1 ΒΙΟΧΗΜΕΙΑ ΤΟΥ ΜΕΤΑΒΟΛΙΣΜΟΥ ΑΣΚΗΣΗ ΠΡΑΞΗΣ 2

2 Οξειδωτική φωσφορυλίωση Με τον όρο οξειδωτική φωσφορυλίωση ή φωσφορυλίωση της αναπνευστικής αλυσίδας χαρακτηρίζεται η οξείδωση θρεπτικών στοιχείων και η επακόλουθη σύνθεση ATP. Πρόκειται για διαδικασία των αερόβιων οργανισμών που γίνεται στο σύστημα μεταφοράς ηλεκτρονίων, (ETS), κατά την αερόβια αναπνοή, όπου και σχηματίζονται (συντίθενται) μόρια ATP, (τριφωσφορική αδενοσίνη) από ADP (διφωσφορική αδενοσίνη) και ανόργανα φωσφορικά. Η διαδικασία αυτή αποτελεί το κυριότερο μέσον (τρόπο) όπου οι αερόβιοι οργανισμοί λαμβάνουν την ενέργειά τους από τις τροφές.

3

4 Οξειδωτική φωσφορυλίωση Κατά την οξείδωση της ακετυλομάδας του ακετυλο- CοΑ σε C0 2, μέσω των αντιδράσεων του κύκλου του κιτρικού οξέος, σχηματίζονται τρία μόρια NADH και ένα μόριο FADH 2. Τα αναγμένα αυτά συνένζυμα πρέπει να επανοξειδωθούν, προκειμένου να εξασφαλιστεί η συνεχής λειτουργία του κιτρικού κύκλου. Αυτό επιτυγχάνεται με τη μεταφορά των ηλεκτρονίων τους στο μοριακό οξυγόνο μέσω της αναπνευστικής αλυσίδας. Η διεργασία αυτή απελευθερώνει ένα μεγάλο ποσό ενέργειας, που χρησιμοποιείται για την παραγωγή ΑΤΡ.

5 Οξειδωτική φωσφορυλίωση Η οξειδωτική φωσφορυλίωση γίνεται από συγκροτήματα ενζύμων που βρίσκονται στην εσωτερική μεμβράνη των μιτοχονδρίων. Ο κύκλος του κιτρικού οξέος και η πορεία της οξείδωσης των λιπαρών οξέων, που δίνουν και τη μεγαλύτερη ποσότητα NADH και FADH 2 γίνονται στο εσωτερικό του μιτοχονδρίου (μήτρα).

6

7 Η απόδοση της οξειδωτικής φωσφορυλίωσης Η οξείδωση του NADH αποδίδει 3 ΑΤΡ, ενώ νεώτερες απόψεις προτείνουν 2,5 ΑΤΡ (γραμμομόρια ανά γραμμομόριο), ενώ η οξείδωση του FADH 2 αποδίδει 2 ΑΤΡ, αντίστοιχα 1,5 όπως θεωρούμε σήμερα. Η μεταφορά ηλεκτρονίων από τα ανηγμένα συνένζυμα προς το O 2 (αναπνευστική αλυσίδα) και η φωσφορυλίωση του ADP για τη δημιουργία του ΑΤΡ είναι πορείες συζευγμένες.

8 Σύμπλοκα της οξειδωτικής φωσφορυλίωσης Τα ηλεκτρόνια μεταφέρονται από το NADH ή το FADH 2 στο O 2 μέσω μίας αλυσίδας τεσσάρων μεγάλων πρωτεϊνικών συμπλοκών, τα οποία βρίσκονται στην εσωτερική μεμβράνη των μιτοχονδρίων. 1.Αναγωγάση NADH-ουβικινόνης (σύμπλοκο I), 2.Αναγωγάση ηλεκτρικού-ουβικινόνης (σύμπλοκο II), 3.Κυτοχρωμική αναγωγάση (σύμπλοκο III), 4.Κυτοχρωμική οξειδάση (σύμπλοκο IV).

9

10 Σύμπλοκα της οξειδωτικής φωσφορυλίωσης

11

12 Αναγωγάση NADH-ουβικινόνης (σύμπλοκο I) NADH + H + + CoQ + 4H + → NAD + + CoQH 2 +4H +

13 Νιασίνη Με τον όρο νιασίνη εννοούνται δύο συγγενικά συστατικά, το νικοτινικό οξύ και το νικοτιναμίδιο ή νιασιναμίδιο. Είναι επίσης γνωστή ως βιταμίνη Β3 και είναι υδατοδιαλυτή βιταμίνη. Η έλλειψη νιασίνης προκαλεί πελλάγρα. Η νιασίνη μπορεί να συντεθεί στο σώμα από το απαραίτητο αμινοξύ τρυπτοφάνη. Η μετατροπή της τρυπτοφάνης σε νιασίνη απαιτεί επίσης την παρουσία και άλλων θρεπτικών συστατικών, όπως θειαμίνης (Β1), πυριδοξίνης (Β6) και βιοτίνης. Η νιασίνη είναι μια από τις σταθερές βιταμίνες, δεν επηρεάζεται από το ηλιακό φως, τον αέρα ή το αλκαλικό περιβάλλον. Η μόνη σημαντική απώλεια νιασίνης παρατηρείται με το μαγείρεμα. Η νιασίνη συμμετέχει στο σχηματισμό δύο συνενζύμων, του NAD (nicotinamide adenine dinucleotide) και του NADP (nicotinamide adenine dinucleotide phosphate).

14

15 Νιασίνη Βρίσκεται στο κρέας, τα αυγά, το ψωμί. Τα συμπτώματα μικρής έλλειψης νιασίνης είναι η κόπωση, η κατάθλιψη και η απώλεια μνήμης. Σοβαρή έλλειψη νιασίνης οδηγεί σε πελλάγρα, η οποία χαρακτηρίζεται από διάρροια, δερματίτιδα και διανοητική ανεπάρκεια (άνοια).

16 Νιασίνη Η έλλειψη νιασίνης είναι συνήθης σε πληθυσμούς που καταναλώνουν πολύ αραβόσιτο επειδή η νιασίνη στον αραβόσιτο βρίσκεται σε τέτοια μορφή (συνδεδεμένη σε συστατικά) που την καθιστά μη διαθέσιμη για το σώμα. Ο αραβόσιτος είναι επιπλέον μια σχετικά φτωχή πηγή τρυπτοφάνης.

17

18 Πελάγρα Ασθένεια που οφείλεται σε αβιταμίνωση (κυρίως, έλλειψη νιασίνης) και εκδηλώνεται με φωτοευαισθησία, ερύθημα στα ακάλυπτα μέρη του σώματος, στοματίτιδα και γαστρικές ή νευρικές διαταραχές (αϋπνία, κατάθλιψη κ.λπ.)

19 Νιασίνη Ανώτερο ασφαλές επίπεδο για ημερήσιο συμπλήρωμα: Νικοτιναμίδιο: 450mg, νικοτινικό οξύ: 150mg. Συνιστώμενη Ημερήσια Δόση (Recommended Daily Allowance, RDA) = 18mg. Φάρμακο (τριγλυκερίδια): Προσοχή ΗΠΑΤΟΤΟΞΙΚΗ.

20 Νιασίνη Σε δόση υψηλότερη των 20mg, το νικοτινικό οξύ (όχι το νικοτιναμίδιο) μπορεί να προκαλέσει διαστολή των αιμοφόρων αγγείων στο δέρμα και συνεπώς ερυθρότητα. Αυτό συνήθως εξαφανίζεται μετά από μερικές μέρες συνεχούς χορήγησης, ενώ εμφανίζεται σε πολύ μικρότερο βαθμό αν λαμβάνεται μαζί με το φαγητό. Δεν πρέπει να λαμβάνονται συμπληρώματα με νικοτινικό οξύ από άτομα που υποφέρουν από: Ποδάγρα (ουρική αρθρίτιδα – εναπόθεση κρυστάλλων ουρικού οξέος στις αρθρώσεις) Διαβήτη Έλκη στομάχου Παθήσεις του ήπατος

21 ΠΗΓΕΣ ΝΙΑΣΙΝΗΣ ΣΤΑ ΤΡΟΦΙΜΑ Τρόφιμα(mg/100g) Ρύζι18,5 Τόνος11,6 Συκώτι κοτόπουλου9,3 Κοτόπουλο8,1 Φύτρο σταριού5,6 Καστανό ρύζι4,7 Μπρόκολο 0,8 Ξηρά σύκα0,4

22 Αναγωγάση ηλεκτρικού-ουβικινόνης (σύμπλοκο II)

23 Η μεσολάβηση της φλαβίνης

24 Ριβοφλαβίνη Η ριβοφλαβίνη (βιταμίνη B2) αποτελεί μέλος του συμπλέγματος βιταμινών Β και έχει κίτρινο χρώμα. Παραμένει σχετικά ανεπηρέαστη από τη διαδικασία μαγειρέματος, αλλά καταστρέφεται σε αλκαλικό περιβάλλον (π.χ. διττανθρακικό νάτριο – σόδα) και από την έκθεση στον ήλιο. Η ριβοφλαβίνη συμμετέχει στο σχηματισμό των απαραίτητων συνενζύμων FAD (flavin adenine dinucleotide) και FMN (flavin mononucleotide), τα οποία είναι απαραίτητα για τη μετατροπή των πρωτεϊνών, των λιπών και των υδατανθράκων σε ενέργεια παρουσία οξυγόνου.

25

26 Ριβοφλαβίνη Συνήθως, τα συμπτώματα της έλλειψης ριβοφλαβίνης έχουν τη μορφή στοματικών ενοχλήσεων όπως πληγές, κάψιμο στα χείλη και ενοχλήσεις στη γλώσσα. Συχνή είναι και η δερματίτιδα κάτω ή δίπλα στη μύτη. Τα μάτια μπορούν επίσης να προσληφθούν και να παρουσιαστεί αίσθηση καψίματος, κνησμός και παρουσία κούρασης σε αυτά. Ανώτερο ασφαλές επίπεδο για ημερήσιο συμπλήρωμα = 200mg. Συνιστώμενη Ημερήσια Δόση (Recommended Daily Allowance, RDA) = 1,6mg.

27 Ριβοφλαβίνη Η λήψη ριβοφλαβίνης με συμπλήρωμα είναι απαραίτητη για εκείνους που παρουσιάζουν έλλειψη σ’ αυτή τη βιταμίνη. Η έλλειψη ριβοφλαβίνης είναι σχετικά συνήθης σε ανθρώπους που έχουν υποστεί μερική ή ολική γαστρεκτομή και σε ανθρώπους που έχουν θεραπευτεί με σουλφοναμίδες ή αντιβιοτικά.

28 Ριβοφλαβίνη Υπάρχουν αναφορές για τη χρήση υψηλών ποσοτήτων ριβοφλαβίνης σε παθήσεις των ματιών, όπως η βλεφαρίτιδα (φλεγμονή των βλεφάρων) και η κερατίτιδα (φλεγμονή του κερατοειδούς). Επίσης, θεωρείται ότι η ριβοφλαβίνη είναι δυνητικά αποτελεσματική στην αντιμετώπιση των ημικρανιών και των μυϊκών κραμπών, χωρίς όμως αυτό να έχει τεκμηριωθεί πλήρως.

29 ΠΗΓΕΣ ΡΙΒΟΦΛΑΒΙΝΗΣ ΣΤΑ ΤΡΟΦΙΜΑ Τρόφιμα(mg/100g) Μαγιά11,0 Συκώτι αρνιού4,64 Νεφρά γουρουνιού2,58 Εμπλουτισμένα δημητριακά 1,6 Φύτρο σταριού0,61 Τυρί0,5 Αυγά0,47 Βοδινό κρέας, μπριζόλα0,23 Γάλα0,17 Κοτόπουλο0,13 Οι κύριες πηγές ριβοφλαβίνης στη διατροφή είναι το γάλα, το κρέας, τα εμπλουτισμένα δημητριακά και τα αυγά.

30 Ουβικινόνη και Ουβικινόλη

31 Το συνένζυμο Q, ή συνένζυμο Q10 ή Ουμπικινόνη (Ubiquinone = Ubiquitous quinine = η πανταχού παρούσα κινόνη, η κινόνη που υπάρχει σε κάθε κύτταρο) σε ασθενείς.

32 Διατροφικό συμπλήρωμα Q Εντός της εσωτερικής μιτοχονδριακής μεμβράνης, το συνένζυμο Q10 συμμετέχει στη μεταφορά ηλεκτρονίων από τα συμπλέγματα I και II στο σύμπλεγμα III της αναπνευστικής αλυσίδας. Παράλληλα εμφανίζει αντιοξειδωτική δράση, αυτούσια και συνεργιστική μαζί με τη βιταμίνη Ε, την οποία και επαναφέρει σε ενεργή μορφή, μετά από αντίδρασή της με κάποια ελεύθερη ρίζα. Μελέτες (π.χ. Sander S et al. The impact of coenzyme Q10 on systolic function in patients with chronic heart failure. J Card Fail Aug, 12, 6: ) δείχνουν τις ευεργετικές επιδράσεις του CoQ10 στη καρδιακή ανεπάρκεια. Άλλες μελέτες, σε περιπτώσεις καρκίνου του μαστού, νόσο Parkinson και Alzheimer, απαιτούν περαιτέρω διερεύνηση για να έχουμε ασφαλή συμπεράσματα.

33 Διατροφικό συμπλήρωμα Q Η σύνθεση του CoQ10 από τον οργανισμό μας εξαρτάται από την επάρκεια στα αμινοξέα τυροσίνη και φαινυλαλανίνη, αλλά και από την συμμετοχή 7 ακόμα βιταμινών και αρκετών ιχνοστοιχείων. Κάθε έλλειψη σε έναν από τους προδρόμους της σύνθεσης του CoQ10, μπορεί να οδηγήσει σε ανεπαρκή παραγωγή του. Τα επίπεδα του συνενζύμου Q10 φαίνεται πως μειώνονται με το πέρας των ετών, σε χρόνια νοσήματα σαν τον διαβήτη, τη νόσο του Parkinson, τα καρδιαγγειακά, αλλά και λόγω της παρατεταμένης χρήσης φαρμάκων (π.χ. στατίνες για υπερλιπιδαιμίες, αντιδιαβητικά).

34 Διατροφικό συμπλήρωμα Q Το συνένζυμο Q10 μπορούμε να το πάρουμε και από την τροφή (π.χ. σκουμπρί). Η σύγχρονη διατροφή Δυτικού Τύπου μας παρέχει περίπου 5 mg Q10 ημερησίως, ενώ θέλουμε mg, επομένως η συμπληρωματική χορήγηση του Q10 ( mg) εξετάζεται κατά περίπτωση.

35 mg / 100 gr ΣΟΓΙΑ9,2 ΣΑΡΔΕΛΕΣ6,4 ΣΚΟΥΜΠΡΙ4,3 ΜΟΣΧΑΡΙ3,1 ΠΥΤΙΡΟΥΧΑ ΔΗΜ/ΚΑ2,8 ΚΟΤΟΠΟΥΛΟ2,1 ΞΗΡΟΙ ΚΑΡΠΟΙ1,7 ΣΠΑΝΑΚΙ1,0 Συνένζυμο Q10 στη δίαιτα

36 Κυτοχρωμική αναγωγάση (σύμπλοκο III)

37 Κυτοχρώματα – Κυτόχρωμα C, μία αρχαία πρωτεΐνη. Ο σίδηρος. Μεμβρανο-συνδεόμενες πρωτεΐνες που περιέχουν τη σιδηρούχο ένωση της αίμης και χρησιμεύουν στη μεταφορά ηλεκτρονίων ή πρωτονίων. Συναντώνται είτε ως μονομερή όπως το κυτόχρωμα c είτε ως τμήμα μια πιο πολύπλοκης ενζυμικής ένωσης. Βρίσκονται στις μεμβράνες του ενδοπλασματικού δικτύου, των μιτοχονδρίων και των χλωροπλαστών καθώς επίσης και των βακτηρίων.

38 Κυτοχρωμική οξειδάση (σύμπλοκο IV)

39 Δυναμικό Πρωτονίων Η ροή 2 ηλεκτρονίων στην αναπνευστική αλυσίδα προκαλεί την προώθηση στο χώρο μεταξύ των δύο μεμβρανών του μιτοχονδρίου: –4 Η + από την οξειδο-αναγωγάση NADH - ουμπικινόνης (Complex I), –4 Η + από την οξειδο-αναγωγάση ουμπικινόνης- κυτοχρώματος C (Complex III), –2 Η + από την κυτοχρωματική οξειδάση (Com. IV).

40

41 Φωσφορυλίωση του ΑΤΡ Η φωσφορυλίωση του ΑΤΡ γίνεται με τη μιτοχονδριακή συνθετάση του ΑΤΡ (σύμπλοκο V). Το σύμπλοκο αυτό αποτελείται από την καταλυτική μονάδα σύνθεσης του ΑΤΡ (F1), η οποία βρίσκεται προς την πλευρά της μήτρας του μιτοχονδρίου, και από το αγωγό των πρωτονίων (Fo).

42 Σχηματικό διάγραμμα του συμπλόκου V

43 Παθήσεις λόγω μεταλλάξεων στα σύμπλοκα της αναπνευστικής αλυσίδας

44 Σύνδρομο Leigh Ξεκινά συνήθως στην πρώιμη παιδική ηλικία και οφείλεται σε γενετικές μεταλλάξεις που οδηγούν σε δυσλειτουργία των μιτοχονδρίων. Τα μιτοχόνδρια είναι οργανίδια στο κύτταρο που έχουν το δικό τους DNA και η λειτουργία τους είναι να παρέχουν ενέργεια στο σώμα. Η δυσλειτουργία στο μιτοχονδριακό DNA είναι ένας παράγοντας σε περισσότερες από 40 είδη μεταβολικών ασθενειών και διαταραχών, συμπεριλαμβανομένου του συνδρόμου Leigh.

45 Σύνδρομο Leigh Τα πρώτα σημάδια της διαταραχής είναι συχνά μικρή ικανότητα θηλασμού, απώλεια ελέγχου κεφαλιού, και την απώλεια των δεξιοτήτων κίνησης. Καθώς η διαταραχή εξελίσσεται, τα συμπτώματα μπορεί να περιλαμβάνουν, επίσης, γενικευμένη αδυναμία, έλλειψη μυϊκού τόνου, επεισόδια γαλακτικής οξέωσης και αναπνευστικά προβλήματα. Ο θάνατος επέρχεται συνήθως μέσα σε λίγα χρόνια. Σε σπάνιες περιπτώσεις, "όψιμη εμφάνιση" αρχίζει στην εφηβεία ή την πρώιμη ενήλικη ζωή και εξελίσσεται με πιο αργούς ρυθμούς. Δεν υπάρχει καμία θεραπεία.