ΠΑΠΑΔΑΚΗ ΦΩΤΕΙΝΗ ΡΑΠΤΗ ΑΝΑΣΤΑΣΙΑ ΤΣΙΛΙΓΙΑΝΝΗ ΣΤΕΛΛΑ

Transcript

1 ΠΑΠΑΔΑΚΗ ΦΩΤΕΙΝΗ ΡΑΠΤΗ ΑΝΑΣΤΑΣΙΑ ΤΣΙΛΙΓΙΑΝΝΗ ΣΤΕΛΛΑ

2 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Η πέψη των πρωτεϊνών της διατροφής στο λεπτό έντερο και η αποικοδόμησή τους στα κύτταρα εξασφαλίζει μία σταθερή τροφοδοσία αμινοξέων στα κύτταρα. Πρωτεΐνες που έχουν υποστεί βλάβες ή δεν χρειάζονται σημαίνονται για αποικοδόμηση. Τα αμινοξέα που προέρχονται από την αποικοδόμηση ή την πέψη των πρωτεϊνών χρησιμοποιούνται πρωταρχικά ως δομικοί λίθοι για την σύνθεση νέων πρωτεϊνών και άλλων αζωτούχων ενώσεων, όπως οι βάσεις νουκλεοτίδιων. Κατά την αποικοδόμηση: απομακρύνεται η α-αμινομάδα και μετατρέπεται σε ουρία ενώ ο εναπομένων ανθρακικός σκελετός μετασχηματίζεται σε ακέτυλο- CoA, πυροσταφυλικό οξύ ή ένα από τα ενδιάμεσα του κύκλου του κιτρικού οξέος. Εκ γενετής σφάλματα της αποικοδόμησης των αμινοξέων οδηγούν σε βλάβες του εγκεφάλου και νοητική καθυστέρηση, έκτος κι αν η θεραπεία αρχίσει αμέσως μετά τη γέννηση.

3 ΟΙ ΠΡΩΤΕΪΝΕΣ ΑΠΟΔΟΜΟΥΝΤΑΙ ΣΕ ΑΜΙΝΟΞΕΑ Πηγή αμινοξέων πρωτεΐνες της διατροφής Πέπτονται σε αμινοξέα ή μικρά πεπτίδια και μπορούν να απορροφηθούν από το λεπτό έντερο και να μεταφερθούν στο αίμα. Άλλη πηγή αμινοξέων: αποικοδόμηση των κυτταρικών πρωτεϊνών

4 Η ΠΕΨΗ ΤΩΝ ΠΡΩΤΕΪΝΩΝ ΤΗΣ ΔΙΑΤΡΟΦΗΣ ΑΡΧΙΖΕΙ ΣΤΟΝ ΣΤΟΜΑΧΟΚΑΙ ΟΛΟΚΛΗΡΩΝΕΤΑΙ ΣΤΟ ΛΕΠΤΟ ΕΝΤΕΡΟ Η διαδικασία της πέψης αρχίζει στον στόμαχο,όπου το όξινο περιβάλλον ευνοεί την αποδιάταξη των πρωτεϊνών. Κύριο πρωτεολυτικό ένζυμο στομάχου: πεψίνη, ειδική πρωτέαση με μέγιστη δραστικότητα σε ph=2. Οι πρωτεΐνες που έχουν πεφθεί μετακινούνται από τον στόμαχο στο έντερο. Το χαμηλό ph της τροφής και τα πολυπεπτιδικά προϊόντα από την δράση της πεψίνης διεγείρουν την απελευθέρωση ορμονών που προωθούν την έκκριση από το πάγκρεας NaHCO 3 (διτανθρακικού Νa) και μιας ποικιλίας από παγκρεατικές πρωτεάσες. Η πέψη διευκολύνεται από πρωτεάσες όπως: η αμινοπεπτιδάση Ν, που εντοπίζεται στην κυτταρική μεμβράνη των επιθηλιακών κυττάρων του λεπτού εντέρου. Αμινοξέα, διπεπτίδια, τριπεπτίδια μεταφέρονται από τον αυλό στο λεπτό έντερο με μεταφορείς (τουλάχιστον 7 ανάλογα με την ομάδα που μεταφέρουν) Τέλος τα αμινοξέα που απορροφώνται απελευθερώνονται στο αίμα από έναν αριθμό αντιμεταφορέων Να + -αμινοξέος για να απορροφηθούν από άλλους ιστούς.

5 Η ΠΕΨΗ ΤΩΝ ΠΡΩΤΕΪΝΩΝ ΤΗΣ ΔΙΑΤΡΟΦΗΣ ΑΡΧΙΖΕΙ ΣΤΟΝ ΣΤΟΜΑΧΟ ΚΑΙ ΟΛΟΚΛΗΡΩΝΕΤΑΙ ΣΤΟ ΛΕΠΤΟ ΕΝΤΕΡΟ Νόσος Hartnup: κληρονομική διαταραχή που οφείλεται σε μεταλλάξεις στους μεταφορείς

6 ΟΙ ΚΥΤΤΑΡΙΚΕΣ ΠΡΩΤΕΪΝΕΣ ΑΠΟΙΚΟΔΟΜΟΥΝΤΑΙ ΜΕ ΔΙΑΦΟΡΕΤΙΚΟΥΣ ΡΥΘΜΟΥΣ Πρωτεΐνες που συμμετέχουν σε μεταβολικές διαδικασίες Έχουν μικρό χρόνο ζωής Ενεργοποιούν ή καταστέλλουν μια σηματοδοτική πορεία Πρωτεΐνες που έχουν υποστεί βλάβη Πρέπει να απομακρυνθούν πριν αρχίσει η συσσώρευσή τους και η δημιουργία συσσωματώματος Συσσωματώματα οδηγούν σε παθολογικές καταστάσεις π.χ. νόσος Parkinson, νόσος Huntington Χρόνος ημιζωής πρωτεϊνών = Στο χρόνο αυτό δηλαδή, η μισή ποσότητα πρωτεΐνης έχει αποικοδομηθεί και έχει αντικατασταθεί με νέο υλικό. Ποικίλλει κατά αρκετές τάξεις μεγέθους.

7 Η ΑΝΑΚΥΚΛΗΣΗ ΤΩΝ ΠΡΩΤΕΪΝΩΝΡΥΘΜΙΖΕΤΑΙ ΣΕ ΑΥΣΤΗΡΩΣ ΚΑΘΟΡΙΣΜΕΝΑ ΠΛΑΙΣΙΑ Η ουβικιτίνη είναι το σήμα του θανάτου

8 Η ΟΥΒΙΚΙΤΙΝΗ ΣΗΜΑΤΟΔΟΤΕΙ ΤΙΣ ΠΡΩΤΕΪΝΕΣ ΓΙΑ ΚΑΤΑΣΤΡΟΦΗ Το κατάλοιπο της καρβοξυτελικής γλυκίνης της ουβικιτίνης (Ub)συνδέεται ομοιοπολικά με την ε- αμινομάδα αρκετών καταλοίπων λυσίνης που προορίζονται για αποικοδόμηση. Η ενέργεια για τον σχηματισμό των ισοπεπτιδικών δεσμών προέρχεται από την υδρόλυση ATP.

9 Η τελική καρβοξυτελική ομάδα της Ubσυνδέεται με μια σουλφυδρυλική ομάδα του Ε1. Σχηματίζεται ένα ακυλοαδενυλικόστην καρβοξυτελική ομάδα της Ubκαι μεταφέρεται σε μια σουλφυδρυλική ομάδα ενός κατάλοιπου κυστείνης στο Ε1 Το Ε3 καταλύει την μεταφοράubαπό το Ε2 σε μια ε-αμινομάδα στην πρωτεΐνη στόχο. Η ενεργοποιημένη Ubμετακομίζει σε μια σουλφυδρυλική ομάδα του Ε2.

10 Ποια πρωτεΐνη τελικά θα ουβικιτινυλιωθεί; Ο χρόνος ημιζωής μια πρωτεΐνης προσδιορίζεται από τον κανόνα του Ν-τελικού κατάλοιπου ή Ν-τελικού σήματος αποικοδόμησης. Μια πρωτεΐνη της ζύμης με μεθειονίνη στο αμινο-τελικο άκρο της τυπικά έχει χρόνο ημιζωής περίπου 20 ώρες ενώ μια με αργινίνη περίπου 2 λεπτά. Ένα πολύ αποσταθεροποιητίκο αμινο-τελικό κατάλοιπο όπως η αργινίνη ή η λευκίνη ευνοεί την ταχεία ουβικιτινυλίωση, ενώ ένα σταθερό κατάλοιπο όπως η μεθειονίνη ή η προλίνη όχι. Η αντίδραση είναι επεξεργαστική. Το Ε3 παραμένει δεσμευμένο στην πρωτεΐνη στόχο και δημιουργεί μια αλυσίδα μορίων Ub. Τέτοια αλυσίδα 4 μορίων είναι ιδιαίτερα δραστική στην σηματοδότηση της αποικοδόμησης.

11 Σημαντικότητα της Ε3 πρωτεΐνης Σημασία της Ε3 Πρωτεΐνες που δεν καταβολίζονται λόγω ελλατωματικής Ε3 μπορεί να συσσωρευθούν και να προκαλέσουν μία νόσο συσσωμάτωσης πρωτεϊνών όπως: νεανική ή πρώιμη εκδήλωση της νόσου Parkinson. Ένα ελλάτωμα σε ένα άλλο μέλος της οικογένειας Ε3 προκαλεί σύνδρομο Angelman, μια οξεία νευρική διαταραχή που χαρακτηρίζεται από νοητική καθυστέρηση, απουσία ομιλίας, ασυντόνιστη κίνηση και υπερκινητικότητα. Η ανεξέλεγκτη ανακύκληση πρωτεϊνών μπορεί επίσης να δημιουργήσει παθολογικές καταστάσεις. Πχ ο ιός του θηλώματος του ανθρώπου οδηγεί στην παραγωγή ειδικού ενζύμου Ε3 το οποίο ουβικιτινυλιώνει τον καταστολέα όγκων p53 και άλλες πρωτεΐνες επιδιόρθωσης DNA προκαλόντας καρκίνο (του τραχήλου της μήτρας)

12 ΤΟ ΠΡΩΤΕΑΣΩΜΑ ΠΕΠΤΕΙ ΠΡΩΤΕΪΝΕΣ ΣΗΜΑΣΜΕΝΕΣ ΜΕ ΟΥΒΙΚΙΤΙΝΗ Ένα μεγάλο σύμπλοκο πρωτεασών που ονομάζεται πρωτεάσωμα ή πρωτεάσωμα 26S πέπτει τις ουβικιτινυλιωμένες πρωτεΐνες. Ωθείται από την ATPκαι εξοικονομεί ουβικιτίνη, που ανακυκλώνεται. Η υπομονάδα 20Sδομείται απο: 1) 28 υπομονάδες διατεταγμένες σε τέσσερις ετεροεπταμερείς δακτυλίους (δομή που μοιάζει με βαρέλι) 2) Δύο εξωτερικούς δακτύλιους που αποτελούνται από υπομονάδες α. 3) Δύο εσωτερικούς δακτύλιους που αποτελούνται από υπομονάδες β.

13 ΤΟ ΠΡΩΤΕΑΣΩΜΑ ΠΕΠΤΕΙ ΠΡΩΤΕΪΝΕΣ ΣΗΜΑΣΜΕΝΕΣ ΜΕ ΟΥΒΙΚΙΤΙΝΗ Η πρόσβαση στο εσωτερικό του πυρήνα του ελέγχεται από μία ρυθμιστική υπομονάδα 19S, σύμπλοκο που απαρτίζεται από 20 υπομονάδες. Δύο τέτοια σύμπλοκα δεσμεύονται στον πυρήνα 20Sπρος σχηματισμό του πλήρους πρωτεασώματος 26S. Η υπομονάδα 19S έχει 3 λειτουργίες: 1) Συστατικά της είναι υποδοχείς ουβικιτίνης, εξασφαλίζοντας έτσι ότι θα αποικοδομηθούν μόνο ουβικιτινυλιωμένες πρωτεΐνες. 2) Μια ισοπεπτιδάση στη μονάδα 19S απομακρύνει άθικτα τα μόρια ουβικιτίνης από τις πρωτεΐνες έτσι ώστε αυτά να μπορούν να επαναχρησιμοποιηθούν. 3) Η πρωτεΐνη τελικά αποδιατάσσεται και οδηγείται στον καταλυτικό πυρήνα.

14 ΤΟ ΠΡΩΤΕΑΣΩΜΑ ΠΕΠΤΕΙ ΠΡΩΤΕΪΝΕΣ ΣΗΜΑΣΜΕΝΕΣ ΜΕ ΟΥΒΙΚΙΤΙΝΗ Η υδρόλυση ATP επιτρέπει στο σύμπλοκο 19S να εκτυλίξει το υπόστρωμα και να επαγάγει αλλαγές στη στερεοδιάταξη του καταλυτικού πυρήνα 20S, έτσι ώστε το υπόστρωμα να μπορεί να περάσει στο κέντρο του συμπλόκου.

15 Η ΠΟΡΕΙΑ ΤΗΣ ΟΥΒΙΚΙΤΙΝΗΣ ΚΑΙ ΤΟΠΡΩΤΕΑΣΩΜΑ ΕΧΟΥΝ ΤΑ ΠΡΟΚΑΡΥΩΤΙΚΑ ΙΣΟΔΥΝΑΜΑ ΤΟΥΣ Η πορεία της ουβικιτίνης και το πρωτεάσωμα φαίνεται να υπάρχουν σε όλους τους ευκαρυωτικούς οργανισμούς και σε κάποιους προκαρυωτικούς. Στο πρωτεάσωμα των αρχαίων όμως όλες οι υπομονάδες α και β είναι ταυτόσημες. Στο ευκαρυωτικό πρωτέασωμα κάθε υπομονομάδα α ή β είναι μια από επτά διαφορετικές ισομορφές.

16 Η ΑΠΟΙΚΟΔΟΜΗΣΗ ΠΡΩΤΕΪΝΩΝ ΜΠΟΡΕΙΝΑ ΧΡΗΣΙΜΟΠΟΙΗΘΕΙ ΣΤΗ ΡΥΘΜΙΣΗ ΒΙΟΛΟΓΙΚΩΝ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΩΝ Ο πίνακας περιλαμβάνει έναν αριθμό φυσιολογικών διεργασιών οι οποίες ελέγχονται κατά ένα μέρος με αποικοδόμηση πρωτεϊνών μέσω της πορείας ουβικιτίνηςπρωτεασώματος. Σε κάθε περίπτωση οι πρωτεΐνες που αποικοδομούνται είναι ρυθμιστικές.

17 ΤΟ ΠΡΩΤΟΒΗΜΑ ΣΤΗΝ ΑΠΟΙΚΟΔΟΜΗΣΗ ΤΩΝ ΑΜΙΝΟΞΕΩΝ ΕΊΝΑΙ Η ΑΠΟΜΑΚΡΥΝΣΗ ΤΟΥ ΑΖΩΤΟΥ Ανακύκλωση πρωτεϊνών Πέψη Απελευθερωμένα Αμινοξέα Α) δομικά συστατικά βιοσυνθετικών αντιδράσεων Β) αποικοδόμηση σε ενώσεις που συμμετέχουν στο μεταβολικό κύκλωμα

18 ΟΙ α-αμινομαδεσ ΜΕΤΑΤΡΕΠΟΝΤΑΙ ΣΕ ΙΟΑΝΤΑ ΑΜΜΩΝΙΟΥ ΜΕ ΤΗΝ ΟΞΕΙΔΩΤΙΚΗ ΑΠΑΜΙΝΩΣΗ ΤΟΥ ΓΛΟΥΤΑΜΙΝΙΚΟΥ Αμινοξύ Απομάκρυνση αμινομάδας Μένει ένας ανθρακικός σκελετός Μεταβολίζεται σε: Η αποικοδόμηση γίνεται ως επι το πλείστον στο ήπαρ. Η αποικοδόμηση των αμινοξέων διακλαδισμένης αλυσίδας γίνεται άμεσα στους μύες. Κατά την αποικοδόμηση προκύπτουν 1) Α-αλυσίδα 2) Ανθρακικός σκελετός Γλυκόζη Ενδιάμεσα του κύκλου του κιτρικού οξέος Ακέτυλο- CoA

19 Η α-αμινομάδα: Α-αμινομάδα Μεταφορά στο α- κετογλουταρικ ό Σχηματισμός γλουταμινικού Οξειδωτική απαμίνωση NH4 + Πώς γίνεται η μεταφορά; Με ειδικά ένζυμα, τις αμινομεταφοράσεςή αλλιώς τρανσαμινάσες. Δηλαδή μεταφέρουν την α-αμινομάδα από ένα α-αμινοξύ σε ένα α-κετοξύ. Έτσι, σχηματίζονται δύο νέα οξέα, εκ των οποίων το ένα είναι πάντα γλουταμινικό. Αντιδράσεις τρανσαμίνωσης αλανίνη Α- κετογλουταρι κό Αμινομεταφορά του ασπαραγινικού Πυροσταφιλικό + γλουταμινικό ασπαραγινικό Α- κετογλουταρι κό Οξαλικό + Γλουταμινικό

20 Πώς γίνεται η οξειδωτική απαμίνωση; (περιέχει ένα άτομο Ν) Αφυδρογόνωση του δεσμού C-N Ενδιάμεσο κετιμίνης Υδρόλυση της προκύπτουσας κετιμίνης Η αντίδραση αυτή καταλύεται από το ένζυμο αφυδρογονάση του γλουταμινικού. Το ένζυμο αυτό χρησιμοποιεί το NAD + ή NADP +. Είναι ηπατικό ένζυμο και εντοπίζεται στα μιτοχόνδρια, γεγονός που του επιτρέπει την απομόνωση του ελεύθερου τοξικού ιόντος αμμωνίου. Συνοπτικά: Α-αμινοξύ + NAD + + Η2Ο α-κετοξύ + ΝΗ4 + + NADH + H +

21 ΣΤΑ ΠΕΡΙΣΣΟΤΕΡΑ ΧΕΡΣΑΙΑ ΣΠΟΝΔΥΛΩΤΑ ΤΟ ΙΟΝ ΑΜΜΩΝΙΟΥ ΜΕΤΑΤΡΕΠΕΤΑΙ ΣΕΟΥΡΙΑ Ουρία: Έχει 2 άτομα Ν, το ένα από το ασπαραγινικό και το άλλο άμεσα από το ελεύθερο NH4 +. Έχει 1 άτομο C από το HCO3 - που παράγεται με ενυδάτωση του CO2.

22 Ο ΚΥΚΛΟΣ ΤΗΣ ΟΥΡΙΑΣ ΑΡΧΙΖΕΙ ΜΕ ΤΟΝ ΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟ ΤΟΥ ΦΩΣΦΟΡΙΚΟΥ ΚΑΡΒΑΜΟΫΛΙΟΥ 1 ο βήμα για τον κύκλο της ουρίας: Σύζευξη ελεύθερης ΝΗ3 με HCO3 - φωσφορικό καρβαμοϋλίο Η συνθετάση του φωσφορικού καρβαμοϋλίου καταλύει τα βήματα: 1) Η ΝΗ3 είναι ισχυρή βάση, γι αυτό απαντά ως NH4 + σε υδατικό διάλυμα. Η συνθετάση χρησιμοποιεί μόνο NH3 ως υπόστρωμα. Γι αυτό γίνεται φωσφορυλίωση του HCO3 - προς σχηματισμό καρβοξυφωσφορικού. 2) Το καρβοξυφωσφορικό αντιδρά με NH3 και παράγεται καρβαμικό οξύ. 3) Το καρβαμικό οξύ φωσφορυλιώνεται από ένα μόριο ΑΤΡ προς φωσφορικό καρβαμοϋλίο. Επειδή καταναλώνονται 2 μόρια ΑΤΡ η αντίδραση είναι μη αντιστρεπτή.

23 Η ΣΥΝΘΕΤΑΣΗΤΟΥ ΦΩΣΦΟΡΙΚΟΥ ΚΑΡΒΑΜΟΫΛΙΟΥ ΕΊΝΑΙ ΤΟ ΒΑΣΙΚΟ ΡΥΘΜΙΣΤΙΚΟ ΕΝΖΥΜΟ ΓΙΑ ΤΗΝ ΣΥΝΘΕΣΗ ΤΗΣ ΟΥΡΙΑΣ Ρυθμίζεται είτε αλλοστερικά είτε με ομοιοπολική τροποποίηση. Ο αλλοστερικός ρυθμιστής είναι το Ν- ακετυλογλουταμινικό (NAG).

24 Η ΣΥΝΘΑΣΗ ΤΟΥ Ν-ΑΚΕΤΥΛΟΓΛΟΥΤΑΜΙΝΙΚΟΥ ΕΝΕΡΓΟΠΟΙΕΙΤΑΙ ΑΠΌ ΑΡΓΙΝΙΝΗ Διαθέσιμα αμινοξέα αργινίνη και γλουταμινικό Σύνθεση NAG Ενεργοποίηση της συνθετάσης του φωσφορικού καρβαμοϋλίου Επεξεργασίας παραχθείσας αμμωνίας Όταν δεν παράγεται αμμωνία: Αύξηση μιτοχονδριακού NAD + (κατάσταση χαμηλής ενέργειας) Ενεργοποίηση αποακετύλοσης Απομάκρυνση ακετυλομάδας Ενεργοποίηση συνθετάσης και επερξασία NH3

25 ΤΟ ΦΩΣΦΟΡΙΚΟ ΚΑΡΒΑΜΟΫΛΙΟ ΑΝΤΙΔΡΑ ΜΕ ΟΡΝΙΘΙΝΗ ΓΙΑ ΝΑ ΞΕΚΙΝΗΣΕΙ Ο ΚΥΚΛΟΣ ΤΗΣ ΟΥΡΙΑΣ 2 ο βήμα του κύκλου της ουρίας: 3 ο βήμα του κύκλου της ουρίας: Μεταφορά κιτρουλλίνης στο κυτταρόπλασμα και συμπύκνωσή της με ασπαραγινικό

26 4 ο βήμα του κύκλου της ουρίας: Ο ανθρακικός σκελετός του asp διατηρείται στη μορφή του φουμαρικού. 5 ο βήμα του κύκλου της ουρίας: (Επιστρέφει στο μιτοχόνδριο για να αρχίσει νέος κύκλος) (απέκκριση)

27 Ο ΚΥΚΛΟΣ ΤΗΣ ΟΥΡΙΑΣ ΣΥΝΔΕΕΤΑΙ ΜΕ ΤΗ ΓΛΥΚΟΝΕΟΓΕΝΕΣΗ Το φουμαρικό που παράγεται ενυδατώνεται προς μηλικό. Το μηλικό οξειδώνεται προς οξαλοξικό. Οξαλοξικό γλυκονεογένεση γλυκόζη. ή Οξαλοξικό τρανσαμίνωση ασπαραγίνη (που χρειάζεται για τον σχηματισμό αργινοηλεκτρικού και έχει άμεση σχέση με τον κύκλο της ουρίας).

28 ΤΑ ΕΝΖΥΜΑ ΤΟΥ ΚΥΚΛΟΥ ΤΗΣ ΟΥΡΙΑΣ ΕΊΝΑΙ ΟΜΟΛΟΓΑ ΜΕ ΕΝΖΥΜΑ ΑΛΛΩΝ ΜΕΤΑΒΟΛΙΚΩΝ ΠΟΡΕΙΩΝ Η συνθετάση του φωσφορικού καρβαμοϋλίου παράγει φωσφορικό καρβομοϋλιο τόσο για τον κύκλο της ουρίας όσο και για το πρώτο βήμα στη βιοσύνθεση των αμινοξέων. Στα θηλαστικά απαντούν δύο διακριτικά ισοένζυμα συνθετάσης. Η συνθετάση του φωσφορικού καρβαμοϋλίουχρησιμοποιείται στη βιοσύνθεση των πυριμιδινών (αζωτούχες βάσεις κυτισίνη, θυμίνη και ουρακίλη) και διαφέρει σε δύο σημαντικά χαρακτηριστικά από την αντίστοιχη στον κύκλο της ουρίας: Χρησιμοποιεί γλουταμίνη ως πηγή αζώτου, αντί για ΝΗ3. Το ένζυμο αυτό είναι μέρος ενός μεγάλου συμπλόκου που καταλύει αρκετά βήματα στη βιοσύνθεση των πυριμιδινών. Είναι επίσης αξιοσημείωτο το γεγονός ότι ένα καταλυτικό κέντρο στο ένα ισοένζυμο δρα ως αλλοστερική θέση στο άλλο ισοένζυμο που έχει έναν διαφορετικό φυσιολογικό ρόλο.

29 Μπορεί να βρεθούν ομόλογα για τα άλλα ένζυμα του κύκλου της ουρίας: Η τρανσκαρβαμοϋλάση είναι ομόλογη της ασπαραγινικής τρανσκαρβαμοϋλάσης, η οποία καταλύει το πρώτο βήμα στη βιοσύνθεση των πυριμιδινών και οι δομές των καταλυτικών υπομονάδων τους είναι σχεδόν παρόμοιες. Έτσι, δύο συνεχόμενα βήματα στη βιοσυνθετική πορεία των πυριμιδινών προσαρμόστηκαν για τη σύνθεση ουρίας. Τα επόμενα δύο βήματα στον κύκλο της ουρίας (η προσθήκη του ασπαραγινικού στην κιτρουλλίνη προς σχηματισμό αργινινοηλεκτρικού και η απομάκρυνση του φουμαρικού) είναι ανάλογα με δύο συνεχόμενα βήματα στη βιοσυνθετική πορεία των πουρινών. Τα ένζυμα που καταλύουν τα δύο αυτά βήματα είναι ομόλογα με την συνθετάση και τη λυάση του αργινινοηλεκτρικού αντίστοιχα. Συνεπώς, ένζυμα που συμμετέχουν στη βιοσύνθεση των νουκλεοτιδίων προσαρμόστηκαν για να προκύψουν τα τέσσερα από τα πέντε ένζυμα στον κύκλο της ουρίας. Το πέμπτο, η αργινάση, είναι ένα αρχαίο ένζυμο που απαντά σε όλες τις εκφάνσεις της ζωής.

30 Πως μπορούν να αντιμετωπιστούν οι διαταραχές στον κύκλο της ουρίας; Αν πρόκειται, π.χ., για ανεπάρκεια της λυάσης του αργινινοηλεκτρικού συνίσταται η χορήγηση περίσσειας αργινίνης στη διατροφή και περιορισμός της ολικής εισαγωγής πρωτεϊνών Η αντιμετώπιση της ανεπάρκειας συνθετάσης του φωσφορικού καρβαμοϋλίου απαιτεί μια διαφορετική προσέγγιση: Η κιτρουλλίνη και το αργινινοηλεκτρικό δεν μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την απομάκρυνση ατόμων αζώτου, επειδή ο σχηματισμός τους είναι ανεπαρκής. Έτσι, συσσωρεύεται περίσσεια αζώτου στη γλυκίνη και στη γλουταμίνη. Σκοπός είναι να απαλλαχθεί το σώμα από την περίσσεια αζώτου που συσσωρεύεται στα δύο αυτά αμινοξέα, γεγονός που επιτυγχάνεται με διατροφή πτωχή σε πρωτεΐνες και συμπληρωμένη με μεγάλη ποσότητα βενζοϊκού και φαινολοξυλικού. Γιατί χρειαζόμαστε βενζοϊκό και φαινολοξυλικό;στόχος είναι η δημιουργία λανθάνουσων βιοχημικών πορειών για την υποκατάσταση της ουρίας στην απομάκρυνση του αζώτου.

31 ΟΙ ΚΛΗΡΟΝΟΜΙΚΕΣΒΛΑΒΕΣ ΤΟΥ ΚΥΚΛΟΥ ΤΗΣ ΟΥΡΙΑΣ ΠΡΟΚΑΛΟΥΝ ΥΠΕΡΑΜΜΩΝΙΑΙΜΙΑ ΚΑΙ ΜΠΟΡΟΥΝ ΝΑ ΟΔΗΓΗΣΟΥΝ ΣΕ ΕΓΚΕΦΑΛΙΚΗ ΒΛΑΒΗ Διαταραχές στον κύκλο της ουρίας παρατηρούνται με συχνότητα 1 στις Η σύνθεση της ουρίας στο ήπαρ αποτελεί την κύρια πορεία απομάκρυνσης του ΝΗ4 +. Η παρεμπόδιση του κύκλου της ουρίας μπορεί να έχει καταστρεπτικές συνέπειες για τον οργανισμό, καθώς δεν υπάρχει εναλλακτική πορεία για τη σύνθεση της ουρίας Όλες οι βλάβες στον κύκλο της ουρίας οδηγούν σε αυξημένη συγκέντρωση ΝΗ4 + στο αίμα (υπεραμμανιαιμία). Τα νοσούντα νεογέννητα εμφανίζουν περιοδικά λήθαργο και εμετούς. Σύντομα μπορεί να ακολουθήσουν κώμα και μη αναστρέψιμη βλάβη του εγκεφάλου, μια κατάσταση γνωστή ως ηπατική εγκεφαλοπάθεια.

32 Η ΟΥΡΙΑ ΔΕΝ ΕΊΝΑΙ ΤΟ ΜΟΝΑΔΙΚΟ ΜΕΣΟ ΑΠΟΜΑΚΡΥΝΣΗΣ ΤΗΣ ΠΕΡΙΣΣΕΙΑΣ ΑΖΩΤΟΥ Ουριο-τελικοί οργανισμοί: το άζωτο απεκκρίνεται μέσω ουρίας Αμμώνιο-τελικοί οργανισμοί: το Ν ελευθερώνεται ως ΝΗ4+, το οποίο αργότερα αραιώνεται μέσα στο υδάτινο περιβάλλον (σημαντική η αραίωση επειδή το ΝΗ4+ είναι τοξικό) Τόσο οι ουριο-τελικοί όσο και οι αμμώνιο-τελικοί εξαρτώνται από το διαθέσιμο νερό για την απέκκριση του αζώτου Ουρικο-τελικοί: απεκκρίνουν το Ν με τη μορφή της πουρίνης ουρικό οξύ Το ουρικό εκκρίνεται σαν στερεός πηλός και απαιτεί λίγο νερό Πλεονέκτημα: απομακρύνονται 4 άτομα Ν ανά ουρικό Συμπερασματικά: η πορεία απέκκρισης του Ν εξαρτάται από το περιβάλλον στο οποίο αναπτύχθηκε ο οργανισμός

33 ΤΟα-ΚΕΤΟΓΛΟΥΤΑΡΙΚΟ ΕΊΝΑΙ ΤΟ ΣΗΜΕΙΟ ΕΙΣΟΔΟΥ ΣΤΟΝ ΜΕΤΑΒΟΛΙΣΜΟ ΓΙΑ ΤΑ ΑΜΙΝΟΞΕΑ ΜΕ ΠΕΝΤΕ ΑΤΟΜΑ ΑΝΘΡΑΚΑ Ανθρακικοί σκελετοί 5 C εισέρχονται στο κύκλο του κιτρικού οξέος μέσο του α-κετογλουταρικού

34 ΤΑ ΑΤΟΜΑ ΑΝΘΡΑΚΑ ΤΩΝ ΑΠΟΙΚΟΔΟΜΟΥΜΕΝΩΝ ΑΜΙΝΟΞΕΩΝ ΕΜΦΑΝΙΖΟΝΤΑΙ ΣΤΑ ΚΥΡΙΑ ΜΕΤΑΒΟΛΙΚΑ ΕΝΔΙΑΜΕΣΑ Μετά την αφαίρεση α-αμινομάδας: Μετασχηματισμός ανθρακικών σκελετών σε κύρια μεταβολικά ενδιάμεσα που μπορούν α) να μετατραπούν σε γλυκόζη ή β)να οξειδωθούν από τον κύκλο του κιτρικού οξέος. Ανθρακικοί σκελετοί διοχετεύονται σε 7 μόρια: 1. Πυροσταφιλικό, 2. Ακετυλο-CoA, 3. Ακετοακετυλο-CoΑ, 4. α-κετογλουταρικό, 5. Ηλεκτρυλο-CoA, 6. Φουμαρικό, 7. Οξαλοξικό Κετογενετικά: 1. Αμινοξέα που αποικοδομούνται σε ακετυλο-coa ή ακετοακετυλο-coa 2.Οδηγούν σε παραγωγή κετονοσωμάτων ή λιπαρών οξέων Γλυκογενετικά: Αμινοξέα που αποικοδομούνται σε πυροσταφιλικό, α-κετογλουταρικό, ηλεκτρυλο- CoA, φουμαρικό ή οξαλοξικό Αμιγώς κετογενετικά: Λευκίνη και λυσίνη Κετογενετικά και γλυκογενετικά: Ισολευκίνη, φαινυλαλανίνη, θρυπτοφάνη και τυροσίνη Αμιγώς γλυκογενετικά: Υπόλοιπα 12 Θηλαστικά στερούνται πορείας καθαρής σύνθεσης γλυκόζης από ακετυλο-coa και ακετοακετυλο-coa.

35 Υδρόλυση αμυδικού δεσμού δακτυλίου Μεταφορά φορμιμινικής ομάδας στο τετραϋδροφυλλικό Γλουταμίνη με την βοήθεια της γλουταμινάσης υδρολύεται σε γλουταμινικό και NH4+ Προλίνη και αργινίνη μετατρέπονται σε γ- ημιαλδεΰδη του γλουταμινικού που οξειδώνεται σε γλουταμινικό

36 ΤΟ ΗΛΕΚΤΡΥΛΟ-ΣΥΝΕΝΖΥΜΟ Α ΕΊΝΑΙ ΈΝΑ ΣΗΜΕΙΟ ΕΙΣΟΔΟΥ ΓΙΑ ΑΡΚΕΤΑ ΜΗ ΠΟΛΙΚΑ ΑΜΙΝΟΞΕΑ Σημείο εισόδου για μερικά από τα άτομα άνθρακα της μεθειονίνης, ισολευκίνης και της βαλίνης. Προπιονυλο-CoA και μεθυλομηλονυλο-coa ενδιάμεσα στην αποικοδόμηση αυτών

37 Η ΑΠΟΙΚΟΔΟΜΗΣΗΤΗΣ ΜΕΘΕΙΟΝΙΝΗΣ ΑΠΑΙΤΕΙ ΤΟΝ ΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟ ΤΗΣ S-ΑΔΕΝΟΣΥΛΟΜΕΘΕΙΟΝΙΝΗΣ, ΕΝΌΣ ΒΑΣΙΚΟΥ ΔΟΤΗ ΜΕΘΥΛΙΚΗΣ ΟΜΑΔΑΣ

38 ΤΑ ΑΜΙΝΟΞΕΑΔΙΑΚΛΑΔΙΣΜΕΝΗΣ ΑΛΥΣΙΔΑΣ ΑΠΟΔΙΣΟΥΝ ΑΚΕΤΥΛΟ-CoA, ΑΚΕΤΟΞΙΚΟ Ή ΠΡΟΠΙΟΝΥΛΟ-CoA τρανσαμιώνεται αποκαρβοξυλιώνεται οξειδωτικά Λευκίνη α-κετοϊσοκαπροϊκό Ισοβαλερυλο-CoA Τα α-κετοξέα των δύο άλλων αλειφατικών αμινοξέων διακλαδισμένης αλυσίδας, δηλαδή της βαλίνης και της ισολευκίνης είναι επίσης υποστρώματα

39 ΓΙΑ ΤΗΝ ΑΠΟΙΚΟΔΟΜΗΣΗ ΤΩΝ ΑΡΩΜΑΤΙΚΩΝ ΑΜΙΝΟΞΕΩΝ ΑΠΑΙΤΟΥΝΤΑΙ ΟΞΥΓΟΝΑΣΕΣ Προκύπτουν τα κοινά ενδιάμεσα ακετοξικό, φουμαρικό και πυροσταφιλικό Όχι τόσο ομαλή όσο οι προαναφερόμενες Χρησιμοποιείται μοριακό οξυγόνο για να διασπαστεί ένας αρωματικός δακτύλιος Κινονοειδής διυδροβιοπτερίνη + ανάγεται με NADPH 1) Υδροξυλάση της φαινυλαλανίνης είναι μονοοξυγωνάση επειδή, το ένα άτομο Ο2 εμφανίζεται στο προϊόν και το άλλο στο H2O, 2) Αναγωγικό αντιδραστήριο είναι η τετραϋδροβιοπτερίνη, φορέας ηλεκτρονίων που παράγεται από τον συμπαράγοντα βιοπτερίνη.

40 ΓΙΑ ΤΗΝ ΑΠΟΙΚΟΔΟΜΗΣΗ ΤΩΝ ΑΡΩΜΑΤΙΚΩΝ ΑΜΙΝΟΞΕΩΝ ΑΠΑΙΤΟΥΝΤΑΙ ΟΞΥΓΟΝΑΣΕΣ Διοξυγονάση: Τα δύο άτομα Ο2 ενσωματώνονται στο προϊόν, το ένα στο δακτύλιο και το άλλο στο καρβοξύλιο Αντίδραση με Ο2 και διοξυγονάση Ισομορειώνεται από ένζυμο που χρησιμοποιεί γλουταθειόνη ως συμπαράγοντα διασπάται ο δακτύλιος από το Ο2 και οξειδάση του ομογεντισικού Σχεδόν όλες οι διασπάσεις των αρωματικών δακτυλίων στα βιολογικά συστήματα καταλύονται από διοξυγωνάσες. Τα ενεργά κέντρα των ενζύμων αυτό περιέχουν σίδηρο που δεν είναι μέρος της αίμης ή κάποιου συμπλόκου σιδήρου-θείου

41 ΓΙΑ ΤΗΝ ΑΠΟΙΚΟΔΟΜΗΣΗ ΤΩΝ ΑΡΩΜΑΤΙΚΩΝ ΑΜΙΝΟΞΕΩΝ ΑΠΑΙΤΟΥΝΤΑΙ ΟΞΥΓΟΝΑΣΕΣ 2,3 διοξυγονάση διασπά τον πυρολικό δακτύλιο, 3- μονοοξυγωνάσ η υδροξυλιώνει τον βενζολικό δακτύλιο

42 Η ΦΑΙΝΥΛΚΕΤΟΝΟΥΡΙΑ ΕΊΝΑΙ ΜΙΑ ΑΠΌ ΤΙΣ ΠΙΟ ΚΟΙΝΕΣ ΜΕΤΑΒΟΛΙΚΕΣ ΔΙΑΤΑΡΑΧΕΣ Συχνότητα 1: γεννήσεις. Ανεπάρκεια ή έλλειψη της υδροξυλάσης της φαινυλαλανίνης ή σπανιότερα έλλειψη του συμπαράγοντα της τετραϋδροβιοπτερίνης. Συσσώρευση φαινυλαλανίνης στο αίμα λόγω αδυναμίας της να μετατραπεί σε τυροσίνη. Φυσιολογικά: ¾ φαινυλαλανίνης Τυροσίνη και ¼ φαινυλαλανίνης ενσωματώνεται σε πρωτεΐνες. Σε άτομα που πάσχουν 1) Τα επίπεδα φαινυλαλανίνης είναι 20 φορές υψηλότερα από τα φυσιολογικά 2) Μεταβολικές καταλήξεις της φαινυλαλανίνης που φυσιολογικά δεν είναι σημαντικές γίνονται κύριες πορείες στους πάσχοντες πχ. Σχηματισμός φαινυλοπυροσταφυλικού 3) Έχουν μικρότερο βάρος εγκεφάλου από το κανονικό, ατελή μυελίνωση των νευρών και υπερευαίσθητα αντανακλαστικά 4)μικρό προσδόκισμο ζωής με το 50% να πεθαίνουν στην ηλικία των 20 και το 25% στην ηλικία των 30 ετών 5)Φυσιολογικοί κατά τη γέννηση αλλά παρουσιάζουν προβλήματα στην ηλικία του ενούς έτους αν δεν έχουν υποβληθεί σε θεραπεία έγκαιρα.

43 Θεραπεία της φαινυλκετονουρίας Σχεδόν όλοι οι ασθενείς χωρίς θεραπεία έχουν νοητική καθυστέρηση. Θεραπεία με διαιτολόγια χαμηλής περιεκτικότητας σε φαινυλαλανίνη, συμπληρωμένο με τυροσίνη, αλλά στις απαραίτητες ποσότητες ώστε να εξασφαλιστεί η σωστή ανάπτυξη του οργανισμού και η αντικατάσταση της φαινυλαλανίνης που μεταβολίζεται. Επιστημονικές έρευνες έχουν δείξει ότι όσο πιο νωρίς αρχίσει η θεραπεία τόσο πιο ωφέλιμο είναι αυτό για τον εγκέφαλο που εμποδίζεται η ανεπανόρθωτη βλάβη του. Απαραίτητη η έγκαιρη διάγνωση με υπολογισμό της συγκέντρωσης της φαινυλαλανίνηςστον αίμα, δυνατή και με προγεννητικό έλεγχο.

44 ΕΚ ΓΕΝΕΤΗΣ ΣΦΑΛΜΑΤΑ ΤΟΥ ΜΕΤΑΒΟΛΙΣΜΟΥ ΜΠΡΟΥΝ ΝΑ ΔΗΜΙΟΥΡΓΗΣΟΥΝ ΠΟΡΒΛΗΜΑΤΑ ΣΤΗΝ ΑΠΟΙΚΟΔΟΜΗΣΗ ΤΩΝ ΑΜΙΝΟΞΕΩΝ Αλκαπτονουρία: -Κληρονομική και ανώδυνη Έλλειψη οξειδάσης του ομογεντισικού αδυναμία αποικοδόμισης ομογεντισικού Συσσώρευση του στον οργανισμό. Απέκκριση ομογεντισικού στα ούρα Πολυμερισμός του σε μια ένωση που μοιάζει με μελανίνη και οξείδωση του προκαλούν μαύρισμα ούρων. Ομογεντισικό: Ενδιάμεσο προϊόν κατά την αποικοδόμηση της φαινυλαλανίνης και της τυροσίνης. Νόσος με οσμή ούρων σαν σιρόπι σφενδάμου (ή κετοξυουρία διακλαδισμένης αλυσίδας): Έλλειψη ή ελλατωματική λειτουργία της αφυδρογονάσης των α-κετοξέων διακλαδισμένης αλυσίδας Παρεμπόδιση οξειδωτικής αποκαρβοξυλίωσης των α-κετοξέων που παράγονται από τη βαλίνη, την ισολευκίνη και τη λευκίνη. Αύξηση επιπέδων στο αίμα και στα ούρα αυτών των α-κετοξέων και αμινοξέων. Νοητική καθυστέρηση και φυσική καθυστέρηση, αποφυγή αυτού μονάχα αν ο ασθενής τεθεί σε αυστηρό διαιτολόγιο χαμηλό σε βαλίνη, ισολευκίνη και λευκίνη νωρίς στη ζωή του. Διάγνωση μπορεί να συμβεί σε νεογέννητα με έλεγχο δειγμάτων ούρων με 2,4- δινιτροφαινυλοϋδραζίνη που αντιδρά με τα α-κετοξέα δίνοντας παράγωγα της 2,4- δινιτροφαινυλοϋδραζόνης.

45 Ο ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΤΗΣ ΒΑΣΗΣ ΤΩΝ ΝΕΥΡΟΛΟΓΙΚΩΝ ΣΥΜΠΤΩΜΑΤΩΝ ΤΗΣ ΦΑΙΝΥΛΚΕΤΟΝΟΥΡΙΑΣ ΑΠΟΤΕΛΕΙ ΠΕΔΙΟ ΕΝΕΡΓΗΣ ΕΡΕΥΝΑΣ Υπόθεση: Έλλειψη υδροξυλάσης Μείωση ποσότητας τυροσίνης, σημαντικού προδρόμου νευροδιαβιβαστών όπως η ντοπαμίνη. Υψηλές συγκεντρώσεις φαινυλαλανίνης 1)Κορεσμός του μεταφορέα φαινυλαλανίνης, τυροσίνης και θρυπτοφάνης(πρόδρομος του νευροδιαβιβαστή της σεροτονίνης) 2) Εγκέφαλος: Αναστολή γλοκόλυσης στην πυροσταφυλική κινάση, Διατάραξη μυελίνωσης των νευρικών ινών, Ελλάτωση σύνθεσης αρκετών νευροδιαβιβαστών.

46