1 ΒΙΟΧΗΜΕΙΑ ΤΟΥ ΜΕΤΑΒΟΛΙΣΜΟΥ ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗ 10 Η «ΠΡΩΤΕΪΝΕΣ»

2 Πρωτεΐνες Οι πρωτεΐνες σαν δομικό στοιχείο του ανθρώπινου σώματος αποτελούν το 1/5 του βάρους του. Οι πρωτεΐνες αποτελούν το πιο σημαντικό δομικό υλικό του ανθρώπινου σώματος. Μύες, δέρμα, τρίχες νύχια κ.λπ., τα ένζυμα και ορισμένες ορμόνες είναι πρωτεϊνικής φύσης. Ακόμα και η άμυνα του οργανισμού, ο σχηματισμός αντισωμάτων, η μεταφορά ουσιών όπως οξυγόνου και λιπαρών οξέων γίνεται στον ζωικό οργανισμό με τις πρωτεΐνες. Οι πρωτεΐνες δομούνται από αμινοξέα που με την ακολουθία τους καθορίζουν τη λειτουργικότητα.

3 Πρωτεΐνες Ο αριθμός των αμινοξέων που συμμετέχουν στη δομή της πρωτεΐνες είναι διαφορετικός και εξαρτάται από το είδος της πρωτεΐνης. Από το συνολικό αριθμό των 20 αμινοξέων που συμμετέχουν στο μέγιστο στη δομή των πρωτεϊνών τα 12 μπορούν να συντεθούν από τον ανθρώπινο οργανισμό ενώ τα υπόλοιπα 8 πρέπει να εισαχθούν με τις τροφές. Τα αμινοξέα που πρέπει να προσλαμβάνονται με την τροφή λέγονται απαραίτητα αμινοξέα. Για τον ανθρώπινο οργανισμό είναι τα ακόλουθα: Ισολευκίνη Λευκίνη, Βαλίνη, Φαινυλαλανίνη, Τρυπτοφάνη, Μεθειονίνη, Θρεονίνη, Λυσίνη. Τα αμινοξέα Αργινίνη και Ιστιδίνη παράγονται σε μικρές ποσότητες από τον οργανισμό μας και ονομάζονται ημι-απαραίτητα αμινοξέα (απαραίτητα στα βρέφη).

4 Σύνοψη μεταβολισμού πρωτεΐνης

5 Πέψη πρωτεϊνών

6 Δράση πεψίνης

7

8 Η πρωτεολυτική δράση του παγκρεατικού υγρού ΔΡΑΣΗ ΤΩΝ ΠΡΩΤΕΑΣΩΝ ΤΡΥΨΙΝΗ ΚΑΙ ΧΥΜΟΤΡΥΨΙΝΗ

9 Δράση τρυψίνης

10 Εντερικές καρβοξυπεπτιδάσες και αμινοπεπτιδάσες ΠΡΩΤΕΟΛΥΣΗ ΣΤΟ ΑΜΙΝΟΤΕΛΙΚΟ ΚΑΙ ΚΑΡΒΟΞΥΤΕΛΙΚΟ ΑΚΡΟ ΕΝΌΣ ΠΕΠΤΙΔΙΟΥ

11 Απορρόφηση αμινοξέων ΦΥΣΙΟΛΟΓΙΑ ΤΗΣ ΑΠΟΡΡΟΦΗΣΗΣ: ΑΜΙΝΟΞΕΑ, ΔΙΠΕΠΤΙΔΙΑ, ΤΡΙΠΕΠΤΙΔΙΑ, ΕΥΝΝΟΟΥΝΤΑΙ ΚΑΠΟΙΑ ΤΡΙΠΕΠΤΙΔΙΑ.

12

13 Μεταβολισμός αμινοξέων Υπό κανονικές συνθήκες, οι πρωτεΐνες και τα αμινοξέα δεν αποτελούν σημαντική πηγή ενέργειας για τους ζωικούς οργανισμούς και χρησιμοποιούνται για τη σύνθεση νέων πρωτεϊνών. Υπάρχουν όμως περιπτώσεις που χρησιμοποιούνται για άντληση ενέργειας όπως π.χ. σε περίσσεια αμινοξέων από τη υπερβολική κατανάλωση πρωτεϊνών ή από την αποικοδόμηση πρωτεϊνών κάτω σε συνθήκες πείνας, ή υπερβολικής άσκησης ή παθολογικών καταστάσεων. Ο μεταβολισμός κάθε αμινοξέος είναι διαφορετικός, πλην όμως συναντάται σε όλα η απαμίνωση και η τρανσαμίνωση. Ο «σκελετός» ανθράκων που απομένει μετά την αφαίρεση της αμινομάδας μεταβολίζεται δια μέσου του κύκλου του Krebs για την παραγωγή ενέργειας.

14 Συνολικός μεταβολισμός αμινοξέων 1.ΠΡΩΤΕΪΝΗ 2.ΠΟΡΦΥΡΙΝΕΣ 3.ΠΟΥΡΙΝΕΣ-ΠΥΡΙΜΙΔΙΝΕΣ 4.ΑΛΥΣΙΔΕΣ ΑΝΘΡΑΚΩΝ ΕΝΕΡΓΕΙΑ 5.ΑΜΙΝΟΜΑΔΕΣ ΝΕΑ ΑΜΙΝΟΞΕΑ 6.ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗ ΑΖΩΤΟΥ 7. ΟΥΡΙΑ ΔΕΙΤΕ ΣΤΗΝ ΕΠΟΜΕΝΗ ΔΙΑΦΑΝΕΙΑ

15

16 Τρανσαμίνωση και απαμίνωση Η ΤΡΑΝΣΑΜΙΝΩΣΗ ΟΔΗΓΕΙ ΣΤΟ ΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟ ΝΕΑΣ ΑΜΙΝΟΕΝΩΣΗΣ, ΕΝΩ Η ΑΠΑΜΙΝΩΣΗ ΣΕ ΔΙΑΣΠΑΣΗ ΤΟΥ ΑΜΙΝΟΞΕΟΣ. ΚΑΙ ΟΙ ΔΥΟ ΓΙΝΟΝΤΑΙ ΚΥΡΙΩΣ ΣΤΟ ΕΣΩΤΕΡΙΚΟ ΤΩΝ ΜΙΤΟΧΟΝΔΡΙΩΝ.

17 Οι τρανσαμινάσες ή αμινοτρανσφεράσες Τα ένζυμα που λέγονται τρανσαμινάσες (ή αμινοτρανσφεράσες) επιτρέπουν την ανακατανομή των αμινομάδων μεταξύ των διαφόρων αμινοξέων και επομένως την μεταβολή του μίγματος των αμινοξέων μέσα στα κύτταρα. Η τρανσαμινάση της αλανίνης μαζί με την ασπαρτική τρανσαμινάση είναι από τα πλέον ευαίσθητα και ευρέως χρησιμοποιούμενα ένζυμα για αξιολόγηση.

18 Οι τρανσαμινάσες ή αμινοτρανσφεράσες ΟΙ ΤΡΑΝΣΑΜΙΝΑΣΕΣ ΔΙΑΚΙΝΟΥΝ ΜΙΑ ΑΜΙΝΟΜΑΔΑ ΑΠΟ ΕΝΑ ΜΟΡΙΟ ΣΕ ΕΝΑ ΑΛΛΟ.

19 Αλληλομετατροπές αμινοξέων Ο κύκλος γλυκόζης-αλανίνης

20 Τρανσαμινάσες στη διαγνωστική Οι τρανσαμινάσες (ALT και AST) είναι ένζυμα που απελευθερώνονται στην κυκλοφορία μετά από βλάβη ή νέκρωση κυττάρων. Τα αίτια που οδηγούν σε μεγάλη (> από 15 φορές των ανώτερων φυσιολογικών τιμών) αύξηση των τρανσαμινασών περιλαμβάνουν κυρίως τις οξείες ιογενείς ηπατίτιδες, τη λήψη φαρμάκων και την ισχαιμική ηπατίτιδα κυρίως σε ασθενείς με αιμοδυναμική αστάθεια ή σοβαρή καρδιοπάθεια. Επίσης τις νεοπλασίες.

21 Η βιταμίνη Β6 στη διάσπαση των αμινοξέων

22 Η μεσολάβηση της βιταμίνης Β6 στην τρανσαμίνωση και την απαμίνωση

23 ΤΟΝΟΣ, ΨΑΡΙΑ, ΜΟΣΧΑΡΙ, ΜΠΑΝΑΝΕΣ, ΓΟΓΓΥΛΙΑ, ΔΗΜΗΤΡΙΑΚΑ

24 Η απαμίνωση των αμινοξέων Α). Γίνεται με οξειδωτικά ένζυμα R-CHNH 2 -COOH + ½ O 2 → RC=O-COOH + NH 3 Β). Ή με υδρολυτικά ένζυμα COOH-CH(NH 2 )-CH 2 -CH 2 -COOH + H 2 O + NAD + → COOH-C=O-CH 2 -CH 2 -COOH + NH 3 + NADH 2

25 Απαμίνωση των αμινοξέων Η πρώτη αντίδραση για τη διάσπαση Ο ιδιαίτερος ρόλος του γλουταμικού

26 Αποφόρτιση του σώματος από την περίσσεια του αζώτου (ούρα, περιττώματα) Ουρία ούρων, από τη διάσπαση αμινοξέων και πυριμιδινών (θυμίνη, κυτοσίνη, ουρακίλη), NH 4 Cl ούρων, από τη γλουταμίνη κυρίως, Ουρικό οξύ ούρων, από διάσπαση πουρινών (αδενίνη και γουανίνη), Ουροχολίνη ούρων, από τη διάσπαση της αίμης, Κρεατινίνη ούρων, από τον καταβολισμό της κρεατίνης των μυών, Άζωτο περιττωμάτων.

27 Το ήπαρ ο κύριος παραγωγός ουρίας

28 Κύκλος της ουρίας Η ουρία συντίθεται στο ήπαρ από διοξείδιο του άνθρακα και την αμμωνία που παράγεται από την απαμίνωση αμινοξέων διά μέσου του κύκλου της ορνιθίνης. Η ουρία αποτελεί το κύριο απεκκριτικό προϊόν του καταβολισμού πρωτεϊνών. Πάνω από το 90% της ουρίας απεκκρίνεται από τα νεφρά, το υπόλοιπο 10% απομακρύνεται από το γαστρεντερικό σωλήνα και το δέρμα.

29 Ο κύκλος της ουρίας

30

31 Ουρία και νεφρική λειτουργία Η χρησιμότητα της ουρίας ως δείκτης της νεφρικής λειτουργίας επηρεάζεται από το γεγονός ότι αύξηση του επιπέδου παρατηρείται έπειτα από καταστροφή του 70-80% του σπειράματος. Η συγκέντρωση της ουρίας στο πλάσμα είναι συνάρτηση της νεφρικής λειτουργίας, της διαιτητική πρόσληψη πρωτεϊνών και του επίπεδο του μεταβολισμού πρωτεϊνών.

32 Ουρία πλάσματος και ρυθμός σπειραματικής διήθησης (Glomerular Filtration Rate)

33 Ουρία και νεφρική λειτουργία Οι μετρήσεις ουρίας θα πρέπει να συνδυάζονται με μετρήσεις κρεατινίνης. Αφυδάτωση και αύξηση της ουρίας, κατανάλωση κρέατος. Φυσιολογικές τιμές mg/dL SI: 1,7 - 8,3 mmol/L. Ουραιμία και νεφροπάθεια.

34 Καταβολισμός αμινοξέων σε άλλα ζώα Στα ερπετά της ξηράς και τα πτηνά, η ουρία δεν είναι το τελικό προϊόν του καταβολισμού της αμινομάδας των αμινοξέων. Τα ζώα αυτά συνθέτουν πουρίνες από την περίσσεια αζώτου των αμινοξέων, και στη συνέχεια αποικοδομούν τις πουρίνες προς ουρικό. Αυτό εξυπηρετεί μία ζωτική λειτουργία: Tην διατήρηση του νερού. Το ουρικό γίνεται όχημα για την απέκκριση του αζώτου, λόγω της πολύ μικρής διαλυτότητάς του σε όξινο ΡΗ. Το ΡΚα της πιο όξινης ομάδας του ουρικού είναι 5,4. Τα όξινα ούρα των ζώων αυτών συνίστανται από ένα πολτό κρυστάλλων ουρικού. Λίγο νερό συνοδεύει τους κρυστάλλους αυτούς σε αντίθεση με την απέκκριση ενός συγκρίσιμου ποσού τα ευδιάλυτης ουρίας

35

36 Καταβολισμός πρωτεϊνών/αμινοξέων Οι πρωτεΐνες του σώματός μας συμμετέχουν σ’ ένα διαρκή κύκλο σύνθεσης/διάσπασης. Οι διεργασίες ονομάζονται αντίστοιχα πρωτεϊνοσύνθεση και πρωτεϊνόλυση). Σε έναν υγιή και σωστά τρεφόμενο ενήλικα, οι ρυθμοί πρωτεϊνοσύνθεσης και πρωτεϊνόλυσης είναι περίπου ίσοι, οπότε η μάζα των πρωτεϊνών παραμένει σταθερή. Αυτό το διαπιστώνουμε εργαστηριακά εξετάζοντας το ισοζύγιο αζώτου (nitrogen balance), που ορίζεται ως η διαφορά ανάμεσα στη μάζα του αζώτου που προσλαμβάνουμε με την τροφή και τη μάζα του αζώτου που αποβάλλουμε με τα ούρα τα κόπρανα και τον ιδρώτα.

37 Καταβολισμός πρωτεϊνών/αμινοξέων Επειδή η πλειοψηφία του αζώτου που προσλαμβάνουμε είναι πρωτεϊνικής προέλευσης, το ισοζύγιο αζώτου δείχνει τη διαφορά ανάμεσα στους ρυθμούς πρωτεϊνοσύνθεσης και πρωτεϊνόλυσης, και μπορεί να είναι θετικό, αρνητικό ή μηδενικό. Σε θετικό ισοζύγιο αζώτου εμπίπτουν τα νεαρά άτομα, οι γυναίκες στην κύηση και οι περιπτώσεις ανάρρωσης από απισχναντική ασθένεια. Σε μηδενικό ισοζύγιο βρίσκονται οι σωστά διατρεφόμενοι ενήλικες. Αρνητικό ισοζύγιο έχουμε στο γήρας, στην ασιτία, σε σακχαρώδη διαβήτη, σε τραυματισμό και έλλειψη απαραίτητων αμινοξέων. Τότε, ο οργανισμός αποδομεί πρωτεΐνη για να το εξασφαλίσει και εμπίπτει σε αρνητικό ισοζύγιο.

38 Ισοζύγιο αζώτου Ισοζύγιο Αζώτου (g/ημ.) = Προσλαμβανόμενη PRO // 6,25 - (Άζωτο Ουρίας ΟΥΡΩΝ 24 h + 4) Όπου το 4 της εξίσωσης = απώλεια Ν από το δέρμα, περιττώματα, κόψιμο νυχιών, τρίχες, ιδρώτας, απόπτωση επιφανειακών κυττάρων της επιδερμίδας, αίμα της εμμήνου ρύσεως κ.λπ. Φ.Τ Oλικό Αζωτο Ουρίας Ούρων /24h = gr Ιδανική Τιμή Θετικού Ισοζυγίου = + 4 έως + 6

39 Καταβολισμός πρωτεϊνών/αμινοξέων Ο ανθρακικός σκελετός των αμονοξέων καταλήγει σε ακέτυλο-CoA ή ενδιάμεσα του κύκλου Crebs. Από την άποψη αυτή τα αμινοξέα κατατάσσονται σε 3 κατηγορίες 1) Κετογονικά (Leu,Lys) που μεταβολίζονται σε ακέτυλο-CoA ή ακετοακέτυλο- CoA δηλ προϊόντα που δεν μεταβολίζονται σε γλυκόζη αλλά σε κετονοσώματα. 2) Ημικετογονικά (Phe, Ile, Tyr Trp) που εν’ μέρει παράγουν ακέτυλοCoA και ένα ενδιάμεσο προϊόν του κύκλου Crebs και 3) Γλυκογονικά (όλα τα υπόλοιπα) που μεταβολίζονται σε ενδιάμεσα του κύκλου Crebs και άρα μπορούν εν’ δυνάμει να παράγουν γλυκόζη.

40 Τελικός καταβολισμός αμινοξέων

41

42 ΡΥΘΜΙΣΗ ΤΟΥ ΜΕΤΑΒΟΛΙΣΜΟΥ ΤΩΝ ΑΜΙΝΟΞΕΩΝ Η έκταση και ο τρόπος ρύθμισης της βιοσύνθεσης των αμινοξέων ποικίλει ευρέως στα ζώα, τα φυτά, τα μικρόβια. Οι ανώτεροι οργανισμοί δεν είναι σε θέση να συνθέσουν και τα 20 αμινοξέα. Ο άνθρωπος μπορεί να συνθέσει τα 12, ενώ τα υπόλοιπα 8 πρέπει να τα παραλάβει με την τροφή του. Τα απαραίτητα αμινοξέα για τον άνθρωπο είναι: Βαλίνη, λευκίνη, ισολευκίνη, λυσίνη, θρεονίνη, μεθειονίνη, τρυπτοφάνη και φαινυλαλανίνη. Ειδικά για τα βρέφη απαραίτητη θεωρείται η ιστιδίνη, ενώ από ορισμένους επιστήμονες και η αργινίνη.

43

44 Προέλευση μη-απαραίτητων αμινοξέων

45 Η βιοσύνθεση των αμινοξέων

46 Βιολογική αξία Τα αμινοξέα αποτελούν μικρές «ψηφίδες», που συνθέτουν μια πρωτεΐνη που μπορούμε να βρούμε στο κρέας, στο ψάρι, στο κοτόπουλο, στο αβγό. Οι πρωτεΐνες αυτών των τροφών ονομάζονται υψηλής βιολογικής αξίας, έχουν δηλαδή στην σύνθεση τους όλα εκείνα τα αμινοξέα που ο οργανισμός δεν μπορεί από μόνος του να συνθέσει και συνεπώς πρέπει να προσλάβει από την τροφή.

47 Βιολογική αξία H B.A. της πρωτεΐνης τροφής, όταν έχει μεγάλη τιμή, σημαίνει, ότι έχει το σύνολο των απαραίτητων αμινοξέων σε μια τέτοια αναλογία που επιτρέπει τη σύνθεση ανθρωπίνων πρωτεϊνών. Η Β.Α. της πρωτεΐνης των αυγών έχει τιμή 97 ενώ της ζελατίνης 63. Η έλλειψη έστω και ενός απαραίτητου αμινοξέως (συνήθως τρυπτοφάνη, λυσίνη, μεθειονίνη) από την τροφή συντελεί στην μη σύνθεση μιας πρωτεΐνης που περιέχει αυτό το αμινοξύ.

48 Βιολογική αξία Οι πρωτεΐνες που βρίσκουμε σε φυτικές τροφές (δημητριακά, όσπρια) μπορεί να μην εμπεριέχουν όλα τα απαραίτητα αμινοξέα, τουλάχιστον σε ικανά ποσά ώστε να είναι υψηλής βιολογικής αξίας. Όμως, αν συνδυαστούν μεταξύ τους ή με κάποια ζωικά τρόφιμα, μπορεί να «καλύψουν» τα κενά τους και να μας δώσουν καλής «ποιότητας» πρωτεΐνες.

49

50 Συμπληρωματικές πρωτεΐνες Τα φασόλια για παράδειγμα δεν έχουν επαρκή ποσά θειούχων αμινοξέων, την ίδια στιγμή που το σταρένιο ψωμί δεν έχει την κατάλληλη ποσότητα του αμινοξέος λυσίνη. Όταν όμως συνδυαστούν μεταξύ τους (φασόλια με ψωμί) τότε προσδίδουν στον οργανισμό μας, τα αμινοξέα που χρειάζεται σε σωστές αναλογίες.

51 Η «αποθήκη» ελεύθερων αμινοξέων στο ανθρώπινο σώμα

52 Η «αποθήκη» ελεύθερων αμινοξέων στο ανθρώπινο σώμα Περιορισμένη, αγνοούνταν παλαιότερα, Για ένα μέσο άνθρωπο υπολογίζεται όπως παρακάτω: –Πλάσμα αίματος ≈ 1γραμ. –Ήπαρ ≈ 2 γραμ. –Μυϊκές ίνες ≈ 40 γραμ. Η διαχείριση της ποσότητας αυτής σημαντική για τον μεταβολισμό και την επιβίωση, Πρωτεϊνοσύνθεση, καταβολισμός ασιτίας, ρόλος κορτιζόλης.

53 Η ροή των ελεύθερων αμινοξέων σε ασιτία

54 Οι τέσσερεις φάσεις της νηστείας, ασιτίας

55 Μαρασμός και Kwashiorkor