BIOCHÉMIA

• Biochémia – hraničná vedná disciplína

• Chemické deje

• Podstata základných životných procesovMetabolizmus, rast, pohyb, dráždivosť, rozmnožovanie

• Biochémia – vedy o športe – 30. roky 20. storočia

• Laktát, kreatínfosfát, ATP• Vplyv telesného zaťaženia na živočíšne

organizmy• Zmeny v pracujúcich svaloch• Hormonálna regulácia telesného

zaťaženia

ZÁKLADY BIOCHÉMIE

Chemické zlúčeninynízkomolekulové – monoméry

makromolekulové - polyméryChemické prvky a ich väzbové vlastnosti

Makroergické väzby – 20-50 kJ.mol-1 ~

Makroergické väzby

• Difosfátová – ATP (GTP, UTP)• Enolfosfátová – fosfoenolpyrohroznová• Acylfosfátová - k.1,3 bisfosfoglycerová• Guanidínfosfátová –CrP• Tioesterová – acetyl KoA

Funkčné skupiny

• R – C = Ol -COOH karboxylová

OH skupina

• R-C =O aldehydová skupina IH

• R- C =OI ketoskupina=oxoR

• R – NH2 aminoskupina

• R-OH hydroxylová skupina

Reakcie v živých systémoch

• Energetická bariéra – bráni prebehnutiu reakcie

• Látky reagujú pri presne stanovených reakčných podmienkach

• Katabolické reakcie – exergonické• Syntetické reakcie – endergonické

katalyzátory – enzýmy – znižujú aktivačnúenergiu

• Oxidačno - redukčné reakcie• Spôsoby oxidácie látok:• Oxidácia – odovzdávanie elektrónov

(odovzdávanie vodíkov)• Oxidácia - dehydrogenácia• Redukcia – prijímanie elektrónov

(prijímanie vodíkov – hydrogenácia)• A + XH2 → AH2 + X

Biochemické reakcie

• Reakčné celky• substrát• Produkt• Enzým• Smer – obojstranný – vratné• Konečný produkt – metabolická dráha • Metabolický cyklus

Biologické zlúčeniny

• A: CukryB: Tuky

• C: Bielkoviny• D: Vitamíny• E: Enzýmy• F: Hormóny

G:Nukleotidy

Sacharidy (glycidy, cukry)

• Energetické látky• Produkty fotosyntézy• 6CO2 + 6 H2O → 6 O2+ C6H12O6

• Polyhydroxidy aldehydov a ketónov• Najjednoduchší 3C• Glyceraldehyd – predlžovanie C reťazca• Spájanie navzájom – glykozidové väzby

Lipidy

• Estery alkoholov a vyšších karboxylových kyselín

• Tuky – estery glycerolu a VKK • Zložené lipidy (k. fosforečná, cukry)• VKK – párny počet C (jednoduché i dvojité

väzby)• Nasýtené – nenasýtené - niektoré esenciálne• Úloha – zdroje energie, mechanická a tepelná

ochrana, membrány

Bielkoviny• Stavebnými

jednotkami súaminokyseliny –

• peptidové väzby –

medzi C - OH a H- NII IO H

Biologické funkcie:

• Enzýmová katalýza• Koordinovaný pohyb• Transport a

uskladňovanie• Mechanická podpora• Imunitná ochrana • Regulácia

biochemických pochodov

• (Zdroj energie)

Vitamíny

• Nízkomolekulové látky – v stopových množstvách pre rast a funkcie

• Rozpustné vo vode – hlavne

• B – súčasť štruktúr koenzýmov• C – oxidoredukčné deje

• Rozpustné v tukoch – A, D, E, K

• A – z β karoténu – význam pre zrak• D – metabolizmus Ca• E – významný antioxidant• K - zrážanie krvi

Hypo –hypervitamióza – metabolické poruchy

Enzýmy

• Vysokomolekulové katalyzátory biochemických reakcií

• Zníženie aktivačnej energie• Vysoká špecificita• Mechanizmus účinku - prechodný

komplex substrát - enzým• Aktívne miesto – zámka –(enzým)• kľúč - substrát

• Rýchlosť ovplyvňuje :• pH• teplota• Koncentrácia E a S• Aktivátory a inhibítory• Mg, Ca, Mn, Cl• Ťažké kovy – Hg, Pb, Cu – enzýmové jedy

Kofaktory

• Súčasť molekuly enzýmov –nizkomolekulové nebielkovinové

• Koenzým• Kofaktory oxidoreduktáz -• NAD, NADP• FMN, FAD – súčasťou je vitamín B• Kofaktory transferáz – ATP, koenzým A

Názvoslovie enzýmov

• Typ reakcie – áza• Oxidoreduktázy• Transferázy – prenos skupín• Hydrolázy –• Izomerázy – priestorové a štrukturálne

premeny • Syntetázy -

Nukleové kyseliny a nukleotidy• NK - informácie – k existencii bunky• V jadre – chromozómy• Sú tvorené z nukleotidov

Nukleotid: 1. 5C cukor – ribóza, dezoxyribóza2. dusíkatá báza (adenín, guanín, cytozín,

tymín, uracyl)3. k. fosforečná

Nukleozid: báza + sacharid (adenozín, guanozín, tymidín, cytidín, uridín)

DNA

• DNA – nositeľ genetickej informácie pre priebeh všetkých životných procesov -zakódovanej v sekvencii nukleotidov

• Dezoxiribóza + A,G,C,T• Poradie nukleotidov určuje poradie AK v

bielkovinách• Úsek –kóduje 1 bielkovinu –gén – genóm

• Primárna, sekundárna a terciárna štruktúra

RNA

• Ribóza + A,G,C,U• m RNA – informačná –prenáša genetickú

informáciu z jadra do cytoplazmy

• t RNA – prenos AK na ribozómy pri syntéze bielkovín

• r RNA – vytvára štruktúru ribozómov

Nukleotidy• Stavebná zložka NK • Voľné• ATP – primárny zdroj energie v bunke• 2 vysokoenergické väzby – makroergické• Hydrolýzou – veľké množstvo energie• GDP, GTP• Cyklické nukleotidy – c AMP• Nukleotidové koenzýmy – NAD, NADP, FAD,

FMN, koenzým A

METABOLIZMUS SACHARIDOV

• Hlavný energetický zdroj – oxidácia

• Zásobná forma – glykogén

• Zdroj uhlíka pre syntézu lipidov a uhlíkovej kostry aminokyselín

Štruktúra glykogénu

• Potrava – denný príjem 500g• Polysacharidy – škrob, glykogén• Disacharidy – sacharóza (30%)• laktóza (10%)• Monosacharidy – glukóza, fruktóza• Dominantný zdroj – škrob (60%) zemiaky,

obiloviny

• Glukóza – najdôležitejší sacharid pre bunky

• Využitie v troch hlavných metabolických cestách:

• 1. Syntéza glykogénu• 2. Glykolýza• 3. Pentózový cyklus

Metabolizmus glykogénu

• Syntéza• Odbúranie• Regulácia• Pečeň (10% hmotnosti) • a • svaly (1% hmotnosti)

Funkcia pečeňového glykogénu

• Dopĺňanie glukózy do krvného riečiska• Štiepenie – tvorba (podľa hladiny glukózy

v krvi)

Využitie svalového glykogénu

• Je zdrojom energie iba pre svalovú bunku

• Nemôže sa využiť na zvýšenie hladiny krvnej glukózy! (chýba enzým glukóza 6-fosfatáza)

Syntéza glykogénu

• Glukóza• Pred vstupom do pochodov syntézy –

fosforylácia – (hexokináza) – glukóza 6-fosfát (ATP)

• Premena na glukóza 1-fosfát • Reakcia s UTP- UDPG• Lineárne časti – glykogénsyntáza• Vetvenie – vetviaci enzým

Odbúranie glykogénu

• 1. Vstup H3PO4 a štiepenie glykozidovejväzby α1-4

• Vznik G 1-fosfátu (glykogénfosforyláza)• Premena na G-6 fosfát • Štiepenie na G a P – (G 6-fosfatáza) len v

pečeni!

Regulácia metabolizmu glykogénu

• Glykogén – základný energetický substrát, základná rezerva glukózy

• Tvorba – degradácia glykogénu – podľa potrieb organizmu

• Štiepenie glykogénu:• A) pokles hladiny glukózy• B) potreba mobilizovať energetické rezervy• Syntéza glykogénu –pri dostatočnom príjme

• Kontrola metabolizmu glykogénu –hormóny:

• GLUKAGÓN (pečeň), ADRENALÍN (sval)

• INZULÍN

• Inzulín - glykogenosyntézu• Glukagón a adrenalín – glykogenolýzu

• Glukagón a adrenalín –aktivujú fosforylázuinhibujú syntázu

Prostredníctvom proteínkináz –spustenie kaskádovej fosforylácieenzýmov

• Fosforylovaná syntáza – neaktívna• Fosforylovaná fosforyláza – aktívna• Adrenalín a glukagón – glykogenolýza

• Inzulín – defosforylácia syntázy a fosforylázy

• Stimulácia syntézy a inhibícia odbúrania

Metabolická regulácia tvorby a degradácie glykogénu

• Pokles glukózy –spojený s poklesom ATP • a vzostupom AMP• AMP aktivuje fosforylázu – zvýšená

degradácia glykogénu• (ATP tento účinok odstraňuje)

Glykolýza

• Základná metabolická cesta odbúrania glukózy v bunkách

• Za aeróbnych podmienok – konečný produkt pyruvát

• Za anaeróbnych podmienok – konečný produkt laktát

• 3 fázy:

• 1. a) aktivácia (glukóza 6-fosfát)• b) izomerácia (fruktóza 6-fosfát)• c) vznik 2 trióz

• 3-fosfoglyceraldehyd dihydroxiacetónfosfát

2. fáza• oxidoredukčná reakcia –• 1,3 bisfosfoglycerát• (NAD+ → NADH + H+)

• Vznik ATP substrátovou fosforyláciou• 3-fosfoglycerát

• 3.fáza

• 2-fosfoglycerát – fosfoenolpyruvát• Substrátová fosforylácie –ATP

• enolpyruvát• pyruvát

Glykolýza za aeróbnych a anaaeróbnych podmienok

• Aeróbne podmienky – vo väčšine buniek• (výnimka –kostrový sval, Ery)• K zabezpečeniu glykolýzy – nevyhnutná• REGENERÁCIA koenzýmu NADH – oxidácia • Za aeróbnych podmienok v mitochondrii –

terminálna oxidácia• za anaeróbnych podmienok - redukciou

pyruvátu – vznik laktátu

Energetická bilancia glykolýzy

• Sumárna reakcia:• anaeróbne podmienky:• C6H12O6 → 2 C3H6O3 + 2 ATP+ 2 H2O• V 1. fáze – spotreba 2 ATP -2 ATP• 2x vytvorenie 2 ATP +4 ATP• +2 ATP

• Aeróbne pomienky:• C6H1206→2 C3H4O3 +2NADH +H+ 2 ATP • +2H2O• Bilancia: po pyruvát 2 ATP• 2x NADH 2x3 = 6 ATP• 8 ATP• Po prechode pyruvátu do mitochondrie –

Krebsov cyklus – spolu čistá bilancia z 1 mol glukózy - 38 mol ATP

Energetická bilancia glykolýzy

• 2x1 NADH2 ..................................6 ATP2 ATP po pyruvát.............................2 ATPPyruvát - Acetyl CoA ... 2 NADH2= 6 ATP

Krebsov cyklus 2x12 24 ATP• 38 ATP

Glukoneogenéza• Glukóza – základný (pre niektoré bunky

jediný) zdroj energie• Glukoneogenéza – syntéza glukózy z :• Pyruvátu• Oxalacetátu• Pečeň (obličky)• 2 základné zdroje: • laktát• aminokyseliny

• Aminokyseliny – deaminačné a transaminačné reakcie

• Tuky – malý význam pre tvorbu glukózy:

• Premena pyruvátu na acetylKoA je nevratná!

• Iba glycerol

Reakcie glukoneogenézy• Obrátená cesta glykolýzy, rovnaké

enzýmy• 3 nevratné reakcie glykolýzy – iné enzýmy• okrem:

• pyruvát → fosfoenolpyruvát• fruktóza 1,6 bisfosfát →fruktóza 6-fosfát• glukóza 6-fosfát → glukóza

• 1. pyruvát –fosfoenolpyruvát

• a) karboxylácia na oxalacetát

• b) fosforylácia na fosfoenolpyruvát(cez malát)

• 2. • fruktóza 1,6- bisfosfát - fruktóza 6-fosfát • (fruktóza 1,6 bisfofatáza) hydrolytické

odštiepenie fosfátu• 3. glukóza 6-fosfát – glukóza• (glukóza 6-fosfatáza)

Udržiavanie fyziologickej koncentrácie glukózy v krvi

• Funkcie pečene• Pokles glukózy–• štiepenie glykogénu• glukoneogenéza• Vzostup glukózy-• syntéza glykogénu• glykolýza• premena na tuky

Coriho cyklus

• Laktát - sval – krv – pečeň

• Vznik pyruvátu – oxidáciou

• Z pyruvátu glukoneogenézou – glukóza

• Glukóza – pečeň – krv - sval

Pentózový cyklus

• Oxidácia glukózy• Oxidácia a dekarboxylácia glukózy-vznik pentóz• Vzájomná premena pentóz – vznik hexóz• Význam :• Tvorba redukovaných koenzýmov NADPH• (hydroxylačné a detoxikačné reakcie a

syntetické pochody)• Tvorba pentóz pre nukleové kyseliny

Cyklus trikarboxylovýchkyselín

Krebsov cyklus Citrátový cyklus

Najvýznamnejší cyklus produkujúci energiu - v mitochondriáchSubstráty vstupujú do K. cyklu vo forme acetyl KoASubstráty podliehajú oxidácii, vznikáenergia vo forme ATP

Začiatok i koniec cyklu – k. oxaloctovák.oxaloctová ... 4Cacetyl KoA + 2C CO2 - 2C

• Elektróny sú prenášané na NAD a FAD• Postupne prechádzajú na O2 (elektrón

transportný reťazec)• V procese oxidatívnej fosforylácie vzniká z

ADP - ATP

Reakcie Krebsovho cyklu

1. AcetylKoA+ oxaloacetát – citrát

2. Izomerizácia – izocitrát

3. Oxidácia –oxoglutarát (NADH, CO2)

4. Oxid.dekarboxylácia – sukcinylKoA(NADH, CO2)

• 5. Štiepenie – sukcinát – fosforyláciaGDP-GTP

• 6. Oxidácia – fumarát (FADH2)

• 7. + H2O – malát

• 8. Oxidácia – oxalát (NADH)

Energetická bilancia Krebsovhocyklu (Acetyl CoA)

• 3x NADH2 ..........3x 3 ATP = 9 ATP

• 1x FADH2 ...........1x 2 ATP = 2 ATP

• 1x GTP (= 1 ATP) 1 ATP• 12 ATP

Lipidy• Estery alkoholov a vyšších karboxylových

kyselín• Tuky –estery glycerolu a VKK • k. fosforečná, cukry – fosfolipidy, glykolipidy• lipoproteíny• VKK – párny počet C (jednoduché i dvojité

väzby)• Nasýtené – nenasýtené

• Niektoré esenciálne

Triacylglyceroly (neutrálne tuky)

• Estery glycerolu a VKK

• Metabolizmus VKK

• β - oxidácia – 2C zvyšky k. octovej + KoA-AcetylKoA

• Transport VKK do mitochodnrií - karnitín

• Energetická bilancia:• Každý cyklus β-oxidácie –• 1 mol FADH2, 1 mol NADH2,

1mol acetylKoA a 1 acylKoA• Príklad – k. palmitová 16 C – 8 x 2C -• 7x cyklus

• 7 NADH2 - 7x3 +21• 7 FADH2 - 7x2 +14• 8 AcetylKoA v K. cykle 8x12 +96• +131

ATP• aktivácia k. palmitovej - 1

+130 ATP

Syntéza VKK

• z AcetylKoA• Zdroje : Cukry, tuky, AK• Syntéza VKK v cytozole• acetyl KoA – oxidačnou dekarboxyláciou• pyruvátu• β-oxidáciou VKK

• 1. Karboxylácia AcetylKoA – malonyl KoA• 2. postupné spájanie a redukcia 2C

zvyškov • Predlžovanie reťazca – obrátené reakcie β- oxidácie s výnimkou redukcie (nie FAD ale NADPH)

Význam acetylKoA v metabolizme

• 2C zvyšok k. octovej – aktivovaná k. octová• Metabolizácia 2C zvyškov z oxidácie cukrov,

tukov a bielkovín• Strata špecifickosti molekúl, z ktorých vzniká• Oxidácia C- CO2

• Oxidácia H2 – H2O• K.cyklus – spoločná metabolická dráha hlavných

zdrojov energie

• Využitím acetylKoA v K. cykle –rozhodujúca časť energetického zisku

• 1 mol glukózy – 38 mol ATP, z toho 24 z K. cyklu

• 1 mol k. palmitovej – 130 mol ATP, z toho 96 z K. cyklu

• hlavne oxidovaním redukovaných NADH a FADH 2 – terminálna oxidácia + oxidačnáfosforylácia

• Intermediáty K. cyklu

• K. cyklus spája metabolizmus cukrov, tukov a bielkovín a umožňuje vzájomnépremeny

Vznik acetylKoA

• 1. tuky: β-oxidácia VKK

• 2. cukry: oxidačná dekyrboxyláciapyruvátu

• 3. AK: ketogénne priamo• glukogénne cez glukózu

Využitie acetyl KoA

• 1. K. cyklus – na CO2 a H2O + energia• 2. syntéza VKK• 3. tvorba ketolátok• Podiel tvorby acetyl KoA z jednotlivých

živín – závisí od potravy a práce• Bielkoviny – význam najmä pri vyčerpaní

glykogénových zásob

Posúdenie miery využívania cukrov a tukov

C6H12O6 + 6 O2 → 6 CO2 + 6 H2O

• RQ= CO2O2

RQ cukry =1• Energetická hodnota – množstvo

energie – spálením 1g látky• Cukry : 4,1 kcal (17,2 kJ)

• Energetický ekvivalent kyslíka –množstvo energie – pri využití 1 litra kyslíka

• Cukry: 5, kcal (20,6 kJ)• Obmedzené zásoby

• 2 C51H98 O6 + 145 O2 → 102 CO2 + 98 H2O •• RQ tuky = 0,7• Energetická hodnota: 9 kcal (37,9 kJ)• Energetický ekvivalent kyslíka: 4,7 kcal • (19,7 kJ)

• Čim vyššia intenzita, tým vyšší podiel cukrov

• Čim väčšia dĺžka trvania, tým vyšší podiel tukov

Regulácia využitia glukózy

• Glukóza – pre väčšinu tkanív hlavný zdroj acetyl KoA

• CNS• Fyziologická hladina glukózy: 3,3-5,6

mmol/l• Neurohumorálna – katecholaminy• Hormonálna – glukagón a inzulín

Situácia: glukóza znížená

• Potreba: zvýšiť glukózu• Mechanizmy:• 1. Zvýšiť prívod z GIT • 2. Glykogenolýza v pečeni• 3. tvorba z necukrových látok -

glukoneogenéza

Situácia: glukóza zvýšená

• Potreba: znížiť glukózu• Mechanizmy:• 1.zvýšiť oxidáciu glukózy – glykolýza a

pentózový cyklus • 2.inhibovať glukoneogenézu• 3. zvýšiť syntézu glykogénu• 4. zvýšiť premenu na tuky

Zvýšiť hladinu glykémie

• Glukagón – pečeň glykogenolýza, inhibícia glykolýzy, glukoneogenéza

• Adrenalín • (svalový glykogén nie je zdrojom glukózy

pre krv – len pre sval)

• ACTH – glukokortikoidy (kortizol)-glukoneogenéza

• STH – aktivuje oxidáciu tukov-šetríglukózu, glukoneogenézu

Znížiť hladinu glukózy

• Inzulín – zvyšuje• 1. priepustnosť b. membrán pre glukózu• 2. syntézu glykogénu• 3. premenu na tuky• 4. znižuje štiepenie tukov

• Vylúčiť močom

Ketolátky (ketónové látky)

k. β-hydroximaslovák. acetoctováacetón(historický názov)• keto = oxo• Vznik v pečeni z nespotrebovaného acetyl KoA• Využívanie v iných tkanivách (sval, srdce, obličky,

CNS)

Tvorba a využívanie ketolátok

• Kondenzácia acetylKoA - k.acetoctováredukcia – k. β- hydroximaslová

• dekarboxylácia – acetón• Premena na acetoacetylKoA –štiepenie na• acetyl KoA –vstup do K. cyklu• Pečeň nemá enzým – tvorbu

acetoacetylKoA – využívanie ketolátok• v extrahepatálnych tkanivách

Význam ketolátok

• Zdroje energie pri nedostatku glukózy –glykogenolýza , lipolýza, ketogenéza

• pohotové, vo vode ľahko rozpustné palivo

• CNS – za fyziol. podmienok – glukóza• (nevie využiť mastné kyseliny)

• Všetky orgány (okrem CNS a Ery) lipidy

• Dlhšie trvajúci nedostatok glukózy - CNS -ketolátky

• Signál pre tvorbu ketolátok –hypoglykémia – zníženie konc. inzulínu –zvýšená lipolýza v tukovom tkanive

• Karboxylové kyseliny-zdroj energie a • faktor stimulácie ketogenézy v pečeni• normálne podmienky – hladovanie -

diabetes

• Spätná regulácia -zvýšené množstvo ketolátok a karboxyl. kyselín - stimuluje výdaj inzulínu

• Inzulín inhibuje lipolýzu v tukovom tkanive a tvorbu ketolátok

Bielkoviny - Proteíny

• Stavebnými jednotkami sú aminokyseliny –peptidové väzby• Štrukturálna báza všetkých tkanív a orgánov

• Biologické funkcie:• Enzýmová katalýza• Koordinovaný pohyb• Transport• Mechanická podpora• Imunitná ochrana • Regulácia biochemických pochodov – hormóny, receptory

• (Zdroj energie)

Aminokyseliny

• NH2 – aminoskupinaCOOH- karboxylová skupinaProteíny – lineárny reťazec aminokyselín20 AK - dipeptidy, polypeptidy, proteíny C, H, O, N (S)Esenciálne –neesenciálne

Štruktúra proteínov

• - lineárna sekvencia AK• genetická informácia v DNA (poradie

nukleotidových báz)Primárna, sekundárna, terciálna, (kvartérna) – viac subjednotiekterc. a kvart. štruk. – citlivé na zmeny pH a tIrreverzibil. zmeny > 45 º C - denaturácia

Obrat bielkovín• Rovnováha medzi anabolickými reakciami• (syntéza) a katabolickými (degradácia)• narušenie – cvičenie, infekcia• Efekt silového tréningu – anabolický stav• Anabolické hormóny:• STH (GH) – v pečeni → IGF-1 a -2 –peptidy s

anabolickým efektom• inzulín, • testosteron – zdrav. riziká• pohybová aktivita - ↓degradácie

Proteíny ako enzýmy

• v malých množstvách (nie súkonzumované)

• Enzým – aktívne miesta• E + S → ES → E + P• Enzymatická aktivita - citlivá na t• teles. t - 37ºC – sval >40 ºC • rozcvičenie!

• zmeny pH• Každý enzým – svoje optimum• Sval – veľké zmeny (od 7,1 – < 6,5)• Koenzýmy, prostetické skupiny• regenerácia

Charakteristické reakcie:1. Deaminácia2. Dekarboxylácia3. Transaminácia – výmena aminoskupiny

za oxoskupinu s oxokyselinami4. Kondenzácia –vzájomné zlučovanie AK

– dipeptidy až polypeptidy

Zapojenie AK do intermediárnehometabolizmu

• Po odstránení aminoskupiny - uhlíkovákostra– zapojenie do metabolických dráh

• 1.Glykolýza, K. cyklus

• 2. Glukoneogenéza – z glukogénnych AK• (z ktorých vzniká pyruvát alebo

medziprodukty K. cyklu)

•

Zapojenie AK do glukoneogenézy

• Pečeň a oblička – glukóza z látok necukrovej povahy

• Úloha glukózy• Podstata glukoneogenézy – zapojenie

uhlíkovej kostry AK do procesu tvorby glukózy – obrátenie glykolýzy okrem 3 reakcií

• vznik fosfoenolpyruvátu• defosforylácia fruktóza 1,6 bisfosfátu• defosforylácia glukóza 6-fosfátu

• 3 metabolické procesy:

• Pyruvát – oxalacetát – fosfoenolpyruvát

• Transaminácia - výmena aminoskupinyza oxoskupinu s oxokyselinami

• Kľúčovú úlohu v odstraňovaní dusíka z AK má glutamát

• Zbiera N z iných AK transaminačnýmireakciami

• Poskytuje N pre syntézu mnohých AK

Metabolizmus aminodusíka

• Uvoľňovanie amoniaku:• Nepriama deaminácia AK:• 1. transaminácia• 2. priama deaminácia• k.glutámovej

• 1. fáza - prenos aminoskupiny• z AK na 2- oxoglutárovú• z AK→ príslušná oxokyselina• z oxoglutarovej → glutámová• 2. fáza – oxidačná deaminácia• k. glutámovej – uvoľnenie amoniaku a

regenerácia k. 2-oxoglutárovej

1.fázaCOOH COOHI I transamináza

CH-NH2 + C=O –––––-→I IR CH2

Iaminokyselina CH2

ICOOH

2-oxoglutárová

COOH COOHI IC=O + CH2NH2I IR CH2oxokyselina I I

CH2ICOOH

k.glutámová

2.fázaCOOH COOHI I CH-NH2 C=OI ICH2 + H2O –––→ CH2 + NH 3I NAD/NADH2 ICH2 CH2I ICOOH COOH

glutámová 2-oxoglutarová

• Alanín – pyruvát - oxalacatát• Aspartát – oxalacetát• Glutamát – oxoglutarát – oxalacetát• Cez alanín tryptofán• Cez aspartát asparagín• Cez glutamát prolín, arginín, histidín,

glutamín

• Ketogénne – tie, z ktorých vzniká acetylCoA, alebo acetoacetyl CoA

• Tvorba karboxylových kyselín alebo ketokyselín

Tvorba močoviny• NH3 – veľmi toxický (CNS) – premena

na močovinu (urea)

• Hlavným miestom tvorby je pečeň• NH3+ CO2 + aspartát + 3ATP + 2H2O→

močovina + fumarát + 3ADP + 3 H3PO4

Pečeň- obličky - moč

LIPOPROTEÍNY

TRANSPORT LIPIDOV

• Lipidy naviazané na proteíny (apoproteiny)• Centrálne umiestnené hydrofóbne

molekuly(triglyceridy a estery cholesterolu)• Delenie:• CM – chylomikróny – v tenkom čreve – transport

exogénnych lipidov• VLDL• LDL• HDL

• Endogénne lipidy – v pečeni – VLDL – IDL – LDL

• CM a VLDL – zdroj triacylglycerolov a VKK • LDL – poskytujú cholesterol pre výstavbu

membrán• Pri metabolizme LDL môže dôjsť k

akumulácii cholesterolu v tkanivách a v intime ciev

HDL

• Syntetizuje sa v pečeni

Častice HDL majú schopnosť vychytávaťvoľný cholesterol a esterifikovať ho –antisklerotický efekt

Hormóny

• základné charakteristika vyšších organizmov – koordinačná funkcia

• Účelná súhra – nervová a humorálnaregulácia

• Rýchle regulačné zásahy – NS• Dlhodobejšie udržiavanie homeostázy –

systém vnútornej sekrécie

• Hormón – chemická zlúčenina – špecifický účinok v iných orgánoch (cieľové tkanivá)

• Rozdelenie – podľa chemického zloženia:• 1. peptidy a proteohormóny• 2. modifikované AK• 3. steroidné• 4. iné

• podľa funkčných aspektov:• 1.prestavba metabolizmu, rýchly účinok –

(inzulín, glukagón, katecholaminy)• 2. rast a diferenciácia tkanív (rastový

hormón, hormóny štítnej žľazy, pohlavnéhormóny)

• 3. metabolizmus Ca a P (parathormón)• 4. hospodárenie s vodou a minerálmi

(aldosterón, ADH)

Mechanizmus účinku hormónov

• Ovplyvňovanie metabolických procesov –nie priame pôsobenie na subcelulárneštruktúry – receptorová teória

• Receptor: zariadenie, ktoré signál zachytía rozpozná

• Bielkovinová makromolekula (glykoproteín): rozpoznať

• viazať (reverzibilne)• sprostredkovať účinok

Receptory

• Membránové – (peptidové, proteohormóny, katecholaminy) – tvorba druhého posla – séria fosforylačnýchreakcií – uvádza do chodu ďalšie chemické reakcie

• Intracelulárne – (lipofilné) - v cytozolealebo v jadre – naviazanie na DNA –regulácia génovej expresie

Spôsob účinku hormónov• Biochemické účinky v cieľových tkanivách –

zvýšenie syntézy špecifických bielkovín, zvýšenie aktivity enzýmov

• 1. účinky na membrány (zmena permeabillity alebo transportné mechanizmy)

• 2. syntéza druhých poslov (zvýšenie aktivity efektorového systému – syntéza vnútrobunkových signálnych molekúl – aktivácia proteínkináz –fosforylácia cieľových enzýmov a bielkovín

• 3. účinky na syntézu bielkovín (steroidy)-zvýšenie obsahu a aktivity enzýmov –ovplyvnenie biochemických reakcií

• 4. účinky na diferenciáciu buniek –usmernenie expresie génov :každá bunka rovnakú sadu génov –expresia génov

Mechanizmus regulácie bunkových funkcií

• FOSFORYLÁCIA BIELKOVÍN (reverzibilná)• Fosforylačné a defosforylačné pochody –

základný mechanizmus regulácie bunkových funkcií extracelulárnymi signálmi

• Katalyzované – proteínkinázami a proteínfosfatázami (aktivácia vnútrobunkovými signálmi – 2. posol)

• Konformačná zmena – zmena aktivity

• Aktivácia receptor –adenylátcyklázového komplexu –vytvorenie cAMP – aktivácia špecifickej proteínkinázy

• Aktivácia komplexu receptor-fosfolipáza – vytvorenie IP3 a DAG –aktivácia proteínkinázy C

G proteíny

• GTP viažúce proteíny – súčasťmembránových efektorovýchkomplexov – prenášače signálov z receptoru na efektor a zosilňovače

Adenylátcyklázový systém

• Receptory (stimulačné alebo inhibičné)• Aktivujú G proteín – mení aktivitu

adenylátcyklázy (membránový glykoproteín)

• Tvorba cAMP – aktivuje proteínkinázuA – fosforylácia proteínov

• Fosfodiesteráza

Systém inozitolfosfatidy -fosfolipáza

• Uvoľňovanie Ca iónov z intracelulárnych zásob (endoplazamické retikulum)

• Pôsobenie Ca prostredníctvom proteínu kalmodulín - väzba na efektorové enzýmy a ich aktivácia

Hormonálna regulácia

Receptory s G proteínmi

• Účinok adenylátcykláza adenylátcykláza fosfolipidázaC

Aktivácia inhibícia aktivácia

• Efekt ↑3,5, cAMP ↓3,5, cAMP ↑ DAG ↑IP3

• Adrenalín β1 β2 α 2 α 1

• NA β α 2 α 1

Sval a energia

Štruktúra kostrového svalu

VITAMÍNY A ICH ÚLOHA V METABOLICKÝCH

PROCESOCH• Vitamín B1, tiamín

• Aktívnou formou je tiamíndifosfát (TDP) –v čreve

• svaly, pečeň, oblička, NS• Zdroje –• obilniny, strukoviny, vnútornosti, chudé

mäso

• Funkcia: • Koenzým procesov oxidačnej

dekarboxylácie 2-oxo kyselín (pyruváta oxoglutarát)

• Pyruvát: zapojenie cukrov do K. cyklu, syntéza karboxylových kyselín (tvorba lipidov z cukrov)

• Oxoglutarát: vznik dôležitých medziproduktov v K. cykle, oxidácia cukrov, lipidov, bielkovín – energia

• Aj v metabolizme aminokyselín • Význam pre prenos vzruchu (TTP)• Nedostatok B 1 – hlavne tkanivá :

mozog, srdce, obličky

Vitamín B2, riboflavín

• Aktívna forma FMN a FAD • Zdroje: mlieko, vajcia, pečeň, listová

zelenina, baktérie v čreve• Funkcia: súčasť enzýmov

katalyzujúcich oxidáciu alebo redukciu• Súčasť dehydrogenáz, úloha v procese

terminálnej oxidácie, v K. cykle, odbúraní a syntéze KK

Vitamín B3, k. nikotínová, niacín

• Aktívna forma NAD, NADP

• Zdroje: obilie, strukoviny, kvasnice, mlieko, pečeň, aj v pečeni z tryptofánu

• Funkcia: NAD -súčasťoxidoredukčných prenášačových systémov , koenzým dehydrogenáz(glykolýza, K. cyklus, β-oxidácie KK, deaminácie AK, terminálna oxidácia –energia

• NADP – vzniká v pentózovom cykle , význam pre syntézu KK, steroidov...

Vitamín B6, pyridoxín

• Najdôležitejšia aktívna forma pyridoxalfosfát

• Zdroje: kvasnice, obilie, orechy, pečeň, mlieko, vajcia, zelenina, mäso, strukoviny, aj baktérie v GIT

• Funkcia: koenzým enzýmov metabolizmu AK (transaminázy, dekarboxylázy, metabolizmus

• amoniaku...)

Kyselina pantoténová

• Zdroje: rastlinná a živočíšna potrava –vaječný žĺtok, vnútornosti, kvasnice, obilniny a strukoviny, aj baktérie črevnej flóry

• Funkcia: súčasť KoA• Metabolizmus, cukrov, tukov, bielkovín,

premena cukrov na tuky, tvorba ketolátok

Biotín

• Zdroje: vnútornosti, mäso, mliečne produkty, obilie, ovocie, zelenina, aj baktérie GIT

• Funkcia: koenzým karboxylačnýchreakcií – prenášač aktivovaného oxidu uhličitého

• syntéza VKK• glukoneogenéza (AK –pyruvát)

Voľné radikály

Antioxidanty

• Intenzívny tréning – vysoký príjem kyslíka - tvorba vysoko reaktívnych molekúl

(voľné radikály) → poškodenie buniek a tkanívSuperoxidový radikál – pri prechode elektrónov cez dýchací reťazecTvorba aj v tkanivách aktivovanými fagocytmi

• Voľné radikály – molekuly s nepárnym elektrónom – reakcia s bunkovými zložkami (esenciálne MK, proteíny, DNA) – irreverzibilné poškodenie

• Tréning – nerovnováhu medzi hladinou oxidantov a antioxidantov – oxidatívny stres

Antioxidatívna obrana

• Potláčanie voľných radikálovV organizme:• Glutation, Koenzým Q• Enzýmy: (superoxiddizmutáza, kataláza,

glutationperoxidáza)V potrave:• Antioxidatívne látky: vit. E, C, β-karotén,

Se

• Nie sú dôkazy o zlepšení výkonnosti –vysoké dávky antioxidantov – suplementy(ak nie je deficit)

• Zlepšenie antioxidačného obranného systému cvičením

• Zdroje antioxidantov v potrave: ovocie, zelenina, orechy

• Imunitný systém a jeho ovplyvnenie cvičením (voľné radikály)

• Kontroverzné názory• Pozitívna úloha oxidantov:• Malé dávky oxidantov – dôležitá úloha pri

adaptačných procesoch a imunitnej odpovedi