1

Fakulta zdravotníctva, PU Prešov

BIOCHÉMIA

RNDr. Andrej Sýkora

2

OBSAH

1. Organizácia a chemické zloženie organizmov.............................................3

2. Intermediárny metabolizmus....................................................................13

3. Metabolizmus lipidov a lipoproteínov.......................................................23

4. Metabolizmus aminokyselín ......................................................................28

5. Metabolizmus tetrapyrolov. ABR.............................................................36

6. Genetická informácia a základy jej prenosu.............................................41

7. Biochémia endokrinného systému.............................................................48

8. Literatúra....................................................................................................65

3

1. Organizácia a chemické zloženie organizmov

Štruktúra bunky a jej vzťah k metabolizmu

Základnou stavebnou jednotkou každého tkaniva je bunka. Jednoduchšiu štruktúru

majú bunky baktérií alebo iných mikroorganizmov, zložitejšiu zase živočíšne bunky budeme

sa zaoberať štruktúrou ľudských buniek.

Bunkovú membránu a cytoplazmu sme opísali v biofyzike.

Bunkové jadro

Prevažná časť má len jedno jadro, no môžu byť aj viacjadrové. Obsahuje 95% DNK

vyskytujúcej sa v bunke.

Materiál jadra je usporiadaný do chromozómov. Veľkosť a tvar chromozómov sú pre

určitý druh buniek a organizmov charakteristickým znakom. Chromozóm je tvorený dlhou

molekulou DNK obsahujúcou približne 3000 génov. Väčšina chromozómov má dve ramena.

Súbor chromozómov pohlavnej bunky tvorí sadu chromozómov. Jednotlivé chromozómy

majú odlišný tvar aj veľkosť a každý má svoj genetický význam. Jeden zo sady chromozómov

je pohlavný, ostatné sa označujú ako somatické. Chromozómová sada človeka sa skladá z 22

somatických chromozómov a jedného pohlavného. Bunka človeka obsahuje dve sady , tj. v

jadre sa nachádza 46 chr. Jedna sada od matky ajedna od otca. Pohlavné obsahujú len jednu

sadu.

Mitochondrie

Sú to komplexné organely obsahujúce dve membrány. Mitochondriu obaľuje vonkajšia

membrána, vnútorná je bohato skladaná a tvorí priehradky /kristy/. Vnútro mitochondrie sa

nazýva matrix, medzi vonkajšou a vnútornou membránou je medzimembránový priestor. Majú

guľatý alebo paličkový tvar. Ich počet je 1000 - 2000.

4

Základnou funkciou je tvorba ATP. Energiu na biosyntézu ATP získavajú mitochondrie

oxidáciou vodíka /v sacharidoch, lipidoch, bielkovinách/ kyslíkom v dýchacom reťazci.

V mitochondriách sa spájajú oxidačné procesy s tvorbou ATP - univerzálnym zdrojom

energie.

Kyslík vstupuje do mitochondrie difúziou. ATP sa translokačnými procesmi presúva z

mitochondrie do extramitochondriálneho priestoru. Preto sa mitochondrie pre túto základnú

funkciu nazývajú energetickými centrálami.

Endoplazmatické retikulum

Endoplazmatické retikulum je systém membrán v cytosóle buniek. Tvorí ho systém rúrok

/tubulov/, guľatých útvarov a veľkých sploštených vačkov. Časť endoplazmatického retikula

je pokrytá ribozómami a označuje sa ako granulárne endoplazmatické retikulum, časť bez

ribozómov sa nazýva hladké endoplazmatické retikulum. Granulárne plní úlohu pri syntéze

bielkovín. V hladkom sa modifikujú bielkoviny, ktoré sa vytvorili v granulárnom. Táto

modifikácia je založená na naviazaní reťazcov oligosacharidov na polypeptidový reťazec

bielkoviny.

Golgiho komplex

Golgiho komplex tvorí niekoľko paralelných lamelových vakuol. Nachádza sa v

centrálnej časti.

Jeho úlohou je úprava a rozdeľovanie novovytvorených bielkovín. Bielkoviny ktoré

vznikli v zrnitom endoplazmatickom retukule a sú určené na transport z bunky, sa v Golgiho

komplexe koncentrujú, separujú a modifikujú a potom sa z bunky vylúčia. Nato má Golgiho

komplex dva funkčne odlišné konce - tvoriacu a dozrievajúcu časť. Tvoriaca prilieha ku

granulárnemu, odkiaľ do nej vstupujú vytvorené bielkoviny. Tu sa zahustia, upravia a presunú

do dozrievacej časti, kde sa rozdelia podľa miesta určenia. Z dozrievajúcej časti sa postupne

uvoľňujú granuly s upravenými bielkovinami a difundujú k povrchu bunky. Po splynutí s

cytoplazmatickou membránou presúvajú svoj obsah do mimobunkového priestoru. To sa

nazýva exocytóza.

5

Lyzozómy

Lyzozómy - sú bunkové organely obalené jednoduchou membránou. Obsahujú súbor

hydrolytických enzýmov s optimom aktivity v kyslej oblasti pH.

Sú schopné rozkladať prakticky všetky biopolyméry a ich komplexy. V lyzozómoch sa

rozložia na nízkomolekulové látky /aminokyseliny, karboxylové kyseliny, monosacharidy/ a

transportujú sa do cytosólu, kde sa môžu začleniť do metabolizmu.

Ribozómy

Ribozómy - sú súčasťou každej bunky.

Syntetizujú sa v nich bielkoviny na základe informácie prinesenej do ribozómov vo forme

mRNK. Ribozóm je to enzýmový komplex katalyzujúci vznik peptidových väzieb, z

chemického hľadiska patria medzi nukleoproteíny. Sú jednotlivo alebo vo forme zhlukov

zviazaných vláknom mRNK.

Cytosól

Cytosól - predstavuje asi polovicu bunkového objemu a je miestom významných

metabolických procesov.

Uskutočňuje sa v ňom kompletný proces glykolýzy, ako aj syntéza glykogénu a vyšších

karboxylových kyselín. Je tu aj časť enzýmov potrebných na glukoneogenézu, tvorbu

močoviny a metabolizmus aminokyselín.

Chemické zloženie buniek

V živej hmote sú anorganické a organické látky.

Anorganické látky v bunkách

Ide o prvky a zlúčeniny. Prvky sa nazývajú biogénne. V rámci makroprvkov sa dajú

vyčleniť základné biogénne makroprvky /C,O, H, N, P / - tvoria až 98% hmotnosti organizmu.

6

Živý systém tvorí otvorenú sústavu, ktorá ustavične prijíma z okolia látky a iné vylučuje,

takže biogénne prvky sú v neustálom kolobehu.

Zo zlúčenín je najdôležitejšia voda.

Kyslík - význam hlavne v oxidačnoredukčných reakciách, ktoré sú hlavným zdrojom

energie živej hmoty. Človek v pokoji spotrebuje asi 20 - 25 litrov za hodinu.

Vodík - zúčastňuje sa oxidačnoredukčných procesoch v živej hmote. Základná oxidácia je

dehydrogenácia. H pri oxidácii odobratý sa prenáša v dýchacom reťazci na kyslík, a energia

ktorá sa pritom uvoľňuje, sa využíva na tvorbu ATP:

Dusík - vzduch - 78%. Súčasť bielkovín. Človek obsahuje asi 2,5% N.

Fosfor - Dospelý človek spotrebuje 1,3 -1,5 g. Fosforečné soli sa zúčastňujú na

fosforylačných reakciách a výstavbe kostí, ďalej na výstavbe štruktúr a na metabolických

reakciách. Fosforečnany sa v alkalickom močí môžu zrážať a vytvárať obličkové kamene.

Síra - je súčasťou bielkovín. Väčšie množstvo síry sa nachádza v keratíne vlasov a

chĺpkov, ako aj v žlči.

Sodíkový katión - hlavný katión extracelulárneho priestoru. Fyziologická koncentrácia

sodíka v sére dosahuje 130 -145 mmol/l, v bunkách 15mmol/l. Hypernatrémia je zvýšenie nad

145mmol/l. Prejavuje sa objemovou hypertóniou -insufisciencia srdca, edém pľúc. Vzniká pri

zvýšenom prívode soli alebo pri poruche regulácie metabolizmu Na+. Hyponatrémia - zníženie

koncentrácie Na+ pod 129. Vzniká pri stratách vody a soli, krvácaní alebo pri nedostatočnom

prísune soli.

Draslíkový katión - katión vnútrobunkového priestoru. Koncentrácia v sére sa pohybuje

od 3,5 do 5,3 mmol/l. Ak prevládajú anabolické procesy, zvyšuje sa aj ukladanie draslíka.

Katabolizmus je sprevádzaný vylúčením draslíka z buniek. Rozpad bielkovín sa prejavuje

negatívnou draslíkovou bilanciou. Hyperkaliémia má za následok ochabnutie myokardu až

zastavenie srdca v systole. Príčina je acidóza, nedostatočná funkcia nadobličiek a obličiek.

Chloridový anión - hlavný anión extracelulárnej tekutiny. Koncentrácia chloridových

aniónov v sére dosahuje 95 -103mmol/l. Podieľajú sa na udržiavaní objemu a osmotického

tlaku telových tekutín.

Horčík - po K druhý najdôležitejší vo vnútornom prostredí . V krvnom sére dosahuje jeho

koncentrácia hodnotu 0,6 - 1,1 mmol/l. Telové zásoby predstavujú 20 - 25 g Mg, polovica sa

7

nachádza v kostiach, vo svaloch. Mg+2 sú potrebné na katalytickú aktivitu viacerých enzýmov,

sú dôležité pre svalovú kontrakciu a nervovosvalovú dráždivosť.

Vápnik - približne 1, 5% hmotnosti tela, hlavne v kostiach a zuboch. Koncentrácia v sére

je v rozpätí medzi 2,25 - 2,75 mmol.l-1. Má dvojakú úlohu, a to mechanickú /stavba kostí a

zubov/ a dynamickú /Ca+2-význam v metabolizme, aktivujú enzýmy, ovplyvňujú priepustnosť

membrán, zrážanie krvi, svalovú kontrakciu a pod./. Denná spotreba je asi 0,5g je krytá

konzumáciou mlieka /obsahuje asi 1,25g/l /, mäsa, chleba, vody a zeleniny. Znížená

koncentrácia sa prejaví vyššou dráždivosťou svalstva - tetanické kŕče.

Železo - najvýznamnejší stopový prvok. Obsah u dospelého je obsah približne 3,5 g.

Prevažne v hemoglobíne, v krvi je naviazané na bielkovinu transferín. Fyziologická

koncentrácia

v krvnom sére dosahuje 15 - 30 mol/l. Nedostatok vyvoláva anémiu.

Meď - stopový prvok. Denná spotreba tvorí cca 2mg/24 h. Nedostatok u cicavcov

spomaľuje rast, tvorbu krviniek a hemoglobínu. Je v oxidačných enzýmoch. Je katalyzátorom

pri vstupe Fe do hemoglobínu.

Zinok- telo obsahuje 2 - 3 g, 99% vo vnútrobunkovom priestore. Najviac v

Langerhansových ostrovčekoch pankreasu, pečeni, mozgu, testes a ováriach. V bunke pôsobí

ako kofaktor vyše 300 enzýmov, ako stabilizátor biologických membrán a súčasť bielkovín

viažucich DNK.

Jód - na syntézu hormónov štítnej žľazy. Denná spotreba tvorí asi 50g, u detí 2 krát vyššia.

Nedostatok sa prejaví zväčšením štítnej žľazy - strumou.

Voda - 60% hmotnosti. Je rozpúšťadlom a transportným médiom. Umožňuje disociáciu

zlúčenín na ióny. Časť molekúl disociuje na H+ a OH-, od ich koncentrácie závisí pH -

dôležitý faktor priebehu biochemických reakcií. Zúčastňuje sa mnohých biochemických

reakcii /hydrolýza, adičné reakcie/ alebo vzniká ako vedľajší produkt.

Biologický význam má biosyntéza vody z H /uvoľní sa pri oxidácii organických látok/ a

kyslíka z vonkajšieho prostredia. Biosyntézou vody sa získava energia na syntézu ATP.

Voda má pomerne veľkú tepelnú kapacitu, čím pomáha udržiavať konštantnú teplotu

organizmu. Denná spotreba vody je 35 - 40g/kg telesnej hmotnosti. Hospodárenie s vodou

reguluje hlavne hormón zadného laloka hypofýzy - antidiuretický hormón, ktorý ovplyvňuje

vylučovanie vody obličkami.

8

Organické látky

Sacharidy

Sacharidy- najrozšírenejšia prírodná látka v prírode. Súčasť všetkých buniek. Živočíšne

tkanivá a bunky obsahujú menej S ako B a L /v sušine len 2%/, v rastlinách - 85 - 90%. V

rastlinách vznikajú fotosyntézou, živočíchy hlavne potravou. Ak potravou nie, využívajú sa na

ich syntézu aminokyseliny alebo glycerol (glukoneogenéza).

Funkcie - sú zdrojom energie, zásobnou a stavebnou látkou, a môžu byť zložkou

koenzýmov, glykoproteínov a hormónov.

Sú z C,H,O. Základom je uhlíkový reťazec s 3 - 9 C (triózy až nonózy) - monosacharidy.

2 až 10 monosacharidov - vznikajú oligosachridy, viac ako 10 - polysacharidy. Na C sú v

molekule naviazané alkoholové skupiny a aldehydová alebo ketonická skupina - aldózy a

ketózy.

Lipidy

L - estery alkoholov a vyšších karboxylových kyselín. Karboxylové kyseliny sú buď

nasýtené alebo nenasýtené (1 až 4 dvojité väzby). Esenciálne KK - cicavce nie sú schopné

syntetizovať

/ viac násobných väzieb/ preto musia byť v potrave /linolová, linolénová a arachidonová/.

Triacylglyceroly - estery glycerolu a vyšších KK, energetická zásoba.

Vosky - estery KK a vyšších primárnych alifatických alkoholov.

Glycerofosfolipidy - na tretí C 1,2-diacylglycerolu naviazaná kyselina fosforečná. Sú

stavebnou zložkou bunkových membrán.

Sfingolipidy - namiesto glycerolu obsahujú nenasýtený aminoalkohol sfingozín. Nachádza

sa v nervovom tkanive.

Glykolipidy - polárnou zložkou sacharidy. Sfingolipidy sa nachádzajú v myelínových

obaloch nervových vlákien.

Steroidy - sú deriváty steránu. Sem patrí cholesterol, žlčové kyseliny a steroidné hormóny.

9

Bielkoviny

Bielkoviny - proteíny - základ živej hmoty. Obsahujú 55% C, 21% O, 7% H, 17% N, malé

množstvo S a P. Sú to polyméry zložené z aminokyselín pospájané peptidovou väzbou.

Molekulová hmotnosť má hodnotu od 10000 až niekoľko miliónov. Na stavbe sa podieľa

20 alfa- aminokyselín.

Jednoduché bielkoviny - len aminokyseliny a zložené bielkoviny - i nebielkovinové

zložky /ióny kovov, sacharidy, lipidy atď/

Podľa tvaru – vláknité /fibrilárne/ a globulárne proteíny.

Štruktúru bielkovín možno hierarchický charakterizovať na štyroch úrovniach, a to ako

primárnu, sekundárnu, terciárnu a kvartérnu.

Nukleové kyseliny

Nukleové kyseliny – sú makromolekulové látky, ktoré s bielkovinami patria medzi

najvýznamnejšie zložky živej hmoty.

V ich molekulách sa uchováva dedičná informácia živej hmoty.

Zložené sú z kyseliny fosforečnej, heterocyklickej dusíkatej bázy /purínová alebo

pyrimidínová/ , a pentózy /ribóza alebo deoxyribóza/. Tvoria nukleotid – stavebná jednotka

NK. Nukleotidy sa spájajú fosfodiesterovou väzbou. Rozlišujeme DNK a RNK.

DNK – v jej molekule sa nachádzajú 4 druhy nukleotidou – dAMP, dTMP, dGMP, dCMP.

/A – adenín, G – guanín, T- tymín, C – cytozín/. Bunka človeka obsahuje 46 chromozómov,

ktoré obsahujú rozdielne veľké molekuly DNK. Dĺžka všetkých molekúl DNK v jednej bunke

človeka dosahuje hodnotu asi 2m.

RNK – zložené z ribonukleotidov. Odlišnosti: pentóza je ribóza, tymín je nahradený

v RNK uracilom, molekuly RNK sú kratšie.

RNK – mediátorová nosič prepisu genetickej informácie z DNK. Aj matrica pri syntéze

bielkovín je na ribozómoch

ribozómová – 80% z celkovej RNK, je súčasťou ribozómov, kde sa viaže so špecifickými

bielkovinami.

10

transferová plní úlohu pri proteosyntéze, viaže špecifickú aminokyselinu prenáša ju na

ribozóm, kde ju podľa kódu mRNK zaraďuje do polypeptidovho reťazca.

Enzýmy a koenzýmy – základné pojmy v enzymológii

Enzýmy – špecifické bielkoviny, katalyzujú reakcie.

Substrát – látka ktorej premenu E katalyzuje

Produkt - vznikajúci reakciou katalyzovanou enzýmom

Apoenzým – bielkovinová časť E

Koenzým – nebielkovinová časť E

Holenzým – kompletný účinný E

Proenzýmy alebo zymogény – neaktívne prekurzory E z ktorých vznikajú aktívne formy E

Enzýmová aktivita – vyjadrujúca množstvo enzýmu pomocou množstva substrátu, ktoré

sa daným E premení za jednotku času

Katal – kat – základná jednotka enzýmovej aktivity, 1kat je množstvo E, ktoré za

definovaných podmienok /pH, T .../ premení 1 mol substrátu za 1s

Koncentrácia enzýmu – počet katalov v 1 g tkaniva alebo v 1 l biologickej tekutiny

Špecifická aktivita enzýmu – počet katalov na mg, resp. g bielkoviny

Izoenzýmy – E odlišné vlastnosťami, ale katalyzujúce tú istú reakciu

E – ako biokatalyzátory

E – urýchľujú priebeh biochemických reakcií znižovaním aktivačnej energie,

neovplyvňujú rovnovážnu konštantu reakcie a z reakcií vychádzajú nezmenené.

Funkčná špecifickosť enzýmu – určitý E katalyzuje len jeden typ reakcie

Substrátová špecifickosť - určitý E katalyzuje len jednu látku

Aktivitu enzýmu ovplyvňuje : T, pH, c substrátov ale aj aktivátory a inhibítory E

Mechanizmus pôsobenia E

- naviazanie substrátu na určitú špecifickú časť molekuly enzýmu – na aktívne miesto E

11

vzniká enzýmomový – substrátový komplex

- po reakcii sa komplex rozpadne, a uvoľnia sa produkty

Podstata účinku je - zníženie aktivačnej energie reakcie, je menšia ako aktivačná energia

potrebná na priamu premenu S na P.

Rýchlosť enzýmovej reakcie

Závisí od viacerých faktorov a to od :

c substrátu priamo úmerne až po maximálnu rýchlosť

množstva enzýmu priamo úmerne

pH prostredia každý E má vlastné optimum pH /zväčša 7, pepsín 1 – 2, trypsín okolo 9,5/

T prostredia - priamo úmerne, len po určitú hranicu 50 –60 °C / E – bielkoviny podliehajú

denaturácií/

Aktivácia a inhibícia enzýmov

A –látky, ktoré väzbou na E zvyšujú jeho aktivitu – zväčšujú rýchlosť.

I – látky znižujúce aktivitu E

Klasifikácia a názvoslovie enzýmov

Poznáme viac ako 1000 E, preto ich musíme klasifikovať a roztriediť. Podľa reakcie,

ktorú katalyzujú. Základné triedy E :

oxidoreduktázy - katalyzujú oxidoredukčné reakcie

transferázy – katalyzujú prenos skupiny atómov z donora na akceptor

hydrolázy – štiepiace kovalentné väzby v substráte za účasti vody

lyázy – štiepiace kovalentné väzby v substráte bez prítomnosti vody

izomérazy – katalyzujúce vnútrobunkovú premenu substrátu – vznik ozomérov

ligázy – synteázy – katalyzujúce zlučovanie dvoch molekúl substrátov za súčasného štiepenia

ATP a využitia uvoľnenej chemickej energie

12

Koenzýmy

K – nebielkovinová zložka E. Viaže sa na molekulu E, a priamo sa zúčastňuje reakcie. K

– môže byť rovnaký pre viac E.

13

2. Intermediárny metabolizmus

Charakteristika metabolických procesov

Súhrn chemických reakcií sprostredkovaných enzýmami v bunkách tkanív a orgánov tela

sa nazýva intermediárny metabolizmus - látková premena.

Procesy látkovej premeny rozdelíme do štyroch základných skupín :

získavanie energie

premena živín na stavebné jednotky makromolekúl

využitie týchto stavebných jednotiek na syntézu zložitejších látok – bielkovín, NK a lipidov

syntéza a degradácia biomolekúl potrebných na plnenie osobitných funkcií buniek

Chemické procesy v bunkách prebiehajú za veľmi miernych podmienok pH a teploty bez

tvorby nežiadúcich vedľajších produktov. Jednotlivé reakcie látkovej premeny sú v bunkách

často súčasťou metabolických dráh, v ktorých je produkt jednej reakcie substrátom

nasledujúcej.

Metabolické dráhy môžu mať lineárny, cyklický alebo špirálovitý tvar.

Príkladom lineárnej dráhy je napr. glykolýza, počas ktorej sa glukóza sledom reakcií mení

na kyselinu pyrohroznovú, resp. kyselinu mliečnu.

Cyklickou metabolickou dráhou je napr. Krebsov cyklus, v ktorom sa jeden

z východiskových substrátov metabolickej dráhy /kyselina oxáloctová/ počas cyklu regeneruje

a vstupuje opäť do metabolickej dráhy, kým druhý substrát /acetyl–CoA/ sa odbúrava.

Špirálovitou metabolickou dráhou je napr . beta – oxidácia vyšších karboxylových

kyselín, pričom počas jedného cyklu sa skráti reťazec karboxylovej kyseliny vstupujúcej do

tejto metabolickej dráhy. Skrátená Kk sa stáva opäť substrátom uvedenej metabolickej dráhy,

v ktorej sa počas tých istých reakcií znova skracuje jej reťazec, a proces pokračuje až do

odbúrania celého reťazca vyššej karboxylovej kyseliny.

Metabolické reakcie v bunkách rozdeľujeme na rozkladné /katabolické/ a syntetické

/anabolické/ procesy.

Väčšina reakcií v živých systémoch má charakter vratných reakcií, kde vzniká špecifický

rovnovážny stav podobný chemickej rovnováhe.

14

Základy bioenergetiky

Ďalším dôležitým aspektom metabolických procesov je ich energetika. Živý organizmus

predstavuje z hľadiska termodynamiky otvorenú sústavu, ktorá kryje svoju energetickú

potrebu na úkor okolitého prostredia, pričom s ním vytvára dynamickú rovnováhu.

Z energetického hľadiska možno reakcie látkovej premeny rozdeliť do troch skupín:

reakcie produkujúce energiu – exergonické reakcie

reakcie spotrebúvajúce energiu – endergonické

reakcie bez väčších energetických zmien – amfibolické

Pri posudzovaní energetických aspektov chemických reakcií je dôležitá tzv. voľná energia

G /voľná energia, Gibbsova energia/.

Najdôležitejšou formou energetického spojenia metabolických procesov v živej hmote je

tvorba energeticky bohatého medziproduktu, pričom úlohu univerzálneho darcu energie plní

adenozíntrifosfát ATP.

Makroergické zlúčeniny

Každá chemická zlúčenina obsahuje určité množstvo energie, ktoré sa z nej uvoľní pri

hydrolytickom odštiepení niektorej jej funkčnej skupiny. Pri hydrolýze väzby nie uvoľnená

energia uložená vo väzbe samej, ale že ide o určitý energetický stav celej molekuly.

Pri hydrolýze prevažnej časti väzieb nachádzajúcich sa v organizme v zlúčeninách

/esterové, peptidové, glykozidové /sa uvoľní približne 10 – 15 kJ/mol energie.

V organizme sa nachádzajú aj zlúčeniny, ktorých hydrolytickým štiepením sa uvoľňuje

vyššie množstvo energie – makroergické zlúčeniny. Väzby v nich sa nazývajú makroergické

a v štruktúrnom vzorci sa namiesto čiarky označujú vlnovkou. Pri hydrolýze makroergických

väzieb sa uvoľní približne 30 – 60 kJ/mol energie. Makroergické zlúčeniny v bunkách

obsahujú päť typov makroergických väzieb : difosfátovú, acylfosfátovú, enolfosfátovú,

guanidínfosfátovú a tioesterovú.

15

V bunkách sa makroergické zlúčeniny vytvárajú oxidáciou substrátov, ktoré bunka

získava zo svojho prostredia. Oxidáciou uvoľnená energia tak umožňuje tvorbu zlúčenín

obsahujúcich makroergické väzby.

ATP ako univerzálny zdroj energie

Organizmus potrebuje energiu na tri základné procesy :

syntézu zložitejších molekúl z jednoduchších substrátov

aktívny transport molekúl a iónov

svalovú kontrakciu a iné bunkové pohyby

ATP je takmer vždy energetickým zdrojom procesov, ktoré vyžadujú dodanie energie.

V živočíšnej bunke prevažuje tvorba ATP /adenozíntrifosfát/ oxidačnou fosforyláciou. ATP je

nielen zdrojom energie pre väčšinu chemických reakcií v bunkách ale plní aj niektoré ďalšie

funkcie. Je substrátom pre tvorbu nukleových kyselín a nukletidových koenzýmov /NAD/,

môže byť zdrojom tvorby tepla a signálnym metabolitom pri regulácii aktivity viacerých

enzýmov.

Biologické oxidácie

Bunka získava energiu predovšetkým oxidačnými reakciami. Počas oxidácie sa tvoria

jednoduché produkty, až úplnou oxidáciou vzniká CO2 a H2O.

Energia sa ukladá vo forme chemických väzieb makroergických zlúčenín a podľa potreby

sa uvoľňuje hydrolýzou ich makroergických väzieb.

Charakteristika oxidačných procesov v živej hmote

Z hľadiska elektrónovej teórie možno oxidáciu charakterizovať ako proces odovzdávania

elektrónov a redukciu ako prijímanie elektrónov.

16

Oxidačné procesy v organizme prebiehajú pri teplote organizmu, energia sa uvoľňuje v

malých kvantách. Postupnosť oxidácie cez viaceré medziprodukty zabezpečujú špecifické

oxidačno – redukčné enzýmy.

Základná oxidácia v bunkách je dehydrogenácia – odobratie dvoch vodíkov, tie sa

v mitochondriach prenášajú až na kyslík za vzniku vody, uvoľnená energia sa využije na

tvorbu ATP.

Najčastejšie koenzýmy – NAD /nikotínamidadeníndinukleotid/ a FAD

/flavínadeníndinukleotid/

Pri oxidačno – redukčných reakciách jedna z dvojice reagujúcich látok odovzdáva jeden

alebo viaceré elektróny, pričom sa oxiduje, druhá látka z tejto dvojice zasa uvedené elektróny

priberá a tým redukuje. Napr. oxidácia kyseliny jantárovej na kyselinu fumarovú.

Oxidoreduktázy sú enzýmy katalyzujúce oxidačné procesy. Obsahujú okrem bielkovinovej

časti aj nebielkovinovú zložku – koenzým, podľa neho sa delia do troch skupín.

oxidoreduktázy s nikotínamidovými koenzýmami /NAD a NADP/

oxidoreduktázy s flavínovými koenzýmami /FAD a FMN/ - obe prenášajú atómy vodíka zo

substrátov na koenzýmy

oxidoreduktázy - cytochrómy obsahujú ako nebielkovinovú zložku hém a prenášajú len

elektróny, pričom Fe3+ sa redukuje na Fe2+.

Koncový dýchací reťazec

Základným spôsobom regenerácie redukovaných foriem koenzýmov dehydrogenáz je

odovzdávanie atómov vodíka do koncového dýchacieho reťazca.

KDR predstavuje systém prenášačov, ktorý odoberá atómy vodíka a elektróny

z redukovaných foriem koenzýmov a prenáša ich na kyslík za vzniku vody. Komponenty

dýchacieho reťazca sú uložené vo vnútornej mitochondriálnej membráne.

Prenášače, usporiadané na základe zvyšujúceho sa redoxného potenciálu, prenášajú

postupne vodík a elektróny až na koncový akceptor – kyslík.

Pri prenose elektrónov sa súčasne transportujú protóny z vnútornej strany vnútornej

mitochondriálnej membrány na vonkajšiu časť. Vnútorná mitochondriálna membrána

neumožňuje návrat protónov späť, preto vzniká medzi množstvom protónov na obidvoch

17

stranách vnútornej mitochondriálnej membrány rozdiel – utvára sa protónový gradient.

Energia takto vytvoreného elektrochemického gradienta sa využíva na syntézu ATP.

Proces syntézy ATP pomocou elektrochemického protónového gradienta sa nazýva

oxidačná fosforylácia. Syntézu ATP zabezpečuje enzým ATP–áza lokalizovaná vo vnútornej

mitochndriálnej membráne.

Lokalizácia oxidačných procesov v mitochondriách

Prevažná časť oxidačných procesov určených v bunke na získavanie energie je

lokalizovaná v mitochondriách. Okrem glykolýzy sa v mitochondriách uskutočňujú takmer

všetky metabolické procesy oxidačného odbúravania hlavných súčasti potravy.

Lokalizácia oxidačných procesov priamo v mitochondriách má veľký význam, pretože

redukované koenzýmy vznikajúce pri oxidácii živín môžu vodík odovzdávať priamo do

dýchacieho reťazca, ktorý sa tiež nachádza v mitochondriách.

V mitochondriách uvoľnená energia sa využíva na syntézu ATP. V bunke je ATP

univerzálnym zdrojom energie pre tie procesy, ktoré ju pre svoj priebeh potrebujú.

Metabolizmus sacharidov

Cukry predstavujú základný zdroj energie organizmu. Bunky ich využívajú vo forme

glukózy a okrem toho si zo sacharidov vytvárajú zásobné látky – glykogén.

Sacharidy obsahujú uhlík, ktorý je potrebný na syntézu lipidov a tvorbu aminokyselín.

Centrálnu úlohu má v metabolizme sacharidov glukóza. Metabolizmus glukózy zahŕňa

tieto procesy :

Glykolýzu, čo je oxidácia glukózy na kyselinu pyrohroznovú za aeróbnych podmienok, alebo

na kyselinu mliečnu bez prítomnosti kyslíka

Citrátový cyklus predstavuje konečnú spoločnú metabolickú cestu oxidácie sacharidov, tukov

a bielkovín, do ktorého vstupujú cukry po premene kyseliny pyrohroznovej na acetyl–CoA –

zvyšok kyseliny octovej

Pentózový cyklus proces priamej oxidácie glukózy, ktorý má význam pre redukčnú syntézu

v tvorbe NADPH2 /redukovaný koenzým/ a v tvorbe pentóz pre syntézu NK

18

Glukoneogenézu, teda tvorbu glukózy z látok necukorného charakteru, najmä z aminokyselín

Syntézu a odbúranie glykogénu

Glykolýza

Glykolýza je základnou metabolickou cestou odbúrania glukózy. Proces je lokalizovaný

v cytosóle a uskutočňuje sa v každej bunke tela. Pri glykolýze za aeróbnych podmienok je

konečným produktom kyselina pyrohroznová, za anaeróbnych kyselina mliečna.

Proces glykolýzy možno rozdeliť do troch fáz.

V prvej fáze sa glukóza aktivuje pomocou ATP, za vzniku fosforečného esteru glukózy -

glukóza-6-fosfátu.

V druhej fáza prebieha oxidoredukčná reakcia, pri ktorej sa

3 - fosfoglyceraldehyd oxiduje na kyselinu 1,3- bisfosfoglycerovú.

V tretej fáze sa menia trojuhlíkové karboxylové kyseliny a vzniká kyselina pyrohroznová.

Proces glykolýzy môže byť regulovaný metabolicky alebo hormónmi.

Pri metabolickej - glykolýzu aktivuje ADP, AMP a NAD

/nikotínamidadeníndinukleotid/, inhibične na ňu pôsobí NADH2 a ATP.

Hlavným hormónovým regulátorom glykolýzy sú hormóny pankreasu inzulín a glukagón.

Inzulín ju aktivuje a glukagón ju inhibuje.

Za aeróbnych podmienok je konečným produktom glykolýzy kyselina pyrohroznová.

V prevažnej časti buniek sú aeróbne podmienky, výnimku tvoria bunky pracujúceho

kostrového svalu. Zhoršuje sa prísun kyslíka. Na regeneráciu redukovaných koenzýmov

NADH2 za anaeróbnych podmienok použije reakcia katalyzovaná laktátdehydrogenázou. Pri

nej sa pomocou NADH2 redukuje kyselina pyrohroznová na kyselinu mliečnu, čo je konečný

produkt anaeróbnej glykolýzy.

Pentózový cyklus

Hoci sa prevažná časť glukózy v bunkách odbúrava v procese glykolýzy, časť z nej sa

oxiduje v ďalšej metabolickej dráhe a to v pentózovom cykle.

19

Podiel PC na odbúravaní je rôzny. Najvyšší je v tukovom tkanive /50%/ a erytrocytoch,

pečeni a mozgu predstavuje asi 10% metabolizovanej glukózy.

Význam má nielen energeticky ale hlavne v tvorbe koenzýmu NADH2, bez ktorého sa

nemôže zaobísť väčšina procesov v bunkách.

Významná je tiež tvorba ribózy. Proces odbúravania stimuluje inzulín.

Glukoneogenéza

V krvnom riečisku musí byť dosť glukózy. Pri znížení koncentrácie glukózy v krvi si ju

organizmus dopĺňa rozkladom pečeňového glykogénu. V pečeni zdravého človeka je asi

100 g glykogénu, preto pri dlhšom hladovaní sa glukóza v krvi musí dopĺňať jej novotvorbou

z necukorných substrátov. To voláme glukoneogenéza, prebieha v pečeni a čiastočne aj

v bunkách obličiek.

Východiskovým substrátom je pri glukoneogenéze kyselina pyrohroznová, kyselina

oxáloctová, prípadne glycerol. Prvou reakciou glukoneogenézy, ktorá je z hľadiska glykolýzy

nevratná je tvorba kyseliny fosfoenolpyrohroznovej. Koenzýmom je biotín.

Z hľadiska regulácie aktivity glukoneogenézy majú rozhodujúcu úlohu hormóny kôry

nadobličiek – glukokortikoidy. Indukujú proces glukoneogenézy a podporujú aj rozklad

bielkovín, čím poskytujú dostatočné množstvo aminokyselín na novotvorbu glukózy.

Podpornú úlohu plní i hormón pankreasu glukagón. Inzulín inhibuje proces

glukoneogenézy.

Metabolizmus glykogénu

Glykogén je u živočíchov zásobnou formou sacharidov. Najdôležitejšie zásoby sú

v pečeni a v kostrovom svalstve. Zásoby glykogénu v pečeni sú vzhľadom na potreby

organizmu relatívne nízke /80 –100g/, takže pečeňový glykogén je pri hladovaní schopný

udržať fyziologickú koncentráciu glukózy v krvi len asi 16 - 24 hodín. Po vyčerpaní zásob

glykogénu sa pri pretrvávajúcom hladovaní musí glukóza dopĺňať procesom glukoneogenézy.

Glykogén je polysacharid zložený z glukózových jednotiek. Základ pri syntéze glykogénu

je aktivácia glukózy pomocou ATP.

20

Glykogén je zásobná forma glukózy. Molekuly glukózy sa z reťazca glykogénu uvoľňujú

fosforolyticky, čo znamená, že do reakcie vstupuje kyselina fosforečná a produktom je

fosforečný ester glukózy.

Hlavnú regulačnú úlohu v metabolizme glykogénu majú hormóny glukagón, adrenalín

a inzulín. G a A aktivujú štiepenie glykogénu a ihibujú jeho syntézu. Inzulín opačne.

Glykémia a jej regulácia

Glukóza predstavuje dôležitý zdroj energie buniek. Najmä centrálny nervový systém

získava energiu takmer výlučne oxidáciou glukózy.

Fyziologická koncentrácia glukózy v krvi /glykémia/ je približne 3,3 - 5,6 mmol/l. Prvé

poruchy funkcií CNS sa zjavia pri glykémii nižšej ako 2, 25 mmol/l. Ak sa koncentrácia

neupraví – hypoglykémia – znížená hladina glukózy v krvi – môže byť aj príčinou smrti

následkom porúch CNS. Koncentráciu môžeme zvýšiť :

vyšší prívodom glukózy potravou

zvýšeným štiepením glykogénu – glykogenolýzou

zvýšenou novotvotbou glukózy z necukorných látok – glukoneogenézou

Zvýšená koncentrácia - hyperglykémia sa môže upraviť:

vstupom väčšieho množstva glukózy do buniek a jej vyššou oxidáciou

vyššou syntézou glykogénu v pečeni a svaloch

zvýšenou premenou glukózy na lipidy a ich ukladaním do tukového tkaniva

Regulačný systém zabezpečujúci zvýšenie glykémie má dve zložky – nervovú

a hormónovú. Pri regulácii znižovania koncentrácie glukózy v krvi má rozhodujúcu úlohu

inzulín, ktorý v bunkách podporuje oxidáciu glukózy, syntézu glykogénu a premenu glukózy

na tuky. Inzulín súčasne obmedzuje štiepenie tukov a ich využitie ako zdroja energie.

Hyperglykémia charakterizujúca diabetes melitus je spôsobená absolútnym alebo

relatívnym nedostatkom inzulínu.

Citrátový cyklus

21

Citrátový cyklus je cyklická metabolická dráha prebiehajúca v matrixe mitochondrie,

v ktorej sa aktívny zvyšok kyseliny octovej oxiduje na oxid uhličitý za súčasného vzniku

redukovaných koenzýmov dehydrogenáz. Má rozhodujúcu úlohu v energetickom metabolizme

živočíšnej bunky.

Redukované koenzýmy tvoriace sa pri oxidačných reakciách odovzdávajú vodíky do

dýchacieho reťazca, pričom pri ich prenose na kyslík sa uvolní energia, ktorá sa využíva na

syntézu ATP.

Vznik Acetyl-CoA/zvyšok kyseliny octovej/

Je medziprodukt metabolizmu a tvorí sa :

Počas metabolizmu tukov

Počas metabolizmu cukrov

Počas metabolizmu aminokyselín

Reakcie citrátového cyklu

Cyklus začína kondenzáciou acetyl–CoA a kyseliny oxáloctovej za vzniku kyseliny

citrónovej. V cykle sa uskutočňujú aj štyri oxidačné reakcie. Dehydrogenázy katalyzujúce

tieto oxidačné reakcie využívajú koenzým NAD (nikotínamidadeníndinukleotid ), /kyselina

jantárová využíva FAD/. Pri oxidácii jednej molekuly acetyl-CoA vznikajú tri molekuly

NADH2 a jedna molekula FADH2.

Spomenúť treba aj premenu sukcinyl-CoA na kyselinu jantárovú za tvorby jednej

molekuly GTP. Pri tejto reakcii sa energia makroergickej tioesterovej väzby sukcinyl-CoA

prenáša na GDP za vzniku GTP, ide teda o fosforyláciu na substrátovej úrovni. Makroergická

disfosfátová väzba sa z GTP môže preniesť na ADP, pričom vzniká ATP, ktorý má charakter

univerzálneho zdroja energie.

V reakciách citrátového cyklu sa tak spáli molekula acetyl-CoA za vzniku dvoch molekúl

CO2, štyroch molekúl redukovaných koenzýmov /3-krát NADH2 a 1-krát FADH2/ a jednej

molekuly GTP /energetický ekvivalent ATP/.

22

Citrátový cyklus sa uskutočňuje v matrixe mitochondrie, takže vodíky z redukovaných

koenzýmov môžu bez problémov vstupovať do dýchacieho reťazca, kde ich prenáša systém

prenášačov až na kyslík za vzniku vody a uvoľnenia energie, ktorá sa využije na syntézu

ATP. Na priebeh citrátovéko cyklu pôsobí aktivačne NAD a ADP, inhibične ATP a NADH2.

23

3. Metabolizmus lipidov a lipoproteínov

Lipidy sú vo vode nerozpustné. Z chemického hľadiska ide o estery alkoholov a vyšších

karboxylových kyselín.

V porovnaní so sacharidmi je ich energetická hodnota viac ako dvojnásobná a predstavujú

oveľa koncentrovanejšiu formu energie. Energetický prebytok sa ukladá vo forme

triacylglyceridov do tukového tkaniva. Tie sú trvalým zdrojom energie, tukové bunky sú

schopné v závislosti od stavu výživy uvoľňovať neesterifikované karboxylové kyseliny do

cirkulácie. Ukladanie a uvoľňovanie tukov z tukového tkaniva regulujú hormóny.

Lipidy po vstrebaní sa z tenkého čreva transportujú lymfou a krvou vo forme

lipoproteínov.

Vlastný intermediárny metabolizmus tukov zahrnuje ich katabolizmus aj syntézu.

Katabolické procesy majú za následok vznik vyšších karboxylových kyselín, ktoré sa ďalej

oxidujú v mitochondriách za vzniku acetyl-CoA, ten sa môže ďalej oxidovať v citrátovom

cykle až na CO2 a H2O.

Katabolizmus triacylglycerolov

Triacylglyceroly nachádzajúce sa v tukovom tkanive sa hydrolyzujú pomocou enzýmu

hormónsenzitívnej lipázy. Ako aktivátory pôsobia hormóny glukagón a adrenalín.

Triacylglyceroly kolujúce v krvi sa štepia pomocou lipoproteínovej lipázy. Energetický

najdôležitejšou zložkou sú voľné vyššie karboxylové kyseliny, ktoré sa oxidujú v procese

beta oxidácie.

β - oxidácia vyšších karboxylových kyselín je katabolický proces, pri ktorom sa reťazec

vyššej karboxylovej kyseliny štiepi na dvojuhlíkové zvyšky kyseliny octovej naviazané na Co-

A.

Podmienkou vzniku a odštiepenia acetyl -CoA z reťazca z reťazca vyššej karboxylovej

kyseliny je cyklus chemických reakcií, ktoré vedú k oxidácii beta-uhlíka príslušnej

karboxylovej kyseliny. Jeden cyklus zahrnuje procesy dehydrogenácie, hydratácie, ďalšej

dehydrogenácie a štiepenia oxidovaného reťazca. Opakovaním cyklu sa postupne celá

molekula vyššej karboxylovej kyseliny premení na acetyl-CoA. β - oxidácia je

24

najvýznamnejším procesom v katabolizme vyšších karboxylových kyselín, je lokalizovaný

v mitochondriách.

Vstup vyššej karboxylovej kyseliny do β – oxidácie vyžaduje najskôr jej aktiváciu

naviazaním na Co-A, pričom sa spotrebuje ATP

R–COOH + CoA + ATP = acyl–CoA + AMP + PP

Syntéza vyšších karboxylových kyselín

Organizmus dokáže syntetizovať prevažnú časť vyšších karboxylových kyselín

potrebných pre rast a správnu funkciu telových tkanív a orgánov.

Nasýtené vyššie karboxylové kyseliny, ako aj nenasýtené s jednou dvojitou väzbou sa

v organizme vytvárajú pomerne rýchlo a v dostatočnom množstve z acetyl-CoA. Každá

zlúčenina schopná premeny na acetyl–CoA sa stáva potenciálnym substrátom pre tvorbu

vyšších karboxylových kyselín.

Predpokladom syntézy je dostatok acetyl-CoA, ktorý vzniká pri odbúravaní cukrov,

tukov a aminokyselín. Druhou látkou je redukovaný koenzým NADP.

Donorom uhlíkov pri syntéze vyšších karboxylových kyselín je malonyl - vznikájúci

z acetyl–CoA, donorom vodíkov pri redukčných reakciách je NADPH2. Malonyl–CoA je

reaktívnejší a vhodnejší na predlžovanie reťazca ako acetyl –CoA.

Acetyl–CoA + (HCO3)- + ATP = malonyl–CoA + ADP + P

Syntéza vyšších karboxylových kyselín je najintenzívnejšia pri dostatočnej ponuke

sacharidov a nízkej koncentrácii vyšších karboxylových kyselín.

U vyšších organizmov je aktivátorom syntézy kyselina citrónová, inhibítorom palmitoyl-

CoA. Inzulín aktivuje syntézu opačný účinok má glukagón.

Syntéza triacylglycerolov

25

Triacylglyceroly sa vytvárajú predovšetkým v pečeni, tukovom tkanive a bunkách

tenkého čreva z glycerol–3 fosfátu a aktivovaných vyšších karboxylových kyselín. Glycerol-3-

fosfát vzniká redukciou dihydroxyacetónfosfátu, ktorý je medziproduktom glykolýzy.

Syntéza cholesterolu

Základnou steroidovou látkou v živočíšnych bunkách je cholesterol, nie je len

významnou zložkou biologických membrán, ale aj substrátom pre tvorbu celého radu

dôležitých steroidových zlúčenín, ako sú žlčové kyseliny, steroidové hormóny a vitamín D3.

Cholesterol sa dostáva do tela jednak potravou, jednak sa priamo vytvára v niektorých

tkanivách a orgánoch.

Základnou stavebnou jednotkou syntézy cholesterolu je acetyl-CoA. Enzýmy na syntézu

cholesterolu sa nachádzajú v membránach endoplazmatického retikula.

Proces biosyntézy cholesterolu rozdeľujeme do troch fáz:

Syntéza tzv. aktívnej izoprénovej jednotky

Kondenzácia izoprénovej jednotiek za vzniku skvalénu

Premena skvalénu na cholesterol

Predpokladom nerušeného priebehu syntézy cholesterolu a jeho derivátov je dostatočná

ponuka acetyl-CoA, NADPH2, ako aj ATP. Glukagón inhibije syntézu cholesterolu, inzulín ju

stimuluje. O množstve cholesterolu v bunkách tkanív rozhoduje okrem regulácie endogénnej

biosyntézy aj jeho vstup z krvnej plazmy do buniek.

Lipoproteíny, ich metabolizmus a funkcie

Lipidy ako hydrofóbne látky sú vo vodnom prostredí len veľmi málo rozpustné. Ich

transport krvnou plazmou, ktorá predstavuje vodný roztok, sa zabezpečuje spojením

nerozpustných lipidov s polárnejšími lipidmi /fosfolipidmi/ a nasledujúcou väzbou na

cholesterol a bielkoviny za vzniku hydrofilného lipoproteínového komplexu.

Bielkoviny zúčastňujúce sa na tvorbe lipoproteínových častíc sa nazývajú apoliporoteíny.

26

Štruktúrne sú lipoproteíny sférické častice rôznej veľkosti s centrálne uloženými

hydrofóbnymi molekulami /estery cholesterolu, triacylglyroly/ a povrchovým rozmiestnením

hydrofilných zložiek /fosfolipidy, apoproteíny/.

Lipoproteíny možno deliť do skupín podľa viacerých kritérií. V súčasnosti je najbežnejšie

ich delenie na základe hustoty lipoproteínových častíc, a to do štyroch skupín:

Chylomikróny majú najnižšiu hustotu, sú najväčšie, vytvárajú sa v bunkách sliznice tenkého

čreva z lipidov pochádzajúcich zo stravy, pomer proteínov a lipidov v chylomikrónoch je

1:100 a hlavnou lipidovou zložkou chylomikrónov sú triacylglyceroly.

Lipoproteíny s veľmi nízkou hustotou /VLDL/ podobné na chylomikróny. Tvoria sa v pečeni

z triacylglycerolov, ktoré vznikajú predovšetkým premenou sacharidov privádzaných

potravou.

Lipoproteíny s nízkou hustotou /LDL/ vznikajú z VLDL postupným odbúravaním

triacylglycerolov. Hlavnou lipidovou zložkou LDL je cholesterol. LDL sú hlavným nosičom

exogénneho aj endogénneho cholesterolu v krvnej plazme.

Lipoproteíny s vysokou hustotou /HDL/ sú najmenšími lipoproteínovými časticami; pomer

lipidov a bielkovín je 1:1. Tvoria sa v pečeni, sčasti aj v bunkách tenkého čreva. Hlavnou

lipidovou zložkou HDL sú fosfolipidy a najviac zastúpeným apolipoproteínom je Apo-A.

Metabolizmus lipoproteínov

V syntéze lipiproteínov má centrálnu úlohu tenké črevo a pečeň.

Lipidy sa v tenkom čreve resorbujú a zabudovávajú do chylomikrónov. Chylomikróny sa

z enterocytov vylučujú do lymfy, ktorou sa dostávajú do krvného obehu, kde získavajú od

HDL nevyhnutné apoproteíny C a E. Apoproteín C v molekule chylomikrónov umožňuje ich

odbúranie pomocou lipoproteínovej lipázy /LPL/, čo je enzým naviazaný na povrchu krvných

kapilár, ktorý katalyzuje postupné štiepenie triacylglycerolov v chylomikrónoch.

VLDL sa tvoria v pečeni z lipidov, ktoré sa vytvárajú v pečeňových bunkách z vyšších

karboxylových kyselín pochádzajúcich jednak z lipidov prijatých do tela potravou, no najmä

z uvedených kyselín tvoriacich sa v pečeni zo sacharidov privádzaných do tela potravou.

Hlavnou biologickou funkciou VLDL je transport triacylglycerolov z pečene do

periférnych tkanív, predovšetkým do svalového tkaniva, kde sa využívajú ako zdroj energie,

a do tukového tkaniva, v ktorom sa ukladajú do zásoby.

27

Postupným odbúravaním triacylglycerolov pomocou LPL sa VLDL menia na LDL–

častice, v ktorých je dominujúcou lipidovou zložkou cholesterol.

Kým chylomikróny a VLDL predstavujú predovšetkým zdroj triacylglycerolov /resp.

vyšších karboxylových kyselín pre tkanivá /, LDL poskytujú bunkám najmä cholesterol

nevyhnutný na výstavbu membrán. V metabolizme LDL majú význam receptory na povrchu

buniek tkanív.

Ďalšou skupinou sú HDL. Pretože cholesterol sa môže z organizmu vylúčiť len

prostredníctvom pečene, musí sa do nej transportovať z periférnych tkanív. Túto dôležitú

úlohu plnia práve HDL. Tvoria sa v pečeni a sčasti v bunkách tenkého čreva.

Poruchy tvorby, transportu alebo odbúravania lipoproteínov môžu mať za následok

zvýšenie jednej či viacerých lipoproteínových frakcií v sére. To sa označuje ako

hyperlipoproteinémia. Môže byť:

Primárna, ktorá vzniká na genetickom podklade ako dedičná porucha metabolizmu lipidov

Sekundárna, zjavujúca sa ako sprievodný príznak iného ochorenia /napr. cukrovky/

Hyperlipoproteinémia a tučnota sú závažnými rizikovými faktormi etiopatogenézy,

aterosklerózy, a teda aj vzniku jej závažných komplikácií, napr. ischemickej choroby srdca

a náhlych cievnych mozgových príhod. Potenciujú rozvoj aterosklerózy a posúvajú je vývin

do mladších vekových kategórii.

Dôležitosť hyperlipoproteinémie zdôrazňuje aj skutočnosť, že patrí medzi najrozšírenejšie

vrodené metabolické ochorenia. Pri odhaľovaní uvedených porúch má veľký význam

vyšetrenie koncentrácie plazmatických lipidov. Pri podozrení na poruchu metabolizmu

lipoproteínov sa biochemicky vyšetruje celkový cholesterol a triacylglyceroly v krvnej

plazme.

28

4. Metabolizmus aminokyselín

Aminokyseliny sa do organizmu dostávajú predovšetkým vo forme bielkovín a plnia

nasledujúce funkcie:

sú substrátom pre syntézu bielkovín

pri svojom katabolizme poskytuje metabolity, ktoré sa využívajú na syntézu glukózy

/glukogenne aminokyseliny/ alebo tukov /ketogenné aminokyseliny/

v nevyhnutnom prípade sa uhlíkový skelet aminokyseliny môže využiť na tvorbu energie

pri metabolizme niektorých aminokyselín vznikajú špecifické produkty, ktoré sa využívajú pri

syntéze určitých zlúčenín /napr. keratín, karnitín, katechlamíny atď./

Z veľkého množstva aminokyselín, ktoré poznáme, sa na syntézu bielkovín využíva 20.

Niektoré z nich si organizmus dokáže syntetizovať sám /neesenciálne aminokyseliny/, iné

musí prijímať potravou /esenciálne aminokyseliny/.

Trávenie bielkovín

Bielkoviny potravy sa v čreve neresorbujú vo forme intaktných molekúl, ale najprv sa

rozkladajú proteolytickými enzýmami tráviacich štiav.

Prvým krokom pri trávení bielkovín je ich denaturácia žalúdočnou kyselinou a štiepenie

na zmes polypeptidov pomocou pepsínu, pričom vzniká len nepatrné množstvo voľných

aminokyselín.

Proces trávenia bielkovín pokračuje v dvanástniku a tenkom čreve za pomoci

proteolytických enzýmov pankreatickej šťavy. Ich činnosťou vznikajú už voľné

aminokyseliny a zmes oligopeptidov zložených z 2-8 aminokyselín.

Proces trávenia bielkovín sa končí v hornej časti tenkého čreva, kde sa táto zmes

peptidov s krátkymi reťazcami hydrolyzuje na voľné aminokyseliny peptidázami kefkovitého

lemu buniek sliznice tenkého čreva. Vytvorené voľné aminokyseliny neprechádzajú črevnou

sliznicou voľne, ale sa aktívne transportujú pomocou špecifických prenášačov.

Poznáme viaceré typy prenášačov aminokyselín /pre kyslé, zásadité, neutrálne

aminokyseliny, pre iminokyseliny/. Po vstrebaní sa aminokyseliny dostávajú portálnou krvou

29

do pečene, kde sa do značnej miery vychytávajú. Pomerne intenzívne ich vychytávajú aj

svalové bunky a obličky.

Reakcie aminokyselín

Delíme ich do dvoch skupín:

Reakcie všeobecného metabolizmu aminokyselín /transaminácia, deaminácia a dekarboxylácia

/

Špecifické metabolické dráhy jednotlivých aminokyselín

Transaminácia je reakcia, do ktorej vstupuje aminokyselina a 2-oxokyselina. Reakciu

katalyzujú aminotransferázy, koenzýmom transaminačnej reakcie je aktívna forma vitamínu

B6–pyridoxal–5-fosfát /PLP /.

Fyziologický význam transaminácie spočíva, že umožňujú:

Odstránenie skupiny -NH2 z aminokyseliny, a teda využitie jej uhlíkového skeletu

v intermediárnom metabolizme

Syntézu neesenciálnych aminokyselín

Dekarboxylácia aminokyselín je reakcia, ktorou sa z molekuly aminokyseliny odstraňuje

karboxylová skupina, pričom produktom sú primárne amíny. Koenzýmom je tiež PLP.

Dekarboxyláciou vzniká veľa dôležitých zlúčenín, ktoré plnia špecifické funkcie alebo sú

substrátom pre tvorbu biologicky významných zlúčenín.

Deaminácia je uvoľňovanie amoniaku z molekuly aminokyseliny, prebieha dvoma

spôsobmi, a to nepriamou a priamou deamináciou.

Metabolizmus amoniaku

Hoci prevažná časť amoniaku vznikajúceho v tele človeka pochádza z aminokyselín,

časť z neho môže vznikať aj pri odbúravaní nukleových kyselín a nukleotidov.

Amoniak sa uvoľňuje z aminokyselín procesmi priamej a nepriamej deaminácie. Časť sa

tvorí v čreve pôsobením baktériových enzýmov na močovinu, resp. neresorbované

aminokyseliny.

30

Amoniak je pre človeka toxickou látkou. Jeho toxické pôsobenie sa prejavuje

predovšetkým na CNS, preto sa musí čo najrýchlejšie z tela vylúčiť. Hlavným miestom

detoxikácie amoniaku je pečeň. Pre svoju toxicitu sa amoniak transportuje z miesta vzniku

v periférnych tkanivách ihneď do pečene v netoxickej forme ako glutamín, v pečeni sa z neho

syntetizuje netoxická odpadová látka – močovina.

Fixácia a transport amoniaku

Väzbu amoniaku na kyselinu glutámovú katalyzuje enzým glutamínsyntáza za spotreby

jednej molekuly ATP

NH3 + kyselina glutámová + ATP = glutamín + ADP + P

Vytvorený glutamín sa krvou transportuje predovšetkým do pečene. Malá časť glutamínu

sa metabolizuje v obličkách kde sa využíva na reguláciu acidobazickej rovnováhy.

Detoxikácia amoniaku- cyklus tvorby močoviny

Amoniak sa z ľudského tela vylučuje vo forme močoviny, ktorá je veľmi vhodná na jeho

elimináciu, pretože je netoxická, vo vode je dobré rozpustná, nemá náboj, ľahko difunduje cez

membrány a dostatočne sa vylučuje obličkami.

Močovina sa tvorí v pečeni. Močovina vzniká cyklickým procesom, do ktorého vstupuje

amoniak vo forme karbamoylfosfátu a reaguje s ornitínom. Cez viaceré medziprodukty vzniká

arginín, ktorý sa napokon hydrolýzou rozkladá na močovinu a opäť sa obnovuje ornitín.

Vznik jednej molekuly močoviny vyžaduje prívod troch molekúl ATP. Vytvorená

močovina sa krvou transportuje z pečene do obličiek a vylučuje sa močom. Denne sa vylúči

30g močoviny, čo zodpovedá asi 14g dusíka.

Koncentrácia močoviny v krvnej plazme závisí predovšetkým od:

Tvorby voľného amoniaku

Intenzity syntézy močoviny

Vylučovania močoviny obličkami do moču

31

Na diferenciálnu diagnostiku a zistenie, ktorý z uvedených procesov zapríčiňuje vyššiu

koncentráciu močoviny v sére, sa využíva porovnanie zmeny hladiny močoviny so zmenou

plazmatickej koncentrácie kreatinínu /zvyšuje sa najmä pri poškodení obličiek /.

Medzi stavy, pri ktorých stúpa predovšetkým plazmatická koncentrácia močoviny

a hladina kreatinínu sa nemení alebo sa zvyšuje len mierne, patrí:

Zvýšený prívod bielkovín potravou

Rozsiahlejšie krvácanie do tráviaceho systému

Chorobné stavy spojené so zvýšeným rozpadom bielkovín, ako sú horúčky, popáleniny,

pooperačné stavy, aplikácia vysokých dávok kortikoidov

Dlhodobé hladovanie

Výrazné zvýšenie koncentrácie kreatinínu aj močoviny v krvnej plazme sa pozoruje pri:

Vážnejšom poškodení kostrového svalstva, myopatiách

Poškodení funkcie obličiek a obličkovej insuficiencii

Využitie uhlíkového skeletu aminokyselín

Skelet aminokyselín získaný ich deamináciou sa môže využiť na tvorbu energie po jeho

oxidácii. Ak ide o glukogénne aminokyseliny, môže sa uhlíkový skelet využiť na syntézu

glukózy v procese glukoneogenézy.

Pri metabolickom rozklade ketogénnych aminokyselín vzniká acetyl–CoA, ktorý sa

využíva na syntézu vyšších karboxylových kyselín a lipidov resp. ketolátok.

Metabolizmus jednotlivých aminokyselín

Okrem všeobecných reakcií vstupuje každá aminokyselina aj do špecifických

metabolických reakcií, pri ktorých vzniká celý rad medziproduktov; tie sa využívajú

v intermediárnom metabolizme na syntézu rôznych špecifických zlúčenín.

Glycín je najmenšia aminokyselina s rozsiahlym využitím v metabolických procesoch.

Zapája sa do detoxikačných procesov /napr. detoxikácia aromatických kyselín/

a konjugačných reakcií /konjugácia žlčových kyselín/.Využíva sa ako substrát pri syntéze

32

kreatínu, hému, purínových nukleotidov a tripeptidu glutatiónu. Môže z neho vznikať

aminokyselina serín.

Alanín môže v ľudskom tele vznikať transamináciou z kyseliny pyrohroznovej. Skupina -

NH2 alanínu sa môže využívať na syntézu viacerých neesenciálnych aminokyselín.

Serín je hlavným zdrojom jednouhlíkových skupín v rôznych metabolických procesoch.

Využíva sa ako substrát na syntézu etanolamínu, cholínu a sfingozínu, ktoré sú dôležité pri

tvorbe zložených lipidov. Zo serínu môže vznikať glycín.

Metionín je dôležitým donorom metylových skupín pri syntéze rôznych látok. Aktívna

forma metionínu vstupujúca do metylačných reakcií vzniká jeho naviazaním na ATP.

Metylová skupina metionínu sa využíva napr . pri syntéze cholínu, adrenalínu, kreatínu

a karnitínu.

Cysteín je substrátom na tvorbu glutatiónu a taurínu. Taurín sa využíva na konjugáciu so

žlčovými kyselinami. Dekarboxyláciou kyseliny asparagovej vzniká beta alanín, ktorý je

zložkou koenzýmu A. Kyselina asparagová sa využíva pri syntéze purínových aj pyridinových

nukleotidov, močoviny a asparagínu.

Kyselina glutámová je spolu s glycínom a cysteínom substrátom na tvorbu glutatiónu. Jej

dekarboxyláciou vzniká kyselina gamaaminomaslová, hlavný inhibičný neuromediátor v CNS.

Arginín je pre človeka esenciálnou aminokyselinou v detskom období. Zúčastňuje sa na

tvorbe močoviny a kreatínu.

Dekarboxyláciou histidínu vzniká histamín. Ide o biogénny amín výrazne ovplyvňujúci

krvný tlak a sekréciu žalúdočnej kyseliny.

Hydroxyláciou prolínu vzniká aminokyselina hydroxyprolín, ktorá je dôležitou

stavebnou zložkou hlavnej bielkoviny spojivového tkaniva- kolagénu.

Fenylalanín a tyrozín sú aromatické aminokyseliny a tvoria substrát pre tvorbu

katecholamínov /adrenalínu a noradrenalínu/ hnedého kožného farbiva melanínu a hormónu

štítnej žľazy tyroxínu.

Z tryptofánu sa môže tvoriť kyselina nikotínová a nikotínamid /vitamínPP /.

Hydroxyláciou a dekarboxyláciou tryptofánu vzniká sérotonín. Látka s výrazným biologickým

účinkom /vplyv na hladkú svalovinu, tráviaci systém, mediátor prenosu nervového vzruchu

v CNS/. Z tryptofánu sa tvorí hormón epifýzy melatonín.

33

Metabolizmus nukleotidov

Purínové a pyrimidínové nukleotidy sú jednou zo základných súčastí živej hmoty,

v ktorej plnia viaceré dôležité funkcie:

Sú stavebnou zložkou nukleových kyselín a nukleotidových koenzýmov /napr. NAD, FAD,

FMN/

Ako súčasť rôznych aktivovaných medziproduktov /napr. UDP-glukóza, CDP- diacylglycerol/

majú veľký význam v celom rade dôležitých metabolických procesov

Plnia nezastupiteľnú úlohu vo všetkých metabolických a fyziologických procesoch, ktoré

závisia od transformácie chemickej energie do využiteľnej formy v makroergických

zlúčeninách /napr. ATP ako univerzálny zdroj energie /

Fungujú ako regulátory v mnohých metabolických procesoch /napr. ADP aktivuje proces

glykolýzy/

Syntézy nukleotidov - v prevažnej časti buniek sa proces syntézy nukleotidov

uskutočňuje dvojakým spôsobom, a to buď de novo, alebo pomocnými cestami. Syntéza de

novo predstavuje tvorbu nukleotidov zo základných jednoduchých substrátov /ribóza, CO2,

NH3, niektoré aminokyseliny/. Pri syntéze pomocnými cestami sa ako substráty využívajú

niektoré produkty odbúravania nukleotidov, pričom heterocyklické jadro je už vytvorené a len

niekoľkými reakciami vzniká kompletný nukleotid. Ide o energeticky oveľa menej náročný

spôsob syntézy nukleotidov.

Syntéza purínových nukleotidov

Syntéza de novo. Pre tvorbu purínových nukleotidov zo základných jednoduchých

substrátov je charakteristické, že sa už od začiatku budujú ako nukleotidy. Počas celej syntézy

sú medziprodukty syntézy purínového kruhu viazané na ribóza–5-fosfát.

Prvým krokom v syntéze je reakcia ribóza-5-fosfátu s ATP za vzniku PRDP /5-

fosforibozyl-1-difosfátu/. Postupne sa buduje purínový kruh. Prvá fáza končí vytvorením IMP

/inozínmonofosfátu/.Tvoria sa ďalšie purínové nukleotidy - AMP a GMP. Zdrojom skupiny

-NH2 je pri syntéze AMP kyselina asparágová a energiu pre túto reakciu dodáva GTP.

34

Zdrojom skupiny -NH2 pri syntéze guanínových nukleotidov je glutamín a energiu

tomuto procesu poskytuje ATP. Syntéza purínových nukleotidov je energetický náročná –

AMP vyžaduje 10 molekúl ATP a syntéza GMP 11 molekúl ATP.

Okrem energeticky náročnej syntézy nukleotidov de novo sa purínové nukleotidy môžu

v bunkách vytvárať menej náročnými cestami – pomocnými cestami.

Pri tejto syntéze sa využívajú metabolity vznikajúce pri odbúravaní nukleotidov, ktoré

majú zachované purínové jadro. Typický m príkladom orgánu uprednosťujúceho syntézu

purínových nukleotidov pomocnými cestami je mozog.

Syntéza pyrimidínových nukleotidov

Aj pri pyrimidínových nukleotidoch vychádza syntéza de novo z jednoduchých

nízkomolekulových látok –CO2, -NH3, aminokyselín a ribózy.

Najprv sa vytvorí karbamoylfosfát z glutamínu, ATP a CO2. Ďalšími reakciami sa tvorí

uridínmonofosfát /UMP/ a z neho sa vytvárajú ostatné pyrimidínové nukleotidy CMP a dTMP.

Hlavnou regulačnou reakciou syntézy je u človeka tvorba karbamoylfosfátu, reakcia je

inhibovaná konečným produktom syntézy pyrimidínových nukleotidov – UTP.

Syntéza deoxynukleotidov

Z vytvorených nukleotidov sa v bunkách vytvárajú aj príslušné deoxyribonukleotidy,

ktoré sú potrebné na syntézu DNK. Deoxynukleotidy sa od nukleotidov líšia tým, že namiesto

ribózy majú v molekule deoxyribózu. Premena nukleotidu na deoxyribonukleotid sa

uskutočňuje za pomoci enzýmu ribonukleotidreduktázy a koenzýmu NADPH2.

Odbúravanie purínových nukleotidov

Pri odbúravaní sa postupne odstraňuje skupina -NH2 naviazaná na purínový kruh

a odštepuje sa fosfátová skupina a pentóza. Z AMP sa tak vytvára hypoxantín a z GMP

xantín. Ich oxidáciou potom vzniká kyselina močová, ktorá je u človeka konečným produktom

odbúravania purínových nukleotidov a teda sa vylučuje močom.

35

Fyziologická koncentrácia kyseliny močovej dosahuje v krvi hodnotu 390 – 450 µmol/l.

Kyselina a jej soli sa zle rozpúšťajú vo vode, pri zvýšenej koncentrácii sa zrážajú

a kryštalizujú. Jej zvýšená tvorba alebo obmedzené vylučovanie z tela spôsobia vzostup

koncentrácie kyseliny v krvnom sére - hyperurikémiu. Hyperurikémiu sprevádza vyzrážanie

kyseliny močovej v niektorých oblastiach tela, predovšetkým v kĺboch, čo má za následok

vznik dny /arthritis urica/. Soli kyseliny močovej sa pri hyperurikémii obyčajne vyzrážajú aj

v obličkách a spôsobujú tvorbu obličkových kameňov.

Odbúravanie pyrimidínových nukleotidov

Na rozdiel od odbúravania purínových nukleotidov, pri ktorom sa u človeka neštiepi

heterocyklický purínový kruh, sa pri odbúravaní pyrimidínových nukleotidov rozštiepi aj

heterocyklický pyridínový kruh, konečnými metabolitmi sú jednoduché zlúčeniny.

Konečným produktom odbúrania uridínových a cytidínových nukleotidov je β–alanín,

z tymidínových nukleotidov vzniká kyselina β-aminoizomaslová.

36

5. Metabolizmus tetrapyrolov. ABR.

Medzi najvýznamnejšie tetrapyroly v ľudskom organizme patria porfyríny, čo sú

cyklické zlúčeniny vznikajúce spojením štyroch pyrolových jadier metínovými mostíkmi.

Z nich je najdôležitejší hém, ktorý obsahuje vo svojej molekule atóm železa. Hém sa viaže na

bielkoviny za vzniku hemoproteínov. Prehľad :

Hemoproteín Molekulová hmotnosť Výskyt Funkcia

Hemoglobín 64 500 Erytrocyty Transport O2

Myoglobín 17 000 Svaly Transport O2

Kataláza 240 000 Pečeň, erytrocyty Katabolizmus H 2O2

Cytochróm b 60 000 Mitochondrie Dýchací reťazec

Cytochróm c 12 400 Mitochondrie Dýchací reťazec

Cytochróm b5 58 000 Endoplazmatické

retikulum

Desaturácia

Cytochróm P 450 50 000 Endoplazmatické

retikulum

Monooxygenázový

systém

Syntéza hému

Začiatok a koniec syntézy hému je lokalizovaný v mitochondriách, ostatné reakcie

prebiehajú v cytosóle buniek. V ľudskom tele sa mimoriadne dôležité procesy biosyntézy

hému uskutočňujú v krvotvornom tkanive /syntéza hemoglobínu/ a v pečeni /cytochróm P

450/. Základným substrátom na syntézu hému je aminokyselina glycín a sukcinyl–CoA.

Základné hemoproteíny a ich biologický význam

Hemoglobín je dýchací pigment vyšších živočíchov, v molekule ktorého je hém viazaný

na bielkovinu globín. Molekula hemoglobínu obsahuje štyri globínové podjednotky, pričom na

každú z nich sa viaže jedna molekula hému.

37

Hemoglobín viaže na každý hém jednu molekulu kyslíka za vzniku jasnočerveného

oxyhemoglobínu /HbO2/. Nasýtenie hemoglobínu kyslíkom závisí od parciálnych tlakov O2

a CO2, od teploty a pH prostredia. Veľmi pevne sa na hemoglobín viaže oxid uhoľnatý, čo je

podstatou jeho toxického účinku.

Myoglobín je červený hemoproteín nachádzajúci sa v svalovom tkanive. Jeho molekulu

tvorí len jeden polypeptidový reťazec viažuci jeden hém. Myoglobín predstavuje určitú

rezervu kyslíka pre svalové tkanivo, ktoré sa využíva pri svalovej práci.

Cytochrómy sú v bunkové hemoproteíny zúčastňujúce sa na prenose elektrónov. Tie,

ktoré vytvárajú dýchací reťazec v mitochondriách /cytochróm b, c, a, a3/, prenášajú elektróny

z flavoproteínov na cytochrómoxidázu.

V membránach endoplazmatického retikula sa nachádza cytochróm b5 dôležitý pri syntéze

nanasýtených vyšších karboxylových kyselín.

V pečeňových bunkách je cytochróm P 450, ktorý je potrebný na oxidáciu celého radu

zlúčenín; tie sa po oxidácii stávajú lepšie rozpustnými vo vode a môže sa teda vylúčiť,

Cytochróm P 450 je zapojený aj do syntézy steroidových látok.

Odbúravanie hému a vznik žlčových kyselín

Odbúravanie hemoproteínov je najviac preskúmané na hemoglobíne, ktorý u človeka

predstavuje 80% všetkých hemoproteínov.

Hlavným produktom odbúravania hému je bilirubín. Ide o žltý lineárny tetrapyrol -

nepolárnu, lipofilnú a pri fyziologickom pH vo vode praktický nerozpustnú látku s toxickými

vlastnosťami. Rozpadom hému v stárnucích erytrocytoch sa v tele človeka vytvára približne

80 – 90% bilirubínu, jeho zvyšok vzniká z ostatných telových hemoproteínov.

Bilirubín sa tvorí predovšetkým v slezine, a to za fyziologických podmienok denne

v množstve približne 500µmol. Zo sleziny sa bilirubín musí transportovať do pečene, pre

svoju nedostatočnú rozpustnosť vo vode sa prenáša krvnou plazmou, v ktorej je viazaný na

albumín. Počas prietoku krvi pečeňou sa bilirubín uvoľňuje z väzby na albumín a vstupuje do

pečeňových buniek.

V pečeňových bunkách sa viaže /konjuguje/ s kyselinou glukuronovou za vzniku

konjugátu rozpustného vo vode. Na jednu molekulu bilirubínu sa viažu dve molekuly kyseliny

38

glukurónovej. Vytvorený diglukuronid biliruínu sa z pečeňových buniek vylučuje do žlče

a žlčou sa dostáva do čreva.

V hrubom čreve sa bilirubín pôsobením baktériovej flóry oxiduje a redukuje a vznikajú

tzv. žlčové farbivá. Medzi hlavné žlčové farbivá patrí oranžový urobilín a hnedožltý

sterkobilín, ktoré podmieňujú normálne sfarbenie stolice.

Hyperbilirubinémia a ikterus

Porucha metabolizmu bilirubínu na ktoromkoľvek úseku od jeho vzniku až po vylúčenie

z tela má za následok zvýšenie jeho koncentrácie v krvi – hyperbilirubinémiu. Ide o žlté

sfarbenie sklér, kože a viditeľných slizníc, ktoré je výsledkom ukladania bilirubínu.

Zjavné prejavy ikteru sa pozorujú pri zvýšení koncentrácie bilirubínu v krvi nad

hodnotu 40 µmol/l.

Prehepatálny /hemolytický/ ikterus vzniká pri zvýšenej tvorbe bilirubínu, keď sa

prekročí eliminačná kapacita pečene pre bilirubín. Vyššia tvorba bilirubínu býva podmienená

značným rozpadom erytrocytov /hemolýzou/ pri hemolytických anémiách alebo pri

odbúravaní rozsiahlejších hematómov.

Pri hepatálnom iktere sa porucha vyskytuje na úrovni pečeňovej bunky. Môže byť

narušený mechanizmus konjugácie bilirubínu alebo jeho vylučovanie do žlče. Hepatálny

ikterus je podmienený poškodením pečeňových buniek chorobným procesom /napr. akútna

vírusová hepatitída/ alebo toxickými látkami /napr. alkohol, lieky/.

Posthepatálny /obštrukčný/ ikterus je vyvolaný sťaženým až úplným obmedzením

vylučovania konjugovaného bilirubínu žlčou do čreva. Môže vznikať pri prekážke v žlčových

cestách /napr. zúženie žlčovodov, kamene v žlčovode/ alebo pri poruche priamo v pečeni

/napr. nádory pečene/.

39

Acidobazická rovnováha a jej regulácia

Pre správnu funkciu buniek je nevyhnutné udržiavanie konštantného pH vnútorného

prostredia. Fyziologická hodnota pH krvnej plazmy sa pohybuje v rozmedzí 7,4 ± 0,04.

Hodnoty vyššie ako 7,8 a nižšie ako 6,8 nie sú zlučiteľné so životom. Na udržiavanie stáleho

pH /acidobazická rovnováha, ABR/ má organizmus k dispozícii viaceré mechanizmy, a to

tlmivé systémy, správne fungujúce obličky a dýchací systém.

Tlmivé systémy predstavujú sústavy zložené zo slabej kyseliny a jej soli so silnou

zásadou. Ich úlohou je zmierňovať výkyvy pH tým, že pri posune do zásaditej oblasti

uvoľňujú H+ a pri posune smerom do kyslej oblasti ho zase viažu. Najdôležitejším tlmivým

systémom v krvi je hydrogénuhličitanový systém /NaHCO3/H2CO3/. Okrem neho pôsobí

v krvi i fosfátový, bielkovinový a hemoglobínový tlmivý systém.

Dýchací systém sa podieľa na udržiavaní ABR tým, že reguluje množstvo CO2 v krvi.

Jednou zo zložiek hydrogénuhličitanového tlmivého systému je kyselina uhličitá, ktorá je

v rovnováhe s CO2 rozpusteným v telových tekutinách. Koncentrácia rozpusteného CO2 zasa

závisí od pCO2 v krvi, takže dýchací systém ovplyvňovaním pCO2 reguluje ABR. Ak sa

v organizme zvyšuje množstvo H+, tento ión sa viaže na HCO-3 za vzniku H2CO3, ktorá sa

v pľúcach rozkladá na CO2 a H2O a oxid sa vydýcha.

Obličky regulujú druhú zložku hydrogénuhličitanového tlmivého systému, a to

koncentráciu NaHCO3. Zabezpečujú spätnú resorpciu prefiltrovanéhoNaHCO3 a okrem toho

môžu podľa potreby NaHCO3 aktívne vytvárať. Obličky sú schopné aktívne vylučovať H+

pomocou fosfátového tlmivého systému /HPO2-4/ H2PO-

4/ a aj vo forme amóniového katiónu

NH+4.

Základné poruchy acidobázickej rovnováhy.

Vzhľadom na charakter zmeny pH sa poruchy ABR delia do dvoch veľkých skupín, a to

na acidózu a alkalózu.

Ako acidóza sa označuje porucha ABR charakterizovaná zvýšením koncentrácie H+

a znížením pH pod 7,36.

Alkalóza sa vyznačuje poklesom koncentrácie H+ a vzostupom hodnoty pH nad 7,44.

V závislosti od mechanizmu vzniku sa rozlišujú metabolické respiračné poruchy ABR.

40

Metabolické poruchy sú podmienené zvýšením koncentrácie kyselín, znížením

koncentrácie zásad, prípadne obidvoma súčasne.

Respiračné poruchy sú výsledkom narušeného dýchania, čo má za následok zmeny pCO2

v krvi, a teda aj zmenenú koncentráciu H2CO3.

Každá odchýlka od normálnej ABR /acidóza aj alkalóza/ vyvoláva reakciu, ktorou sa

organizmus usiluje opäť obnoviť fyziologickú hodnotu pH.

Regulačné procesy rozvíjajúce sa ako odpoveď organizmu na zmeny ABR možno deliť

do dvoch typov.

Okamžitá reakcia sa začína ihneď po vzniku poruchy, plne sa rozvinie počas niekoľkých

minút a zabezpečujú ju tlmivé systémy.

Adaptačná reakcia sa rozvíja s určitým oneskorením a podieľajú sa na nej obličky aj

dýchací systém.

Obidva typy reakcií sa rozvíjajú rôzne dlhý čas. Respiračná kompenzácia nastane do 24

hodín. Regulačná reakcia obličiek sa vyvíja pomalšie, takže úplná metabolická kompenzácia

vznikne až za niekoľko dní/5-7/.

Z hľadiska trvania poruchy a stupňa kompenzačných a korekčných procesov sa rozlišujú

akútne a chronické poruchy ABR. Akútna porucha ABR znamená, že sa ešte úplne

nerozvinula kompenzačná ani korekčná úprava. Pri chronickej poruche ABR sa kompenzačné

mechanizmy už celkom rozvinuli.

41

6. Genetická informácia a základy jej prenosu

Jednou zo základných vlastnosti živej hmoty je dedičnosť, t. j. schopnosť odovzdávať

genetickú informáciu z rodičovského organizmu na potomstvo. Genetická informácia je súbor

inštrukcii pre všetky štruktúrne znaky, životné procesy a prejavy organizmu. Množstvo

informácií na určenie jednej vlastnosti sa nazýva gén,

Informácia o štruktúre bielkovín vytvárajúcich sa pri vzniku i počas vývinu jedinca je

uložená v molekulách DNK.

Replikácia nastáva pri delení buniek. Z materskej DNK sa genetická informácia prenáša

do novovznikajúcej dcérskej DNK a tá potom prechádza do dcérskej bunky.

Pojmom transkripcia sa označuje prenos informácie z DNK na molekuly RNK. Ide

o prepis genetickej informácie z DNK na RNK.

Translácia je preklad informácie z molekuly RNK do štruktúry bielkoviny, presnejšie do

je primárnej štruktúry – poradia aminokyselín v polypeptidovom reťazci.

Replikácia DNK

Replikáciou DNK sa chápe syntéza DNK s cieľom jej prepisu z materskej do dcérskej

bunky, pričom sa zdvojuje genetický materiál v bunke. Pri delení bunky prechádza do

obidvoch novovznikajúcich dcérskych buniek jedna molekula DNK. Novovytvorené molekuly

DNK sú rovnaké a súčasne sú totožné aj s DNK materskej bunky, čo umožňuje zachovať

genetickú informáciu medzi predchádzajúcou a nasledujúcou generáciou.

Proces syntézy novej molekuly DNK sa uskutočňuje tzv. semikonzervatívnym

spôsobom. Pri tvorbe novej dvojvláknovej molekuly DNK sa dvojšpirála pôvodnej DNK

rozvinie, reťazce sa oddelia a tvoria predlohu, podľa ktorej sa vytvárajú dva nové reťazce

DNK. Vzniknú tak dve nové dvojvláknové molekuly DNK, v ktorých jeden reťazec pochádza

z pôvodnej molekuly DNK a druhý je nový. Rovnaké poradie deoxynukleotidov v pôvodnom

i novovytvorenom reťazci zabezpečuje komplementarita báz. Komplementarita znamená, že

pri tvorbe nového reťazca sa oproti konkrétnej báze v reťazci materskej DNK môže v novom

reťazci naviazať len deoxynukleotid obsahujúci komplementárnu bázu, pričom navzájom

komplementárne sú dvojice adenín – tymín a guanín – cytozín.

42

Transkripcia

Zjednodušene možno povedať, že informácia uložená v DNK sa prepíše do molekúl

RNK, ktoré sa využívajú ako predloha na syntézu nových bielkovín. Primárna štruktúra RNK

určuje primárnu štruktúru molekuly bielkoviny.

Prepis informácie z DNK do molekuly RNK sa označuje transkripcia. Transkripciou sa

vytvárajú tri základné typy RNK: mediátorová (mRNK), transférová (tRNK), a ribozómová

(rRNK), mRNK je nositeľom informácie na syntézu molekuly určitej bielkoviny, tRNK viaže

počas proteosyntézy určitú špecifickú aminokyselinu a transportuje ju na ribozom a rRNK je

stavebnou zložkou ribizómov.

Časť molekuly DNK kódujúca konkrétnu vlastnosť /napr. tvorbu určitej bielkoviny alebo

enzýmu/ sa označuje pojmom gén. Nie všetky gény sú však nositeľmi informácie potrebnej na

syntézu určitej bielkoviny. V molekule DNK sa nachádza celý rad génov, ktoré plnia

regulačnú funkciu pri syntéze nukleových kyselín. Gény teda možno deliť do dvoch hlavných

skupín, a to na štruktúrne a regulačné. Štruktúrne sú nositeľmi informácie potrebnej na

syntézu konkrétnej bielkoviny a prepisujú sa do molekúl mRNK. Regulačné gény sú úseky

DNK, ktoré sa do RNK neprepisujú, majú však regulačnú úlohu pri prepise štruktúrnych

génov.

Tvorbu reťazca RNK katalyzuje enzým RNK-polymeráza, ktorá na syntézu RNK využíva

ako predlohu dvojvláknovú DNK, pričom na transkripciu je potrebný len jeden reťazec. RNK–

polymeráza je schopná vybrať správny reťazec z dvojvláknovej DNK, ktorý sa má prepísať do

štruktúry RNK. Pri syntéze nového reťazca RNK dosadzuje RNK- polymeráza oproti

adenínovému deoxynukleotidu v predlohe DNK uracylový nukleotid.

Adenin a uracyl teda tvoria komplementárnu dvojicu pri syntéze RNK. Ostatné bázy

v DNK /tymín, cytozín a guanín / kódujú v reťazci RNK komplementárne bázy rovnako ako

pri syntéze DNK, teda adenín, guanín a cytozín. RNK–polymeráza nevyžaduje na rozdiel od

DNK-polymerázy existenciu priméru, ale začína syntézu nového reťazca od prvého

nukleotidu.

Prvým krokom pri prepise určitého štruktúrneho génu z DNK do mRNK je naviazanie

RNK–polymerázy na špecifické regulačné miesto v reťazci DNK, ktoré sa nazýva promótor.

43

Transkripcia každého génu je iniciovaná nezávisle vlastným promotórom. Po naviazaní

RNK–polymerázy sa dvojšpirála DNK lokálne rozvinie a postupne sa účinkom RNK–

polymerázy syntetizuje molekula RNK podľa predlohy DNK.

Posledným stupňom syntézy RNK je ukončenie tvorby reťazca RNK. V každom

štruktúrnom géne v molekule DNK je sekvencia deoxynukleotidov, ktorá určuje skončenie

syntézy reťazca RNK a vytvorená molekula RNK sa uvoľní a prechádza do cytosólu.

Novovytvorená molekula RNK ešte nie plne aktívnou molekulou a musí sa upraviť.

Takáto úprava primárnej molekuly RNK do formy plne funkčnej molekuly sa označuje

pojmom posttranskripčná úprava

Translácia

Translácia je proces prekladu genetickej informácie uloženej v molekulách mRNK do

štruktúry polypetidového reťazca bielkoviny. Ide teda o posledný stupeň v systéme prenosu

genetickej informácie z DNK cez mRNK do molekúl bielkovín.

Aby novovytvorená bielkovina mohla správne fungovať, musí mať presne definovanú

primárnu štruktúru, t. j. poradie jednotlivých aminokyselín v polypeptidovom reťazci.

Informácia o primárnej štruktúre syntetizovanej bielkoviny je uložená v poradí nukleotidov

v reťazci mRNK a nazýva sa genetický kód.

Celá genetická informácia bunky je uložená v molekulách DNK zabudovaných

do chromozómov. V bunke sa informácia z DNK prenáša do molekúl RNK, ktoré

sprostredkúvajú prenos genetickej informácie z DNK do bielkovín.

Poradie nukleotidov v reťazci mRNK určuje poradie aminokyselín v polypeptidovom

reťazci bielkoviny. Sekvencia nukleotidov v molekulách m RNK teda predstavuje genetický

kód pre syntézu bielkovín bunky.

V molekulách bielkovín jestvuje 20 druhov aminokyselín, z ktorých každá má určitý

systém kódovania. Zo štruktúry mRNK vidno, že jedinou variabilnou zložkou v jej reťazci sú

purínové a pyrimdínové bázy, z čoho vyplýva, že tieto bázy a ich poradie v reťazci vytvárajú

jednotlivé slová genetického kódu. Keďže je potrebné kódovať 20 aminokyselín, musí

existovať minimálne 20 slov genetického kódu.

44

V molekule RNK sa nachádzajú štyri rôzne bázy, teda jedna báza nemôže kódovať jednu

aminokyselinu, a nemôže to byť ani kombinácia dvoch báz, pretože takých kombinácií by bolo

len 16, čo ešte stále nestačí. Dostatočný počet znakov poskytuje kombinácia troch báz, čím

možno vytvoriť 64 možnosti. Slová genetického kódu sa teda skladajú z poradia troch

nukleotidov /ich báz/ v reťazci m RNK.

Takáto trojica báz kódujúca jednu aminokyselinu sa označuje pojmom triplet alebo

kodón. Napríklad kodón pre aminokyselinu fenylalanín je UUU. Pretože kombináciou troch

báz zo štyroch rôznych druhov možno vytvoriť 64 kombinácií, prevažná časť aminokyselín je

kódovaná viacerými tripletmi. Niektoré aminokyseliny / napr. leucín/ sú kódované až

siedmimi tripletmi. Zo 64 možných tripletov tri nekódujú nijakú aminokyselinu, sú vlastne len

signálom na ukončenie syntézy polypeptidového reťazca.

Pre genetický kód je charakteristické, že:

je monogamický, čo znamená, že jeden triplet kóduje len jednu aminokyselinu,

je degenerovaný, t. j. prevažná časť aminokyselín je kódovaná viacerými tripletmi,

je univerzálny, čo znamená, že všetky živé systémy majú rovnaký genetický kód : určitý

triplet kóduje tú istú aminokyselinu v bunke baktérie i v bunke človeka,

sa neprekrýva, teda v reťazci mRNK nemôže byť posledné písmeno predchádzajúceho tripletu

súčasne prvým písmenom nasledujúceho tripletu.

Proteosyntéza

Syntéza nových molekúl bielkovín na základe genetickej informácie sa označuje

pojmom proteosyntéza. Ide o zložitý proces, na ktorom sa zúčastňujú viaceré organely,

enzýmy, faktory a ďalšie látky.

Z praktického hľadiska sa proteosyntéza delí do dvoch základnych etáp:

Pri transkripcii sa potrebná časť informácie o zložení konkrétnej bielkoviny prepíše

z archívnej kópie v DNK do pracovnej kópie, ktorú predstavuje mRNK,

Pri translácií sa informácia z pracovnej kópie, ktorá je zaznamenaná v jazyku nukleových

kyselín /jednotlivé triplety/ , preloží do jazyka proteínov a podľa nej sa z aminokyselín zostaví

molekula príslušnej bielkoviny.

Jedna aminokyselina je kódovaná poradím troch báz v reťazci mRNK.

45

Proteosyntetický aparát bunky je schopný čítať genetický kód, pričom dôležitú úlohu plní

tRNK. Každá tRNK má vo svojej molekule sekvenciu troch nukleotidov komplementárnu

s kodónom, tzv. antikodón. Napr. tRNK pre fenylalanín má antikodón AAA, ktorý je

komplementárny s tripletom kódujúcim fenylalanín v reťazci mRNK /UUU/. Pri syntéze

bielkoviny je mRNK naviazaná na ribozóm.

Na jednotlivé kodóny mRNK sa postupne cez antikodón viažu zodpovedajúce tRNK,

ktoré prenášajú príslušné aminokyseliny. Tak sa postupne v závislosti od slov genetického

kódu v reťazci mRNK prenesú na ribozóm jednotlivé aminokyseliny, kde sa špecifickým

enzýmom pripájajú peptidovou väzbou na reťazec bielkoviny. Poradie aminokyselín

v bielkovine zodpovedá poradiu kodónov v reťazci mRNK.

Celú fázu translácie /t. j. prepisu poradia nukleotidov v mRNK do poradia aminokyselín

v bielkovine/ možno rozdeliť do štyroch etáp: aktivácia aminokyseliny, iniciácia, elongácia

a terminácia. Aktivácia aminokyselín sa uskutočňuje v cytosóle, ostatné etapy translácie sú

viazané na ribozómy.

Pri aktivácii sa aminokyseliny viažu na zodpovedajúce tRNK, ktoré ich v potrebnom

okamihu prenesú na miesto syntézy polypeptidového reťazca.

Pri iniciácii sa vytvárajú podmienky na začatie polymerizácie aminokyselín na

bielkoviny.

Elongácia je vlastná polymerizácia, pri ktorej sa podľa predlohy mRNK postupne skladá

z aminokyselín polymér /bielkovinový reťazec/.

Terminácia končí proces polymerizácie a syntetizovaná bielkovina sa uvoľňuje. Pri

proteosyntéze sa v baktériovej bunke každú sekundu zabuduje do polypetidového reťazca

približne 15 aminokyselín, v bunkách človeka prebieha proces translácie pomalšie.

Základy regulácie metabolizmu

Jednou z charakteristických vlastnosti živých systémov je stabilita a adaptabilita.

Metabolická homeostáza /dynamická rovnováha/, ktorá je nevyhnutná na existenciu

a zabezpečenie základných metabolických a orgánových funkcií, sa dá dosiahnuť aj za

výrazne rozdielnych nutričných a s určitými problémami aj za niektorých patologických

stavov zásluhou veľkej adaptibility biochemických procesov.

46

Takmer každá látka, ktorá sa stáva súčasťou intermediárneho metabolizmu, má viaceré

možnosti premeny : v bunkách sa môže ocitnúť v situácii, ktorá by sa dala označiť ako súťaž

o substrát. Napr. glukóza sa môže oxidovať v procese glykolýzy, v pentózovom cykle, môže

byť určená na tvorbu glykogénu alebo po premene na acetyk-CoA na tvorenie lipidov. Všetky

tieto procesy majú rôznu intenzitu, pričom rozdiely závisia od typu buniek, ale aj od

vonkajších podmienok či vnútorných potrieb organizmu.

Každá živá bunka predstavuje zložitý systém s množstvom membrán s rôznou

permeabilitou pre živiny i metabolity. Už táto úroveň predstavuje významný mechanizmus

regulácie. V bunke sa nachádzajú enzýmy, ktorých aktivitu možno pomerne rýchlo ovplyvniť

viacerými spôsobmi. Častokrát však adaptácia na zmenené podmienky vyžaduje radikálnu

zmenu množstva jednotlivých enzýmov.

Regulačné mechanizmy na úrovni bunky pohotovo reagujú na signály týkajúce sa

chemického zloženia vnútorného prostredia bunky v závislosti od energetických potrieb

a zdrojov živín: musia však byť modulované signálmi vyššieho hierarchického rádu /hormóny,

neuromediátory/, ktoré zabezpečujú homeostázu celého organizmu.

Základným problémom regulácie metabolizmu je teda usmernenie toku živín

a metabolitov v anabolických a katabolických cestách.

Regulačné mechanizmy riadiace metabolické procesy v živých systémoch možno

rozdeliť do dvoch úrovni: ide o reguláciu na úrovni bunky /metabolická regulácia/ a na úrovni

celého viacbunkového organizmu /humorálna, endokrinná regulácia /.

Regulácia na úrovni bunky – metabolická regulácia

Vnútrobunková regulácia pôsobí v jednobunkových organizmoch i v jednotlivých

bunkách organizmov. Bunka má relatívne obmedzený výber možnosti regulácie

metabolických procesov. Hlavným spôsobom regulácie je ovplyvnenie aktivity enzýmov.

Aktivita určitého enzýmového systému sa môže meniť následkom zmien katalytickej

aktivity molekúl enzýmu, alebo zmenou množstva enzýmu samého. Katalytickú aktivitu

enzýmu možno ovplyvniť zmenami koncentrácie substrátu, pH a rôznymi aktivátormi

a inhibítormi.

47

Zmena aktivity enzýmov sa v rámci regulačných procesov najčastejšie uskutočňuje

prostredníctvom alosterickej modulácie /interakcie/ alebo kovalentnej modifikácie.

Aktivitu niektorých enzýmov zapojených do intermediárneho metabolizmu možno

výrazne ovplyvniť určitými faktormi. Tieto enzýmy sa označujú ako regulačné a plnia dôležitú

úlohu v regulácii metabolických procesov.

Podstatou alosterickej regulácie je existencia špecifického alosterického miesta

v molekule enzýmu. Okrem katalytického miesta, na ktoré sa viaže substrát enzýmu majú tieto

enzýmy teda aj tzv. alosterické miesto, na ktoré sa viažu špecifické aktivátory alebo inhibítory.

Ako príklad možno uviesť hlavný regulačný enzým glykolýzy - fosfofruktokinázu, ktorá je

alostericky aktivovaná ADP a NAD a inhibovaná pomocou ATP a NADH

Ďalším spôsobom ovplyvnenia aktivity enzýmov je kovalentná modifikácia, pri ktorej

sa buď odštiepi časť molekuly enzýmu, čo vyvolá jeho aktiváciu alebo inhibíciu.

Prv sa medzi kovalentne modulovateľné zaraďovali prakticky len enzýmy, ktoré sa

vyskytovali vo forme neaktivovaných proenzýmov - zymogénov. Typickým príkladom je

žalúdočný enzým pepsín. Tvorí sa vo forme neaktívneho zymogénu- pepsinogénu, z ktorého

sa pri aktivácii odštiepi krátky peptidový reťazec.

V bunkách vyšších organizmov má v rámci kovalentnej modifikácie najväčší význam -

proces fosforylácie a defosforylácie.

Zmena množstva enzýmov je druhým spôsobom regulácie enzýmovej aktivity, je to

zmena absolútneho množstva určitého enzýmu: buď jeho zvýšenou syntézou /indukcia/, alebo

spomalením jeho degradácie. Zníženie množstva enzýmu možno dosiahnuť zasa tlmením

syntézy daného enzýmu /represia/ alebo urýchlením jeho degradácie.

Regulácia na úrovni organizmu- medziorgánová regulácia

Každá bunka reguluje svoju vlastnú metabolickú aktivitu rôznymi mechanizmami

spätnoväzbovej regulácie enzýmových aktivít, alosterickou moduláciou, kompartmentáciou

metabolických procesov atď.

Na úrovni celého organizmu však tieto typy regulácie nestačia: metabolická aktivita

buniek v mnohobunkovom organizme sa musí zabezpečiť tak, aby nielen izolované bunky, ale

48

aj jednotlivé tkaniva, orgány a celý organizmus reagovali na prostredia koordinovane ako

celok.

Regulácia na úrovni mnohobunkového organizmu je veľmi zložitá a je zabezpečovaná

viacerými signalizačnými a regulačnými systémami. Jedným z rozhodujúcich regulačných

systémov pôsobiacich na úrovni celého organizmu je endokrinný systém. Pri endokrinnej

regulácii sa v špecializovaných bunkách endokrinných žliaz tvoria špecifické chemické

mediátory - hormóny, ktoré sa krvným obehom dostávajú k cieľovým bunkám a rôznymi

mechanizmami môžu ovplyvňovať ich metabolizmus.

7. Biochémia endokrinného systému

49

Všeobecná endokrinológia

Medzi základné životná charakteristiky vyšších organizmov patrí koordinácia činnosti

tkanív a orgánov, ktorá sa uskutočňuje dvoma spôsobmi, a to prostredníctvom nervovej

sústavy a hormónov.

Endokrinný a nervový systém tvoria funkčnú regulačnú jednotku, pričom rýchlu

reguláciu zabezpečuje nervstvo, dlhodobejšie udržiavanie homeostázy zasa systém

endokrinnej sekrécie.

Hormón je chemická zlúčenina, ktorá sa tvorí v určitom orgáne či tkanive, vylučuje sa

priamo do krvi a vyvoláva špecifický účinok v iných orgánoch alebo tkanivách, volaných aj

cieľové. Hormóny sú vylučované endokrinnými žľazami, pričom majú tri charakteristiky:

cielený účinok,

špecickosť,

vysokú účinnosť,

Hormóny cicavcov vrátane človeka možno deliť do štyroch skupín:

peptidy a proteohormóny,

steroidové hormóny,

modifikované aminokyseliny,

iné hormóny,

Mechanizmus účinku hormónov

Napriek tomu, že sa hormóny dostávajú do cieľového tkaniva vo veľmi nízkych

koncentráciách, vyvolávajú široké spektrum účinkov. Účinky hormónov možno v podstate

rozdeliť na rýchle /metabolické/ a pomalé /rastové/.

Endokrinný systém musí okrem signálu /hormón/ a miesta jeho vzniku /endokrinná

žľaza/ zahrnovať aj určité zariadenie, t. j. receptor, ktorý tento signál v bunke cieľového

orgánu zachytí a rozpozná. Receptory sú štruktúry bielkovinového charakteru a sú schopné

špecifický rozpoznať hormón, viazať ho nekovalentnou väzbou a sprostredkovať jeho

biologické pôsobenie. Rozoznávame:

50

membránové receptory- sa nachádzajú na povrchu bunkových membrán a viažu sa na ne

hormóny bielkovinového, resp. peptidového charakteru a katecholamíny. Ich aktivácia je

spravidla spojená s tvorbou tzv. druhého posla, ktorý v bunke sprostredkúva účinky daného

hormónu,

vnútrobunkové receptory sa nachádzajú v cytosóle alebo v jadre bunky, rozpoznávajú lipofilné

/steroidové/ hormóny a ich účinok sa prejaví po naviazaní na DNK ovplyvnením syntézy

určitých bielkovín.

Hormóny viažuce sa na membránové receptory. Prevažná časť hormónov ma hydrofilný

charakter a neprechádza cez bunkovú membránu. Tieto hormóny sa viažu na membránové

receptory. Sú tri typy:

- receptory spojené s iónovými kanálmi,

receptory súvisiace s tvorbou druhého posla,

receptory s vlastnou enzýmovou aktivitou

Medzi najznámejších druhých poslov patrí cyklický adenozínmonofosfát /cAMP/

a inozitoltrifisfát /IP3/

Hormóny viažuce sa na vnútrobunkové receptory. Naviazanie hormónov na tento typ

receptora má za následok ovplyvnenie génovej expresie: ide o väzbu steroidových hormónov

a hormónov štítnej žľazy.

Regulácia činnosti endokrinných žliaz

Základným princípom regulácie v endokrinnom systéme je spätná väzba. Termín

znamená, že produkt nejakej činnosti ju spätne ovplyvňuje. Zvýšenie množstva produktu má

za následok útlm jeho tvorby /negatívna zložka spätnej väzby/ a naopak, menšie množstvo

produktu stimuluje jeho syntézu /pozitívna zložka spätnej väzby/. Komplex každej spätnej

väzby sa v endokrinológii skladá minimálne z piatich zložiek:

endokrinnej žľazy

hormónu

metabolickej zmeny vyvolanej hormónom

receptora registrujúceho koncentráciu hormónu alebo zmenu v zložení krvi

51

spojenia medzi senzorom a endokrinnou žľazou, v niektorých prípadoch je tento senzor

priamo v endokrinnej žľaze.

Najjednoduchším typom je jednoduchá spätná väzba, pri ktorej je sekrécia hormónu

regulovaná v závislosti od metabolickej zmeny vyvolanej hormónom. Ako príklad možno

uviesť reguláciu sekrécie inzulínu závisiacu od koncentrácie glukózy v krvi.

Ďalším typom sú zložité spätné väzby, ktoré pôsobia pri regulácii endokrinných žliaz

riadených adenohypofýzou, pričom regulečným faktorom nie je metabolická zmena vyvolaná

hormónom, ale sama koncentrácia hormónu endokrinnej žľazy v krvi. Vysoká koncentrácia

hormónu endokrinnej žľazy v krvi /napr. kortizolu/ pôsobí inhibične priamo v hypofýze na

sekréciu príslušného tropného hormónu adenohypofýzy, alebo v hypotalame tlmí vylučovanie

príslušného liberínu.

Špeciálna endokrinológia

Hormóny hypofýzy – hypofýza je nepárový orgán uložený v tzv. tureckom sedle klinovej

kosti. Delí sa na dve morfologicky i funkčne odlišné časti – adenohypofýzu a neurohypofýzu.

Predný lalok hypofýzy – adenohypofýza- produkuje celý rad hormónov. Všetky hormóny

adenohypofýzy majú bielkovinový charakter a ich štruktúra je už presne známa.

Niektoré z nich /ACTCH/ boli pripravené aj synteticky.

Adrenokortikotropný hormón /ACTH/ je peptid zložený z 39 aminokyselín. Jeho

hlavným cieľovým orgánom je kôra nadobličiek, kde podporuje syntézu a sekréciu

predovšetkým glukokortikoidov, menej mineralokortikoidov a androgénov. Sekréciu ACTH

stimuluje hypotalamový kortikoliberín.

Kortizol negatívnou spätnou väzbou inhibuje vylučovanie kortikoliberínu z hypotalamu

a ACTH z hypofýzy.

Rastový /somatotropný/ hormón /STH/ je polypeptid s molekulovou hmotnosťou

približne 20 000 Da. Najvyššiu koncentráciu dosahuje u adolescentov v období zrýchleného

rastu, ktorá sa potom znižuje. STH podporuje vychytávanie aminokyselín v bunkách a ich

zabudovanie do bielkovín /pôsobí proteoanabolicky/. Medzi ďalšie metabolické účinky tohto

hormónu patrí podpora mobilizácie tukov, využívanie mastných kyselín ako zdroja energie

a obmedzenie využitia glukózy. Charakteristický je stimulačný vplyv STH na rast dlhých

52

kostí. Časť účinkov rastového hormónu je vyvolaná priamo jeho väzbou na špecifické

receptory v tkanivách, časť sprostredkúvajú tzv. somatomedíny, čo sú polypeptidy, ktoré sa

tvoria vplyvom rastového hormónu v kostiach a chrupkách.

Prolaktín /PRL/ je polypeptid zložený zo 199 aminokyselín. Medzi jeho hlavné cieľové

orgány patrí mliečna žľaza, pečeň, vaječníky, testes a prostata. U ženy riadi PRL vývin

a diferenciáciu prsníkov v puberte a po pôrode stimuluje laktáciu. PRL je centrálnym

regulátorom fyziologickej neplodnosti u dojčiacich žien. U muža pôsobí PRL v ejakuláte

regulačne na metabolizmus a prežívanie spermií.

Tyrotropný hormón /TSH/ je glykoproteín. Jeho biologickou funkciou je podporovanie

syntézy sekrécie hormónov štítnej žľazy.

Gonadotropíny sú glykoproteínové hormóny adenohypofýzy, a to folikuly stimulujúci

hormón /FSH/ a luteinizačný hormón /LH/. LH je primárne zodpovedný za reguláciu

produkcie testosterónu v testes a progesterónu v žltom teliesku. FSH stimuluje gametogenézu,

u žien vplýva na vývin Graafovho folikula a sekréciu estrogénov, u muža podporuje vývoj

spermií. Sekréciu gonadotropínov stimuluje hypotalamový hormón gonadoliberín.

Testosterón, estrogény a progesterón inhibujú sekréciu gonadotropínov negatívnou spätnou

väzbou.

Neurohypofýza sa svojou štruktúrou odlišuje od adenohypofýzy. Neurohypofýzové

hormóny sa netvoria priamo v nej, ale v hypotalame, v neurohypofýze sa len skladujú a z nej

sa potom vylučujú.

Antidiuretický hormón /ADH/ je krátky peptid zložený z 9 aminokyselín. V podstate plní

dve hlavné biologické úlohy, a to pôsobí osmoregulačne a reguluje tlak v krvi. Osmoregulačné

účinky sa uplatňujú v obličkách. Vplyvom ADH oblička zvyšuje spätnú resorpciu vody

a vytvára sa koncentrovaný moč, čím sa v prípade potreby zadržiava v organizme voda. Pri

poklese osmotického tlaku krvi sa zasa znižuje sekrécia ADH, následkom čoho sa obmedzuje

spätná resorpcia vody v obličkách, vylučuje sa vyššie množstvo zriedeného moču a telo sa

zbavuje nadbytku vody.

Regulácia tlaku krvi sa uskutočňuje ovplyvňovaním hladkej svaloviny ciev pôsobením ADH,

ktorý sa pri nižšom tlaku viaže na receptory malých artérií, čo má za následok kontrakciu ich

svaloviny, zvýšenie periférnej rezistencie, a teda aj zvýšenie krvného tlaku.

Sekrécia ADH je regulovaná predovšetkým prostredníctvom osmoreceptorov v hypotalame.

53

Dôležitým podnetom na vylučovanie ADH je i zníženie objemu cirkulujúcej tekutiny, ktorý

registrujú receptory nachádzajúce sa v predsieňach srdca. Na sekréciu ADH pôsobí stimulačne

aj bolesť, emócie a stresové situácie.

Oxytocín je podobne ako ADH peptid zložený z 9 aminokyselín a odlišuje sa od neho

dvoma aminokyselinami. Medzi jeho hlavné biologické účinky patrí ovplyvňovanie činnosti

maternice a laktácie. Oxytocín vyvoláva kontrakcie svaloviny maternice, čím indukuje pôrod.

V prsníkovej žľaze podporuje kontrakcie myoepiteliálnych buniek obklopujúcich vývody

mliekovodov, a teda i vylučovanie mlieka.

Hormóny štítnej žľazy

Štítna žľaza sa skladá z dvoch lalokov, jej objem predstavuje približne 15- 20 ml.

Základnou funkčnou jednotkou je žľazový folikul. Štítna žľaza obsahuje asi 3 milióny

folikulov produkujúcich hormóny, a to tyroxín /T4/ a trijódtyronín /T3/. Hormóny štítnej žľazy

sú jedinečné tým, že vo svojej molekule obsahujú jód nevyhnutný pre ich biologickú aktivitu.

Hlavnou účinnou formou hormónu je T3. Štítna žľaza vylučuje najmä T4, ktorý sa

v periférnych tkanivách / pečeň, obličky/ mení na účinnejšie T3. Približne 80 % celkového

množstvaT3 v krvi vzniká dejodáciou tyroxínu na periférii a len asi 20 % sa syntetizuje priamo

v bunkách štítnej žľazy.

Hormóny štítnej žľazy sú typické svojím širokým spektrom účinkov nielen vo

vyvíjajúcom sa, ale aj v dospelom organizme. Ich pôsobenie možno rozdeliť na:

reguláciu rastu a vývoja,

metabolické vplyvy, predovšetkým regulácia energetického metabolizmu.

Metabolické účinky.

Hormóny štítnej žľazy zvyšujú aktivitu glukoneogenézy a štiepenie glykogénu,

podporujú odbúravanie tukov a znižujú koncentráciu cholesterolu v krvi. Už dávno je známe,

že zvyšujú spotrebu kyslíka v organizme a produkciu tepla. V srdci zvyšuje počet

betareceptorov a citlivosť myokardu na katecholamíny, čo sa prejavuje zmenou konkraktility

myokardu a vyššou pulzovou frekvenciou.

Rastové a diferenciačné účinky. Hormóny štítnej žľazy podporujú rast jednak

stimuláciou sekrécie rastového hormónu, jednak priamym pôsobením na kosti. Veľmi dôležitý

54

je ich vplyv na vývoj mozgu novorodencov. Nedostatok hormónov štítnej žľazy v tomto

období spôsobuje poruchy vývinu CNS a rastu, tzv. kretenizmus.

Keď sa v krvi zníži koncentrácia T3 a T4, začne sa zvyšovať sekrécia TSH

a adenohypofýzy, ktorý stimuluje činnosť štítnej žľazy. Zvýšená hladina hormónov štítnej

žľazy zasa mechanizmom negatívnej spätnej väzby inhibuje sekréciu TSH.

Hormóny kôry nadobličiek

Nadobličky tvoria párový orgán umiestnený na hornom póle obličiek. Kôra a dreň

nadobličky predstavujú funkčne aj morfologicky odlišné časti. Kôra nadobličiek produkuje

glukokortikoidy, mineralokorikoidy a androgény.

Glukokortikoidy patria medzi steroidové látky. Spoločným substrátom na syntézu

všetkých steroidových hormónov kôry nadobličiek je cholesterol. Hlavným glukokortikoidom

je u človeka kortizol.

Glukokortikoidy plnia dôležitú úlohu regulátora intermediárneho metabolizmu a modulátora

imunitného systému a majú mnohopočetné účinky na metabolizmus cukrov, lipidov

a bielkovín. Okrem toho významne ovplyvňujú cirkulačné a obličkové funkcie, rast, vývin

a aktivitu CNS.

Metabolické účinky. Kortizol je antagonistom inzulínu. Zvyšuje aktivitu glukoneogenézy

v pečeni a na periférii obmedzuje vstup glukózy do buniek a jej odbúravanie. Výsledkom

týchto procesov je zvýšenie koncentrácie glukózy v krvi – hyperglykémia. Inhibíciou syntézy

bielkovín zo súčasnou stimuláciou ich štiepenia v svalovom, tukovom a lymfatickom tkanive

sa zvyšuje uvoľňovanie aminokyselín, ktoré sa využívajú na syntézu glukózy

v glukoneogenéze.

Účinky na imunitný systém. Zvýšenie koncentrácie glukokortikoidov tlmí imunologické

a zápalové reakcie.

Účinky na spojivové tkanivo. Glukokortikoidy inhibujú činnosť fibroblastov, čo má za

následok zhoršené hojenie rán. Znížením resorpcie vápnika z čreva a jeho zvýšeným

vylučovaním obličkou môžu glukokortikoidy vyvolať vznik osteoporózy. Nadbytok

glukokortikoidov inhibuje u detí lineárny rast kostí a dozrievanie kostry, u plodu

a novorodencov urýchľuje diferenciáciu tkanív.

55

Sekrécia kortizolu a ostatných glukokortikoidov je regulovaná hypofýzovým ACTH. Pri

zvýšení koncentrácie glukokortikoidov v krvi sa uplatňuje negatívna spätná väzba, ktorou sa

inhibuje produkcia ACTH.

Hlavným mineralokortikoidom je u človeka aldosterón. Jeho základnou biologickou

funkciou je udržiavanie objemu cirkulujúcej tekutiny šetrením sodíka a vylučovaním draslíka.

Hlavným cieľovým orgánom aldosterónu je oblička. Mineralokortikoidy zvyšujú spätnú

resorpciu iónov Na+ a vylučovanie iónov K+ . Na rozdiel od glukokortikoidov je sekrécia

aldosterónu regulovaná viacerými faktormi. Rozhodujúcu úlohu v regulácii sekrécie

aldosterónu plní renínový – angiotenzínový systém a koncentrácia iónov K+. Angiotenzín II,

zvýšený prívod draslíka a zníženie koncentrácie sodíka v krvi stimulujú sekréciu

mineralokortikoidov.

Hormóny drene nadobličiek

Dreň nadobličky vylučuje do krvi katecholamíny. Hlavným katecholamínom je adrenalín.

Katecholamíny sa tvoria v dreni nadobličiek z aminokyseliny tyrozínu. Ovplyvňujú činnosť

a funkciu prevažnej časti orgánov a tkanív. Časť týchto účinkov je priama sprostredkovaná

adrenergnými receptormi, časť je nepriama, a to ovplyvňovaním sekrécie iných hormónov

katecholamínmi.

Z metabolických účinkov katecholamínov je najdôležitejšie pôsobenie na energeticky

metabolizmus uvoľnením energetických substrátov z telových zásob. V pečeni nastáva

stimulácia štiepenia glykogénu a vyplavenie glukózy do krvi, čo sa prejaví zvýšenou

glykémiou. Podporovaním štiepenia lipidov v tukovom tkanive zvyšujú katecholamíny

koncentráciu mastných kyselín v krvi, ktoré sa potom využívajú ako zdroj energie. Okrem

toho zvyšujú koncentráciu cholesterolu v krvi a výrazne ovplyvňujú kardiovaskulárny

a tráviaci systém, ako aj svalovinu priedušiek.

Kalciotropné hormóny

56

Vápnik patrí medzi biogénne makroprvky. Kalciotropné hormóny udržiavajú relatívne

stálu koncentráciu vápnika v krvnej plazme, a to ovplyvňovaním resorpcie vápnika v tenkom

čreve a jeho vylučovaním obličkou.

Ľudský parathormón ( PTH ) je lineárny peptid zložený z 84 aminokyselín, ktorý sa tvorí

v prištítnych telieskach. Medzi jeho hlavné účinky patrí zvyšovanie koncentrácie vápnika

v sére a znižovanie koncentrácie fosfátov. Rozhodujúcimi cieľovými orgánmi PTH sú kosti

a obličky. Tenké črevo ovplyvňuje PTH nepriamo, a to prostredníctvom vitamínu D.

V kostiach stimuluje činnosť osteoklastov, buniek rozkladajúcich kostné tkanivo

a uvoľňujúcich Ca2+ z kostí do krvi. V obličkách vyvoláva zvýšenie spätnej resorpcie vápnika

v tubuloch a podporuje vylučovanie fosfátov do moču.

Hormón kalcitonín vytvárajú parafolikulárne bunky štítnej žľazy. Jeho základným

biologickým účinkom je znižovanie koncentrácie vápnika v sére. Hlavným cieľovým orgánom

kalcitonínu sú kosti. Kalcitonín podporuje zabudovávanie vápnika do kostí, čím znižuje jeho

koncentráciu v krvi.

Hormóny pankreasu

Pankreas je orgán s exokrinnou aj endokrinnou sekréciou. Endokrinnou súčasťou

pankreasu Langerhansove ostrovčeky.

Ľudský inzulín je jednoduchá bielkovina zložená z 51 aminokyselín, ktorá sa syntetizuje

v β- bunkách Langerhansových ostrovčekov pankreasu. Pankreas človeka secernuje denne

približne 40-50 jednotiek inzulínu. Inzulín komplexne ovplyvňuje celý intermediárny

metabolizmus mnohých tkanív. Jeho najdôležitejšími cieľovými orgánmi sú pečeň, svaly

a tukové tkanivo.

Metabolizmus sacharidov. Najvýraznejším účinkom inzulínu je znižovanie glykémie a to

jednak obmedzovaním štiepenia glykogénu a glukoneogenézy v pečeni, jednak zvýšeným

využívaním glukózy v periférnych tkanivách. Inzulín podporuje vstup glukózy do buniek

svalov a tukového tkaniva. Glukóza vstupuje do pečene, erytrocytov a tkaniva CNS bez

pôsobenia inzulínu. V pečeni inzulín zvyšuje syntézu glykogénu, aktivitu glykolýzy

a pentózového cyklu, čím vytvára podmienky na syntézu mastných kyselín, a teda aj premenu

sacharidov na lipidy.

57

Metabolizmus lipidov. V pečeni a tukovom tkanive inzulín zvyšuje syntézu vyšších

karboxylových kyselín a lipidov, no na druhej strane inhibije aktivitu lipázy, čím tlmí

uvoľňovanie triacylglycerolov z tukového tkaniva.

Metabolizmus bielkovín. Inzulín zvyšuje transport aminokyselín do buniek a podporuje

proteosyntézu.

Sekrécia inzulínu je riadená jednoduchou spätnou väzbou. Rozhodujúcim regulačným

faktorom je glykémia. Vyššia koncentrácia glukózy v krvi zvyšuje sekréciu inzulínu, nižšia

glykémia zasa jeho produkciu tlmí. Okrem glukózy stimuluje sekréciu inzulínu aj zvýšená

koncentrácia aminokyselín a vyšších karboxylových kyselín.

Glukagón je katabolický hormón s hyperglykemickým účinkom. Spolu s inzulínom

ovplyvňuje intermediárny metabolizmus predovšetkým sacharidov. Ide o peptidový hormón

zložený z 29 aminokyselín. Tvorí sa v α-bunkách Langerhansových ostrovčekov pankreasu.

U všetkých cicavcov ( okrem morčaťa ) má glukagón rovnakú primárnu štruktúru.

Fyziologickým účinkom glukagónu na metabolizmus je najmä stimulácia štiepenia glykogénu

a glukoneogenézy. Hlavným cieľovým orgánom jeho pôsobenia je pečeň. Po vyčerpaní

glykogénu v pečeni stimuluje glukagón glukoneogenézu a aktivuje mobilizáciu tukov

z tukového tkaniva.

Na reguláciu sekrécie glukagónu pôsobia rovnaké faktory ako na produkciu inzulínu.

Medzi hlavné fyziologické podnety ovplyvňujúce sekréciu glukagónu patrí príjem bielkovín,

fyzická záťaž, hypoglykémia alebo stresové situácie. Na jeho vylučovanie pôsobí inhibične

glukóza.

Pohlavné hormóny

Mužské pohlavné hormóny. Pojem androgény zahrňuje všetky hormónovo aktívne látky,

ktoré stimulujú vývin mužských pohlavných znakov. Najdôležitejší z nich je testosterón.

Androgény patria medzi steroidové hormóny. Testosterón sa syntetizuje z cholesterolu

v Leydigových bunkách testes. Má androgénne a metabolické účinky. Zjednodušene možno

povedať, že testosterón pôsobí proteosynteticky ( rast a diferenciácia ), a cielene na tkanivá

pohlavných orgánov, prídavných pohlavných žliaz a na kožu, alebo všeobecne, na všetky

58

tkanivá organizmu, predovšetkým na kostrové svaly ( proteoanabolický vplyv v užšom zmysle

slova ). Androgény vyvolávajú zmnoženie svalovej hmoty. Testosterón stimuluje krvotvorbu.

Hlavným regulátorom sekrécie testoterónu z testes je LH adenohypofýzy. Vylučovanie

testosterónu je riadené zložitou spätnou väzbou medzi jeho koncentráciou

a adenohypofýzovovou sekréciou LH.

Ženské pohlavné hormóny. Vaječníky produkujú dva rozdielne typy ženských pohlavných

hormónov, a to estrogény a gestagény, obidva typy patria do skupiny steroidových hormónov.

Substrátom na biosyntézu estrogénov a progesterónu je cholesterol a prvé fázy biosyntézy sú

rovnaké ako pri ostatných steroidoch. V ováriách sa estrogény tvoria vo folikuloch,

progesterón zasa v žltom teliesku.

Estrogény pôsobia predovšetkým na pohlavné orgány, vývoj sekundárnych pohlavných

znakov a na prsníkovú žľazu a vplývajú aj na metabolizmus. Celkové metabolické účinky

estrogénov sú menej výrazné ako pri progesteróne. Ovplyvňujú metabolizmus kostí zvýšením

osteoblastickej aktivity, pozitívnou bilanciou vápnika a fosforu. Estrogény znižujú

koncentráciu cholesterolu, čo má antisklerotický efekt.

Progesterón je hlavným predstaviteľom gestagénov, ktorých úlohou je pripraviť maternicu

na prijatie a vyživovanie oplodneného vajíčka. V prsníku stimuluje progesterón rozvoj

žľazovej časti, a pripravuje tak mliekovody na laktáciu. Progesterón má stimulačný vplyv na

dýchacie centrum, termogénny účinok, určitý proteokatabolický vplyv a vyvoláva menšiu

negatívnu bilanciu dusíka.

Funkcia vaječníkov je regulovaná dvoma adenohypofýzovými gonadotropínmi, a to LH

a FSH. Koordinácia činnosti systému hypotalamus-hypofýza-ováriá je zabezpečovaná

niekoľkými druhmi spätnej väzby. Výsledkom pôsobenia regulačných mechanizmov

ovariálnej funkcie v dospelosti je ovarialny menštruačný cyklus.

Základy klinickej biochémie

Klinická biochémia je aplikovanou formou biochémie, ktorá sa zaoberá využitím

biochemických vyšetrení na diagnostiku ochorení. Jej úlohou je poskytovať objektívne

kvantifikovateľné údaje o chemickom zložení telových tekutín, sekrétov a exkrétov a jeho

zmenách tak aby sa dali posúdiť funkcie jednotlivých orgánov, a teda i zdravotný stav

59

jedinca. Osobitnou úlohou klinickej biochémie je podieľať sa na diagnostickom procese, t. j.

na rozlišovaní medzi zdravým a chorým jedincom, resp. zdravou a chorou populáciou, ako aj

na rozhodovaní o tom, či nastala významná zmena zdravotného stavu.

Aby mohol ošetrujúci lekár správne posúdiť stav vyšetrovanej osoby, potrebuje čo najviac

informácií. Ich cenným zdrojom sú laboratórne vyšetrenia (biochemické, hematologické,

mikrobiologické, imunologické, cytologické atď.). Biochemické vyšetrenia poskytujú v rámci

laboratórnych vyšetrení približne 60-70% všetkých informácií, čo je podmienené tým, že:

poskytujú informácie o metabolických funkciách, ktorých porucha je základom prevažnej časti

ochorení,

majú široký rozsah (množstvo rôznych testov) a dostatočnú špecifickosť a citlivosť,

údaje sú kvantifikovateľné,

vyšetrenia sú relatívne ľahko dostupné ( jednoduchý odber biologického materiálu, napr. krvi,

moču ) ,

veľmi nezaťažujú pacienta.

Aby biochemické vyšetrenie splnilo svoj cieľ a poskytlo hodnotnú informáciu využiteľnú

v diagnostickom procese, musí byť:

vyšetrenie je cielené a správne indikované,

vyšetrenie je spoľahlivé,

výsledok, čo najrýchlejšie k dispozícií,

výsledok vyšetrenia kvalifikovane a správne vyhodnotený.

Diagnostický proces

Cieľom klinickobiologického vyšetrenia je získať analiticky spoľahlivý a porovnateľný

výsledok, ktorý umožní diagnostické rozhodovanie, t.j. vylúčenie alebo potvrdenie pracovnej

diagnózy stanovenej na základe anamnézy, a fyzikálneho vyšetrenia a prípadných ďalších

pomocných vyšetrení. Diagnostický proces sa začína indikáciou na vyšetrenie a skladá sa

z niekoľkých etáp. V zásade ho možno rozdeliť na predanalytickú, analytickú a interpretačnú

časť. Predanalitická etapa zahrňuje prípravu pacienta, odber materiálu, jeho transport

a skladovanie, do analytickej časti patrí realizácia vlastnej chemickej analýzy a výpočet

výsledku.

60

Indikácia na vyšetrenie

Správna a účelná indikácia na biochemické vyšetrenie je prvým predpokladom efektivity

jeho vyšetrenia. Pred ordinovaním biochemického vyšetrenia treba uvážiť, či je jeho výsledok

ovplyvní:

pracovnú diagnózu,

priebeh a spôsob liečby,

odhad pacientovej prognózy.

Pri získaní aspoň jednej kladnej odpovede možno biochemické vyšetrenie ordinovať, ak sú

všetky tri odpovede negatívne, je vyšetrenie zbytočné.

Biochemické vyšetrenia sa využívajú na:

stanovenie diagnózy ochorenia,

monitorovanie priebehu ochorenia a odpovede na liečbu,

detekciu komplikácií,

skríning,

odhad rizika ochorenia.

Z hľadiska naliehavosti sa biochemické vyšetrenia delia na urgentné a plánované.

Urgentné vyšetrenia sa realizujú hneď po dodaní materiálu do laboratória tak, aby sa výsledky

dostali čo najskôr späť na oddelenie. Sú indikované:

pri ohrození života,

pri náhlej zmene zdravotného stavu pacienta,

pri radikálnej zmene liečebného postupu,

u pacienta napojeného na prístrojovú techniku,

pred naliehavým chirurgickým výkonom.

Plánované vyšetrenia sa využívajú na:

potvrdenie pracovnej diagnózy,

doplnenie údajov o závažnosti a stupni funkčnej poruchy,

určenie spôsobu liečby a sledovanie jeho činnosti,

skríning,

výskumné ciele.

61

Biochemické vyšetrenie samo nemá dostatočne vysokú informačnú hodnotu pri určovaní

diagnózy či posudzovaní celkového stavu pacienta. Častejšie sa využívajú súbory

biochemických vyšetrení zložené z rôznych vhodne vybratých parametrov, ktoré zachytia viac

patologických odchýlok a umožňujú adekvátnejšie posúdiť stav pacienta. Rozdeľujú sa na:

základný (skríningový súbor, ktorého cieľom je získať čo najviac informácií o metabolických

funkciách, ordinuje sa v prípade, že ošetrujúci lekár ešte nemá jednoznačnú predstavu o stave

pacienta, a je určený predovšetkým na stanovenie predbežnej diagnózy,

cielené biochemické súbory sú zamerané na hodnotenie funkčného stavu určitého orgánu

alebo systému (napr. pečeňový, obličkový alebo lipidový súbor atď.,

súbory špecializované na syndrómy sú určené na overenie diagnózy určitého syndrómu alebo

diferenciálnej diagnózy určitej skupiny ochorení (napr. súbor pre nefrolitázu, na odhalenie

vrodených metabolických porúch a pod..

Predanalytická fáza

Po naplánovaní vyšetrení zabezpečuje ďalšiu etapu oddelenie žiadajúce o vyšetrenie. Ide

vlastne o fázu od naordinovania vyšetrenia po dodanie materiálu na oddelenie klinickej

biochémie (OKB)

Príprava pacienta. Niektoré vyšetrenia nevyžadujú osobitnú prípravu pacienta, pri iných

je zasa nevyhnutná určitá predpríprava pred odberom materiálu, bez ktorej by výsledok

vyšetrenia nezodpovedal skutočnému stavu. V zmysle všeobecných zásad prípravy pacienta

treba pred klinickobiochemickým vyšetrením zabezpečiť, aby vyšetrovaný 12 hodín pred

odberom neprijímal potravu, okrem vody. Deň pred vyšetrením sa môže vyšetrovaný

stravovať zvyčajným spôsobom, ak nie je pred vyšetrením indikovaná osobitná diéta.

Vzhľadom na denný rytmus sa štandardizuje aj čas odberu. Najčastejšie sa materiál odoberá

ráno, medzi 6.-8. hodinou. Na vylúčenie možnosti získania skresleného výsledku liečbou sa

materiál musí odoberať pred terapiou. V prípade, že to stav pacienta neumožňuje, odoberá sa

materiál aspoň pred užitím rannej dávky liečiva. Pred vyšetrením by pacient nemal byť

psychicky ani telesne vyčerpaný (napr. po nočnej zmene. Okrem ťažko chorých, u ktorých sa

krv odoberá v ležiacej polohe, vyšetrovaný pri odbere sedí.

62

Odber materiálu. Najčastejšie používaným materiálom na biochemické vyšetrenia je

krv (plazma alebo sérum a moč, menej časté je vyšetrovanie žalúdočnej, či duodenálnej šťavy,

stolice, mozgovomiechového moku alebo plodovej vody. Pre odber každého biologického

materiálu platí vlastný odporúčaný postup. Pre všetky postupy je však spoločné, že odobratý

materiál sa musí vložiť do vopred označených obalov (skúmaviek, na ktorých sú rovnaké

údaje ako na žiadanke (meno pacienta, dátum narodenia, dátum odberu, niekedy aj jeho presný

čas (hodina, minúta. Prísne dodržiavanie tejto zásady vylúči možnosť zámeny poradia

jednotlivých vzoriek opakovaných odberov uskutočnených v ten istý deň.

Na vyšetrenie sa odoberá žilová, artériová alebo kapilárna krv. Prevažná časť vyšetrení sa

robí zo séra, resp. plazmy žilovej krvi. Žilová krv sa najčastejšie získava odberom ihlou

z kubitálnej vlny. Všeobecne platí, že ihla i nádobka, do ktorej sa krv odoberá musia byť suché

a zbavené všetkých povrchovo aktívnych látok (tenzidov, resp. zvyškov organických

rozpúšťadiel (napr. etanolu. Nedodržanie týchto zásad ľahko vyvolá hemolýzu, ktorá často

skresľuje výsledok vyšetrenia. Ak sa krv odoberá do špeciálnych odberových súprav, toto

riziko nehrozí.

Krv sa po odobratí z cievy za krátky čas v skúmavke zráža a od krvného koláča sa oddelí

krvné sérum, ktoré patrí medzi najčastejšie používaný biologický materiál na stanovenie

bielkovinových a nebielkovinových parametrov. Krvná plazma sa získava odberom do

nádobiek, do ktorých sa predtým pridala antikoagulačná látka / napr. EDTA, citrát, heparín

alebo oxalát/ . Na štítok skúmavky sa vyznačí druh sa vyznačí druh antikoagulancia. Artériová

a kapilárna krv /z prsta alebo ušného lalôčika ú , ktorá sa pokladá za rovnocennú, preto sa

odoberá aj častejšie, sa odoberajú len na osobitné účely / napr. na stanovenie zloženia

vnútorného prostredia / . Moč sa odoberá buď jednorázovo na kvalitatívne vyšetrenie, alebo sa

zberá v určitom časovom období na kvantitatívne vyšetrenie, a to najčastejšie počas 24 hodín.

Pri zbere moču pacient dodržiava tieto zásady : ráno o 6, 00 h sa vymočí a tento moč sa vyleje

: potom sa zbiera všetok moč do určenej zbernej nádoby, pričom poslednú dávku tvorí moč

získaný presne o 6, 00 hod. ráno v nasledujúci deň. Zberná nádobka s močom sa celých 24

hodín uchováva v chladničke. V lete, alebo ak chladnička nie je k dispozícii, odporúča sa

chrániť moč pred baktériovou kontamináciou pridaním niekoľkých kryštálikov tymolu alebo

okyslením /napr. HCl /. Výber konzervačných prísad závisí od druhu látok, ktoré treba v moči

stanoviť.

63

Skladovanie a transport materiálu. Najsprávnejšie výsledky sa dosahujú vyšetrením

čerstvo odobratého materiálu. Pretože to vždy nie je možné, musí sa materiál pred vyšetrením

určitý čas skladovať, resp. transportovať do iného zariadenia / niekedy aj do iného mesta / .

Nesprávny spôsob skladovania či transportu biologického materiálu môže zmeniť obsah látok

v ňom a podmieniť chybný výsledok vyšetrenia. Prevažná časť zložiek krvi je relatívne stála

/aspoň 24 hodín / , iné sa však už po krátkom čase môžu meniť svoju koncentráciu. Aktivita

väčšiny enzýmov v krvnom sére sa počas jeho uchovávania pri teplote 4° C nemení v období 3

dní o viac ako 5 %, čo platí aj pre prevažnú časť ostatných zložiek krvného séra. Pri dlhšom

skladovaní sa krvné sérum musí uložiť do mrazničky pri teplote - 20º C, pri ktorej sa nemaní

ani počas niekoľkých týždňov. Tento postup je však celkom nevhodný na analýzu lipidov,

ktorá sa musí vyšetrovať z čerstvého materiálu.

Analytická fáza

Táto fáza sa začína prevzatím materiálu a „žiadanky na vyšetrenie“ pracovníkom OKB.

Prvým krokom pri spracovaní materiálu je identifikácia vzorky /obalu aj žiadanky/.

Nedodržanie tejto zásady môže spôsobiť rozsiahle omyly. Po identifikácii a posúdení kvality

vzorky /lipemická, hemolytická, malé množstvo vzorky/ sa každej vzorke pridelí číslo a ďalej

sa analyzuje. Podrobnosti ďalšieho organizačného a analytického postupu nie sú predmetom

tejto učebnice a vyplývajú z aktuálneho vybavenia daného OKB.

Výsledky vyšetrení sa odovzdávajú zásadne v písomnej forme. Ich rozvoz závisí od

organizácie práce v danom zdravotníckom zariadení. Výsledky urgentných vyšetrení sa

oznamujú okamžite po ich získaní, a to telefonicky, pričom nevyhnutné je zaznamenať meno

osoby, ktorá na oddelení výsledok prijala. Písomná forma výsledku sa na príslušné oddelenie

zasiela v rámci najbližšieho rozvozu výsledkov plánovaných vyšetrení.

Interpretácia výsledkov biochemických vyšetrení

Ide o najťažšiu fázu spracovania biochemickej informácie. Ideálne by bolo, keby každý

klinický pracovník získal také výsledky biochemického vyšetrenia, ktoré by jednoznačne

potvrdili alebo vylúčili predbežnú pracovnú diagnózu, čo sa však stáva len veľmi zriedkavo

64

/najčastejšie pri vrodených chybách metabolizmu/. Preto je interpretácia výsledkov spojená

s celým radom problémov. Na základe jedného vyšetrenia sa bez poznania klinického stavu

pacienta, vzťahov k ostatným vyšetreniam a bez súvislosti so štádiom ochorenia nedajú

prijímať závery.

Výsledok biochemického vyšetrenia sa stáva skutočnou informáciou len vtedy, keď sa

posudzuje:

- vo vzťahu k referenčným hodnotám,

porovnaním s výsledkami iných vyšetrení v súbore,

s inými výsledkami toho istého vyšetrenia v určitom časovom období

Referenčné hodnoty

Najpoužívanejším spôsobom posudzovania výsledkov klinickobiochemického vyšetrenia

je ich porovnanie s referenčnými hodnotami. Termín „normálna hodnota“ sa dnes už prakticky

nepoužíva, pretože nie je vôbec jednoduché ani definovať pojem slova „normálny“.

Donedávna sa „normálne hodnoty“ získavali zvyčajne vyšetrením skupiny „zdravých

jedincov“ /napr. darcov krvi, vojakov či študentov/. Nešlo teda o priemernú vzorku z čo

najširšej populácie. Zdravie je relatívny pojem, v rôznych krajinách sa chápe odlišným

spôsobom a je rôzne aj u toho istého jedinca v rozličných vekových obdobiach. Preto

referenčné hodnoty možno definovať ako hodnoty určitej kvantity, ktoré sa získali u jedincov

s definovaným stavom zdravia. Referenčné hodnoty sa pohybujú v rozmedzí určitého

referenčného intervalu, ktorý zahrňuje hodnoty medzi dvoma hranicami vrátane týchto

hraničných hodnôt. Referenčný interval obsahuje zvyčajne centrálnych 95 % výsledkov analýz

referenčného súboru, pričom spravidla 2,5 % hodnôt leží pod dolnou a 2,5 % nad hornou

hranicou referenčného rozsahu. Skutočnosť, že referenčné hodnoty predstavujú vlastne určitý

rozsah hodnôt vymedzených referenčným intervalom, je podmienená biologickou variabilitou.

U každého jedinca je kvantitatívna hodnota určitého biochemického parametra individuálna

a daný parameter nemá u všetkých ľudí rovnakú hodnotu. Na hodnotu určitého parametra

môže vplývať celý rad faktorov, a to:

faktory, ktoré nemožno ovplyvniť /vek, pohlavie, genetické faktory, gravidita/

faktory, ktoré sú ovplyvniteľné /výživa, poloha tela, záťaž, užívanie liekov/

65

Vek. Výsledky niektorých laboratórnych vyšetrení výrazne závisia od veku. Napríklad

u novorodenca sa zisťuje vyššia koncentrácia hemoglobínu ako u dospelého, aktivita

alkalickej fosfatázy v sére je vyššia v detskom veku, pričom maximum dosahuje v období

zrýchleného rastu a potom sa jej aktivita znižuje. Pri takomto type laboratórnych parametrov

sú potrebné odlišné referenčné hodnoty pre rôzne vekové skupiny.

Pohlavie. Rozdiely biochemických parametrov medzi pohlaviami môžu byť vyvolané

jednak vplyvom pohlavných hormónov, jednak rozdielnou telesnou aktivitou. Týkajú sa

viacerých parametrov /napr. cholesterol, železo, kreatinín,CK atď./. Aj v tomto prípade sú

potrebné referenčné hodnoty pre mužov a osobitne pre ženy.

Výživa. Bezprostredne po najedení sa zvyšuje koncentrácia glukózy, kyseliny močovej,

plazmatického železa a sodíka a znižuje sa koncentrácia anorganického fosfátu a aktivita

laktátdehydrogenázy. Diéta bohatá na bielkoviny výrazne zvyšuje koncentráciu močoviny.

Preto sa odbery musia robiť nalačno a po určitej príprave pacienta.

Telesná záťaž. Fyzická námaha má za následok zmenu koncentrácie všetkých látok, ktoré

sú priamo súčasťou energetického metabolizmu. Preto je dôležité, aby sa pacient nevyšetroval

po výraznej predchádzajúcej fyzickej záťaži.

Poloha tela. Koncentrácia vysokomolekulových látok /napr. bielkoviny, enzýmy/ je nižšia

u ležiaceho pacienta a v stojí sa zvyšuje priemerne o 10-15%.

Biorytmy. Celý rad biochemických parametrov cyklicky kolíše v rámci 24-hodinového

denného rytmu. Napríklad koncentrácia železa v sére môže byť odpoludnia až o 30% nižšia

ako ráno. Preto je potrebné štandardizovať čas odberu a porovnávať u pacienta výsledky

vyšetrení získané v tom istom dennom čase.

Lieky môžu výrazne ovplyvniť výsledky vyšetrenia mnohých biochemických parametrov

jednak svojím špecifickým účinkom na organizmus /napr. indukcia tvorby niektorých

enzýmov/, jednak interferenciou pri chemickej analýze. Preto sa odporúča /ak to zdravotný

stav pacienta umožňuje/ medikamentóznu liečbu vysadiť minimálne 24 hodín pred odberom

materiálu na vyšetrenie.

8. Literatúra

Vít Šajter a kol. : Biofyzika, biochémia a rádiológia. Osveta, Martin 2002

66

Chémia pre 3. ročník Gymnázií. SPN 1992

Vránová : Základy biocchémie. Osveta, Martin 1974

Klinická biochémia, Osveta, Martin 1996

Neuwirt : Klinická propedeutika. Osveta, Martin 1991

67