ γ-gloďuliŶů je oǀliǀŶěŶ koŶĐeŶtraĐeŵi čtLJř podtříd imunoglobulinu IgG. - zǀýšeŶí IgG se projeǀí iŶteŶziǀŶějšíŵ zďarǀeŶíŵ a rozšířeŶíŵ zóŶLJ ǀ oďou sŵěreĐh - ImunogloďuliŶ IgM leží ďlíže startu - “aŵostatŶé Ŷeďo současŶé zǀýšeŶí koŶĐeŶtraĐe IgM poŵocí elektroforézy nerozpoznáme - KliŶiĐké ǀLJužití: - Elektroforéza sérových bílkovin (ELFO) se provádí zejména, zjistíme-li patologický výsledek celkové bílkoviny, nebo potřeďujeŵe-li podroďŶější informaci o sérových bílkovinách. - )ǀlášť ĐeŶŶé je pro průkaz: - dysproteinemie – zŵěŶa koŶĐeŶtraĐe a kǀalitatiǀŶího složeŶí jednotlivých bílkovin v séru - paraproteinemie – ĐharakterizoǀáŶa přítoŵŶostí ŵoŶokloŶálŶíĐh iŵuŶogloďuliŶů. IV. )ákladLJ ďuŶěčŶé a ŵolekulárŶí ďiologie 11 IV. )áklady ďuŶěčŶé a ŵolekulárŶí ďiologie 1 25. Polyŵerázová řetězová reakce, uplatŶěŶí PCR v kliŶické diagnostice, RT-PCR a využití této techŶiky. Polyŵerasová řetězová reakce ;PCRͿ  široĐe užívaŶá teĐhŶika uŵožňujíĐí kopírovat a aŵplifikovat speĐifiĐké úseky DNA  složky: a) Templátová DNA o sŵěs růzŶýĐh sekveŶĐí DNA, ŵezi Ŷiŵi sekveŶĐe, která ŵá ďýt amplifikována o lze použít i RNA, ale Ŷejdřív se ŵusí vytvořit koŵpleŵeŶtárŶí ĐDNA pomocí reverzní transkriptázy b) Pár oligoŶukleotidových priŵerů o primery – krátké, jednovláknové DNA (ssDNA – single strand DNA) o vymezují amplifikovaný úsek o musí být komplementární k úsekůŵ protilehlýĐh vlákeŶ DNA c) DNA-polymerasa o termostabilní – sŶášejí teploty do ϭϬϬ°C aŶiž jsou aktivováŶy o Ŷejčastějí Taq polymerasa z bakterie Thermus aquaticus žijíĐí v horkých pramenech o váže se Ŷa odděleŶá vlákŶa DNA a syŶtetizuje Ŷový řetězeĐ koŵpleŵeŶtárŶí k původŶíŵu d) Deoxynukleotidtrifosfáty (dNTPs) o stavební jednotky korespondující se 4 bazemi (dATP, dGTP, dTTP, dCTP) o substrát pro DNA polymerasu  opakované cykly syntézy DNA – každý Đyklus oďsahuje 3 kroky ;deŶaturaĐe DNA, připojeŶí priŵerů, eloŶgaĐeͿ 1. Denaturace DNA o vysoká teplota ;Ŷad 9Ϭ°CͿ ruší vodíkové vazďy → dvoušrouďoviĐe DNA se destaďilizuje a rozvolňuje Ŷa jedŶovlákŶové struktury, které slouží jako teŵpláty 2. PřipojeŶí priŵerů (hybridizace) o aŶŶealiŶg ;žíhat, kalit kov Ŷeďo sklo, tj. po rozpáleŶí je prudĐe ochladit) o při teplotáĐh koleŵ ρϬ–60 °C o ŵolekuly jedŶořetězĐové DNA po oĐhlazeŶí opět reŶaturují o jsou-li ve sŵěsi v Ŷadďytku speĐifiĐké oligoŶukleotidy, ďudou hybridizovat se svou koŵpleŵeŶtárŶí sekveŶĐí ryĐhleji Ŷež dlouhé jedŶořetězĐové ŵolekuly, jejiĐhž koŶĐeŶtraĐe je ŵŶoheŵ Ŷižší IV. )áklady ďuŶěčŶé a ŵolekulárŶí ďiologie 2 3. Elongace, extenze, syntetická fáze o syŶtéza ŶovýĐh řetězĐůpři teplotě ςρ–75°C o oligoŶukleotidy, které dosedly Ŷa jedŶořetězĐovou DNA ;teŵplátͿ v předĐhozíŵ kroku, slouží v toŵto kroku jako priŵery pro DNA polyŵerasu - od jejich 3 ́-konce začíŶá syŶtéza Ŷového řetězĐe koŵpleŵeŶtárŶího s teŵpláteŵ VýsledŶý produkt PCR ;aŵplifikovaŶý úsek DNAͿ lze aŶalyzovat Ŷapř.:  stanovením velikosti produktu gelovou elektroforézou – produkty se Ŷáŵ rozdělí podle velikosti.  štěpeŶíŵ restrikčŶíŵi eŶzyŵy a posouzeŶíŵ vzŶikajíĐíĐh restrikčŶíĐh fragŵeŶtů ;RFLPͿ,  hyďridizaĐí se zŶačeŶou soŶdou koŵpleŵeŶtárŶí k části sekveŶĐe aŵplifikovaného úseku  stanovením sekvence DNA (sekvenování). - Nová metoda – vložíŵe do kapiláry sŵíĐháŵe všeĐhŶy, každou si ozŶačíŵe fluoresĐeŶčŶí ďarvou, Ŷa koŶĐi je laser – víŵe přesŶý úsek pořadí ďazí Výhodou PCR je, že vyžaduje ŵiŶiŵálŶí ŵŶožství DNA ;teoretiĐky stačí ϭ ŵolekula DNAͿ. Touto metodou lze získat 2 n kopií DNA, kdy Ŷ je počet Đyklů. ) jedŶé ŵolekuly DNA lze tedy Ŷapříklad získat po proďěhŶutí 3Ϭti aŵplifikačŶíĐh Đyklů víĐ Ŷež ϭϬ 9 kopií. IV. )áklady ďuŶěčŶé a ŵolekulárŶí ďiologie 3 UplatŶěŶí PCR v kliŶické diagŶostice PCR slouží k ŶaŵŶožeŶí ŵateriálu pro další ďioteĐhŶologiĐké ŵetody, jako je:  sekvenování DNA  aŶalýza geŶů  DNA fingerprinting  diagŶostika iŶfekčŶíĐh ŶeŵoĐí  zjišťováŶí geŶetiĐkýĐh ŶeŵoĐí  identifikace osob PCR spojená s reverzní transkripcí (RT-PCR) RT-PCR se používá, pokud je potřeďa Ŷaŵísto DNA aŵplifikovat mRNA. 1. izolace celkové RNA Ŷeďo ŵRNA ze vzorku tkáŶě 2. převedeŶí ŵRNA Ŷa cDNA pomocí reverzní transkriptasy = je RNA-dependentní DNA- polymeráza. Katalyzuje transkripci jednovláknové RNA (ssRNA) do jednovláknové DNA (ssDNA). 3. posléze ďěžŶá PCR Byla oďjeveŶa roku ϭ9ϳϬ a teŶto počiŶ ďyl ŶásledŶě oĐeŶěŶ Noďelovou ĐeŶou. Oďjev ďyl zŶačŶě převratŶý, protože Ŷarušil dosavadŶí pohled Ŷa geŶetiĐkou iŶforŵaĐi jako Ŷa ŵatriĐi sloužíĐí k jedŶosŵěrŶé traŶskripĐi DNA do ŵRNA a ŶásledŶé jedŶosŵěrŶé traŶslaĐi do koŶečŶého produktu, jíŵž je proteiŶ. Alespoň tak ďyla proďleŵatika geŶetiĐké iŶforŵaĐe chápána tzv. centrálním dogmatem molekulární biologie, které pokládalo teŶto jedŶosŵěrŶý proĐes ;DNA → ŵRNA → proteiŶͿ za jediŶý ŵožŶý. Ukázalo se ovšeŵ, že přepis opačŶýŵ sŵěreŵ z RNA → DNA je díky reverzŶí traŶskriptáze ŵožŶý a je využíváŶ ŶejeŶ viry, ale dokoŶĐe i Ŷěkterýŵi ďuňkaŵi lidského těla. ProĐesu reverzŶí traŶskripĐe využívají předevšíŵ retroviry (ssRNA-RT-viry). Typickým zástupĐeŵ je Ŷapříklad HIV – Human Immudeficiency Virus. Tyto viry po napadení hostitelské ďuňky využívají reverzŶí traŶskriptázu a svou RNA k syŶtéze koŵpleŵeŶtárŶí DNA, jež je začleŶěŶa do geŶoŵu ŶapadeŶé ďuňky a ve výsledku pozŵěňuje její ŵetaďolisŵus, Đož vede k pozdějšíŵ zŵěŶáŵ ve fuŶkĐíĐh vireŵ poškozeŶé ďuňky. V této souvislosti doĐhází také k výzkuŵu iŶhiďitorů reverzŶíĐh traŶskriptáz, jako ŵožŶýĐh aŶtivirovýĐh léčeďŶýĐh ŵodalit. IV. )áklady ďuŶěčŶé a ŵolekulárŶí ďiologie 4 Využití - výroba inzulinu → ŵRNA, ŶesouĐí iŶforŵaĐi o aŵiŶokyseliŶovéŵ složeŶí lidského iŶzuliŶu, spolu s reverzŶí traŶskriptázou vpraveŶa do ďakteriálŶí ďuňky → převedeŶa poŵoĐí reverzŶí traŶskriptázy Ŷa DNA → začleŶěŶa do ďakteriálŶího geŶoŵu. Takto upraveŶá ďakteriálŶí ďuňka začíŶá tvořit iŶzuliŶ. TeŶ je využíváŶ v iŶzuliŶové terapii diaďetiků a je lépe tolerováŶ Ŷež dříve využívaŶý iŶzuliŶ z prasečíĐh B-ďuŶěk paŶkreatu, který se od lidského iŶzuliŶu liší v jedŶé aŵiŶokyseliŶě. IV. )ákladLJ ďuŶěčŶé a ŵolekulárŶí ďiologie 1 26. Povaha geŶovýĐh ŵutaĐí, ŵutaĐe dědičŶé a získaŶé, polymorfismy, mini- a mikrosatelitové markery, metody detekce MUTACE SekveŶĐe DNA podléhá zŵěŶáŵ, které jsou zapříčiŶěŶLJ ďuď vŶějšíŵi čiŶiteli ;fLJzik,Đheŵ.ďiol.Ϳ Ŷeďo vzŶikají jako ĐhLJďLJ při replikaĐi. Neŵusí se to však projevit ve fenotypu - ŶáhodŶé dědičŶé zŵěŶLJ geŶotLJpu ;geŶetiĐké iŶforŵaĐeͿ - z hlediska ŵediĐíŶLJ jsou jeveŵ ŶežádouĐíŵ, jsou odĐhLJlkou od ŶorŵLJ a jsou příčiŶaŵi závažŶýĐh dědičŶýĐh Đhoroď a vrozeŶýĐh vad Mutace klasifikujeme na základě růzŶýĐh kritérií: 1. Podle mechanismu vzniku: spontánní – vzniklé chybou v replikačŶíŵ a reparačŶíŵ ŵeĐhaŶisŵu DNA - ďez zásahu vŶějšího prostředí - DNA-polLJŵerasa je velŵi přesŶá a ŵá saŵoopravŶou fuŶkĐi => takovéto ĐhLJďLJ se pohybuje v řádeĐh ϭϬ-7 => četŶost těĐhto ŵutaĐí je velŵi Ŷízká, ŶavíĐ ďuňkLJ jsou sĐhopŶé takovéto ĐhLJďLJ díkLJ reparačŶíŵ eŶzLJŵůŵ likvidovat indukované – uŵěle vLJvolaŶé ŵutageŶLJ - ;UV zářeŶí, RTG, ĐheŵiĐké látkLJ-areŶLJ, těžké kovLJ, peroxidy...) - většiŶa ŵutaĐí 2. Podle tLJpu postižeŶýĐh ďuŶěk: somatické - Vyskytují se v kterékoliv soŵatiĐké ďuňĐe - NepřeŶášejí se Ŷa potoŵkLJ - Neŵá většiŶou žádŶý dopad Ŷa orgaŶisŵus – protože za ŶorŵálŶíĐh okolŶostí jsou ďuňkLJ koŶtiŶuálŶě ŶahrazováŶLJ - gametické – postihují zárodečŶé ďuňkLJ, ŵohou se přeŶést z rodičů Ŷa potoŵkLJ - mohou nastávat v růzŶéŵ rozsahu:  genové (bodové) – probíhají na úrovni molekuly DNA, postihují 1 gen - ŵěŶí ŶukleotidLJ Ŷeďo jejiĐh pořadí - výsledkeŵ je poškozeŶá Ŷukleotidová sekveŶĐe, díkLJ toŵu se ŵěŶí tripletLJ (kodony) a dojde k ĐhLJďě v proteosLJŶtéze ;sLJŶtetizují se úplŶě jiŶé AMKͿ IV. )ákladLJ ďuŶěčŶé a ŵolekulárŶí ďiologie 2 1) genu strukturního – ŵůže se projevit Ŷa struktuře ďílkoviŶLJ 2) geŶu regulačŶího – ŵůže se projevit Ŷa jeho regulačŶí fĐi a Ŷa ŵíře edžprese a jíŵ řízeŶýĐh geŶů strukturŶíĐh Typy genových mutací:  tranzice – zaŵěŶěŶ ϭ purinový nukleotid druhým purinovým nukleotidem, nebo 1 pyrimidinový jedním pyrimidinovým nukleotidem  transverze – puriŶový Ŷukleotid zaŵěŶěŶ za pLJriŵidiŶový a naopak RozděleŶí geŶovýĐh ŵutaĐí z hlediska účiŶku Ŷa geŶový produkt =ŵutaĐíŵ podléhají jak kódujíĐí tak ŶekódujíĐí sekveŶĐe DNA. VážŶé ŶásledkLJ ŵají ŵutaĐe, které kódují DNA a tLJ dělíŵe podle efektu do 2 skupin: SYNONYMNÍ TICHÉ (silent) mutace - ŶeŵěŶí sekveŶĐi geŶového produktu - VzŶikŶe Ŷový kodoŶ, ale Ŷeŵá za Ŷásledek záŵěŶu AMK v proteiŶu - substituce v ŶekódujíĐíĐh oďl. DNA a Ŷěkteré i v kódující obl. DNA  samesense – mutace se stejným smyslem - substituĐe Ŷukleotidu strukturŶího geŶu Ŷeŵusí způsoďit záŵěŶu AMK v kódovaném polypeptidu - ŵůže vzŶikŶout triplet kódujíĐí stejŶou AMK – - hlavŶě u suďstituĐí ďazí Ŷa ϯ. poziĐi kodoŶu - efekt kolísání – uŵožňuje ŶepřesŶé párováŶí ϯ.ďazí Ŷa ϯ.aŶtikodoŶu a ϭ.ďazí kodonu NESYNONYMNÍ MUTACE – ŵěŶí sekveŶĐi geŶového produktu ;vzŶikŶe Ŷový proteiŶͿ  missense - zŵěŶí sŵLJsl kodoŶu a vedou k zařazeŶí jiŶé AMK do polLJpeptidu, 7Ϭ%suďstituĐí v kód.obl.DNA - většiŶou postihují prvŶí dvě ďaze v kodoŶu IV. )ákladLJ ďuŶěčŶé a ŵolekulárŶí ďiologie 3 - missense dělíŵe Ŷa konzervativní substituce ;= záŵěŶa za ĐheŵiĐkLJ podoďŶou AMK → ŵiŶiŵálŶí efekt Ŷa proteiŶ, tzŶ. Že to asi takový proďléŵ Ŷeďude. Nekonzervativní substituce – záŵěŶa AMK se od té původŶí liší a ovlivňuje to fĐi proteinu  nonsense - vedou ke zŵěŶě kodoŶu pro AMK ve stop kodoŶ ;terŵiŶačŶí kodoŶͿ - draŵatiĐkLJ ovlivňují feŶotLJp, Ŷeďoť vedou ke tvorďě zkráĐeŶého často ŶefuŶkčŶího i ŶestaďilŶího proteiŶu – předčasŶé ukoŶčeŶí traŶslaĐe POSUNOVÉ MUTACE vznikají:  delece – zŵěŶa počtu ďazí, z řetězĐe jsou nukleotidy ztraceny  inzerce – do řetězĐe DNA jsou ŶukleotidLJ přidáŶLJ → vede ke zŵěŶě čteĐího ráŵĐe – zŵěŶí se pořadí ďazí v kodonech a do polLJpeptidu jsou zařazováŶLJ jiŶé AMK, s velkou pstí vzniká předčasŶý stop kodoŶ a výsledŶý proteiŶ je zkráĐeŶý, ŶefuŶkčŶí a nestabilní př. BeĐkerova ŵuskulárŶí dLJstrofie ;je Ŷás.ϯͿ Duchenova muskulární dystrofie (není nás.3) - fenotypový projev – podobný jako u substituce - závažŶější feŶotLJpové důsledkLJ ŵá deleĐe Ŷeďo iŶzerĐe většího počtu ďazí, jejiĐhž počet ŶeŶí Ŷásoďkeŵ ϯ CHROMOSOMOVÉ mutace - doĐhází ke zŵěŶě počtu Ŷeďo strukturLJ Đhroŵosoŵů - oďeĐŶě = Đhroŵosoŵové aďeraĐe - strukturŶí zŵěŶLJ vzŶikají jako Ŷásledek ŶestaďilitLJ ;zloŵůͿ, způsoďeŶé  ŶadŵěrŶou edžpoziĐí jediŶĐe ŵutageŶůŵ  zhoršeŶou fuŶkĐí reparačŶíĐh ŵeĐhaŶisŵů IV. )ákladLJ ďuŶěčŶé a ŵolekulárŶí ďiologie 4 - ŶásledkLJ závisí Ŷa toŵ, zda i po strukturálŶí přestavďě je zaĐhováŶo ŶorŵálŶí ŵŶožství geŶetiĐké iŶforŵaĐe Pokud není, dochází k feŶotLJpovýŵ projevůŵ Typy chromosomových mutací:  duplikace – zŶásoďeŶí úseku Đhroŵosoŵu, ŵůže ďýt způsoďeŶo ŶerovŶoŵěrŶýŵ ĐrossiŶg-overem – dojde na 1 chromosomu k nás. úseku a na 2. k deleci toho úseku  delece – část Đhroŵosoŵu ĐhLJďí terŵiŶálŶí a iŶtersticiální delece  inverze – dochází k vLJštěpeŶí části Đhroŵosoŵu, jejíŵu převráĐeŶí a následnému napojení pericentrická a paracentrická inverze  translokace – část Đhroŵosoŵu vLJštěpeŶa a připojeŶa k jinému chr. balancovaná a nebalancovaná translokace  frangmentace – krajŶí případ, vliveŵ silŶýĐh ŵutageŶů a vLJsoké Đhroŵosoŵové nestability dojde k rozpadu chromosomu na fragmenty - ďuňka se Ŷeŵůže dále dělit a ŵůže u Ŷí ďýt ŶavozeŶa apoptóza NuŵeriĐké zŵěŶLJ Đhroŵosoŵů jsou způsoďeŶLJ poruĐhou rozestupu Đhroŵosoŵů při děleŶí ďuňkLJ → aŶeuploidie – nullisomie, trisomie... Genomové – doĐhází ke zŵěŶěŶ saŵotŶého geŶoŵu, většiŶou jde o zŶásoďeŶí Đelé Đhroŵosoŵové sadLJ → polLJploidie ;u člověka ŶeslučitelŶé se životeŵͿ IV. )ákladLJ ďuŶěčŶé a ŵolekulárŶí ďiologie 5 Polymorfismy, mini- a mikrosatelitové markery, metody detekce Cíl: určeŶí pravděpodoďŶosti, že osoďLJ v riziku jsou nositeli mutované alely  v případeĐh, kdLJ je zŶáŵa lokalizaĐe geŶu, ale Ŷeŵusí ďýt zŶáŵa jeho přesŶá nukleotidová sekvence, nebo dosud nejsou charakterizovány jeho mutace zodpovědŶé za vzŶik oŶeŵoĐŶěŶí  Ŷeurčí, kde ŵutovaŶý geŶ je, pouze že je  vLJužívá vazeďŶé aŶalýzLJ poŵoĐí sigŶálŶíĐh zŶaků DNA ;DNA ŵarkerůͿ  jako ŵarkerLJ jsou vLJužíváŶLJ polLJŵorfismy DNA, které jsou lokalizovány v těsŶéŵ sousedství ;ŵiŵogeŶová soŶdaͿ Ŷeďo uvŶitř ;vŶitrogeŶová soŶdaͿ sledovaŶého geŶu a s vlastŶíŵ oŶeŵoĐŶěŶíŵ Ŷesouvisejí – Ŷapř.: RFLP, VNTR  polymorfismus DNA – variace v Ŷukleotidové sekveŶĐi DNA určitého lokusu – viz. výše  použití vLJsoĐe polLJŵorfŶíĐh ŵarkerů – vysoká heterozygocie  informativnost výsledků  Ŷepříŵá DNA diagŶostika vLJĐhází z rodové studie, při které jsou použitLJ ŵarkerLJ vázané s geŶeŵ, jehož ŵutaĐe způsoďují oŶeŵoĐŶěŶí v rodiŶě  markery jsou spolu se sledovaŶýŵ geŶeŵ přeŶášeŶLJ z rodičů Ŷa potoŵkLJ  předpokladeŵ vLJužití této ŵetodLJ je ověřeŶá kliŶiĐká diagŶóza  cíle využití polyŵorfisŵů DNA v Ŷepříŵé DNA diagŶostice  rozlišit ĐhroŵozoŵLJ rodičů, z ŶiĐhž jedeŶ ŵůže přeŶášet ŵutovaŶý geŶ – tzn. najít polymorfismus, který je ve vazďě se sledovaŶýŵ geŶeŵ, a pro který je rodič heterozygot  zjistit, která z alel markeru segreguje s mutovanou alelou sledovaného genu – to lze zjistit vLJšetřeŶíŵ dalšíĐh čleŶů rodiŶLJ, postižeŶýĐh i zdravýĐh  poŵoĐí zvoleŶýĐh ŵarkerů zjistit, který Đhroŵozoŵ ďLJl přeŶeseŶ Ŷa proďaŶda, eveŶtuálŶě Ŷa další čleŶLJ rodiŶLJ, zejŵéŶa osoďLJ v riziku  při Ŷepříŵé DNA diagŶostiĐe ŵusí ďýt vLJšetřeŶa DNA Đo Ŷejvětšího počtu čleŶů rodiny – ŶejŵéŶě Ϯ postižeŶí a další příďuzŶí, včetŶě zdravýĐh partŶerů  Ŷelze opoŵeŶout ŵožŶost rekoŵďiŶaĐe ŵezi sledovaŶýŵ geŶeŵ a ŵarkereŵ  použití iŶtrageŶového ŵarkeru ;Ŷapř. ŵikrosatelit v intronu) – pravděpodoďŶost rekombinace je minimální  redukce velikosti chyby diagnózy vlivem rekombinace – použití víĐe ŵarkerů lokalizovaŶýĐh Ŷa opačŶýĐh koŶĐíĐh sledovaŶého geŶu  Ŷevýhoda: ŵarkerLJ u ŵatkLJ a u otĐe Ŷejsou vždLJ odlišŶé – jediŶeĐ je pro Ŷě homozygotní  vLJšetřeŶí ŶeŶí iŶforŵativŶí Mikrosatelity (SSRs – Single Sequence repeats) cíl: 1. rozlišit chromosomy rodičů, z ŶiĐhž jedeŶ ŵůže přeŶášet ŵutovaŶý geŶ  najít polymorfismus, který je ve vazďě se sledovaŶýŵ geŶeŵ, a pro který je rodič heterozygot 2. zjistit, která z alel markeru segreguje s mutovanou alelou 3. poŵoĐí ŵarkerů zjistit, který Đhroŵosoŵ ďLJl přeŶeseŶ Ŷa probanda IV. )ákladLJ ďuŶěčŶé a ŵolekulárŶí ďiologie 6  lze-li jedŶozŶačŶě Ŷa základě vLJšetřováŶí staŶovit, který fragŵeŶt zdědil postižeŶý jediŶeĐ od kterého rodiče = rodiŶa iŶforŵativŶí  u ŶeiŶforŵativŶí rodiŶLJ je ŶutŶé použít jiŶou restrikčŶí eŶdoŶukleasu METODY DETEKCE MUTACÍ - většiŶou staŶoví rozdílLJ ŵezi sekveŶĐí DNA paĐieŶta a popsaŶou staŶdardŶí sekveŶĐí, aŶiž rozlišují ŵezi feŶotLJpovýŵi projevLJ A. METODY TESTUJÍCÍ JAKOUKOLIV ODCHYLKU OD STANDARDNÍ SEKVENCE DNA VětšiŶa ŵetod používá PCR - převážŶou část geŶů Ŷelze díkLJ jejiĐh velikosti vLJšetřit v ϭ reakĐi → jsou poŵoĐí zvoleŶýĐh párů priŵerů postupŶě aŵplifikováŶLJ jedŶotlivé úsekLJ geŶu - počet aŵplifikovaŶýĐh oďlastí je závislý Ŷa velikosti geŶu - u středŶě velkýĐh geŶů ;tisíĐe ďpͿ ŵůže vLJšetřeŶí kódujíĐí oďlasti geŶu vLJžadovat víĐe Ŷež 5Ϭ aŵplifikačŶíĐh reakĐí - aŵplifikovaŶé úsekLJ jsou pak vLJšetřeŶLJ Ŷěkterou z následujících metod  Heteroduplexní analýza )aložeŶa Ŷa detekĐi ĐhLJďŶého párováŶí ďazí, ke kteréŵu doĐhází při hLJďridizaĐi kompleŵeŶtárŶíĐh vlákeŶ DNA staŶdardŶího a ŵutaŶtŶího tLJpu →vzŶikají hLJďridŶí ŵolekulLJ DNA = heteroduplexy - heterodupledžLJ se tvoří v místech s deleĐeŵi Ŷeďo iŶzerĐeŵi Ŷěkolika ďází i v místech se suďstituĐeŵi ϭ Ŷeďo Ŷěkolika Ŷukleotidů - ŵohou vzŶikat již v průďěhu PCR, kdLJž testovaŶá DNA oďsahuje Ϯ růzŶé alelLJ - lze je připravit tepelŶou deŶaturaĐí produktu PCR a ŶásledŶýŵ zĐhlazeŶíŵ Ŷa teplotu, při které doĐhází k renaturaci – výsledkeŵ je vzŶik Ϯ tLJpů hoŵodupledžů – staŶdardŶího a ŵutaŶtŶího, a Ϯ růzŶýĐh heterodupledžů - při detekĐi ŵutaĐí v homozygotním stavu nebo mutací X-vázaných je nutné smísit produktLJ PCR staŶdardŶí a ŵutaŶtŶí DNA a opět provést deŶaturaĐi a reŶaturaĐi DNA - přítoŵŶost heterodupledžů lze odhalit elektroforézou v polyakrylamidovém gelu – pohyď heterodupledžů je poŵalejší Ŷež pohLJď hoŵodupledžů - tvorďa heterodupledžů a jejiĐh staďilita závisí Ŷa tLJpu ŵutaĐe ve fragŵeŶtu PCR  Metoda DGGE )aložeŶa také Ŷa aŶalýze heterodupledžů. → HeterodupledžLJ a hoŵodupledžLJ připraveŶé podobným postupem jako u HA migrují při elektroforéze geleŵ, který oďsahuje liŶeárŶě se zvLJšujíĐí ŵŶožství deŶaturačŶíĐh čiŶidel ;urea a forŵaŵidͿ - elektroforéza proďíhá při koŶstaŶtŶí zvýšeŶé teplotě - ŵigraĐe pokračuje až do ŵísta v gelu, kde se vlákŶa DNA začíŶají od seďe separovat – v místě, kde koŶĐeŶtraĐe deŶaturačŶíĐh čiŶidel odpovídá teplotě ;TŵͿ, při které dochází k částečŶé deŶaturaĐi vLJšetřovaŶého fragŵeŶtu DNA - Tm – teplota, kdLJ je poloviŶa vlákeŶ dvoušrouďoviĐe DNA disoĐiovaŶá Ŷeďo denaturovaná IV. )ákladLJ ďuŶěčŶé a ŵolekulárŶí ďiologie 7 - ŵigraĐe parĐiálŶě deŶaturovaŶého fragŵeŶtu DNA se zŶačŶě zpoŵalí Ŷeďo zastaví, DNA heterodupledžLJ jsou ŵéŶě staďilŶí a proto se jejiĐh vlákŶa častečŶě separují dříve Ŷež vlákŶa hoŵoduledžů → zpoŵalí svou ŵoďilitu v gelu a migrují do jiné pozice - za optimálních podmínek je DGGE vysoce citlivá metoda, která zachytí delece a inzerce, i diference v 1 páru bazí (substituce) mezi standardním a mutantním vláknem DNA  CheŵiĐké Ŷeďo eŶzLJŵatiĐké štěpeŶí heterodupledžu Metoda založeŶá Ŷa detekĐi heterodupledžů, které jsou po sŵíseŶí testovaŶé a koŶtrolŶí staŶdardŶí sekveŶĐe DNA připraveŶLJ stejŶýŵ způsoďeŵ jako u HA - používají se Đheŵikálie ;hLJdrodžLJlaŵiŶ, piperidiŶ, OsO 4 Ϳ Ŷeďo eŶzLJŵLJ ďakteriofágů ;uplatňují se v opravŶéŵ sLJstéŵu DNAͿ, které jsou sĐhopŶLJ štěpit heterodupledž v ŵístě, kde ŶeŶí úplŶá koŵpleŵeŶtarita obou vláken - elektroforéza pak prokáže přitoŵŶost štěpeŶýĐh Ŷeďo ŶeštěpeŶýĐh fragŵeŶtů testovaŶého řetězĐe DNA - metoda je velmi citlivá - uŵožňuje odhadŶout poziĐi ŵutaĐe podle velikosti štěpeŶého fragŵeŶtu - používaŶé Đheŵikálie jsou velŵi todžiĐké a ŵetoda se ŶevLJužívá v diagnostické praxi  Metoda SSCP )aložeŶa Ŷa aŶalýze ssDNA - ssDNA ŵá teŶdeŶĐi vLJtvářet třírozŵěrŶou strukturu ;koŶforŵaĐiͿ staďilizovaŶou slabými intramolekulárními vazbami (H-ŵůstkLJͿ - elektroforetická mobilita takových struktur v gelu závisí na jejich délce a jejich koŶforŵaĐi, která je dáŶa složeŶíŵ sekveŶĐe DNA - ŵetoda vLJužívá ŵetodLJ PCR - amplifikovaný úsek DNA je denaturován a nanesen na polyakrylamidový gel - jestliže je ve vLJšetřovaŶéŵ úseku DNA přítoŵŶa ŵutaĐe, pak ssDNA zaujŵou odlišŶou koŶforŵaĐi → odlišŶá pohLJďlivost v gelu ve srovnání s kontrolními vzorky vlíken DNA - vizualizace vláken DNA – stříďřeŶíŵ, radioaktivŶíŵ zŶačeŶíŵ oligoŶukleotidů pro PCR - ŵéŶě Đitlivá ŵetoda Ŷež DGGE  Metoda PTT SpeĐifiĐká pro detekĐi ŵutaĐí, které ŵají za Ŷásledek vzŶik předčasŶého terŵiŶačŶího kodonu a tím zkrácení proteinového produktu - z izolovaŶé RNA ;ŵRNAͿ je reverzŶí traŶskripĐí a ŶásledŶou PCR připraveŶa ĐDNA a pak je provedena transkripce a translace in vitro - velikost proteinového produktu je testována elektroforeticky a srovnána s délkou standardního produktu - pro vLJšetřeŶí těĐh geŶů, kde se vLJskLJtují ŵutaĐe posuŶové a ŶesŵLJslŶé, ve kterýĐh jsou vzáĐŶé ŵutaĐe ŵěŶíĐí sŵLJsl kodoŶu - podle velikosti proteiŶového produktu lze určit přiďližŶou lokalizaĐi detekovaŶýĐh ŵutaĐí ve vLJšetřovaŶéŵ geŶu  Metody sekvenování - spolehlivě odhalí odĐhLJlkLJ v nukleotidové sekvenci DNA IV. )ákladLJ ďuŶěčŶé a ŵolekulárŶí ďiologie 8 - velmi pracné a drahé - používá se většiŶou v závěrečŶé fázi vLJšetřeŶí geŶu – je sekvenován pouze úsek genu s prokázanou mutací DNA čipLJ = ŶejsliďŶější ŵoderŶí ŵetodLJ detekĐe ŵutaĐí DNA - miniaturizace a auto pc vyhodnocení - rLJĐhlá aŶalýza většího počtu ŵutaĐí Metody detekce specifických mutací VLJšetřeŶí vzorku DNA Ŷa přítoŵŶost zŶáŵé specifické mutace – je jedŶodušší Ŷež vyhledávat neznámé mutace - lze použít u oŶeŵoĐŶěŶí, kde ŵá většiŶa postižeŶýĐh osoď ϭ Ŷeďo oŵezeŶý počet mutací (srpkovitá anémie, cystická fibrosa, achondroplasie  PCR – RFLP V ŶěkterýĐh případeĐh, kdLJ ŵutaĐe vLJtváří Ŷeďo ruší restrikčŶí ŵísto pro určitý restrikčŶí eŶzLJŵ a zároveň je příčiŶou oŶeŵoĐŶěŶí. - metodou PCR se amplifikuje úsek DNA s restrikčŶíŵ ŵísteŵ →Ŷásleduje restrikĐe speĐifiĐkýŵ restrikčŶíŵ enzymem a gelová elektroforéza - velikost produktů PCR zjištěŶá Ŷa gelu odhalí přítoŵŶost nebo absenci mutace v dané sekvenci  ASO AlelŶě speĐifiĐké oligoŶukleotidLJ – syntetizovány k detekci bodové nukleotidové diference v sekvenci DNA - krátké řetězĐe ϭ5-ϭ9 Ŷukleotidů koŵpleŵeŶtárŶí k části sekveŶĐe geŶu, která obsahuje místo se záŵěŶou Ŷukleotidu - po ozŶačeŶí je lze použít jako krátké soŶdLJ DNA, které hLJďridizují s amplifikovanou cílovou DNA - používají se oďě ŵožŶé sekveŶĐe ASO daŶé oďlasti – komplementární k standardní DNA a k mutantní sekvenci DNA - každá soŶda je hLJďridizována s testovaŶou DNA separátŶě - lze vLJužít SoutherŶ ďlot Ŷeďo ďodovou hLJďridizaĐi ;Ŷa ŶitroĐelulózovou Ŷeďo ŶLJloŶovou ŵeŵďráŶu se ŶaŶese vodŶý roztok testovaŶé DNA a vLJsušeŶ, po deŶaturaĐi a hLJďridizaĐi se zŶačeŶou soŶdou Ŷásleduje autoradiografieͿ - použití ASO uŵožňuje hLJďridizaĐi s komplementární DNA, ale s DNA, kde je bodová mutace, k hybridizaci nedochází Diagnostika expanze trinukleotidů Některé ĐhoroďLJ souvisí s expanzemi trinukleotidových sekvencí  Huntington – amplifikace oblasti genu s repeticemi (CAGͿŶa elektroforéza produktů PCR v polLJakrLJlaŵidovéŵ gel → počet repetiĐ souvisí s rozvojeŵ oŶeŵoĐŶěŶí IV. )ákladLJ ďuŶěčŶé a ŵolekulárŶí ďiologie 9  Syndrom fragilního X – podŵíŶěŶ edžpaŶzí repetiĐe CGG - detekce Southern hybridizací - začíŶá v úsecích genu s ŶejvLJššíŵ výskLJteŵ ŵutaĐí a při ŶegativŶíŵ výsledku pokračuje postupŶýŵ testováŶíŵ všeĐh úseků geŶu, po zjištěŶí ŵutaĐe u postižeŶého jsou vLJšetřeŶi ostatŶí čleŶové rodiŶLJ ĐíleŶě Ŷa výskLJt této ŵutaĐe IV. )ákladLJ ďuŶěčŶé a ŵolekulárŶí ďiologie 1 27. DNA a RNA viry – struktura a replikace VirLJ jsou ŶeďuŶěčŶé orgaŶisŵLJ. Jsou tvořeŶLJ: - DNA nebo RNA - Proteiny - Asi ϭϬϬϬ dž ŵeŶší Ŷež ďakterie VšeĐhŶLJ virLJ jsou plŶě závislé Ŷa hostitelskýĐh ďuňkáĐh. → ŵiŵo ďuňku nejsou schopné reprodukce a metabolismu. Vykazují vysokou druhovou a orgánovou specifitu k ďuňkáŵ, kde parazitují → dělíŵe je na: ŽivočišŶé Rostlinné Bakteriofágy Podílejí se Ŷa vzŶiku ŵutaĐí u eukarLJot → způsoďují ŵŶoho Đhoroď → uŵí vLJvolat Ŷádorové bujení Z hlediska geŶetiĐkého je dělíŵe podle ϯ vlastŶostí i. Typu NK (nukleové kyseliny) ii. Počtu řetězĐů NK ; ϭŶeďo ϮͿ iii. Podle strukturLJ virioŶu ;přítoŵŶost Ŷeďo Ŷe oďaluͿ VirioŶLJ: jsou zralé virové partikule, jejiĐhž geŶoŵ je oďaleŶ proteiŶovýŵ oďaleŵ  Tvar: kulovité, tLJčiŶkovité, vlákŶité  Proteinový obal: kapsidu → oďaluje ŵolekulu NK  Kapsida oďsahuje většíĐh ideŶtiĐkýĐh podjedŶotek kapsomer  Kapsomery → složeŶé z proteiŶů kódovaŶýĐh geŶLJ virů Obalené viry = ŵají kroŵě kapsidLJ ještě další oďal tvořeŶý dvouvrstvou proteiŶů a lipidů ;jako ďuŶěčŶá ŵeŵďráŶaͿ → získávají ho ;oďalͿ uvolňováŶíŵ z hostitelskýĐh ďuŶěk edžoĐLJtosou. VŶější oďal oďsahuje ještě glLJkoproteiŶLJ ;→ speĐifiĐké pro každý virusͿ proti Ŷiŵ ŵůže být vyvolána imunitní reakce Bakteriofágy se skládají z hlavičkLJ a ďičíku - Hlavička: tvořeŶa proteiŶLJ a uvŶitř je DNA - Bičík: truďičkou, která je oďaleŶa koŶtraktilŶíŵi proteiŶeŵ a zakoŶčeŶa destičkou s proteolLJtiĐkýŵi eŶzLJŵLJ → z destičkLJ vLJďíhají fiŵďrie → tíŵ se zaĐhLJtává vir Ŷa povrch bakterie v ŵístě reĐeptoru → NK je traŶsportováŶa dutiŶou ďičíku z kapsidy do cytoplasmy bakterie IV. )ákladLJ ďuŶěčŶé a ŵolekulárŶí ďiologie 2 Živočišné viry proŶikají jiŶak → váží se Ŷa speĐifiĐké reĐeptorLJ a do ďuŶěk eŶdoĐLJtósou včetŶě kapsidLJ a lipoproteiŶového oďalu → tLJ oďalLJ jsou rozštěpeŶLJ lLJsozoŵLJ ďuňkLJ a NK se uvolŶí do ďuňkLJ GENOM VIRŮ TvořeŶ ϭ ŵolekulou NK, DNA Ŷeďo RNA NK ŵohou ďýt jedŶořetězĐové Ŷeďo dvouřetězĐové, liŶeárŶí Ŷeďo ĐirkulárŶí GeŶoŵ virů - NejŵeŶší ŵají jeŶ ϯ-4 geny - Největší Ŷěkolik ϭϬϬ geŶů Struktura NK je důležitá pro ŵaĐhisŵus její replikaĐe a traŶskripĐe v HB ;hostitelské ďuňĐeͿ a. DvouřetězĐová DNA – ŵůže ďýt příŵo ŵatriĐí pro virovou ŵRNA b. JedŶořetězĐová DNA – ŵusí ďýt Ŷejprve doplŶěŶ druhý koŵpleŵetr.řetězeĐ DNA polymerasami → teŶ pro ŵatriĐi ŵRNA c. DvouřetězĐová RNA - ŵůže ďýt příŵo ŵatriĐí pro ŵRNA d. JedŶořetězĐová RNA +– Ŷejprve přepsáŶa do RNA a opačŶou polarizaĐí - → teŶ matricí pro mRNA e. JedŶořetězĐová RNA s - → příŵo ŵatriĐí pro ŵRNA RNA VIRY Retroviry = genom je tvořeŶ Ϯ-řetězĐovou RNA → v kapsidě jsou Ϯ ideŶtiĐké ssRNA spolu s reverzní transkriptasou. GeŶoŵ ŵá ϯ geŶLJ ;gag,pol, eŶvͿ → - geŶ pol koduje revezrŶí traŶskriptázu → uŵožňuje přepis RNA do DNA → iŶtegraf začleŶí DNA do geŶoŵu hostitele - gen gag kóduje proteiny kapsidy - gen env kóduje proteiny obalu Oba konce retroviru mají shodné úseky LTR s regulačŶíŵi eleŵeŶtLJ → koŶtrolují geŶovou expresi. ReverzŶí traŶskriptáza vLJužívá jako priŵer Ŷěkterou tRNA hostitelské ďuňkLJ → ŵá hoŵologŶí sekveŶĐi s úsekeŵ RNA viru → polLJŵeraĐe Ŷového řetězĐe DNA pokračuje podle RNA ve sŵěru od ρ →ϯ → sLJŶtéza je dokoŶčeŶa → virová RNA je odďouráŶa riďoŶukleasou ;poŶeĐháŶ pouze ŵalý úsek → slouží jako priŵer pro koŵpl.řetězeĐ DNAͿ → retrovirová dsDNA je iŶtegrováŶa do Đhroŵosoŵu hď Př. HIV → váže se Ŷa T-lLJŵfoĐLJtLJ → AIDS viry po napadení hostitelské ďuňkLJ vLJužívají reverzŶí traŶskriptázu a svou RNA k sLJŶtéze koŵpleŵeŶtárŶí DNA, jež je začleŶěŶa do geŶoŵu ŶapadeŶé ďuňkLJ a ve výsledku pozŵěňuje její ŵetaďolisŵus, Đož vede k pozdějšíŵ zŵěŶáŵ ve fuŶkĐíĐh vireŵ poškozeŶé ďuňkLJ IV. )ákladLJ ďuŶěčŶé a ŵolekulárŶí ďiologie 3 Podle přítoŵŶosti dodatečŶýĐh lipidových a ďílkoviŶŶýĐh oďalů se stejŶě jako DNA viry dělí na o neobalené viry – Ŷapř. pikornaviry ;virLJ dětské oďrŶLJ, virus slintavky a kulhavky aj.) o obalené viry – Ŷapř. ortoŵLJdžovirLJ ;virLJ ĐhřipkLJͿ V hostitelské ďuňĐe se ŶorŵálŶě ŶevLJskLJtuje RNA depeŶdeŶtŶí RNA polymeráza, takže si jej ŵusí virové částiĐe kódovat ;+RNA virLJͿ či příŵo přiŶést s seďou ;-RNA). Představitelé RNA virů RNA virů edžistuje velké ŵŶožství. JejiĐh tLJpiĐkýŵi představiteli jsou:  virus ĐhřipkLJ  virus klíšťové eŶĐefalitidLJ  virus dětské oďrŶLJ  virus hepatitidy A, C, D a E (naproti tomu virus hepatitidy B je DNA retrovirus)  virus tabákové mozaiky  virus slintavky a kulhavky  hantavirus  koronavirus ;způsoďujíĐí ŵj. SARS) DNA VIRY DNA viry jsou viry, které ve své částiĐi ;virionu) obsahují deoxyribonukleovou kyselinu (DNA). DNA ŵůže v těĐhto vireĐh oďsahovat jedeŶ Ŷeďo dva řetězĐe  ssDNA – jedŶořetězĐová DNA  dsDNA – dvouřetězĐová DNA Podle přítoŵŶosti dodatečŶýĐh lipidových a ďílkoviŶŶýĐh oďalů se oďdoďŶě jako RNA viry dělí Ŷa  obalené viry – Ŷapř. Herpes viry ;půsoďí iŶfekčŶí oparLJͿ  neobalené viry – Ŷapř. Adenoviry (infekce dýchacích cest) Představitelé DNA virů:  Herpes viry  Poxiviry – virLJ pravýĐh ŶeštoviĐ  Lidský papilomavirus  virus hepatitidy B ;Ŷaproti toŵu ostatŶí tLJpLJ hepatitidLJ způsoďují RNA virLJͿ REPLIKACE ϭ. RozrušeŶí kapsidLJ Ϯ. Virová RNA je příŵo vLJužita jako ŵRNA a je překládáŶa do řetězĐů aŵiŶokLJseliŶ Ŷa ďuŶěčŶýĐh riďoróŵeĐh ďezprostředŶě po průŶiku do ďuňkLJ. ϯ. ReplikaĐe virového geŶoŵu proďíhá přes dsRNA za účasti virové RNA polLJŵerázLJ ;sLJŶtetizovaŶé po iŶfekĐi ďuňkLJͿ IV. )ákladLJ ďuŶěčŶé a ŵolekulárŶí ďiologie 4 REPRODUKCE RETROVIRŮ - BAKTERIOGÁG - ŶerozŵŶožují se autoŶoŵŶě - vLJužívají traŶskripčí a traŶslačŶí aparát hostitelské ďuňkLJ ;vLJužívají její zdroje eŶergie a ŵetaďolitů pro replikaĐi, traŶskripĐi i traŶslaĐi - reprodukĐe ŵůže proďíhat jako klasiĐká virová iŶfekĐe Lytický cyklus - viry se v hostitelské ďuňĐe poŵŶoží →lLJzují hď → stovkLJ uvolŶěŶýĐh viroŶů Ŷapadají další ďuňkLJ Lyzogenní - NK viru se začleŶí do hď ale Ŷereplikují se → začleŶí se jeŶ do geŶoŵu hostitelské ďuňkLJ. Je reverziďilŶí Lytický cyklus ProzkouŵáŶo u ďakteriofágů → přiĐhLJtí se Ŷa povrĐh ďakterie→ iŶfikují svou DNA do cytoplasŵLJ ďakterie → jakŵile taŵ proŶikŶe je potlačeŶa sLJŶtéza ďakteriálŶí DNA, RNA půsoďeŶíŵ časných virových proteinů → replikaĐe a traŶskripĐe virové DNA ;RNAͿ → v ½ reprodukčŶího ĐLJklu sLJŶtéza pozdních vir.proteinů → vLJtvoří kapsidu a ďičík ďakteriofága → koŵlepeŶtováŶí virioŶů → ĐĐa ϭρ ŵiŶut a ŵáŵe prvŶí koŵplet virioŶLJ → oďjeví se lLJsozoŵ → způsoďí lýzu ďakterie Bakterie se mohou bránit svými DNA-restriktázaŵi → štěpí Đizí DNA v signálních sekvencích → virLJ se Ŷa to ale adaptovalLJ zařadilLJ ρ-hydroxymethLJlĐLJtosiŶ Ŷa ŵísto ĐLJtosiŶu → restriktázLJ to Ŷeuŵí rozštěpit → virLJ ŵají výhodu Medicína Některé virLJ se Ŷaváží pouze Ŷa reĐeptorLJ a proŶikŶou eŶdoĐLJtosou→ HIV virus se váže Ŷa CDκ reĐeptorLJ T lLJŵfoĐLJtů IV. )ákladLJ ďuŶěčŶé a ŵolekulárŶí ďiologie 5 AŶtigeŶLJ virů jsou vestavěŶLJ do ďuŶěčŶé ŵeŵďráŶLJ → T-lymfocyty to rozpoznají a destruují ďuňkLJ ŶapadeŶé virLJ. Paŵěťové ďuňkLJ ĐhráŶí před opakovaŶýŵ oŶeŵoĐŶěŶíŵ → ďohužel vir ŵůže ŵutovat → zŵěŶí svoji aŶtigeŶŶí výďavu ˇje toŵu tak u ĐhřipekͿ → proto se před Ŷí Ŷelze iŵuŶizovat a očkováŶí je ďlďost!! Lyzogenní cyklus Po infekci viru nedojde k replikaci ani transkripci virové DNA. Viry, které nezahájí po vstupu do ďuňkLJ lLJtiĐký ĐLJklus = ŵírŶé, teŵperovaŶé. Virová DNA → zŵěŶí se Ŷa ĐirkulárŶí a včleŶí se do Đhroŵosoŵu hď → provirus → replikuje se součastŶě s DNA hb ;ŵůže ďýt zařazeŶa i RNA – ŵusí se ale přepsat do DNAͿ →provirus je začleŶěŶ → děleŶí ďuŶěk → vzŶik lLJzogeŶŶího kloŶu → provirus se ŵůže uvolŶit z chromosomu a následuje lytický cyklus reprodukce viru K uvolŶěŶí proviru doĐhází jeŶ ojediŶěle. půsoďeŶíŵ ŵutageŶů – UV lze indukovat lyzogenní cyklus REKOMBINACE - Může dojít k rekoŵďiŶaĐi při sŵěsŶýĐh iŶfekĐíĐh ;=iŶfikováŶí ďakterií dvěŵa tLJpů virů součastŶěͿ - → proŶikŶou součastŶě Ϯ růzŶé virLJ → diploidŶí stav ̧jejiĐh řetězĐe DNA se mohou rekombinovat IV. Základy buněčné a molekulární biologie 28. ÚLOHA PROTOONKOGENŮ A TUMORSUPRESOROVÝCH GENŮ PROTOONKOGENY protoonkogeny se účastní regulace buněčného růstu, proloferace a diferenciace buněk, geny normální, netransformované buňky, nemají negativní vliv na buňku protoonkogen má onkogenní potenciál (tzv. geny se skrytým onkogenním potenciálem) dojde-li k mutaci protoonkogenů, může se změnit na onkogen (gen nádorové b.) – jejich produkty onkoproteiny jsou odpovědné za změny regulace proliferace a diferenciace bb. onkogeny vzniklé mutací protoonkogenů somatických buněk = tzv. celulární onkogeny (c–onc) geny nacházející se v genomu některých retrovirů, RNA virů s onkogenním potenciálem = tzv. virové onkogeny (v-onc) jsou mutované → zrychlují buněčný cyklus dojde-li k mutaci protoonkogenů, mění se na onkogeny a jejich aktivita získává tumorigenní charakter Ačkoliv se v genomu buňky každý gen vyskytuje ve dvou kopiích, u protoonkogenů stačí mutace v jedné kopii genu k odstartování maligní transformace (můžeme se setkat s označením - dominantní onkogeny) Produkty protoonkogenů = onkoproteiny onkoproteiny jsou proteiny velmi podobné (někdy i shodné) s bílkovinami kódovanými protoonkogeny normálních buněk, jejichž úkolem je řídit a kontrolovat růst, proliferaci, diferenciaci a zánik buněk klasifikují se do pěti tříd: →Třída I = růstové faktory – např. protoonkogen sis kóduje část biologicky aktivního b-řetězce růstového faktoru PDGF (odvozený z krevních destiček); hst kóduje růstový faktor fibroblastů (u nádorů prsu, jícnu a maligních melanomů je hst protoonkogen amplifikován a jeho zvýšená exprese je příčinou maligní transformace buňky) →Třída II = receptory pro růstové faktory – nejčastěji mají tyrosinkinasovou aktivitu - tyrosinkinasy lokalizované v plasmatické membráně – abl, src, přenos signálu z plazmatické membrány do cytoplazmy, protoonkogen HER-2/neu – v mutované formě v gliomech →Třída III = intracelulární převaděče signálu (proteiny vázající GTP – G proteiny) – intracelulární proteiny (GTPasy) působící spolu s tyrosinkinasami, podíl na 1 IV. Základy buněčné a molekulární biologie regulaci buněčné proliferace; gen. rodina ras: Jeden z nich, Gs-protein, aktivuje adenylylcyklasu, která produkuje cAMP. cAMP aktivuje proteinkinasu A, a tím další kaskádu signálních událostí, jež v konečném důsledku spustí určitou buněčnou funkci. Hydrolýza GTP (GTP-asová aktivita) podjednotkou G-proteinu vrací Gs-protein do inaktivního stavu. Mutací proto-onkogenu vzniká onkogen, který nemá GTP-asovou aktivitu systému, takže signál přetrvává a produkce cAMP neustává. Vysoká koncentrace cAMP v buňce způsobuje kupř. neregulovanou proliferaci pituitárních buněk a vede ke vzniku pituitárních tumorů. →Třída IV = nukleární transkripční faktory – protoonkogeny fos, jun, erb-A, myc kódují transkripční faktory (proteiny se specifickou funkcí), aktivovány MAP- kinasami, jejich produkty podněcují nebo tlumí transkripci cílových genů podílejících se na regulaci jednotlivých úseků buněčného cyklu →Třída V = proteiny kontrolující průběh buněčného cyklu – protoonkogeny myc a myb stimulují přechod z G 1 do S fáze, jejich zvýšená exprese → zkrácení klidového stadia G 1 před vstupem do S fáze → omezen čas pro opravy chyb v DNA Mechanismy měnící funkci protoonkogenů 1. Bodové mutace 2.Ovlivnění protoonkogenu virovým promotorem – např. insercí promotoru retroviru poblíž nebo do sekvence protoonkogenu 3.Amplifikace protoonkogenů - tandemové multiplikace, které mnohonásobně zvyšují počet kopií protoonkogenu 4.Chromosomální translokace - translokace zahrnující přemístění protoonkogenů mohou vyvolat 2 typy změn a.změnu regulace transkripce (kvantitativní změny) – např. zvýšení produkce růstového hormonu → zvýšení podnětů pro množení buněk, Burkittův lymfom 2 IV. Základy buněčné a molekulární biologie b. změny ve struktuře genu – následkem je syntéza změněného produktu (kvalitativní změny), odlišný produkt (chimérický onkoprotein) je příčinou poruchy regulace množení buněk; způsobeno bodovou mutací (substitucí nebo mikrodelecí), translokací Onkogenní retroviry mutace v buněčném genomu vedoucí k maligní transformaci mohou být způsobeny také onkogenními viry (nejčastěji retroviry) při infekci onkogenními retroviry vniká do eukaryotní buňky virová RNA, která je přepsána do molekuly DNA virovou reverzní transkriptázou (RNA- dependentní-DNA-polymerasa) → provirus se včlení do buněčného genomu a začne se chovat jako buněčný gen nedojde-li ke kompletní replikaci a uvolnění virových partikulí, viry mohou transformovat normální buňku na nádorovou podle schopnosti vyvolat nádory dělíme onkogenní retroviry na: a)pomalu transformující retroviry jejich genom obsahuje jen 3 geny: ogen gag – kóduje kapsidové proteiny ogen pol – nese informaci pro reverzní transkriptasu ogen env – nese informaci pro syntézu specifických glykoproteinů, které tvoří složky virového obalu maligní transformace je důsledkem např. mutace vyvolané integrací retroviru do genomu hostitelské buňky nebo zvýšení aktivity některého z buněčných protoonkogenů vlivem regulační oblasti genomu retroviru (LTR oblast) 3 IV. Základy buněčné a molekulární biologie a)rychle transformující retroviry kromě základních genů – gag, env, a pol - mají ve svém genomu ještě další gen – tzv.virový onkogen (v-onc) - kóduje protein odpovědný za onkogenezu nádory vznikají během 2 – 3 týdnů (v laboratorních podmínkách) př. Rousův sarkom kuřat (v-src) TUMORSUPRESOROVÉ GENY prvotní funkce - regulace buněčného cyklu → zabraňují, aby se buňka začala nekontrolovaně dělit na rozdíl od onkogenů musí být obě kopie tumor-supresorového genu v buňce vyřazeny z funkce (recesivní onkogeny), aby mohlo dojít k maligní transformaci hrají důležitou roli při dědičnosti nádorových onemocnění v normální zdravé buňce je zapotřebí, aby mutace postihla postupně obě kopie konkrétního tumor-supresorového genu pokud však jedinec po některém z rodičů zdědí již jednu kopii tumor- supresorového genu mutovanou (lze ho tedy považovat za heterozygota), potom stačí, aby mutace postihla jen tu zdravou kopii genu 4 IV. Základy buněčné a molekulární biologie Hereditární výskyt dítě zdědilo 1 nefunkční alelu (zárodečná mutace) druhá alela genu inaktivována (mutována) až později (somatická mutace) Sporadický výskyt – jde o nedědičnou formu onemocnění, dojde ke dvěma nezávislým somatickým mutacím Retinoblastomový gen Rb1 gen důležitý pro udržení buňky v klidovém stavu (v interfázi), zabraňuje nechtěnému spuštění procesu dělení buňky jeho produkt protein p105 (RB protein) se uplatňuje při regulaci transkripce, inaktivuje buněčné transkripční faktory genové rodiny E2F (ty jsou nezbytné pro expresi genů, které kódují proteiny potřebné pro replikaci DNA) RB protein inaktivován fosforylací a aktivován defosforylací komplex CDK4/Cyklin D fosforyluje komplex RB/E2F a tím uvolňuje transkripční faktor E2F, který dále umožní přechod buňky z fáze G 1 do S ztráta funkce Rb1 způsobena delecemi (nejčastěji), mitotickou nondisjunkcí, mitotickou rekombinací, unipaternální disomií (oba chromosomy původem od 1 z rodičů), chybným sestřihem při úpravě mRNA, bodovou mutací Ztráta regulující funkce Rb-genu v buněčném cyklu nebo nadměrná exprese c- myc vedou ke zvýšené proliferaci, ale také ke zvýšené apoptóze postižených buněk. Retinoblastom (maligní nádor oční sítnice) Rb1 je odpovědný za jeho vznik retinoblastom se vyskytuje u dětí (před pátým rokem) a postihuje vyvíjející se buňky sítnice – včasná diagnosa umožní lokální terapií (laserem) vyléčit oko, pozdní diagnosa → chirurgické odstranění oka, neléčeno včas → smrt výskyt retinoblastomu hereditární (nádor vzniká dříve, postižení očí bilaterální a multifokální) i sporadický (nález malignity je unilaterální, nádor vzniká v pozdějším věku) sekvenční analýza DNA izolované z periferní krve a z retinoblastomů pacientů s hereditárním výskytem nádoru potvrdila Knudsonovu teorii dvou zásahů vedoucích ke ztrátě funkce Rb1, navíc v nádor. buňkách zaznamenala ztrátu vrozené heterozygozity na chromozomu 13 (LOH – loss of heterozygosity) pro řadu genů lokalizovaných poblíž genu Rb1 Tumor-supresorový gen TP53 kontroluje buněčný cyklus – reguluje průběh interfáze → „strážce genomu“ na chromozomu 17p13, 393 kodonů 5 IV. Základy buněčné a molekulární biologie reaguje na poškození DNA dočasným zastavením buněčného cyklu mezi G1 a S fází (1. kontrolní bod buněčného cyklu) – zastavení umožňuje kontrolu DNA před replikací a reparací a reparaci získaných mutatcí TP53 přímo nezpůsobí zastavení cyklu ani reparaci, ale vše probíhá prostřednictvím genů, jejichž transkripční aktivitu řídí TP53 produkuje protein p53, který má funkci transkripčního faktoru – tetramery proteinu p53 se váží s promotory mnoha genů a aktivují jejich transkripci TP53 se uplatňuje i v 2. kontrolním bodě interfáze – pozastavením buněčného cyklu v tomto období umožňuje tzv. postreplikační repair TP53 dále vyvolává a koordinuje apoptózu, když reparace DNA není úspěšná Přehled některých recesivních onkogenů podmiňujících nádorová onemocnění symbol (gen) název genunádorové onemocnění (mutace genu) APCgen adenomatózní polypózy tl. střeva kolorektální karcinom karcinom pankreatu desmoidy hepatoblastom BRCA1gen I pro familiární karcinom prsu n. vaječníku hereditární karcinom prsu n. vaječníku 6 IV. Základy buněčné a molekulární biologie BRCA2gen II pro familiární karcinom prsu n. vaječníku hereditární karcinom prsu n. vaječníku CDH Igen pro kadherin Ifamiliární karcinom žaludku lobulární karcinom prsu CDNK2A gen inhibitoru cyklin-dependentní kinázy 2A (p16) maligní melanom kůže EP300gen vazebného proteinu 300 (kD- EIA) karcinomy kolorektální karcinom pankreatu karcinom prsu 7 IV. Základy buněčné a molekulární biologie 29. BUNĚČNÝ CYKLUS, ÚLOHA KOMPLEXU CYKLINŮ A CDKS posloupnost vzájemně koordinovaných procesů, které vedou od 1 buněčného dělení k následujícímu buněčnému dělení  je definován obdobím od vzniku buňky, kdy se mateřská buňka rozdělí na dvě dceřiné, až do stadia, kdy dojde opět k rozdělení na další dvě buňky dceřiné rozdělení na buňky dceřiné = vegetativní reprodukce, zdvojení genetického materiálu cyklus buněčného dělení rychle se dělících buněk obvykle trvá 24 hodin z toho na mitózu připadá asi 30 min, na G1-fázi 9 h, na S-fázi 10 h a G2-fázi 4,5 hodin některé buňky lidského těla, neurony nebo buňky oční čočky, zůstávají v G0-fázi (klidové stádium) po celý život jedince během buněčného dělení se tedy zdvojí počet chromosomů a obě sady chromosomů se rozdělí spolu s obsahem organel do každé dceřiné buňky má dvě stadia: mitózu a interfázi INTERFÁZE je období mezi dvěma mitózami (děleními) buňky (není viditelné v mikroskopu) G 1 fáze, S fáze, G 2 fáze G 1 fáze o1.přípravná fáze okončí zahájením replikace jaderné DNA oprůběh: zdvojení buněčné hmoty, intenzivní syntetické procesy – RNA + proteinů → buňka roste, vytváří se zásoba nukleotidů a syntetizují se enzymy pro budoucí replikaci jaderné DNA oleží zde hlavní kontrolní uzel cyklu 1 IV. Základy buněčné a molekulární biologie S fáze osyntetická oreplikace jaderné DNA ( zdvojení množství DNA) omechanismus replikace DNA : -DNA helikáza  rozplétání dvouvláknové DNA -DNA polymerasa  vlastní replikace DNA -Telomerasa: dosyntetizuje DNA na koncích chromosomu ona konci  chromatidy spojeny v místě centromery; dvojnásobná genová výbava buněk G 2 fáze o2.přípravná ozávislá na dokončení replikace DNA v S fázi oprůběh: syntéza a aktivace proteinů (ke kondenzaci chromozomů, ke tvorbě mitotického aparátu a destrukci jaderného obalu), končí zahájením mitózy oleží 2. kontrolní uzel buněčného cyklu – rozhoduje o tom, zda buňka do mitózy skutečně vstoupí M fáze omitotická ojaderné dělení, poslední etapa buněčného cyklu o5 stádií mitózy (viz. otázka Mitóza) MITÓZA = M-fáze trvá 1-2 hodiny, chromosomy kondenzují, vytvoří se mitotické vřeténko dělení buněčného jádra se nazývá karyokineze, rozdělení na dvě buňky dceřiné je cytokineze genetický materiál se rozdělí při dělení rovnoměrně rozdělujeme na: PROFÁZE ochromosomy se zkracují, kondenzují a stávají se viditelnými v OM ojaderný obal je zachován, jadérka se rozpadají až úplně vymizí ozačíná tvorba dělicího vřeténka (mimo jádro) oveškerý genetický materiál je znásobený (chromozomy jsou zdvojené) o2 sesterské chromatidy jsou stále spojeny v centromeře PROMETAFÁZE opřechodná fáze mezi profází a metafází ozaniká jaderná membrána a kondenzované chromozomy se nyní nacházejí v cytoplazmě opokračuje kondenzace chromosomů opřipojení mikrotobulů k chromosomům 2 IV. Základy buněčné a molekulární biologie otvorba kinetochor ochromozomy se dostávají postupně do ekvatoriální roviny omizí jádro i jadérko METAFÁZE ochromosomy jsou seřazeny v ekvatoriální rovině ocentromery všech chromosomů leží v 1 rovině – kolmo k ose vřeténka opohyb chromozomů po mikrotubulech dělícícho vřeténka směrem do středu buňky je zprostředkován kinetochory omikrotubuly dělícího aparátu se zkracují nebo prodlužují (podle potřeby) otrvá tak dlouho, dokud všechny chromosomy nejsou seřazeny v ekvatoriální rovině okinetochory, které nejsou dosud připojené vysílají inhibiční signál, který oddaluje nástup anafáze odohled nad tímto dějem má metafázní kontrolní bod sledující připojení chromosomů k vřeténku ourčité chemické látky mohou tento kontrolní bod aktivovat a zastavit metafázi na několik hodin až dní ANAFÁZE ozačíná náhle oddělením sesterských chromatid jednotlivých chromosomů po celé jejich délce otakto oddělené chromatidy se stávají samostatnými chromosomy o2 procesy -anafáze A – pohyb chromosomů k protilehlým pólům vřeténka -anafáze B – oddalování pólů vřeténka od sebe a tím celkové prodlužování buňky oroztržení chromozomů v centromerách zkracováním mikrotubulů dělícího vřeténka oje to nejkratší fáze mitózy (trvá jen několik minut) opóly vřeténka se od sebe vzdalují TELOFÁZE opokračuje proces oddalování pólů a prodlužování dělícího vřeténka ozánik dělícího vřeténka, despiralizace chromozomů – chromozomy přestávají být viditelné, vzniká jaderná membrána a jadérka, počátek cytokineze ovznik dvou dceřiných buněčných jader a oddělení cytoplazmy CYTOKINEZE orozdělení cytoplazmy, které dokončuje M-fázi buněčného cyklu o bezprostředně navazuje na mitózu omateřská buňka se rozdělí na dvě dceřiné buňky 3 IV. Základy buněčné a molekulární biologie ozajišťuje přibližně rovnoměrné rozdělení ostatních komponent buňky (cytoplazma, organely) ovětšinou začíná v průběhu mitotické anafáze o nová buněčná hranice vzniká v ekvatoriální rovině mitotického vřeténka o proběhne rekonstrukce buněčného jádra a cytoplazmy obou buněk do interfázové podoby o je rekonstruován i jaderný obal o chromosomy jsou rozvolněny o jadérko je obnoveno a tím jsou zahájeny procesy G1 fáze ÚLOHA KOMPLEXU CYKLINŮ A CDKS vlastní průchod buňky jednotlivými úseky buněčného cyklu je řízen časově vymezenou aktivitou komplexů cyklinů a cyklindependentních kinas Proteiny řídícího systému 1. Cykliny - 8 typů (A-H) 2. Cdk - protein kinasy (cyclin dependent protein kinases) - 7 typů = enzymy, které katalyzují fosforylaci jiných proteinů 4 IV. Základy buněčné a molekulární biologie CdK proteiny navozují postupně probíhající pochody tím, že fosforylují seriny a threoniny cílových proteinů – k jejich aktivaci je potřeba vazba s cykliny, teprve komplex Cdk proteinu s cyklinem má proteinkinázovou aktivitu cyklické napojování a odpojování cyklinu od CdK molekul s jeho následnou degradací, jsou považovány za hlavní funkce umožňující navození postupných pochodů buněčného cyklu komplex CdK/cyklin má funkci regulační, cykliny pak katalytickou přítomností cyklinu je indukovaná aktivita komplexu díky konformační změně cdk vyvolané jeho navázáním (protein-protein nekovalentní vazba) intracelulární koncentrace cyklinů je závislá na míře genové exprese, na rozdíl od koncentrace cdks, která kolísá v průběhu cyklu málo aktivita komplexů cyklinů/cdks je regulována i vlivem inhibitorů komplexů cykliny/cdks = jde o produkty tumorsupresorových genů, které jsou schopny zcela zastavit buněčný cyklus 5 IV. Základy buněčné a molekulární biologie 30. REGULACE BUNĚČNÉHO CYKLU, ÚLOHA TUMORSUPRESOROVÝCH GENŮ REGULACE BUNĚČNÉHO CYKLU podstatou regulace – vzájemná interakce všech fází buněčného cyklu důsledek špatné regulace buněčné proliferace – nádorové bujení regulace zajištěna hlavně zastavením cyklu v kontrolních bodech : G 1 , G 2 a M fáze, když je poškozená DNA, nesprávně vytvořené mitotické vřeténko nebo špatné napojení chromosomů k vřeténkům kontrolní body: G 1  blokáda buněčného cyklu jsou-li buněčný růst nebo okolní podmínky nepříznivé pro další dělení –pro překonání hlavního G 1 bodu je nutná přítomnost růstových faktorů (mitogenů), pokud již buněčný cyklus vstoupil do S fáze může být dokončen bez přítomnosti mitogenů G 2  zastavení buněčného cyklu není-li dokončena replikace DNA event. je-li DNA poškozena M  na přechodu metafáze – anafáze  stop nejsou-li chromosomy řádně připevněny k mitotickému vřeténku Proteiny řídícího systému 1. Cykliny - 8 typů (A-H) 2. Cdk - protein kinasy (cyclin dependent protein kinases) - 7 typů = enzymy, které katalyzují fosforylaci jiných proteinů CdK proteiny navozují postupně probíhající pochody tím, že fosforylují seriny a threoniny cílových proteinů – k jejich aktivaci je potřeba vazba s cykliny, teprve komplex Cdk proteinu s cyklinem má proteinkinázovou aktivitu cyklické napojování a odpojování cyklinu od CdK molekul s jeho následnou degradací, jsou považovány za hlavní funkce umožňující navození postupných pochodů buněčného cyklu komplex CdK/cyklin má funkci regulační, cykliny pak katalytickou Geny, účastnící se regulace protoonkogeny a tumorsupresorové geny protoonkogeny = regulace buněčného růstu, proliferace a diferenciace bb – jejich produkty se účastní řízení buněčného cyklu, jejich přítomnost je nutná k překonání G 1 kontrolního bodu 1 IV. Základy buněčné a molekulární biologie tumorsupresorové geny (Rb gen a gen TP53) = regulace buněčného cyklu - jejich produkty zamezují aktivitu komplexu řídícího systému → podílejí se na zastavení buněčného cyklu především v G 1 kontrolním bodu mutace protoonkogenů – jejich zvýšená exprese - nadměrná buněčná proliferace mutace genů tumorsupresorových – nekontrolovatelný buněčný cyklus – nádorová bujení gen Rb1  dlouhé raménko ch. 13  ve všech somatických bb. + neustále - jen se střídá jeho fosforylace a defosforylace  produkt: protein Rb - jaderný fosfoprotein - fosforyluje různé proteinkinasy  regulace bb. dělení, diferenciace, indukce apoptózy  positivní regulační účinek - při diferenciaci negativní reg. účinek - buněčný cyklus  aktivní - pokud nefosf. nebo málo fosforylovaný  hlavní cíl aktivního: TF - řídí aktivitu genů, ké se podílejí na progresi cyklu, syntéze DNA a apoptóze  komplex pRb+TF - potlačení transkripce genů, jejichž produkty jsou nutné pro přechod do S fáze  dochází k ZASTAVENÍ CYKLU  neaktivní forma - vede k uvolnění pRb z vazby s TF  v průběhu S, G2 a M fáze gen TP53  krátké raménko ch. 17  fce: podíl na zastavení cyklu v kontrolním bodě G1, i v G2, indukce apopt.  regulace exprese - poškozením DNA, stresem (hypoxie, nedostatek RF...) –zvýšení exprese –zvýšení stability p53 (prodloužení poločasu degradace)  reakce bb. na aktivaci p53 závisí na hladině p53, buněčném typu a na dalších reg. pr (pRb)  produkt: p53 - jaderný fosfoprotein Faktory stimulující proliferaci růstové faktory většinou glykosylované proteiny váží se na membránové receptory s enzymatickou aktivitou (tyrosinkináza) i steroidní hormony, které se narozdíl od glykosylovaných proteinů váží k nitrobuněčným receptorům některé růstové faktory proliferaci stimulují i inhibují příklady: –PDGF, EGF – epidermální růstový faktor 2 IV. Základy buněčné a molekulární biologie –EPO- erytropoetin, navodí proliferaci pouze prekursorů erytrocytů –FGF, NGF, GGF –IL-2 stimuluje proliferaci aktivovaných T lymfocytů –IL-3 kaskáda navázání růstového faktoru k membránovému receptoru s enzymatickou aktivitou – předávání signálu cytosolem = kaskáda fosforylací proteinů – jádro = exprese genů (geny časné odpovědi – geny pozdní odpovědi) ukotvení regulace buněčného dělení je závislá kromě přítomnosti růstových faktorů též na organisaci cytoskeletu – ta je ovlivněna ukotvením buňky např.lamin a fibronektin Faktory inhibující proliferaci nedostatek růstových faktorů, přítomnost produktů onkosupresorových genů produkty tumor-supresorových genů – proteiny p15, p16, p21, p27 Rb gen – tumor-supresorový gen, retinoblastomový gen - hlavní negativní regulátor buněčného cyklu, mutace podmiňuje vznik retinoblastomu onkosupresorový gen TP53 – zastaví buněčný cyklus před vstupem do S fáze, je-li DNA poškozena – konečný důsledek – zástava replikace DNA, apoptóza mutace genu TP53 - hlavní podíl v genezi lidských nádorů TUMORSUPRESOROVÉ GENY prvotní funkce - regulace buněčného cyklu → zabraňují, aby se buňka začala nekontrolovaně dělit na rozdíl od onkogenů musí být obě kopie tumor-supresorového genu v buňce vyřazeny z funkce (recesivní onkogeny), aby mohlo dojít k maligní transformaci hrají důležitou roli při dědičnosti nádorových onemocnění v normální zdravé buňce je zapotřebí, aby mutace postihla postupně obě kopie konkrétního tumor-supresorového genu pokud však jedinec po některém z rodičů zdědí již jednu kopii tumor- supresorového genu mutovanou (lze ho tedy považovat za heterozygota), potom stačí, aby mutace postihla jen tu zdravou kopii genu Hereditární výskyt dítě zdědilo 1 nefunkční alelu (zárodečná mutace) druhá alela genu inaktivována (mutována) až později (somatická mutace) Sporadický výskyt – jde o nedědičnou formu onemocnění, dojde ke dvěma nezávislým somatickým mutacím 3 IV. Základy buněčné a molekulární biologie Retinoblastomový gen Rb1 gen důležitý pro udržení buňky v klidovém stavu (v interfázi), zabraňuje nechtěnému spuštění procesu dělení buňky jeho produkt protein p105 (RB protein) se uplatňuje při regulaci transkripce, inaktivuje buněčné transkripční faktory genové rodiny E2F (ty jsou nezbytné pro expresi genů, které kódují proteiny potřebné pro replikaci DNA) RB protein inaktivován fosforylací a aktivován defosforylací komplex CDK4/Cyklin D fosforyluje komplex RB/E2F a tím uvolňuje transkripční faktor E2F, který dále umožní přechod buňky z fáze G 1 do S ztráta funkce Rb1 způsobena delecemi (nejčastěji), mitotickou nondisjunkcí, mitotickou rekombinací, unipaternální disomií (oba chromosomy původem od 1 z rodičů), chybným sestřihem při úpravě mRNA, bodovou mutací Ztráta regulující funkce Rb-genu v buněčném cyklu nebo nadměrná exprese c- myc vedou ke zvýšené proliferaci, ale také ke zvýšené apoptóze postižených buněk. Retinoblastom (maligní nádor oční sítnice) Rb1 je odpovědný za jeho vznik retinoblastom se vyskytuje u dětí (před pátým rokem) a postihuje vyvíjející se buňky sítnice – včasná diagnosa umožní lokální terapií (laserem) vyléčit oko, pozdní diagnosa → chirurgické odstranění oka, neléčeno včas → smrt výskyt retinoblastomu hereditární (nádor vzniká dříve, postižení očí bilaterální a multifokální) i sporadický (nález malignity je unilaterální, nádor vzniká v pozdějším věku) sekvenční analýza DNA izolované z periferní krve a z retinoblastomů pacientů s hereditárním výskytem nádoru potvrdila Knudsonovu teorii dvou zásahů vedoucích ke ztrátě funkce Rb1, navíc v nádor. buňkách zaznamenala ztrátu vrozené heterozygozity na chromozomu 13 (LOH – loss of heterozygosity) pro řadu genů lokalizovaných poblíž genu Rb1 Tumor-supresorový gen TP53 kontroluje buněčný cyklus – reguluje průběh interfáze → „strážce genomu“ na chromozomu 17p13, 393 kodonů reaguje na poškození DNA dočasným zastavením buněčného cyklu mezi G1 a S fází (1. kontrolní bod buněčného cyklu) – zastavení umožňuje kontrolu DNA před replikací a reparací a reparaci získaných mutatcí TP53 přímo nezpůsobí zastavení cyklu ani reparaci, ale vše probíhá prostřednictvím genů, jejichž transkripční aktivitu řídí TP53 produkuje protein p53, který má funkci transkripčního faktoru – tetramery proteinu p53 se váží s promotory mnoha genů a aktivují jejich transkripci 4 IV. Základy buněčné a molekulární biologie TP53 se uplatňuje i v 2. kontrolním bodě interfáze – pozastavením buněčného cyklu v tomto období umožňuje tzv. postreplikační repair TP53 dále vyvolává a koordinuje apoptózu, když reparace DNA není úspěšná 5 IV. )ákladLJ ďuŶěčŶé a ŵolekulárŶí ďiologie 1 31. Ubikvitance a proteazomální degradace proteinů - DegradaĐe proteiŶů poŵoĐí proteazoŵů je veliĐe sofistikovaŶý proĐes, který se děje v rámci tzv. ubikvitin-proteazomového systému neboli tzv. ubikvitin-proteazomové cesty - Významnou roli v tomto procesu hraje malý protein ubikvitin, který ďLJl oďjeveŶ už v roce 1975, aŶiž ďLJ ďLJla zŶáŵa jeho fuŶkĐe - Již z Ŷázvu však plLJŶe, že teŶto proteiŶ se hojŶě vLJskLJtuje ve všeĐh eukaryotních ďuňkáĐh (je „ubikvitní“ čili „všude se vLJskLJtujíĐí“) - DŶes už víŵe, že uďikvitiŶ slouží ke zŶačeŶí proteiŶů v ději, jeŵuž říkáŵe ubikvitinace nebo ubikvitinylace proteinu. - VýzŶaŵ, rozŵaŶitost a koŵpledžŶí koŶtedžt ozŶačováŶí proteiŶů uďikvitiŶeŵ dŶes dosahuje úrovŶě dosud ŶejvýzŶaŵŶější posttraŶslačŶí ŵodifikaĐe proteiŶů, kterou je fosforylace Ubikvitinace IV. )ákladLJ ďuŶěčŶé a ŵolekulárŶí ďiologie 2  Procesy: 1. UďikvitiŶ je v ďuňĐe Ŷejprve vázáŶ ;aktivováŶͿ za spotřeďLJ ATP tzv. ubikvitin- aktivujícím enzymem E1. 2. NásledŶě je přeŶeseŶ Ŷa uďikvitiŶ-přeŶášejíĐí ;Ŷeďo uďikvitiŶ- konjugující) enzym E2. 3. Další přesuŶ uďikvitiŶu Ŷa protein, který má být degradován (dále PDG; nebo Ŷa vLJtvářejíĐí se řetězeĐ uďikvitiŶů Ŷa PDGͿ je podŵíŶěŶ ubikvitin-ligázou E3, která dokáže speĐifiĐkLJ rozpozŶat proteiny, jež ŵají ďýt degradováŶLJ. - eŶzLJŵLJ Eϭ a EϮ slouží převážŶě pouze k traŶsportu uďikvitiŶů, - Ŷaopak eŶzLJŵLJ Eϯ oďsluhují jejiĐh koŶečŶé ŶavázáŶí Ŷa PDG, rozpozŶaŶý právě těŵito eŶzLJŵLJ - Nejprve je tedLJ Ŷa PDG ŶavázáŶ prvŶí uďikvitiŶ, Ŷa Ŷěj pak druhý, Ŷa druhý třetí atd. - ) toho, že Eϯ eŶzLJŵLJ speĐifiĐkLJ rozpozŶávají růzŶé PDG, plLJŶe také to, že v ďuňkáĐh je ŵálo růzŶýĐh Eϭ ;v lidskýĐh ďuňkáĐh edžistují přiŶejŵeŶšíŵ dva Eϭ eŶzLJŵLJ, totiž Uďaς a UďeϭͿ a EϮ eŶzLJŵů, zatíŵĐo Eϯ eŶzLJŵů edžistuje rozŵaŶité ŵŶožství ;stovkLJͿ pro růzŶé skupiŶLJ proteiŶů, určeŶýĐh k degradaci  Ubikvitin-ligázy - Rozeznáváme základní dva rody ubikvitin-ligáz, které se liší přítoŵŶostí aktivní domény:  doménu HECT (homologous to E6-Associated Protein C-Terminus),  doménu RING (really interesting new gene) - NavíĐ kroŵě klasiĐké kaskádLJ Eϭ-E2-Eϯ dŶes už zŶáŵe také tzv. Eκ eŶzLJŵLJ, které se ŵohou podílet Ŷa prodlužováŶí polLJuďikvitiŶového řetězĐe  )půsoď vazďLJ uďikvitiŶů - NejďěžŶější způsoď vazďLJ dvou uďikvitiŶů v polLJuďikvitiŶovéŵ řetězĐi je přes lysin 48 (tzv. KκΘ řetězĐeͿ Ŷeďo lysin 63 ;tzv. Kςϯ řetězĐeͿ, edžistují však i řetězĐe uďikvitiŶů vázaŶé přes lLJsiŶ ς, ϭϭ, Ϯϳ, Ϯε či ϯϯ, - VýjiŵečŶě ďývají tLJto řetězĐe i rozvětveŶé - DŶes Ŷeuŵíŵe přesŶě říĐi, jaký je výzŶaŵ Đelé pestrosti těĐhto sigŶálů. )a „polibek smrti“ jsou považováŶLJ zejŵéŶa KκΘ řetězĐe, zatíŵĐo Kςϯ řetězĐe hrají předevšíŵ jiŶé role v ďuŶěčŶé sigŶalizaĐi - NedávŶo se však ukázalo, že také proteiŶLJ ozŶačeŶé Kςϯ řetězĐi ŵohou být rozpoznány proteazomy a degradovány v nich - Edžistuje dokoŶĐe ŵožŶost, že Kςϯ řetězĐe ŵohou ďýt přeŵěŶěŶLJ příŵo Ŷa ozŶačeŶéŵ proteiŶu Ŷa KκΘ řetězĐe IV. )ákladLJ ďuŶěčŶé a ŵolekulárŶí ďiologie 3 Deubikvitinace - V eukarLJotŶí ďuňĐe doĐhází kroŵě ubikvitinace proteiŶů také k jejiĐh deubikvitinaci. - Enzymy zodpovědŶé za teŶto proĐes se Ŷazývají deubikvitinázy a ozŶačují se zkratkou DUB. Můžeŵe je rozdělit do ŶásledujíĐíĐh pěti skupiŶ: 1. ubikvitin C-terminální hydrolázy, 2. ubikvitin specifické proteázy, 3. proteázy s doménou Machadovy-Josephovy nemoci, 4. proteázLJ z vaječŶíkovýĐh tuŵorů, 5. proteázy s JAMM doménou. ProteazoŵálŶí degradaĐe proteiŶů - ProstředŶiĐtvíŵ proteazoŵů jsou také degradováŶLJ defektŶí proteiŶLJ, které se ďuňĐe Ŷepodařilo sLJŶtetizovat správŶě ;asi ϯϬ% všeĐh ŶativŶíĐh proteiŶů v ďuňĐeͿ a jejiĐhž likvidaĐe proďíhá ihŶed ďěheŵ translace nebo krátce po ní - Jsou-li Ŷově sLJŶtetizovaŶé defektŶí proteiŶLJ uŵístěŶLJ vendoplazmatickém retikulu (ER) – a zde jde předevšíŵ o proteiŶLJ špatŶě poskládaŶé do terciárních struktur – podléhají proĐesu, v Ŷěŵž proteazoŵLJ spolupraĐují s ER a který se nazývá ERAD (endoplasmic reticulum-associated degradation) → Běheŵ ERADu je ŶesprávŶě poskládaŶý proteiŶ Ŷejprve ozŶačeŶ speĐifiĐkýŵ kódeŵ ;jedŶá se o glLJkaŶLJͿ, pak je traŶsportováŶ přes ŵeŵďráŶu ER do ĐLJtozolu a degradováŶ přilehlýŵi proteazoŵLJ - V případě ŶeŶativŶíĐh proteiŶů, které jsou špatŶě poskládáŶLJ a agregovány, dochází k jejich vychytávání v cytozolu pomocí dvou koŵpartŵeŶtů zvaŶýĐhJUNQ (juxta-nuclear quality control) a IPOD (insoluble protein deposit) →I tyto proteiny jsou nakonec degradovány v proteazomech - ProteazoŵLJ ovšeŵ zdaleka Ŷedegradují pouze defektŶí proteiŶLJ, Ŷýďrž se také výzŶaŵŶou ŵěrou podílejí Ŷa zpraĐováŶí fuŶkčŶíĐh proteiŶů ve sŵLJslu ovlivňováŶí jejiĐh fuŶkĐe - DegradaĐe Ŷějakého proteiŶu ŵůže ďýt důležitou součástí růzŶýĐh sigŶalizačŶíĐh dějů v ďuňĐe IV. )ákladLJ ďuŶěčŶé a ŵolekulárŶí ďiologie 4  Proteazom - ProteazoŵLJ jsou oďsažeŶLJ v ĐLJoplazŵě i v jádře, kde se volŶě a rLJĐhle pohybují - PřeŶos proteazoŵů z ĐLJtoplazŵLJ, kde je jiĐh víĐe, do jádra ;opačŶýŵ sŵěreŵ to ŶejdeͿ je Ŷaopak poŵalý - Běheŵ ŵitózLJ se oďě odděleŶé populaĐe proteazoŵů, jaderŶá a cytoplazmatická, mohou spojit a promísit - Celkové ŵŶožství proteazoŵů v ďuňĐe je ve stovkáĐh až tisíĐíĐh ŶaŶograŵů Ŷa ŵiligraŵ všeĐh ďuŶěčŶýĐh proteiŶů s tíŵ, že v rakovinných ďuňkáĐh ŵůže ďýt výrazŶě větší Ŷež ve zdravýĐh ďuňkáĐh - Protein, který na soďě Ŷese KκΘ polLJuďikvitiŶový řetězeĐ, ŵůže ďýt rozpoznán tzv. 26S proteazomem a degradován v Ŷěŵ -ϮςS proteazoŵ je ďěžŶý tLJp proteazoŵu, oďsažeŶý v ŶašiĐh ďuňkáĐh Skládá se ze dvou základŶíĐh částí: 1. ϮϬS proteazoŵ čili hlavní partikule (core particle), která ŵá tvar válĐe a v Ŷíž proďíhá samotná proteolýza PDG; 2. ϭεS proteazoŵ čili regulační partikule (regulatory particle), která se také nazývá PA700  Hlavní partikule - ϮϬS proteazoŵ se skládá Đelkeŵ ze čtLJř prsteŶĐů: dva vŶější jsou tvořeŶLJ sedmi α pojedŶotkami a dva vŶitřŶí sedŵi β podjedŶotkaŵi - AktivŶí ŵísta štěpíĐí proteiŶLJ jsou v β prsteŶĐíĐh a jsou oďráĐeŶLJ dovŶitř válce 20S proteazomu:  βϭ podjedŶotku s aktivitou podoďŶou kaspázám;  βϮ podjedŶotku s aktivitou podoďŶou trypsinu;  βρ podjedŶotku s aktivitou podoďŶou ĐhLJŵotrLJpsiŶu. - Kroŵě ďěžŶého ϮϬS proteazoŵu edžistují v ŶašiĐh ďuňkáĐh také iŶduĐiďilŶí proteazomy s jiŶýŵi aktivŶíŵi ŵístLJ ;βϭi, βϮi a βρiͿ, jež se Ŷazývají iŵuŶoproteazoŵLJ Ŷeďo sŵěsŶé proteazoŵLJ a hrají roli v iŵuŶitŶí odpovědi ďuŶěk Ŷa Đizorodé látkLJ - )Đela speĐiálŶí tLJp proteazoŵů edžistuje v ďrzlíku, jde o tzv. thymoproteazomy, jež oďsahují βρt podjedŶotku s ŶeoďvLJklou katalLJtiĐkou aktivitou→ JejiĐh role souvisí s pozitivŶí selekĐí CDΘ+ T ďuŶěk  Regulační partikule - RegulačŶí částiĐe se vážou Ŷa vŶější, tedLJ α prsteŶĐe ϮϬS proteazoŵu. - Kroŵě ϭεS proteazoŵu to ŵohou ďýt i jiŶé koŵpledžLJ, jako jsou PAϮΘ či PAϮϬϬ, Ŷeďo dokoŶĐe proteiŶLJ, které se reverziďilŶě připojují k ϮϬS proteazoŵu v suďsteĐhioŵetriĐkýĐh ŵŶožstvíĐh - I kdLJž uspořádáŶí proteazoŵů se růzŶě dLJŶaŵiĐkLJ ŵěŶí, ďLJlo prokázáŶo, že ϮςS proteazoŵ zůstává ďěheŵ degradaĐe proteiŶů iŶtaktŶí IV. )ákladLJ ďuŶěčŶé a ŵolekulárŶí ďiologie 5 - RegulačŶí částiĐe ϮςS proteazoŵu ;PAϳϬϬͿ oďsahuje dvě základŶí, navzájem spojené oblasti: bázi a víko. -V bázi ŵůžeŵe Ŷajít šest rozdílŶýĐh AAA+ ATPáz a další čtLJři podjedŶotkLJ - Jejím hlavním posláním je regulovat vstup do nitra 20S proteazomu. -Víko oďsahuje devět Ŷe-ATPázových podjednotek a jeho základní funkcí je deubikvitinace uďikvitiŶovaŶýĐh proteiŶů poŵoĐí JAMM doŵéŶové DUB Pohϭ před jejiĐh vstupeŵ do Ŷitra ϮςS proteazoŵů  DegradaĐe ŶeuďikvitiŶovaŶýĐh proteiŶů - Ačkoli tLJpiĐký proteiŶ, degradovaŶý v eukarLJotŶí ďuňĐe proteazomy, musí ďýt uďikvitiŶováŶ, podle ŶedávŶého zjištěŶí asi ϮϬ% všeĐh proteiŶů, štěpeŶýĐh proteazoŵLJ v eukarLJotŶíĐh ďuňkáĐh, Ŷeŵusí ŵít ubikvitinové zŶačeŶí - Takové proteiŶLJ oďsahují špatŶě uspořádaŶá ŵísta ve svýĐh strukturáĐh a taková ŵísta potoŵ slouží jako ŶespeĐifiĐký sigŶál pro degradaĐi v proteazomech bez nutnosti ubikvitinace daného proteinu  DegradaĐe uďikvitiŶovaŶýĐh proteiŶů  mechanismus degradace ubikvitinovaných PDG v 26S proteazomech - V rozpozŶáŶí uďikvitiŶovaŶého proteiŶu hrají klíčovou roli Ŷěkteré podjedŶotkLJ z báze (ubikvitinové reĐeptorLJͿ a také Ŷěkteré proteiŶLJ, které se jeŶ přeĐhodŶě asoĐiují s 26S proteazomy - Jestliže je uďikvitiŶovaŶý proteiŶ již ŶavázáŶ Ŷa ϮςS proteazoŵ, jeho polLJuďikvitiŶový řetězeĐ ŵůže ďýt proteazoŵeŵ růzŶě štěpeŶ a zŶovu sLJŶtetizováŶ poŵoĐí deubikvitináz a ubikvitin-ligáz - BLJlo také ukázáŶo, že sŶížeŶí iŶteŶzitLJ degradaĐe saŵotŶýĐh uďikvitiŶů v proteazoŵu souvisí s čiŶŶostí speĐifiĐké DUB, ŶazývaŶé Uďpς, která ŶeŶí stálou podjedŶotkou ϮςS proteazoŵů Jednotlivé kroky:  Před saŵotŶou degradaĐí PDG je však polLJuďikvitiŶový řetězeĐ zpravidla odštěpeŶ eŶ bloc (vcelku, najednou) pomocí Poh1  RozplétáŶí proteiŶu do priŵárŶí strukturLJ a jeho přesuŶutí do otvoru proteazoŵu je pak spojeno s hydrolýzou ATP AAA+ ATPázami  RozpleteŶý proteiŶ ŵůže ďýt „skladován“ v α prsteŶĐíĐh, pokud β prsteŶĐe jsou ještě vLJtížeŶLJ degradaĐí předĐhozího PDG. ProteiŶLJ ŵohou přitoŵ vĐházet do ϮϬS proteazomu z obou stran  DegradaĐe proďíhá tak dlouho, dokud vzŶikŶuvší oligopeptidLJ Ŷejsou dostatečŶě ŵalé, aďLJ ŵohlLJ saŵovolŶě difuŶdovat veŶ IV. )ákladLJ ďuŶěčŶé a ŵolekulárŶí ďiologie 6  Jakŵile se oligopeptidLJ dostaŶou veŶ z ϮςS proteazoŵů, jsou v ďuňĐe dále štěpeŶLJ jiŶýŵi peptidázaŵi až Ŷa aminokyseliny, použitelŶé pro další proteosyntézu nebo jsou použitLJ v ráŵĐi iŵuŶitŶího sLJstéŵu jako antigeny  Bortezomib - Je to iŶhiďitor proteazoŵu potlačují růst ŶěkterýĐh Ŷádorů - V současŶosti se kliŶiĐkLJ vLJužívá ďortezoŵiď pro léčďu ŵŶohočetŶého ŵLJeloŵu, popř.lymfomu z plášťovýĐh ďuŶěk. IV. Základy buněčné a molekulární biologie 32. BIOCHEMIE APOPTÓZY Apoptóza (řecky: apo = od – ptein = padat) = je programovaný zánik buněk, tedy fyziologická smrt buněk, nezpůsobená náhodným poškozením buněk a nenavozující zánětlivou reakci jako je tomu u nekrózy Příčiny apoptózy Apoptóza spontánní (fyziologická) -splnění dané úlohy: morfogenetická smrt buněk v průběhu embryonálního a časného postembryonálního vývoje -zánik buněk postnatálně se obměňujících (krevní elementy, enterocyty, keratinocyty...) -hormondependentní involuce u dospělých (př. destrukce sliznice endometria v určité fázi menstruačního cyklu, regrese laktační mléčné žlázy po skončení kojení apod.) Apoptóza indukovaná patologickým podnětem : -likvidace buněk infikovaných virem T C a NK lymfocyty -numerická atrofie buněk po ucpání vývodů žláz -chemoterapie nádorů Rozdíl mezi nekrózou a apoptózou během časných stádií nekrózy, buňky a jejich organely (mitochondrie) bobtnají, protože došlo k poruše celistvosti membrán, nitrobuněčný obsah se vyplavuje do okolí buněk, kde navodí zánětlivou reakci a nakonec dochází k úplnému rozpadu buňky X naproti tomu při apoptóze ztrácí buňka nejprve asymetrii fosfolipidů v membráně, dochází ke kondenzaci chromatinu, redukci velikosti jádra, ke štěpení internukleosomové DNA, k svraštění buňky, k vydouvání membrány a k rozpadu buňky na apoptotická tělíska, obklopená zbytky membrány, která jsou v konečné fázi fagocytována bez vzniku zánětlivé reakce Poznámka: existuje i "třetí cesta" – aponekróza – kdy situace nedovoluje dokončení klasické apoptózy a objevují se známky nekrózy 1 IV. Základy buněčné a molekulární biologie Aktivace apoptózy proces apoptózy může být navozen různými stimuly jako je UV nebo -záření, chemoterapeutika, odstranění růstových faktorů, proapototické cytokiny, ... zprostředkováno ligandy, které jsou přijaty receptory postižené buňky jde o ligandy/receptory smrti (death-ligands/receptors), patřící do rodiny TNF = tumor nekrotizující faktor -mezi nejvýznamnější ligand/receptorové páry patří zejména Fas- ligand/Fas-receptor, rodina TNF-ligand/TNF-receptor -tyto receptory mají extracelulární doménu bohatou na cystein, intracelulární doménu (DD=death domain) a centrální apoptózové regulátory v dalším průběhu apoptózové signální dráhy hrají důležitou úlohu mitochondrie = uvolnění cytochromu c a aktivace tzv. kaspasové kaskády možno rozdělit na dvě cesty: a) vnější dráha -zprostředkovaná efektorovými bb imunitního sytsému (cytotoxické T- lymfocyty, NK bb) – nesou na svém povrchu ligand pro tzv. receptory smrti -recptory smrti se nacházejí na všech bb, patří do skupiny recptoru pro tumor nekrotizující faktor (TNFR) a) vnitřní dráha -spouštějícím mechanismem je uvolnění cytochromu c z mitochondrie -cytochrom c aktivuje kaspázy a ty apoptózu Kaspázy 2 IV. Základy buněčné a molekulární biologie kaspázy jsou rodina proteáz s cysteinem v aktivním místě, které štěpí peptidovou vazbu specificky za aspartátem (odtud anglický název caspase: cysteinyl aspartate specific protease) kaspázy jsou exprimovány v neaktivní formě, jako tzv. prokaspázy jejich specifickou vlastností je, že jedna kaspáza může aktivovat druhou kaspázy zapojené v apoptické kaskádě: Iniciační – jsou na začátku aktivační kaskády -kaspáza-8 a -10 -kaspáza-2 a -9 -vytvoří komplex dvou kaspáz, aby mohlo dojít k vzájemnému aktivačnímu štěpení – aktivují efektorové kaspázy Efektorové – jsou koncovou částí aktivační kaskády -kaspáza-3, kaspáza-6 a kaspáza-7 -provádějí aktivaci samotného procesu apoptózy Vnější dráha aktivace apoptické kaskády kaspáz je nejčastěji popisována jako cesta vedoucí přes Fas receptor a aktivaci prokaspázy-8. Je spouštěna NK-buňkami nebo aktivovanými T- lymfocyty, které mají ve své membráně Fas ligand. Po přiblížení k buňce, která má podstoupit apoptózu, se Fas ligand naváže na její Fas receptor. To je transmembránový protein, který po navázání Fas-ligandu vytvoří komplex z kaspázy-10 a kaspázy-8. Ve zjednodušeném schématu kaspáza-8 aktivuje prokaspázu-3 na kaspázu-3, která jako efektorní enzym přenese finální signál k začátku apoptózy. Vnitřní dráha aktivace souvisí s poškozením buňky. Jedním z mechanismů indukce apoptózy po poškození je uvolnění cytochromu c z mitochondrie. Ten putuje do cytosolu a aktivuje adaptorní protein nazývaný Apaf-1, který zapříčiní aktivaci prokaspázy-9 na kaspázu-9, jež zase aktivuje efektorní kaspázy. Vlastní proces apoptózy 3 IV. Základy buněčné a molekulární biologie Fáze apoptózy 1. Signál pro apoptózu - rozhodnutí zemřít, 2. exekuce apoptózy, 3. degradace apoptotických tělísek fagocytózou. Signál pro apoptózu může přicházet zevní nebo vnitřní cestou signály pro přežití -růstové faktory, cytokiny, hormony, virový protein p35. Signály pro apoptózu -morfogeny, viry, glukokortikoidy, genotoxické vlivy, cytotoxické cytokiny (TNF, FasL), T-lymfocyty a NK-buňky (granzym B, perforiny). Geny - supresory apoptózy -Bcl-2, Rb Geny - induktory apoptózy -bax, TP53 Exekuce apoptózy signály pro apoptózu kaskádovitě aktivují kaspázy, což vyvolá vlastní exekuci apoptózy kondenzace chromatinu a jeho agregace v periferii jádra, štěpení DNA mezi nukleosomy (fragmenty jsou 180 až 200 bp dlouhé) zvětšuje se ER, vytváří kapsy a spojuje se s cytoplazmatickou membránou vznikají vakuoly a agregují se filamenta praskají mitochondrie a uvolňují cytochrom C na konec vznikají apoptotická tělíska Fagocytóza apoptotických tělísek pohlcení makrofágy a okolními buňkami Geny související s apoptózou Gen Rb produkuje protein p105, který je v G1 kontrolním bodě na nejméně 10 místech fosforylován komplexy cyklin/cdk, to znamená, že gen Rb je nezbytný pro rozvoj S-fáze a suprimuje apoptózu mutace genu Rb vyvolávají retinoblastom, nádory kostí, prsou, plic, prostaty nebo močového měchýře Gen TP53 je tumor supresorový gen, jehož klíčová úloha také spočívá v regulaci G1 kontrolního bodu produkt genu TP53, protein p53, je transkripční faktor, který aktivuje expresi genů pro faktory inhibující proliferaci buněk 4 IV. Základy buněčné a molekulární biologie jedním z nich je protein p21, který zastaví rozvoj cyklu buněčného dělení, takže může dojít k reparaci DNA -pokud je poškození DNA nereparovatelné, podílí se p53 na indukci apoptózy mutace TP53 jsou přítomné u 50% nádorů, vrozená mutace tohoto genu vede ke vzniku Li Fraumeni syndromu Bcl-2 a bax Bcl-2 apoptózu suprimuje, bax indukuje podle toho, zda převažuju množství homodimerů bax-bax nebo bcl2-bcl-2 k apoptóze dojde nebo nedojde 5 III. )ákladLJ ďioĐheŵie orgáŶů a fuŶkĐí 1 ϯϮ. Struktura, složeŶí a vlastŶosti ďuŶěčŶýĐh ŵeŵďráŶ Na povrchu ďuŶěk je ďuŶěčŶá ŵeŵďráŶa (cytoplazmatická membrána, biomembrána). Fce Biomembrány:  regulují přeĐhod látek z okolí do ďuŶěk a Ŷaopak SložeŶí ŵeŵďráŶy  je tvořeŶa z ŵolekul bílkovin a lipidů, v ŵeŶší ŵíře i ŵolekulaŵi saĐharidů ve forŵě glLJkoproteiŶů a glLJkolipidů  Základem je lipidová dvojvrstva. MolekulLJ ďílkoviŶ jsou přítoŵŶLJ Ŷa povrĐhu této vrstvy (jsou to glykoproteinyͿ a ŵají předevšíŵ oĐhraŶŶou fuŶkĐi. Typy bílkovin:  bílkoviny integrální penetrující transmembránové – jsou částečŶě Ŷeďo zĐela zaŶořeŶé do lipidové vrstvLJ; dají se veliĐe těžĐe vLJdělit z membrány  bílkoviny periferní – jsou Ŷa povrĐhu lipidové vrstvLJ; Ŷejsou pevŶě vázáŶLJ do membrány Je-li povrĐh ŶěkterýĐh orgaŶel tvořeŶ ŵeŵďráŶaŵi, ozŶačují se jako membránové organely. Dochází-li k ŵístŶíŵu ŶahroŵaděŶí ŵeŵďráŶ, jsou tLJto útvarLJ ozŶačováŶLJ jako vrstevnaté (lamelární). Vlastnosti membrány o Membrány mají polotekutý charakter a ŵolekulLJ ďílkoviŶ i lipidů jsou v Ŷeustáléŵ pohybu (tekutá mozaika). o Plazmatická membrána má zásadní význam pro život ďuňky III. )ákladLJ ďioĐheŵie orgáŶů a fuŶkĐí 2 o OhraŶičuje cytoplazmu vůči okolí o reguluje transport látek ŵezi ďuňkou a okolíŵ. o ProstředŶiĐtvíŵ plazŵatiĐké ŵeŵďráŶLJ doĐhází ke koŶtaktůŵ ŵezi ďuňkaŵi o semipermeabilní - je volŶě propustŶá jeŶ pro Ŷěkteré látkLJ Typy koŶtaktů:  dotykem povrchových membrán  pomocí desmosomů – vlákénky, která pronikají z jedŶé ďuňkLJ do druhé. V plazŵatiĐké ŵeŵďráŶě je lokalizováŶo ŵŶoho reĐeptorů, které reagují Ŷa ĐheŵiĐké sigŶálLJ okolí a regulují aktivitu ďuňkLJ. Receptory zajišťují i rozlišeŶí vlastŶíĐh i ĐizíĐh ďuŶěk, přijíŵají látkLJ z okolí a ŵají důležitou roli v ďuŶěčŶé dráždivosti. OstatŶí látkLJ jsou přeŶášeŶé ŵeĐhaŶisŵLJ, které ozŶačujeŵe jako traŶsport látek. Způsoďy přeŶosu látek:  Difúze – volŶé prouděŶí látek podle koŶĐeŶtračŶího spádu.  Pasivní transport – transport je provedeŶ poŵoĐí suďstrátu, Ŷa který se látka Ŷaváže. PřeŶos se děje podle koŶĐeŶtračŶího spádu.  Aktivní transport – přeŶos se děje ŶavázáŶíŵ Ŷa suďstrát a vLJžaduje eŶergii. Je ŵožŶý i proti koŶĐeŶtračŶíŵu spádu. Buňka ŵůže přijíŵat a vLJdávat i takové látkLJ, u ŶiĐhž aktivŶí traŶsport ŶeŶí ŵožŶý ;velikost, chemické vlastnosti). III. )ákladLJ ďioĐheŵie orgáŶů a fuŶkĐí 3 Způsoďy přeŶosu: TraŶsport v ŵeŵďráŶovéŵ koŶtiŶuu zŶaŵeŶá, že přeŶášeŶé látkLJ zůstávají odděleŶLJ od cytosolu membránou. Příjeŵ ŵateriálu se Ŷazývá endocytóza, výdej exocytóza, pokud je materiál pouze traŶsportováŶ přes ďuňku, jedŶá se o transcytózu. Exocytóza a endocytóza slouží k traŶsportu velkýĐh ŵolekul.  Exocytóza – sekreĐe ŵiŵo ďuňku. SekrečŶí vesikulLJ Ŷeďo graŶula putují od Golgiho aparátu k plasŵatiĐké ŵeŵďráŶě, kde s Ŷí splývají a jejích obsah se vylije do ŵeziďuŶěčŶého prostoru. Příkladeŵ ŵůže ďýt sekreĐe iŶsuliŶu či přeŶos ŶeurotraŶsŵitorů z ŶeuroŶů.  Endocytóza – přijíŵáŶí látek ;ioŶtLJ, ŵolekulLJ, další ďuňkLJͿ z prostředí ŵiŵo vlastŶí prostor ďuňkLJ. PlasŵatiĐká ŵeŵďráŶa se vĐhlipuje dovŶitř a vLJtváří tak vezikulu v ĐLJtosolu ďuňkLJ. ) Ŷěj se ŶásledŶě dostávají látkLJ do saŵotŶého ĐLJtosolu ďuňkLJ. Edžistují tři základŶí tLJpLJ eŶdoĐLJtózLJ: 1. Fagocytóza – přijíŵáŶí většíĐh pevŶýĐh partikulí ;Ŷapř. ďakterií, ŵikroorgaŶisŵůͿ. Buňka oďklopuje poŵoĐí paŶožek daŶou látku. 2. Pinocytóza – přijíŵáŶí tekutiŶ s rozpuštěŶýŵi látkaŵi. Buňka ŶespeĐifiĐkLJ pohltí část edžtraĐelulárŶí tekutiŶLJ. 3. ReĐeptoreŵ zprostředkovaŶá eŶdoĐytóza – vazďa příslušŶé ŵolekulLJ Ŷa reĐeptor v plasŵatiĐké ŵeŵďráŶě. Nejprve doĐhází k iŶvagiŶaĐi ŵeŵďráŶLJ, poté ke vzŶiku oďaleŶé vezikulLJ, která putuje dále do ďuňkLJ IV. Základy buněčné a molekulární biologie 33. CYTOSKELET cytoskelet je trojrozměrná síť v cytoplasmě eukaryotických buněk funkce cytoskeletu: -vnitřní opora buňky („buněčná kostra“) -buněčná motilita - pohyb samotné buňky a uvnitř buňky -buněčná signalizace -dynamická rovnováha mezi monomérními jednotkami a polymerními filamenty cytoskeletu je složen z filament: 1.aktinová filamenta neboli mikrofilamenta -monomer: aktin -vlákno: Ø přibližně 7 nm 1.střední neboli intermediární filamenta -monomery: laminy (jaderná lamina) keratiny (epiteliální buňky a jejich deriváty) vimentin (buňky mezenchymálního původu) desmin (svaly) proteiny neurofilament (neurony) -vlákno: Ø přibližně 10 nm 1.mikrotubuly -monomer: tubulin (α tubulin & β tubulin) -vlákno: Ø 25 nm obsahuje doprovodné proteiny – regulují stavbu a odbourávání filament, propojují filamenta navzájem a připojují je k jiným proteinům (např. membránovým) 1 IV. Základy buněčné a molekulární biologie Aktinová filamenta (mikrofilamenta) zákl. jednotka: G (globulární) aktin - globulární monomery, polymerují do asymetrické dvoušroubovice = F aktin (fibrilární) existují 3 aktinové isoformy – alpha (kontraktilní aparát svaloviny), beta a gamma výskyt: ve všech buňkách, nejvíce ve svalovině (až 50%celkových proteinů) → svalová tkáň = svalový aktin a myosin tvoří molekulární motor -aktin a myosin vytváří myofibrily (tvoří svalová vlákna) -monomery aktinu (G-aktin) vytváří 2 vlákna, které spolu dohromady dávají šroubovici (F-aktin, vypadá jako šňůra korálek), mezi je vsunuto doprovodné vlákno tropomyosinu a monomery troponinu -myosin vytváří vláknitý protein tvoří: terminální síť, trojrozměrnou síť v buňkách, mikroklky, stereocilie, pseudopodia, lamellipodia a filopodia, zonulae adhaerentes proteiny doprovázející aktin: tropomyosin (stabilizace filament), fimbrin, villin, espin, alphaaktinin (tvorba svazků filament), filamin (síť v kůře), alpha- aktinin, vinculin, talin (ukotvení filament) Intermediální filamenta (střední filamenta) mechanicky odolné, stabilní struktury = dodávají buňce pevnost a vyrovnávají tlaky, které působí na buňky bílkovinné monomery se stáčejí v dimery, které se splétají v tetramery, které se paralelně řadí do provazcovité (spirálovité) struktury IMF výskyt: keratiny (všechny epithelové buňky), vimentin (buňky mesenchymového původu – pojivové buňky, endothel, buňky hladkého svalstva cév), desmin (buňky hladkého svalstva, kardiomyocyty, vlákna kosterního svalstva), gliový fibrilární acidický protein (GFAP) (gliové buňky - hlavně astrocyty), neurofilamentové proteiny (IMF nervových buněk) (NF-L, 2 IV. Základy buněčné a molekulární biologie NF-M, NFH), nestin (neurální kmenové buňky), laminy A, B, C (jádro - IMF tvoří nukleární lamina fibrosa) Mikrotubuly (tlustá filamenta) nerozvětvené tubuly s pevnou stěnou průměr 25 nm (tloušťka stěny 5 nm) složené z tubulinů - heterodimer tvořený α- a β- tubulinem polymerace - tubulinové podjednotky tvoří šroubovici (13 cirkulárně seskupených tubulinových molekul) a tubulinové molekuly polymerují v spirálovitě uspořádaná protofilamenta - stěna mikrotubulu růst mikrotubulů - od mikrotubuly organizačního centra (MTOC) – jsou tam ukotveny svými - konci mikrotubuly se nachází buď v buňce volně, nebo jsou v centrosomu -centrozom =je v buňce jeden a před mitózou se duplikuje -dva centrozomy tvoří póly mitotického centrozom je tvořen 2 centriolami, válcovité útvary jehož stěny jsou složené z devíti trojic mikrotubulů uspořádaných kruhově kolem centrální dutiny proteiny asociované s mikrotubuly: doprovodné proteiny – (MAPs) – regulace polymerace a depolymerace + molekulové motory (KINESINY, DYNEINY) - intracelulární transport f-ce mikrotubulů: změny a udržování tvaru buněk, intracelulární transport, pohyb chromosomů výskyt mikrotubulů: centrioly, mitotické vřeténko, kinocilie, bičík (flagella) Doprovodné proteiny (biologické motory) sdružené s cytoskeletem ATPasová aktivita – změna konformace – pohyb podél vlákna cytoskeletu zodpovídají za mnoho funkcí cytoskeletu (transport v buňce, pohyb buňky, kontraktilitu, změny tvaru) proteinové motory aktinového systému – myosiny 3 IV. Základy buněčné a molekulární biologie proteinové motory systému mikrotubulů – kinesiny a dyneiny 4 IV. Základy buněčné a molekulární biologie 34. EPIGENETIKA, MODIFIKACE HISTONŮ, METHYLACE DNA, VÝZNAM Epigenetické mechanismy = změny v genetické expresi, které nejsou způsobeny změnami v sekvenci DNA, ale mají dědičný charakter nejdůležitější – metylace DNA Metylace DNA tlumí transkripci mechanismus zajišťován enzymy (metyltransferasy) -metylují cytosinové zbytky (vzniká 5-metylcytosin) zejména v dinukleotidových sekvencích CG -vytvářejí CpG ostrůvky – hlavně v promotorových oblastech, ale i v prvním exonu nebo v jiných částech kódující sekvence při regulaci transkripce důležitá hlavně metylace v oblasti promotoru metylace DNA souvisí s modifikací histonů zejména s rozsahem jejich acetylace a tím i konformace chromatinu metylace DNA + deacetylace histonů → silně kondenzovaný chromatin, který neumožní připojení RNA-polymerasy během replikace DNA je metylovaný jen původní řetězec DNA – metyltransferasy rozpoznávají přednostně hemimetylovanou DNA, metylují cytosiny na novém řetězci, tím zajišťují, že nově syntetizovaný řetězec DNA bude mít CpG jako řetězec původní → kopírování metylačního vzorku do dceřiné buňky úloha metylace v regulaci genové exprese: důležitá role v průběhu diferenciace při ontogenezi – inaktivace X chromosomu, alelně specifická exprese genů (genový imprinting) Inaktivace X chromosomu 1 z X chromozomů ženy je 15. – 16. den po oplození spiralizován – většina genů inaktivována → kompenzace nerovnováhy v počtu X chromosomů u mužů a žen inaktivace X náhodná (od matky nebo od otce), ale v klonu buněk z původní buňky inaktivován stále stejný X chromosom inaktivace X zahrnuje metylaci CpG ostrůvků proces inaktivace kontrolován X-inaktivačním centrem (Xic), několik částí: -gen Xist (X – inactive specific transcript) Xq13 – kóduje RNA transkript dlouhý 17 kb – transkript neproniká do cytoplasmy – nedochází k transkripci – váže se na X chromosom, ze kterého byl transkribován a ovlivňuje jeho strukturu 1 IV. Základy buněčné a molekulární biologie -Xce (X – chromosome controlling element) – kontroluje, který X chromosom bude aktivní a který inaktivován poté, co je inaktivovaný X pokryt RNA transkriptem, dochází k jeho pozdní replikaci, k hypoacetylaci histonů a k hypermetylaci DNA některé geny na inaktivovaném X zůstávají aktivní – zejména v pseudoautosomálních oblastech Genomický imprinting v některých genových lokusech je potlačena exprese jedné alely (maternální nebo paternální) – to vede k monoalelické expresi (alelické exkluzi) tento jev nazván genomický imprinting (vtisknutí) → forma aktivace a inaktivace alely, která závisí na rodičovském původu chromosomu týká se všech tkání, ve kterých je gen exprimován, nebo jen některých (tkáňová specifita) výběr alely není náhodný – v tkáních záleží na tom, zda je potlačena alela maternálního nebo paternálního původu → tento stav se přenáší do dceřiných buněk mechanismus není zcela objasněn, není jasné, ve kterém stadiu jsou alely imprintovány na udržení tohoto stavu se podílí alelně specifická DNA metylace – inaktivní alely mají metylované CG dinukleotidy v CpG ostrůvcích promotorů u člověka se týká více než 30 genů pokud je ztracena aktivní alela dochází ke vzniku delečních syndromů, protože druhá alela je imprintovaná (inaktivní) Modifikace histonů změna konformace chromatinu umožněna modifikací histonů a remodelací chromatinu = ovlivnění transkripce nejčastěji na N-koncích -nejpřístupnější dělíme na: 1. Acetylace 2. Fosforylace 3. Metylace 4. Ubiquitinace a. acetylace histonů na zbytcích lysinu enzymy: Histon Acetyltransferázy(HAT), Histon deacetylázy(HDAC) -acetyltransferasy katalyzují přidání acetylových skupin k amino- skupinám postranních řetězců lysinových zbytků histonových oktamerů → je zredukována afinita mezi histony a DNA - oblast 2 IV. Základy buněčné a molekulární biologie promotoru genu se stává přístupnější pro komplex transkripčních faktorů a RNA-polymerasy = aktivace transkripce -deacetylace – opačný efekt = potlačení transkripce a. fosforylace histonů na zbytcích serinu funkčně spojena s acetylací enzymy = kinázy uplatňuje se při správné kondenzaci a segregaci chromozomů, regulaci transkripce Fosforylace histonů rozvolnění struktury nukleozomů v oblasti přepisované DNA a. metylace + ubiqitinace histonů metylace na zbytcích lyzinu, argininu Metylace histonů  transkripčně inaktivní DNA ubiquitinace (připojení malého lobulárního proteinu o délce 76 AMK) na zbytcích lysinu Ubiquitinace histonů  transkripčně aktivní DNA 3