1

DIABETES MELITUS

Postoje 2 tipa diabetes melitusa: 1. Označen kao TIP 1, od inzulina zavsni diabetes melitus 2. Označen kao TIP 2, od inzulina nezavisni diabetes melitus Od inzulina zavisni diabetes mellitus Izostaje produkcija inzulina u pankreasu. Razlozi tome mogu biti defekt β-ćelija pankresa ili zbog izostanka β-ćelija. β-ćelije su uništene usljed autoimunskog procesa. Kod ovog tipa diabetes melitusa, nivo inzulina u krvi se ne povećava kao odgovor na povišen nivo glukoze u krvi. Odnos nivoa inzulin/glukagon u krvi ne povećava se čak i kada dijetarna glukoza iz crijeva dospije u krv, pa jetra ostaje glukoneogenetična i ketogenetična. U jetri se i dalje, pod djelovanjem glukagona, odvijaju glukoneogeneza i ketogeneza Povišen količnik odnosa inzulin/glukagon utiče na povećano lučenje inzulina, a ako je snižen količnik inzulin/glukagon poveća se lučenje glukagona. Pošto se u jetri i dalje pod djelovanjem glukagona kontinuirano odvija glukoneogeneza iz aminokiselina koje potiču od mišićnih proteina, jetra doprinosi hiperglikemiji i u stanju sitosti. Za glukoneogenezu se troši oksalacetat. Ako nema dovoljno oksalacetata aktivira se proces ketogeneze. Drugi uzrok hiperglikemije, ako nema povišenja nivoa inzulina, i kada preovljadava glukagon koji stimulira glukoneogenezu, je unos glukoze u adipocite i mišićne ćelije. Gradivni blokovi za glukoneogenezu su ugljikovi skeleti aminokiselina koji će se osloboditi sintezom glukoze u mišićnom tkivu. Pošto se u jetri pod djelovanjem glukagona kontinuirano odvija glukoneogeneza , jetra će doprinjeti hiperglikemiji i us tanju sitosti, bez obzira što su nivoi glukoze u krvi povišeni. Glukagon stimulira lipolizu triacilglicerola u adipocitima, i to znači da će se u krvnu plazmu oslobađati glicerol i masne kiseline, koje će vezane za albumin krvne plazme biti transportovane u jetru ,a u jetri će se odvijati

2

intenzivna β-oksidacija masnih kiselina, I nastaju velike količine Acetil-CoA. Nema dovoljno oksalacetata da bi sav nastali acetil-CoA ušao u citratni ciklus, i aktivira se proces KETOGENEZE. Ketogeneza je sinteza ketonskih tijela. Rezultat pojačane lipolize u adipoznom tkivu i ubrzane oksidacije masnih kiselina u jetri je ketoacidoza. Dva parametra kojima je uslovljen TIP 1 diabetes melitusa su: -hiperglikemija -povišen nivo ketonskih tijela u krvi Usljed izostanka inzulina, koji stimulira procese glikolize, glikogeneze i lipogeneze, jetra ne može na odgovarajući način puferovati nivo glukoze u krvi. Hiperglikemiji doprinosi i nemogućnost mišićnih i adipoznih ćelija da prihvate glukozu iz krvi, usljed izostanka inzulina. Usporeno je metaboliziranje VLDL lipoproteina i hilomikrona usljed nedostatka inzulina. Sinteza enzima lipoprotein lipaze je zavisna od inzulina i broj molekula lipoprotein lipaze usidrenih na endotelu kapilara perifernih tkiva zavisi od nivoa inzulina u krvi. Ako nema inzulina, smanjen je broj molekula lipoprotein lipaze, pa je i katabolizam hilomikrona i VLDL lipoproteina sporiji. To će rezultirati povišenim nivoem VLDL lipoproteina u krvnoj plazmi,a u krvnoj plazmi u ovom sličaju će biti pristuni i hilomikroni, zato što im je metabolizam isti. Pri elektroforezi serumskih lipoproteina povećana je frakcija pre β-lipoproteina ( VLDL ) i pojavljuje se frakcija hilomikrona. Znači, TIP 1 diabetes melitusa je uslovljen sa 3 parametra: -hiperglikemija -prisustvo nivo ketonskih tijela u krvi -povišen nivo VLDL lipoproteina i prisustvo hilomikrona

3

Gojaznost i rezistentnost na inzulin Debljina često uzrokuje izvjestan stupanj rezistentnosti na inzulin. Rezistentnost na inzulin je slabo pojašnjen fenomen u kome tkiva koja su normalno osjetljiva na inzulin ( tj normalno odgovaraju na inzulin preko inzulinskih receptora ) ne odgovaraju na inzulin ( tj tkiva postaju rezistentna ). O čemu se ovdje radi? Kod nekih osoba broj odnosno afinitet inzulinskih receptora je reduciran, dok druge osobe imaju normalan afinitet vezivanja inzulina, ali abnormalne postreceptorske odgovore, kao što je aktiviranje transpotra GLUT 4 transportera prema plazma membrani. Opaženo je da, što je veća količina tjelesnih masti, veća je rezistentnost na inzulin ćelija koje su normalno osjetljive na inzulin, tj onih ćelija koje normalno odgovaraju na inzulin. Novija istraživanja sugeriraju da rezistentnosti na inzulin doprinosi visoka ekspresija TNF-α (faktora tumorske nekroze-α) u ćelijama masnog tkiva gojaznih osoba. Što je veća masa adipoznog tkiva, veća je produkcija TNF-α u adipocitima. TNF-α djeluje tako da slabi funkciju inzulinskog receptora. Na koji način on to radi, još nije poznat. Sve dok β-ćelije pankreasa proizvode dovoljno inzulina da bi se nadvladala rezistentnost na inzulin, gojazne osobe će imati relativno normalan nivo glukoze i lipoproteina u krvi. U tom slučaju, kod gojaznih osoba, nivoi inzulina u krvi su znatno povišeni, da bi se nadvladala ta rezistentnost. Javlja se HIPERINZULINEMIJA. Od inzulina neovisni diabetes mellitus Rezistentnost na inzulin, u slučaju gojaznosti, može voditi nastanku od inzulina neovisnog diabetes mellitusa. Gojaznost često predhodi razvoju od inzulina neovisnog diabetes mellitusa i čini se da je glavni faktor koji doprinosi nastanku ovog tipa diabetesa. Ne oboljevaju samo gojazne osobe od TIPa 2, i drugi faktori mogu uticati na to. Zato se danas toliko skreće pažnja na dnevni unos kalorija u organizam da ne bi došlo do pretjeranog deponovanja triacilglicerola, što kasnije pokreće mehanizme diabetes melitusa.

4

Od inzulina neovisni diabetes mellitus karakteriziraju: -hiperglikemija -često povišeni triacilgliceroli. Ketoacidoza, karakteristična za od inzulina zavisni tip diabetes mellitus, nije opažena, zato što imamo prisutan inzulin ovdje. Zašto su ovdje povišeni triacilgliceroli? Kon inzulin ovisnog diabetesa smo vidjeli da se usporeno metaboliziraju VLDL lipoproteini i hilomikroni. U ovom slučaju imamo hiperglikemiju i hiperinzulinemiju, i onda ide unos glukoze a samim tim i povećan nivo triacilglicerola. Danas se to ovako tumači: Povišeni nivoi VLDL vjerovatno su posljedica povećane sinteze triacilglicerola u jetri koju stimuliraju hiperglikemija i hiperinzulinemija. Hiperglikemija je najvećim dijelom posljedica slabog prihvatanja glukoze u periferna tkiva. Nivoi inzulina su povišeni, ali ne toliko kao kod gojaznih osoba koje nisu dijabetične. To znači da bolest ne uzrokuje samo rezistentnost na inzulin, nego i poremećena funkcija β-ćelija pankreasa, koja dovodi do relativnog deficita inzulina. Ćelije ne mogu više da proizvedu tolko inzulina da nadvladaju hiperglikemiju. Kada se radi o gojaznim dijabetičarima, bolest se često može kontrolirati dijetom. Sa gubitkom težine povećava se broj inzulinskih receptora i otklanjaju postreceptorske abnormalnosti, što povećava osjetljivost na inzulin i toleranciju na glukozu.

5

SISTEM LEPTINA

Hormon koji dugoročno kontroliše tjelesnu masu. leptos – grč. mršav - hormon koji regulira hranjenje i tjelesnu masu. Podešavanja metabolizma koja vrše inzulin,glukagon i epinefrin se odvijaju u kratkom vremenskom intervalu, sekundama ili minutama. To su brze regulacije metabolizma. Istraživanja su pokazala da čovjek, od 25 do 35 godine, prosječno na težini dobije 10kg. Rezultat povećanja te tjelesne mase je svakodnevni unos veće količine kalorija od potrebne količine. To postaje opasno po organizam kada i frakcija masnih kiselina u organizmu postane suviše velika. Zbog toga postoji sistem za dugoročnu kontrolu tjelesne mase, koga sad tumačimo. Lipostatska teorija : “Najvažniji regulator energetskog balansa u organizmu je količina masnog tkiva, tj lipida.“ Gordon C Kennedy ,1953 Po liposattskoj teoriji, organizmu postoji signal koji potiče iz adipoznog tkiva , koji feedback mehanizmom, tj mehanizmom povratne sprege, djeluje na hipotalamus i kontrolira apetit i utrošak energije. Hipotalamus prima signale iz krvi u kojoj cirkulišu razni proizvodi metabolizma hormona i količina tih hormona ili njihovih metabolita predstavlja zapravo informaciju o tome koliko imamo masnog tkiva u organizmu i kakav treba da bude naš metabolički status: aktivniji ili pasivniji, da li da se masti deponuju ili da se razgrađuju itd. Koristeći ove signale hipotalamus može da kontroliše količinu masnog tkiva u organizmu i da održava uvek podjednaku količinu zaliha, tj. da postigne u organizmu takozvano stanje “lipostaze”. Leptin je mali protein (167 aminokiselinskih ostataka), koji sintetiziraju i izlučuju adipociti, a koji pitem krvi dospijeva do mozga, gdje djeluje na receptore u hipotalamusu i smanjuje apetit. Leptin je identificitan kao proteinski produkt gena ( pomenut gore već kao signal koji potiče iz adipoznog tkiva ) označenog kao OB (obese-gojaznost) kod laboratorijskog miša (1994. god). ( ovdje je bila slika 2 pacova :D ) Na slici su prikazana dva miša, od kojih je drugi normalne težine. Prvi ima trostruko veću tjelesnu masu zato što je kod njega došlo do mutacije na

6

OB genu , pa se sintetizira kraći protein od 100-106 ak ostataka i kao takav ne može da se izlučuje. To je miš koji nema leptina kao feedback mehanizma. To je miš koji ima dvije defektne kopije gena za leptin. ob/ob genotip; mala slova označavaju mutantni oblik gena – naslijeđena je nonsens mutacija koja dovodi do sinteze skraćenog proteina dužine 104 aminokiselinska ostatka koji se ne izlučuje. Šta karakterizira takvog miša? Imaju ponašanje i fiziologiju osoba koje su u stalnom stanju gladovanja: njihovi nivoi kortikosterona u plazmi stalno su povišeni ( kortikosteron je glavni glukokortikoid za miševe ); ne mogu ostati topli, normalno rasti i reproducirati se i ne mogu obuzdati apetit. Izrazito su gojazni i teže trostruko više u poređenju sa normalnim mišem. Imaju metaboličke poremećaje slične onima kod dijabetičnih životinja i rezistentni su na inzulin. Injekcija rekombinantnog leptina miševima koji su homozigoti za ovu mutaciju dovodi do smanjenja količine hrane koju unose u organizam, gubitka na težini, smanjenja procenta masti u organizmu, povećanja lokomotorne aktivnosti i povećanja produkcije toplote. Kada kažemo injekcija rekombinantnog leptina, mislimo na hormon nastao genetičkim inžinjeringom. Da bi funkcionirao signalni sistem leptina, potreban je još jedan protein poznat kao RECEPTOR ZA LEPTIN. DB (dijabetički) gen također ima ulogu u regulaciji apetita.DB gen kodira receptor za leptin. Kada je receptor za leptin defektan izgubljena je signalna funkcija leptina. Receptor za leptin primarno se eksprimira u hipotalamusu. U manjem stupnju se eksprimira u ćelijama adrenalnog korteksa i β-ćelijama pankreasa, a i mali dio se eksprimira u intestinumu. Leptin nosi poruku da su rezerve masti dovoljne i podstiče redukciju u unošenju gorivnih supstanci i povećan utrošak energije. Mnogo veći problem predstavlja ako se naslijedi mutacija za receptor. Današnjim istraživanjima po pitanju gojaznosti ljudi je dokazano da se mnogo češće radi o mutaciji gena koji kodira recepror za leptin, i izostanku odgovora usljed nefunkcionalnosti receptora, i tu rekombinantni leptin ne pomaže.

7

TRANSDUKCIJA SIGNALA OVOG HORMONA: Leptin djeluje preko leptinskog receptora , i transdukcija signala se odvija JAK/STAT mehanizmom trandukcije. Odvija se u hipotalamusu. Preko JAK-STAT mehanizma djeluju interferoni i hormon rasta. Vezivanjem leptina za receptor dolazi do dimerizacije receptora. Na receptor se asocira enzim JANUS KINAZA označen kao JAK, koji je po svoj djelovanju Tirozin kinaza, i vrši fosforilaciju specifičnih tirozinskih ostataka receptora. Na te fosforilirane tirozinske ostatke će asocirati proteini označeni kao STAT proteini (STAT – transduceri signala i aktivatori transkripcije Signal

Transducer and Activator of Transcription ). Druga aktivnost Janus kinaze će izvršiti fosforilaciju STAT proteina. Fosforilirani STAT proteini će dimerizirati i difundovati će u nukleus. Dimeri fosforiliranih STAT proteina će se vezati na specifična mjesta u promotorima gena, i mijenjati ekspresiju gena koji su pod kontrolom leptina. Produkti ekspresije ovih gena konačno utiču na hranjenje i utrošak energije. Bitno nam je da će se povećanom ekspresijom ovih gena povećati i lučenje propiomelanokortida , a to je polipeptid koji se eksprimira u hipotalamusu, iz koga će se proteolitičkim cijepanjem osloboditi α-Melanocit-stimulirajući hormon (α-MSH),a on kontrolira apetit. Anoreksigeni neuropeptidi (suprimiraju apetit): 1.α-Melanocit-stimulirajući hormon (α-MSH), koji se stvara u hipotalamusu iz proopiomelanokortina (POMC) 2.Kortikotropin oslobađajući hormon (CRH), koji nastaje u paraventrikularnom nukleusu 3.Hipotalamički peptid CART (cocainom i amfetaminom regulirani transkript) Oreksigeni peptid (stimulira apetit) : Metabolički neuropeptid Y (NPY) – peptid koji ima 36 aminokiselinskih ostataka, a proizvodi se u arcuate nukleusu hipotalamusa, u istom mjestu gdje se i α-MSH proizvodi. NPY peptid je oreksigen (stimulira apetit) i reducira termogenezu.

8

Sekreciju i djelovanje NPY regulira leptin i niz neuropeptida (melanokortin, CRH, glukagonu sličan peptid-1 (GLP-1)). Tokom gladovanja nivo NPY u krvi se povećava, a povišen je i kod ob/ob i db/db miševa , tj kod kojih ne funkcionira signalni sistem leptina ; NPY je osnovna pozadina gojaznosti kod ovih miševa, jer u odsustvu kontrole leptinom nivoi NPY su opasno visoki, a on djeluje tako da stalno stimulira apetit. SIGNALNI PUT LEPTINA Kada zalihe triacilglicerola postanu isuviše velike ,onda će adipozno tkivo otpočeti sa izlučivanjem leptina. Količina leptina koja će se izlučiti iz adipocita proporcionalna je zalihama triacilglicerola. Leptin će putem krvi da se transportuje i dospije do hipotalamusa gdje će se vezati na neurosekretorne ćelije koji sadrže receptore za leptin. Imamo 2 tipa neurosekretornih neurona: 1. Anoreksigeni, imaju receptore za leptin, i povećati će se ekspresija gena za proopiomelanokortin, iz koga će se osloboditi α-MSH. On djeluje tako da suprimira apetit. Iz ovih ćelija se signal kreće simpatičkim neuronima ka mišićnom i adipoznom tkivu, i prema jetri. To dovodi do povećanog utroška energije. Anoreksigeni inhibiraju izlučivanje NPY. 2. Oreksigeni Kao rezultat ovog cijelog procesa imamo unos hrane i utrošak energije. Izlučeni α-MSH djeluje tako da se smanji apetit i unos hrane, i da se poveća utrošak energije. Kada se izluči α-MSH dođe do prenosa signala kroz simpatički neuron na sinapsu sa Adipocitom. Na toj sinapsi će da se oslobodi norepinefrin ( noradrenalin ). On če se vezati na β3 adrenergički receptor u plazma membrani adipocita, i aktivirati će kaskadu ADENILAT CIKLAZE , nastaje ciklički AMP, djeluje na PROTEIN KINAZU A , i u toj kaskadi dođe do povećane transkripcije gena i povećane sinteze TERMOGENINA ili proteina otpajanja ( UCP ). Termogenin je protein koji će omogućiti protok između ispumpanih protona ( H+ ) u mitohondrijskom lancu za transport elektrona, i omogućava protok nazad u mitohondrije , ali ne prolazi kroz kompleks ATP sintaze, i tim protokom H+ se oslobađa toplota. Prema tome, energija

9

nastala oksidacijom gorivnih supstanci je iskorištena za nastajanje toplote, ne za sintezu ATPa. Kako ide signal, povećano će se sintetizirati termogenin, a također, ide i povećana oksidacija gorivnih supstanci, u slučaju adipocita, to su triacilgliceroli . iz njih će se osloboditi masne kiseline koje će ići u proces oksidacije . oksidacijom se stvaraju reducirani koenzimi. Oksidacijom koenzima u mitohondrijskom lancu za transport elektrona se mijenja gradijent H+ , i to pokreće proton motor pumpu ka nazad , i time se pokreće i termogeneza. Pojačan katabolizam i termogeneza koje pokreće leptin dijelom su posljedica povećane sinteze otpajajućeg (UCP-1) mitohondrijskog proteina u adipocitima. UCP-1 stvara kanale koji omogućavaju protonima da ponovno uđu u matriks mitohondrija, a da pri tome ne prolaze kroz kompleks ATP sintaze, i izostaje sinteza ATPa. Ovo omogućava kontinuiranu oksidaciju gorivnih supstanci (masnih kiselina u adipocitima), a da se pri tome ne sintetizira ATP. Leptin stimulira sintezu UCP-1 tako što alterira sinaptičku transmisiju sa neurona u arcuate nukleusu, hiperpolarizacijom nekih hipotalamičkih neurona. U arcuate nukleusu postoje 2 seta neurosekretornih ćelija, koji primaju hormonske signale, na koje odgovaraju neuralnim sgnalima prema ćelijama mišića, adipoznog tkiva i jetre. Iz adipoznog tkiva otpušta se leptin,a iz pankreasa inzulin, proporcionalno masi tjelesnih masti. Ova dva hormona djeluju na anoreksigene neurosekretorne ćelije , i pokreću otpuštanje alfa-MSH. To proizvodi neuralne signale za manji unos hrane i veće metaboliziranje energetskih supstanci. Leptin i inzulin također djeluju na oreksigene neurosekretorne ćelije, i inhibiraju otpuštanje NPY. Time se reducira signal koji nalaže unos hrane. Želučani hormon GRELIN aktivira signal za unos hrane tako što djeluje na neurosekretorne ćelije koje luče NPY. PYY koji otpušta Colon, inibira ove neurone, i tako smanjuje apetit. Svaki od ova 2 tipa neurosekretornih ćelija inhibira proizvodnju u onim drugim, znači da uzajamno reguliraju jedne druge. Signal koji aktivira oreksigene inhibira anoreksigene, i obrnuto.

10

VARENJE Digestija proteina otpočinje u želucu. U njemu se prvo izlučuje HCl iz parijetalnih ćelija želučane mukoze i pH želučanog soke je jako nizak i iznosi 1-2. Značaj te visoke kiselosti želučanog soka je u tome da taj sok djeluje antiseptički pa će uništiti većinu bakterija, virusa i stranih tijela koja su unesena u organizam. Drugo što je važno za digestiju proteina to je da visoka kiselost želučanog soka doveti do denaturacije proteina. Doći će do odvijanja polipeptidnih lanaca i time je denaturiranim proteinima olakšano djelovanje enzima koji će hidrolitički cijepati peptidne veze. Peptidne veze su jako stabilne i vrijeme poluživota peptidnih veza u proteinima je 7 godina. Glavne ćelije želudačne mukoze izlučuju onaj proteolitički enzim čijim djelovanjem počinje digestija proteina a to je pepsin. Pepsin se izlučuje u obliku katalitički inaktivnog zimogena koji se naziva pepsinogen. Zatim će doći do autokatalitičke aktivacije pri čemu se iz pepsinogena osloboditi pepsin. Zimogeni su prekorsorski oblici nekog enzima i imaju mnogo duže polipeptidne lance, na N-terminalnom kraju imaju pro-regiju koja se proteolitički otcjepljuje i onda taj prekursorski oblik enzima prelazi u katalitički aktivan oblik. Pri aktivaciji zimogena u katalitički aktivan enzim treba specifično da se cijepa tačno određena peptidna veza da se proregija otcjepi i onda se iz zimogena oslobađa katalitički aktivan enzim. Ako gledamo na primjeru pepsina kada se izluči pepsinogen pri aktivaciji pepsinogena u pepsin otcjepljuje se peptidno područje dužine 42 aminokiselinska ostatka tj. pro-regija i ona je bogata baznim aminokiselinskim ostacima (lizinski, argininski) koji kod fiziološkog pH imaju pozitivan naboj te stvaraju elektrostatske interakcije sa nekim negativno nabijenim skupinama u konformaciji i tim interakcijama zaklonjeno je aktivno mjesto enzim. Kada se taj zimogen nađe u kiseloj sredini promijenit će se jonizacija baznih aminokiselinskih ostataka i one će kod visoke kiselosti izgubiti pozitivan naboj što će rezultirati promjenom konformacije pepsinogena u kojoj će se otkriti aktivno mjesto enzima i onda će pepsin autokatalitički sam sebi otcjepiti tu proregiju preći u katalitički aktivan enzim.

11

Kada pepsin djeluje u želudačnom soku on će djelovati na sve proteine, ali posebno dobro se digestiraju globularni proteini, i ima specifičnost za hidrolitičko cijepanje peptidne veze sa N strane aromatskih aminokiselinskih ostataka u proteinima, a to su: fenilalanin, triptofan(njegovasema) i tirozinski ostatak. Ako kažemo da neki enzim cijepa proteine sa N strane to znači da on cijepa one peptidne veze u kojima aromatske aminokiseline sudjeluju sa svojim α-amino skupinama. Time otpočinje proces digestije proteina koji će se djelovanjem pepsina cijepati na nešto manje molekule. Kada se dijetarni proteini unesu u želudac onda će u želudcu izlučuje gastrin koji će onda stimulirati izlučivanje HCl iz parijetalnih ćelija i izlučivanje pepsinogena iz glavnih ćelija želudačne mukoze. Nakon tog prvog stupnja digestije želudačni sadržaj prelazi u tanko crijevo gdje se dalje nastavlja digestija. Kada želudačni sadržaj dospije u tanko crijevo on sadrži hloridnu kiselinu. Prema tome kada dospije u tanko crijevo doći će do sniženja pH u tanokm crijevu i onda će S ćelije intestinuma kao odgovor na sniženje pH vrijednosti u tankom crijevu stimulirati pankreas na izlučivanje pankreasnog soka koji je bogat bikarbonatima. Bikarbonati će neutralizirati HCl i time će se tom neutralizacijom pH korigovati na pH oko 7-8 ,a to je pH optimum kod koga je optimalno djelovanje drugih proteolitičkih enzima koji će sudjelovati u digestiji proteina. Ti enzimi koji sudjeluju u digestiji proteina u tankom crijevu su tripsin, kimotripsin, karboksipeptidaze A i B. Ovi enzimi u tankom crijevo takođe dospjevaju u obliku katalitički inaktivnih zimogena, a to su tripsinogen, kimotripsinogen, prokarboksipeptidaza A i B. Ovi enzimi se sintetiziraju u egzokrinim ćelijama pankreasa na hrapavom endoplazmatskom retikulumu i onda će iz pankreasa da dospiju u tanok crijevo. U tanokm crijevu će doći do njihove aktivacije tj. do prelaska u katalitički aktivan oblik. Važno je kada se u pankreasu sintetiziraju u zimogenom obliku čime je pankreas zaštićen od proteolitičkih djelovanja ovih enzima na same ćelije pankreasa. Takođe se sintetizira poseban protein koji je pankreasni inhibitor tripsina i ovaj protein može da gradi sa tripsinom veoma čvrst kompleks i time da blokira njegovu katalitičku aktivnost.

12

Kada zimogeni dospiju iz pankreasa u tanko crijevo onda će ići aktivacija prvo tripsina. Izvršit će je enteropeptidaza koja se izlučuje u samom tankom crijevu. Kada ona izvrši početnu aktivaciju tripsina tako što će se cijepati tripsinogen u tripsin onda će dalju aktivaciju izvršiti sam katalitički aktivan tripsin. Tripsin je taj koji će proteolitičkim cijepanjem aktivirati kimotripsinogen i prevesti ga u kimotripsin i koji će katalitički aktivirati prokarboksipeptidaze A i B i prevesti ih u katalitički aktivne peptidaze A i B. Kimotipsin ima specifičnost da cijepa peptidne veze sa karboksilne strane aromatskih aminokiselinskih ostataka. Tripsin će cijepati peptidne veze sa karboksilne strane baznih aminokiselinskih ostataka lizina i arginina. Karobksipeptidaze A i B će izvršiti fragmentiranje polipeptida, oligopeptida u manje peptide i onda one sukcesivno otcjepljuju aminokiselinske ostatke sa C terminalnog kraja paptida. Ove peptidaze imaju širok spektar djelovanja i djelovat će na sve dijetarne proteina ali imaju specifičnost prema peptidnim vezama koje će cijepati u ovim molekulama. Kada se izvrši proteolitičko cijepanje onda kao produkti dobit će se: slobodnih aminokiselina (40%) i oligopeptidi (60%).

13

Dalje protelitičko cijepanje oligopeptida izvršit će endopeptidaze, aminopeptidaze i dipeptidaze koje se nalaze na plazma membrani endotelnih ćelija tankog crijeva i bogata je endopeptidazama i aminopeptidaznom aktivnošću. Ove će enzimske aktivnosti nastaviti cijepanje oligopeptida. Krajnji produkti digestije na površini ovih ćelija su slobodne aminokiseline to su dipeptidi i tripeptidi. Ovi krajnji produkti digestije se apsorbuju putem specifičnih transportera. Ako su apsorbirani mali peptidi onda intracelularno do slobodnih aminkiselina će ih hidrolizirati citoplazmatske peptidaze. Oni mali peptidi koji u lumenu tankog crijeva nisu potpuno cijepani do slobodnih aminokiselina a koji su transportovani u epitelne ćelije intestinuma onda će intracelularni proteolitički enzimi da ih dalje cijepaju do slobodnih aminokiselina. Dipeptidi i tripeptidi koji sadrže prolin, hidroksiprolin ili neku neuobičajenu aminokiselinu kao što je β alanin apsorbiraju se onakvi kakvi jesu jer nisu pogodni susptrati za citoplzmatske peptidaze. Tanko crijevo ima izuzetno visok kapacitet za apsorpciju slobodnih aminokiselina. U četkastom epitelu tankog crijeva nalazi se najmanje 7 specifičnih transportnih sistema kojima se na luminalnoj strani vrši preuzimanje L aminokiselina odnosno malih peptida:

• za neutralne aminokiseline sa kratkim polarnim bočnim lancem (Ser, Thr, Ala)

• za neutralne aminokiseline sa aromatskim ili hidrofobnim bočnim lancem (Phe, Tyr, Met, Val, Ile, Leu)

• za iminokiseline (Pro, Hyp) • za β-aminokiseline (β-alanin, taurin) • za bazne aminokiseline i cistin (Lys, Arg, Cys-Cys) • za kisele aminokiselina (Asp, Glu) • za dipeptide (Pept1) (Gly-sarkozin)

Putem ovih transportena transport se vrši od Na zavisnom transportu. Pokreće ga elektrohemijski tj. koncentracijski gradijent koji postoji na membrani ovih epitelnih ćelija intestinuma. Oni se ovijek transportuju iz lumena tankog crijeva same epitelne ćelije gdje je koncentracija slobodnih

14

aminokiselina mnogo veća znači suprotno padu koncentracijsko gradijenta. Ono što će ih pokretati je ovaj kotransport Na jona. U ovom slučaju radi se o sekundarnom aktivnom transportu. Ovaj transport pokreće koncentracijski gradijent Na jona, a ovaj gradijent Na jona uspostavlja Na+/K+ ATP-aza koja ispumpava Na jone iz ćelija u ekstracelularni prostor i pri tome direktno troši energiju u obliku ATP-a. Ako pogledamo kako će se isporučiti u kapilare to je transporterom koji više nije ovisan o koncentracijskom gradijentu Na jona. Većina L aminokiselina transportuje se suprotno koncentracijskom gradijentu na luminalnoj strani membrane. Identificirani su od Na zavisni transportni sistemi slično kao kod transporta glukoze, ovaj transport pokreće elektrohemijski odnosno koncentracijski gradijent Na jona a samo indirektno ATP što znači da se radi o sekundarno aktivnom transportu. Na kontra luminalnoj strani epitelnih ćelija tankog crijeva locirani su od Na jona neovisni transporteri preko kojih će aminokiseline iz epitelnih ćelija preći u krv. Transporter za kisele aminokiseline vrši kotransport aminokiseline sa 2 Na jona u zamjenu za transport jednog K jona u suprotnom smjeru. Neutralni dipeptidi se kroz četkasti epitel kotransportiraju sa H+ jonom i ovaj transport pokreće elektrohemijski gradijent protona kroz membranu. Transporter za dipeptide prihvata i beta laktamske antiobiotike i važan je za apsorpciju oralno administriranih antibiotika ove klase. Fetus i neonatus mogu apsorbirati intaktne proteine. Njihovo prihvatanje odvija se endocitozom pri čemu se internaliziraju u endocitne vezikule okružene plaza membranom koje sadrže te digestirane molekule. Gastrointestinalni trakt sadrži više specijaliziranih ćelija koje prizvode biološki aktivne amine i peptide i to su one ćelije koje se nazivaju epitelne endokrine ćelije. Peptidi koji se sintetiziraju u ovim ćelijama upakovani su u granule obično u blizini kontraluminalne strane ovih ćelija i otpuštaju se u krv. I posebno važni peptidi su gastrin, holecistokinin i sektretin i njih nazivamo hormonima gastrointestinalnog trakta. Ulazak dijetarnih proteina u želudac stimulira ćelije gastrične ćelije na izlučivanje gastrina i gastrin stimulira izlučivanje HCl iz parijetalnih ćelija i

15

pepsinogena iz glavnih ćelija želudačnih žlijezda. On se može nalaziti kao peptid pune dužine, to su 34 aminokiselinska ostatka pa je označen kao G34 ili kao 17 aminokiselinskih ostataka dug peptid koji predstavlja C terminalni dio molekule koja ima punu dužinu. Funkcionalni dio gastrina u lavnini je lociran u posljednjih 5 aminokiselinskih ostataka na C terminusu polipeptidnog lanca. Gastrin, kao i holicistokinin, sadrži sulfatirani tirozin koji pojačava snagu njegovog djelovanja. Penta gastrin sadrži samo onih 5 aminokiselinskih ostataka ovog hormona sa C kraja može se koristiti za specifičnu stimulaciju sekrecije HCl i pepsina. Holecistokinin je polipeptid koji stimulira kontrakciju žučne kesice kao i sekreciju pankreasnih enzima. Izlučuju ga epitelne endokrine ćelije tankog crijeva posebno u duodenumu. Sekreciju holecistokinina stimuliraju luminalne aminokiseline i peptidi, oni koji su nastali proteolizom u samom želucu, zatim masne kiseline i kiseli pH. Za varenje i digestiju samih lipida je važno da se izluče soli žučnih kiselina. Masne kiseline će kada dospije taj sadržaj u tanko crijevo onda će stimulirati izlučivanje holecistokina koji će stimulirati izlučivanje žučne kesice, pa će onda žučne soli dospjeti u tanko crijevo koje su važne za emulgiranje masti i digestiju masti. Za holecistokinin i gastrin se smatra da su u evolucijskoj vezi zato što imaju identične aminokiselinske sekvence na C terminusu molekule. Sekretin je polipeptid dužine 27 aminokiselinskih ostataka i izlučuju ga S ćelije tankog crijeva kada pH tankog crijeva opadne ispod 5 on stimulira izlučivanje pankreasnog soka koji je bogat bikarbonatima a ovaj sok esencijalan je za neutralizaciju želudačne HCl u duodenumu. Sekretin takođe pojačava izlučivanje pankreasnih enzim i djeluje sinergistički sa holecistokinom. Sektretin kada djeluje preko receptora djeluje preko kaskade adenilat-ciklaze, holecistokinin preko kaskade fosfatidilinozitol 4,5-difosfata. Histamin je snažan inhibitor sekrecije HCl. Njega normalno izlučuju specijalizirane regulatorne ćelije stijenke žuluca. Histamin se specifično vezuje na histaminski receptor označen kao H2 receptor koji je lociran na luminalnoj strani plazma membrane parijetalnih ćelija. Parijetalne ćelije izlučuju HCl. Analozi histamina koji su antagonisti na H2 receptore medicinski se koriste u svrhu smanjenja izlučivanja HCl pri tretmanu peptičkog ulcerusa. Drugi važan izvor aminkiselina je razgradnja ćelijskih proteina.

16

SISTEM UBIKVITIN-PROTEASOM Proteini koji se trebaju ukloniti iz ćelije obilježavaju se ubikvitinom. Ubikvitin je protein koji ima 76 aminokiselinskih ostataka, molekulske mase 8,5 kDa i prisutan je u svim eukariotskim ćelijama. Kada se ubikvitinom obilježi neki protein taj protein je obilježen da se ukloni iz ćelije. Evolucijski je visoko očuvan protein i ako gledamo ubikvitin koji sadrži kvasac i koji sadrži čovjek oni se razlikuju u samo 3 aminokiselinska ostatka od 76. U stukturi ubikvitina ima izduženi C terminalni kraj koji se aktivira i vezuje na druge proteina i ono što je važno za obilježavanje su lizinski ostaci, posebno liin u položaju 48 koji je mjesto vezivanja dodatnih molekula proteina. Da bi se neki protein uklonio najefikasnije je obilježen kada je na njega vezana skupina koju čini 4,5 ili više molekula ubikvitina koje su međusobno povezane. Međusobno će se povezati tako što će se karboksilna skupina jednog vezati epsilon amidnom skupinom u bočnom lancu druge molekule ubikvitina. Reakcija ubikvitinacije je procesivna. Ovdje imamo jedan protein koji je obilježen ubikvitinom i treba da se usmjeri na proteolitičku razgradnju na proteasom 26S. On je obilježen jednom grupom koju u ovom slučaju čini 5 međusobno povezanih molekula ubikvitina. Povezale su se amidnim vezama. Vrijeme poluživota citoplazmatskog proteina u velikom stupnju zavisi od toga koja se aminokiselina nalazi na N terminalnom kraju datog proteina i ovo se naziva pravilom N terminusa. Recimo protein kvasca sa metioninom na N-terminusu ima vrijeme poluživota obično 20 sati. Protein sa argininom na N-terminusu ima vrijeme poluživota 2 minute. Visoko destabilizirajući N-terminalni ostaci kao Arg i Leu favorizuju ubikvitizaciju. Stabilizirajući N –terminalni ostaci, kao Met i Pro to ne čine. Boksovi za destrukciju ciklina – aminokiselinske sekvence koje za destrukciju označavaju proteine koji sudjeluju u regulaciji ćelijskog ciklusa. Tri enzima sudjeluju u vezivanju ubikvitina na protein:

• ubikvitin-aktivirajući enzim, E1 - vrši adenilaciju ubikvitina (Ub) i prenosi ubikvitin na jedan od svojih cisteinskih ostataka.

• ubikvitin-konjugirajući enzim, E2, i • ubikvitin-protein ligaza, E3.

17

Adenilacija znači da će se uraditi aktivacija karboksilne skupine na C terminalnom kraju ubikvitina pa je ta aktivacija analogna aktivaciji masnih kiselina i zahtjeva utrošak ATP-a. Sa ATP-a će se otcjepiti pirofosfat, a na karboksilnu skupinu na C tarminalnom kraju ubikvitina anhidridno vezati fosfatna skupina AMP-a. Nastala anhidridna veza aktivira C terminalni kraj ubikvitina i onda će taj enzim E1 prenijeti na SH skupinu jednog od svojih cisteinskih ostataka i onda će se on vezati tioesterski. Prvo se C-terminalna karboksilatna grupa ubikvitina vezuje na sulfhidrilnu grupu E1, tioesterskom vezom. Ova ATPom pokretana reakcija podsjeća na aktivaciju masnih kiselina. U ovoj reakciji, ATP se vezuje na C-terminalni karboksilat ubikvitina uz otpuštanje pirofosfata i ubikvitin se prenosi na ključni cisteinski ostatak na E1. Aktivirani ubikvitin zatim se usmjerava na sulfhidrilnu grupu E2 i na nju se vezuje tioesterski. Konačno, E3 katalizira prenos ubikvitina sa E2 na ε-amino grupu lizinskog ostatka ciljnog proteina. Enormno je veliki broj proteina koji treba da se obilježe ubikvitinom i da se uklone, a ti proteini imaju različite ostatke na N terminalnom kraju i na kraju i neke različite aminokiselinske sekvence koje uključuju i N terminalni kraj koji treba prepoznati enzim E3 i moraju imati te specifičnosti da prepoznaju taj protein koji treba biti obilježen. N terminalni ostatak proteina očitavaju E3 enzimi. Raznolikost ciljnih proteina koji se trebaju obilježiti za destrukciju zahtijeva veliki broj E3 proteina koji ih trebaju očitati. Većina eukariota ima jedan ili samo nekoliko različitih E1 enzima. Sve eukariote imaju veliki broj E2 i E3 enzima. Jedna je familija evolucijski srodnih E2 proteina, a tri različite familije E3 proteina, koje sadrže stotine članova. E3 familija je jedna od najvećih familija gena u čovjeka. Značaj E3 proteina za normalnu funkciju ćelije: Proteini koji nisu degradirani, usljed defekta na enzimu E3, mogu se akumulirati i dovesti do oboljenja agregacije proteina kao što je juvelina i sa ranim početkom Parkinsonova bolest. Čovječiji papilloma virus (HPV) kodira protein koji aktivira specifični E3 enzim. E3 ubikvitinira tumorski supresor p53 i druge proteine koji kontroliraju popravljanje DNA, koji se time uništavaju. Aktivacija E3 enzima opažena je kod 90% slučajeva cervikalnih karcinoma.

18

Tako neodgovarajuće obilježavanje za destrukciju ključnih regulatornih proteina može pokrenuti događaje koji dovode do stvaranja tumora. Ubikvitinizirani proteini se razgrađuju na kompleksu koji se naziva proteasom 26S. 26S proteasom je kompleks koji se sastoji od dvije komponente: 20S katalitičke jedinice i 19S regulatorne jedinice.

Sam proteasom sastoji se od jedne 20S katalitičke podjedinice i 2 regulatorne 19S podjedinice. Svaka od ovih podjedinica je veoma velika i ima molekulsku masu preko 700 kDa. Protein koji se treba razgraditi obilježi se sa ubikvitinom. Obilježavanja će izvršiti enzimi E1, E2 i E3. Za razgradnju na proteasomu efikasno je obilježen onaj protein koji sadrži skupinu od 4 ili 5 ili više mođusobno povezanih molekula ubikvitina. Kada se veže jedan ubikvitin onda se nastavlja obilježavanje međusobnim vezivanjem molekula ubikvitina. Tako ubikvitinom obilježene proteine prepoznat će 19S regulatorna jedinica proteasoma 26S. Na razgradnju u proteasom 26S ići će samo ubikvitinom obilježeni proteini. Aktivna mjesta koja će izvršiti cijepanje peptidnih veza u proteinu locirana su u unutrašnjosti 20S katalitičke podjedinice. Ta proteazna mjesta u 20S katalitičkoj podjedinici u unutrašnjosti strukture onda njoj nisu izloženi ostali proteini. Oni koji će ići u razgradnju su oni koji su obilježeni ubikvitinom i njih će prepoznati 19S regulatorna podjedinica. Pri ragradnji molekule ubikvitina se neće razgrađivati nego će se otcjepiti, a u unutrašnjost strukture ide polipeptidni lanac proteina. 20S podjedinica izgrađena je od po dvije kopije 14 homolognih podjedinica i ima masu 700 kDa. Podjedinice su raspoređene u četiri prstena od po sedam podjedinica i grade strukturu sličnu buretu. Vanjska dva prstena bureta izgrađuju α podjedinice, a unutrašnja dva prstena β podjedinice u kojima je locirana proteazna aktivnost. Neke od β

19

podjedinica imaju aktivno mjesto na N terminusu i na N terminusu takvih podjedinica nalazi se treoninski ostatak čija OH skupina vrši nukleofilni napad na karbonilni ugljik peptidne veze. 20S katalitičko srce je (hermetički) zatvoreno bure. Pristup njegovoj unutrašnjosti kontrolira 19S regulatorna jedinica, koja je i sama 700 kDa kompleks izgrađen od 20 podjedinica. Dva takva 19S kompleksa vezuju se na 20S srce proteasoma, svaka na jednom od krajeva, i formiraju kompletan 26S proteasom. 19S podjedinica specifično se vezuje samo na poliubikvitinske lance i time osigurava da samo ubikvitinirani proteini budu razgrađeni. Ključne komponente 19S kompleksa su šest ATPaza tipa koji je označenkao AAA klasa (ATPaza asocirana sa različitim ćelijskim aktivnostima). Ove AAA ATPaze će cijepati ATP i time će obezbjediti energiju, prvo da dođe do konformacijske promjene u 20S podjedinici i da se polipeptid smjesti u unutrašnjost strukture bureta. Hidroliza ATP vjerovatno pomaže 19S jedinici da odvije supstrate i inducira konformacijske promjene u 20S katalitičkom srcu, tako da supstrat može proći u centar kompleksa. Proteolitički aktivna mjesta na 20S podjedinici sekvestrirana su u unutrašnjosti bureta tako da su potencijalni supstrati zaštićeni od razgradnje sve dok se ne usmjere u bure. U β podjedinicama postoje tri tipa proteolitičkih aktivnih mjesta, svako sa različitom specifičnošću, ali sva koriste N-terminalni treonin. Hidroksilna grupa treoninskog ostatka pretvara se u nukleofil koji napada karbonilne grupe peptidnih veza, uz nastajanje acil-enzimskih derivata. Supstrati se degradiraju procesivno, bez otpuštanja intermedijata razgradnje, sve dok se supstrat ne razgradi na peptide dužine sedam do devet ostataka. Ubikvitirani proteini procesiraju se u peptidne fragmente sa kojih se sekvencijalno uklanja ubikvitin i reciklira. Peptidni fragmenti dalje se digestiraju do slobodnih aminokiselina, koje se mogu koristiti za biosintetske reakcije, uglavnom sintezu proteina. Alternativno, sa aminokiselina se mogu ukloniti amino grupe i iskoristiti za sintezu uree, dok se ugljikovodonični skeleti aminokiselina mogu iskoristiti za sintezu karbohidrata odnosno masti ili iskoristiti direktno kao gorivne supstance u ćelijskoj respiraciji.

20

TRANSAMINACIJA

Razgradnja više od polovine aminokiselina otpočinje reakcijom transaminacije kojom će se sa njih ukloniti njihova α-amino skupina. U reakcijama transaminacije α-amino skupina sa jedne aminokiseline enzimski kataliziranom reakcijom prenosi se na grupu α-keto kiseline koja je akceptor te amino skupine. I u reakciji transaminacije aminokiselina koja je donor α-amino skupine prelazi u odgovarajuću α-keto kiselinu, a α-keto kiselina koja je akceptor α-amino skupine prelazi u odgovarajuću aminokiselinu. Enzimi koji kataliziraju ovu reakciju naivaju se amino transferaze i kao prostetsku skupinu sadrže pirodoksal fosfat koji je koenzimski oblik vitamina B6. α-keto kiseline koje su važne kao akceptori u reakcijama transaminacije su α-keto glutarat koji će u reakciji transaminacije preći u aminokiselinu L-glutamat, te oksal acetat koji u reakciji transaminacije prelazi u aminokiselinu aspartat. Efekat reakcija transaminacije je sakupljanje amino grupa sa više različitih aminokiselina u obliku L-glutamata. Za svaku aminokiselinu postoji specifična amino transferaza i one imaju specifičnost da na onim aminokiselinama koje su donori α-amino skupina u reakcijama transaminacije. Ćelije sadrže veliki broj aminotrasferaza. Veliki broj aminotransferaza specifičan je za α-ketoglutarat kao akceptor amino grupa, ali se razlikuju po specifičnosti prema L-aminokiselini koja je donor amino skupine u reakciji transaminacije. Enzimi se nazivaju prema aminokiselini koja je donor α-amino grupe u reakciji transaminacije (npr. alanin aminotransferaza, aspartat aminotransferaza). Reakcije koje kataliziraju aminotransferaze su reverzibilne i imaju konstantu ravnoteže oko 1,0 (∆G0’~0 kJ/mol). Sve aminotransferaze imaju istu prostetsku grupu i isti mehanizam reakcije. Prostetska grupa aminotransferaza je piridoksal fosfat (PLP), koenzimski oblik vitamina B6. Piridoksal fosfat funkcionira kao intermedijatni nosač amino grupa u aktivnom mjestu aminotransferaza.

21

Ovo je opšta formula za reakciju transaminacije. Imamo predstavljen α-keto glutarat koji je akceptor aminoskupine i opštu formulu neke L aminokiseline koja je u rekaciji donor α-amino skupine. Reakciju katalizira specifična aminotransferaza, kao prostetsku skupinu sadrži pirodoksal fosfat. α-ketoglutarat kada primi amino skupinu u reakciji transaminacije prelazi u L-glutamat, a aminokiselina koja je predala amino skupinu preći će u odgovarajuću α -keto kiselinu.

22

Ovdje imamo strukturu pirodoksal fosfata kao intermedijerni nosač amino skupina u reakciji transaminacije. Takođe vidimo njegov oblik kada prihvati amino skupinu i naziva se piridoksamin fosfat. Pirodoksal fosfat u 3 tipa važnih reakcija u metaboliziranju aminokiselina sudjeluje. Aktivno mjesto na molekuli pirodoksal fosfata je aldehidna skupina. U samom enzimu piridoksal fosfat je vezan kao Schiffova baza na ε amino skupinu lizinskog ostatka u aktivnom mjestu enzima. Ovdje se oslobodila molekula vode, a ugljik i nitrogen su se povezali dvostrukom vezom. Prikazana su 3 tipa reakcija u kojima sudjeluje piridoksal fosfat: (1) transaminacija, (2) racemizacija i (3) dekarboksilacija. Kod dekarboksilacije sa α-ugljikovog atoma se uklanja karboksilna skupina pa aminokiselina prelazi u amin. Transaminacija i dekarboksilacija su uključene u sintezu spojeva koji se nazivaju biogeni amini. Racemizacija je reakcija kojom se jedan stereoizomer prevodi u drugi. Ovo su 3 tipa reakcija na α-ugljikovom atomu aminokiselina koje zahtjevaju piridoksal fosfat kao prostetsku skupinu odgovarajućih enzima. Da bi nastala Schiffova baza mora reagovati amino skupina aminokiseline treba reagovati sa aldehidnom skupinom piridoksal fosfata. Nakon stvaranja Schiffove baze imamo N koji je četverovalentan i ima pozitivan naboj. Sad poitivni naboji će izvršiti premještanja elektrona pa će na α ugljikovom atomu nastati karbanjon. On će se dalje stabilizirati stvaranjem rezonantnog oblika. I u reakciji će se hidrolitički otcijepiti Alfa-ketokiselina , i nastati će piridoksamin fosfat. Znači, samo će amino kiselina graditi Schiffovu bazu sa piridoksalom u aktivnom mjestu amino transferaze. Prisustvo pozitivnog naboja formirati će elektrone, pa će sa alfa-amino atoma otcijepiti proton i ostati će KARBANJON. Stabilizira se rezonantnim strukturama, hidrolitički se cijepa već pomenuta alfa-ketokiselina, i nastaje Piridoksamin fosfat. To bi bio prvi stupanj u reakciji TRANSAMINACIJE. Prva reakcija je znači transaminacija. Ide tako što će aminokiselina graditi schiffovu bazu , a prisustvo pozitivnih naboja olakšavati će otcjepljenje protona , i elektronski par karbanjon se stabilizira kroz rezonantne

23

strukture i na kraju se može hidrolitički otcijepiti alfa-keto kiselina i nastati će piridoksamin fosfat u aktivnom mjestu enzima. U sljedećem stupnju, ta amino skupina sa piridoksamin-fosfata treba da se prenese na alfa-ketokiselinu koja je akceptor alfa-amino skupine, a da se on vrati u piridoksal fosfat. Prilikom formiranja schiffove baze dolazi do reakcije dekarboksilacije kada se otcijepi karboksilna skupina , i ponovo na allfa-C atomu ostaje elektronski par , ponovo stabiliziraju kroz rezonantne strukture , i hidrolitičkim cijepanjem će se osloboditi amin, a oslobodit će se piridoksal fosfat. To nam je tip reakcije koji se naziva DEKARBOKSILACIJA. Treći tip reakcije je reakcija RACEMIZACIJE, gdje će jedna L-aminokiselina da se racemizira u D-aminokiselinu. Piridoksal fosfat omogućava neke transformacije aminokiselina na α-ugljikovom atomu. Piridoksal fosfat generalno je vezan na enzim putem Schiffove baze. Reakcije otpočinju stvaranjem nove Schiffove baze (adimin) između α-amino grupe aminokiseline i PLP, koja supstituira vezu enzim-PLP. Prikazane su tri alternativne sudbine od koji svaka uključuje stvaranje karbaniona: (1) transaminacija, (2) racemizacija i (3) dekarboksilacija. Na kraju nastaju velike količine L-glutamata. Oksidativna deaminacija L-glutamata Amino grupe velikog broja α-aminokiselina sakupljaju se u jetri u obliku amino grupe L-glutamata. U hepatocitima, glutamat se iz citosola transportira u matrix mitohondrija, gdje podliježe oksidativnoj deaminaciji. Amino grupa sa L-glutamata uklanja se oksidativnom deaminacijom koju katalizira enzim L-glutamat dehidrogenaza, jedan od enzima u dijagnostici oboljenja jetre.

24

Na slici je predstavljen L-glutamat, koji se pod djelovanjem L-glutamat dehidrogenaze treba prevesti u α-ketoglutarat, i da se oslobode amonijumovi joni. Reakcija je potpuno reverzibilna,a reverzibilnost igra bitnu ulogu u slučajevima toksičnosti amonijaka. Kao koenzim sudjeluje NAD+ , koji će se reducirati u NADH. Glutamat dehidrogenaza je složen enzim, heksamer. Ima 6 identičnih podjedinica. I još nije pojašnjena regulacija njegove katalitičke aktivnosti. Za sad je poznato da je ADP alosterički aktivator ovog enzima, a GTP alosterički inhibitor. Istraživanja sa mutantnim oblicima ovog enzima sa izmjenom u mjestu koje služi za slosteričko vezivanje GTP , pokazala su da dolazi do povećanog stvaranja amonijaka zato što nema inhibicije enzima , i dolazi do simdroma koji se naziva hiperinzulinizam – hiperamonemija sindrom . Pored pretjeranog stvaranja amonijaka karakterizira ga

hipoglikemija. U navedenom poremećaju, bolesnici (obično djeca) reagiraju na konzumaciju proteina na način da dolazi do prekomjernog izlučivanja inzulina, što rezultira teškom hipoglikemijom, a često u smrću. Kako ide reakcija,u nju ulazi molekula vode. Sa vodom će prvo da se izdvoji NH4+, i da nastane IMIN C = NH . Zatim ide hidrolitičko cijepanje i oslobađanje alfa-ketoglutarata. NAD+ , koji sudjeluje kao oksidans u ovoj reakciji, prvo treba da izvrši oksidaciju na alfa-C atomu, i nastaje NADH + H+, kao i već pomenuti IMIN. Zatom ide hidrolitičko cijepanje,i ostatak reakcije. Nastali NH4+ jon ići će u CIKLUS UREE da bi se sintetizirao urin.

25

Amonijak, izuzev jetre, se može stvarati i u ekstrahepatičkim tkivma pri katabolizmu aminokiselina. Može se stvarati i metabolizmom purinskih nukleotida u mozgu, ... Amonijak putem krvi transportira glutamin Amonijak je toksičan za životinjska tkiva, i to je poznato generalno. Prije nego se iz ekstrahepatičkih tkiva isporuči u krv i transportira u jetru ili bubrege amonijak se prevodi u netoksičnu komponentu. Jedan od tih netoksičnih oblika je aminokiselina glutamin, a drugi oblik je aminokiselina alanin. Za ovaj transport se glutamat, koji je ključan u intracelularnom metabolizmu amino grupa, prevodi u glutamin. Djelovanjem enzima glutamin sintetaze, slobodni amonijak se vezuje sa glutamatom i nastaje glutamin. Glutamat je ovdje ključni netoksičan oblik zbog prethodno pomenutih reakcija transaminacije, gdje nastaju velike količine L-glutamata. Reakcija koju katalizira glutamin sitetaza odvija se u dva stupnja i zahtijeva utrošak ATP. Kao prvo, Glutamat reagira sa ATP uz nastajanje ADP i intermedijata γ-glutamilfosfata. Kao drugo, γ-glutamil fosfat reaguje sa amonijakom i nastaju glutamin i anorganski fosfat. Glutamin je netoksičan transportni oblik amonijaka; u krvi je normalno prisutan u mnogo većim koncentracijama u odnosu na druge aminokiseline. Glutamin služi kao izvor amino grupa u mnogim biosintetskim reakcijama.

26

Posmatramo ovaj dio reakcija. Imamo L-GLUTAMAT, i u reakciji koju katalizira glutamin sitetaza, u prvom stupnju doći će do aktivacije gama-karboksilne skupine glutamata, Sa ATPa se otcijepi anorganski P i nastaje ADP, i nastati će intermedijat γ-glutamilfosfat. Bitno je naglasiti da aktivirani oblik ima ponovo anhidridnu vezu. U drugom stupnju reakcije koju katalizira glutamin sintetaza, γ-glutamilfosfat će reagovati sa amonijumovim jonom, otcijepit će se fosfat, i nastati će L-GLUTAMIN koji ima amidnu umjesto karboksilne skupine. I glutamin će, kao netoksični transportni oblik amonijaka , iz ekstrahepatičkog tkiva se vratit nazad u jetru. Glutamin dospjeo u jetru se može koristiti i u jetri i u bubrezima. Glutamin koji je suvišak onog potrebnog za biosinteze transportira se u jetru i bubrege gdje se dalje procesira. U mitohondrijama jetre i bubrega, amidni nitrogen se oslobađa sa glutamina u obliku amonijaka. I jetra i bubrezi sadrže enzim koji se zove glutaminaza , koja će sa glutamina hidrolitički otcijepiti amonijev jon i prevesti ga u glutamat, a amonijev jon će se osloboditi. Otcijepljeni amonijev jon ide u sintezu uree. U jetri, ova reakcija je drugi izvor amonijaka iz koga će se sintetizirati urea.

27

Iz glutamata nastalog u reakciji koju katalizira glutaminaza, djelovanjem L-glutamat dehidrogenaze, oslobađa se amonijak i nastajaje α-ketoglutarat. U normalnim uslovima bubrezi preuzimaju malo glutamina iz krvi, ali u metaboličkoj acidozi procesiranje glutamina u bubrezima se povećava. Tj. u acidozi će bubrezi povećano preuzimati glutamin, NH4+ nastao u bubrezima, djelovanjem glutaminaze i glutamat dehidrogenaze, direktno se izlučuje u urin. U bubrezima NH4+ stvara soli sa metaboličkim kiselinama, što olakšava njihovo uklananje putem urina. Dekarboksilacijom α-ketoglutarata u citratnom ciklusu obezbjeđuje se bikarbonat koji služi kao pufer u krvnoj plazmi. Uzeti zajedno ovi efekti glutamina u bubrezima teže suzbiti acidozu. Alaninski ciklus - Alanin transportira netoksični oblik amonijaka iz mišića u jetru. Alanin služi kao nosač amonijaka i ugljikovog skeleta piruvata iz mišića u jetru. Amonijak se izlučuje, a piruvat se koristi za proizvodnju glukoze u procesima glukoneogeneze, koja se vraća u mišiće.

28

Slika: U samim mišićima iz mišićnih proteina oslobađaju se aminokiseline. Aminokiseline mogu dalje ići u puteve razgradnje, ali tu se neće osloboditi NH4 +, zato aminokiseline idu u reakcije TRANSAMINACIJE, pa nastaju velike količine L-Glutamata. Kod intenzivne mišićne vježbe povećano se troši glukoza kao gorivna supstanca, i glikolizom nastaje piruvat. Sada ide reakcija u kojoj će se alfa-amino skupina sa Glutamata prevesti na piruvat koji je nastao glikolizom, a reakciju katalizira enzim Alanin Aminotrasferaza. U mišićima se na ovaj način stvara aminokiselina alanin koja će se isporučiti u krv, i putem krvi će se transportovati u jetru. Kada smo tumačili glukoneogenezu, spomenuli smo da se alanin može prevesti u piruvat reakcijom transaminacije, a iz piruvata će ići reakcija glukoneogeneze. Amino skupina sa alanina se prenosi na alfa-ketoglutarat, nastaju piruvat i L-glutamat. Glutamat ide u reakciju glutamat dehidrogenaze, i otcijepit će se amonijeva skupina koja ide u sintezu uree, a iz piruvata ide glukoneogeneza, i ponovo se glukoza isporuči u krv. OVO JE SA PREZENTACIJE : U mišićima i nekim drugim tkivima u kojima se razgrađuju aminokiseline kao gorivne supstance, reakcijom transaminacije amino grupe se sabiru u obliku L-glutamata, reakcijom transaminacije. α-amino grupa L-glutamata se, reakcijom transaminacije, uz katalitičko djelovanje enzima alanin amino transferaze (ALT) prenosi na piruvat koji nastaje glikolizom. Nastali alanin prelazi u krv i dospijeva u jetru. U hepatocitima jetre, alani amino transferaza prenosi α-amino grupu sa piruvata na α-ketoglutarat. Nastali glutamat prelazi u mitohondrije gdje se reakcijom glutamat dehidrogenaze ozpušta NH4+ili može ići u reakciju transaminacije sa oksalacetatom pri čemu nastaje aspartat, donor drugog nitrogena za sintezu uree. Pri intenzivnoj kontrakciji, skeletni mišići djeluju anaerobno pri čemi iz glikolize nastaju piruvat i laktat, a razgradnjom proteina nastaje amonijak. Ovi produkti razgradnje moraju naći svoj put do jetre, gdje se piruvat i laktat ugrađuju u glukozu, koja se vraća u mišiće, a amonijak se prevodi u ureu koja se izlučuje.

29

Ciklus uree Amonijeva skupina koja je oslobođena treba da se prevede u netoksični spoj, a to je urea. Ciklus uree se odvija u jetri, i to u 2 ćelijska odjeljka: -otpočinje u mitohondrijama -nastavlja u citosol Ciklus uree otpočinje tako da se iz NH4+ i CO2 , uz utrošak energije u obliku ATPa, sintetizira spoj koji se zove KARBAMOIL-FOSFAT.

Tu reakciju katalizira enzim koji se zove karbamiol fosfat sintetaza I . Enzim je lociran u matrixu mihohondrija. Slika : Iz bikarbonata i ATPa će se u prvoj reakciji stvoriti MJEŠOVITI ANHIDRID FOSFATA I KARBONATNE KISELINE. Ta anhidridna veza će reagovati sa NH4+ i izdovaja se anorganski P, i nastaje spoj koji se zove KARBAMAT. On će se aktivirati sa ATPom, i nastaje KARBAMOIL-FOSFAT.

30

Dvije molekule ATPa koriste se za stvaranje jedne molekule karbamoil fosfata. Drugim riječima, ova reakcija ima dva aktivacijska stupnja. Na slici imamo aminokiseline koje će ići u reakciju TRANSAMINACIJE na čijem kraju se stvara aminokiselina glutamat. Glutamat se dalje transportuje u mitohondrije jetrenih ćelija, gdje može da ide u reakciju OKSIDATIVNE DEAMINACIJE koju katalizira glutamat dehidrogenaza, pri čemu će se glutamat prevesti u alfa-ketoglutarat, i otcijepit će se NH4+. Druga važna stvar što se dešava u mitohondrijama jetre bitna za sintezu uree je kada glutamat ide u reakciju transaminacije, koju katalizira aspartat aminotrasferaza. Kada se amino skupina prenese na oksalacetat, nastaje aminokiselina aspartat, koja je donor druge amino skupine pri sintezi uree. Dalje, na slici nam je prikazan glutamin kao netoksični transportni oblih NH4+, koji će se iz ekstrahepatičkih tkiva transportovati u jetru. U jetri će enzim glutaminaza cijepati glutamin tako da se NH4+ otcijepi, i nastaje glutamat, koji ide u reakciju glutamat dehidrogenaze. Tu se cijepa jos jedan NH4+. Sama sinteza otpočinje iz NH4+ i bikarbonatnog jona uz utrošak 2 molekule ATPa, u reakciji koju katalizira karbamoil-fosfat sintetaza 1. Karbamolil fosfat , nastao prethodnom reakcijom, će prenjeti karbamoilnu skupinu na L-Orinitin, u reakciji koju katalizira enzim koji se naziva orinitin-trans-karbamoilaza. Reakcija se i dalje odvija u mitohondrijama. Tom reakcijom nastaje Citrulin. Citrulin se iz matriksa mitohondrija transportuje u citosol, gdje će u reakciji koju katalizira enzim arginino-sukcinat sintetaza , iz citrulina i aminokiseline aspartata nastati arginino-sukcinat. Ta reakcija zahtijeva utrošak ATPa. Iz ATPa će se otcijepiti anorganski pirofosfat ( PPi ) koga će enzim pirofosfataza cijepati na 2 molekule anorganskog ortofosfata ( Pi ). Kada je nastao arginino-sukcinat, onda će enzim arginino-sukcinat liaza ili arginino-sukcinaza ( oba naziva se jednako koriste ), cijepati spoj na aminokiselinu arginin i fumarat. Zatim će enzim arginaza cijepati aminokiselinu arginin tako da otcijepi ureu, i ponovo nastaje L-orinitin. 4 energijom bogate veze se troše za sintezu uree. 3 idu direktno iz molekula ATPa, a jedna nastaje cijepanjem pirofosfata ( PPi ). Sinteza uree zahtijeva endergon proces. Sintetizirana urea se oslobađa u krv.

31

Stehiometrija sinteze uree: 2 NH4

+ + HCO3- + 3 ATP4- + H2O → urea + 2 ADP3- + AMP2- + 4Pi

2- + 5H+ Regulacija ciklusa uree Kada su u pitanju kraći vremenski intervali, tok kroz ciklus uree podešava se alosteričkom regulacijom. To su u suštini brze kontrole. Enzim ciklusa uree ,čija je funckija više izražena ,je : - Karbamoil fosfat sintetaza I Alosterički efektor koji aktivira ovaj enzim je N-acetilglutamat. Sintetizira se iz acetil-CoA i glutamata djelovanjem enzima N-acetilglutamat sintaze. Ova alosterička kontrola je još uvijek enigma za biohemiju. N-acetilglutamat sintaza katalizira prvi stupanj u de novo sintezi arginina iz glutamata u biljkama i mikroorganizmima.Sisari sadrže enzim N-acetilglutamat sintetazu u jetri, ali ne- nemaju druge enzima potrebne za prevođenje glutamata u arginin. U čovječijem organizmu se dešavaju samo polazne reakcije prevođenja glutamata u arginin, tj prvi stupanj, ostale ne zato što su tu potrebni enzimi kojima čovječiji organizam ne raspolaže.

32

Na slici to sve imamo prikazano reakcijom. Acetil-CoA i glutamat će u reakciji koju katalizira N-acetilglutamat sintaza dati N-acetilglutamat. Slika prikazuje da je N-acetilglutamat alosterički aktivator karbamoil-fosfat sintetaze I. Genetički defekti ciklusa uree Nasljedni poremećaji ciklusa uree uzrokuju hiperamonemiju i mogu voditi oštećenju mozga. Intoksikacija amonijakom se prvo manifestuje neurološkim poremećajima i oštećenjima mozga. Naravno, sama biohemijska osnova kako amonijak djeluje toksično na mozak nije potpuno pojašnjena. Sva dosadašnja istraživanja na tom područiju su dovela do saznanja da intoksikacija amonijakom dovodi do sniženja ATPa , pogotovo u mozgu. Sama intoksikacija amonijakom se odražava na sintezu nekih važnih neurotransmitera. Sama hiperamonemija znaći povišene nivoe amonijaka. U tom slučaju reakcija koju katalizira glutamat dehidrogenaza ide u suprotnom smjeru. Ide reakcija REDUKTIVNE AMINACIJE alfa-ketoglutarata u L-glutamat.

33

Sama reakcija je po prirodi reverzibilna. Zatim, glutamat se može prevesti djelovanjem glutamin sintetaze iz amonijaka i L-glutamata , i u mozgu će se povećano sintetizirati aminokiselina glutamin. Sinteza glutamina zahtijeva utrošak ATPa. Alfa-ketoglutarat, koji je intermedijer citratnog ciklusa, se troši u reakcijama sinteze glutamata u glutamin. Sinžavaju se njegovi nivoi, i time je pogođena sinteza ATPa zbog izostanka stvaranja koenzima. To utiče na mozak, zato što nema ATPa koji bi podržao moždane funkcije. GLUTAMAT je po prirodi važan neurotransmiter. Iz glutamata se sintetizira gama-amino-buterna kiselina. Samim tim, slučaju hiperamonemije poremećen je nivo i proizvodnja neurotransmitera. U slučaju genskih defekta sinteze uree i hiperamonemije, svi simptomi će se ispoljiti odmah po rođenju djeteta. Od simptoma najčešći su letargija i povremena povraćanja , i ako se ne primijeti na vrijeme , dijete može da padne u komu koja se može završiti letalnim ishodom. Najčešći defekti ciklusa uree: 1. Deficit karbamoil fosfat sintetaze I Time je pogođena sinteza uree. Ovo je težak genski defekt koji se manifestuje : - letargijom - konvulzijama - ranom smrću Približna incidenca na 100000 rođenja je <0,5 2. Argininosukcinatna acidemija Ima blaže manifestacije: - povraćanje - konvulzije Također je pogođena sitneza uree, ali je defektan enzim argininosukcinat liaza (argininosukcinaza). Ovaj enzim cijepa argininosukcinat na arginin i fumarat. Približna incidenca na 100000 rođenja je 1,5

34

3. Arginemija Ponovo se radi o genskom defektu ciklusa uree. Defektan je enzim arginaza. Arginaza u ciklusu uree cijepa arginin na amonijak i L-orinitin. Manifestuje se : - mentalnom retardacijom približna incidenca na 100000 rođenja je < 0,5 U slučaju hiperamonemije, prvo razmatramo tretman deficita karbamoil fosfat sintetaze I odnosno ornitin transkarbamoilaze( prenosi karbamoilni ostatak na orinitin pa će se sintetizirati citrulin ). Deficit karbamoil fosfat sintetaze I i ornitin transkarbamoilaze može se tretirati konzumiranjem dijete sa benzoatom i fenilacetatom. To su aromatski spojevi. U ovom slučaju nitrogen ( koji potiče iz amino skupine aminokiselina ) se izlučuje u obliku hipurata i fenilacetilglutamina . Pažljivo administriranje aromatskih aminokiselina benzoata i fenilacetata, u prehrani, pomaže sniženju nivoa amonijaka. Benzoat se aktivira, pa se prevodi u benzoil-CoA, koji se vezuje sa glicinom i nastaje hipurat. Hipurat će se izlučiti putem urina. Hipurat je sam po sebi netoksičan. Pri nastanku hipurata i benzoil-CoA, troši se aminokiselina glicin. U tom slučaju će enzim glicin sintaza katalizirati sintezu ove aminokiseline iz CO2 , amonijaka i 5,10 – Metilen-tetra-hidro-folata kao donora C1 jedinice. Za sintezu glicina troši se direktno amonijev jon, i to potpomaže sniženju nivoa amonijaka u organizmu. Kao drugo, fenilacetat vezuje se sa glutaminom pri čemu nastaje fenilacetilglutamin. Kada se doda fenil-acetat, on se aktivira i prelazi u fenilacetil-CoA i sa glutaminom gradi fenilacetilglutamin. Sinteza glutamina u reakciji koju katalizira glutamin sintetaza pomaže uklananju amonijaka. Hipurat i fenilacetilglutamin su netoksične supstance koje se izlučuju putem urina.

35

Slika: 1. Benzoat se aktivira sa ATP i prelazi u Benzoil-CoA, koji se kondenzira sa glicinom i prelazi u HIPURAT. 2. Fenilacetat se aktivira sa ATP i prelazi u Fenilacetil-CoA, koji sa glutaminom daje FENILACETILGLUTAMIN. Tretman u slučaju deficita enzima argininosukcinat liaze (argininosukcinaze) Ovaj defekt može se djelomično zaobići dijetom kojom je ograničen ukupni unos proteina i koja sadrži suvišak arginina. U slučaju ovog genskog defekta, ulogu iznošenja Nitrogena iz organizma, ureu zamjenjuje argininosukcinat. Pošto je argininosukcinat organski spoj, genski defekt će se nazivat argininosukcinat acidemija. Kada se sintetizira argininosukcinat, u taj spoj su ugrađeni Nitrogen koji potiče iz amonijum jona (reakcija glutamat dehidrogenaze) i Nitrogen koji će dati aminokiselina aspartat ( sinteza argininosukcinata ). Znači, mi faktički ovdje imamo genski defekt na enzimu argininosukcinazi ili argininosukcinat liazi. Tada će se nitrogen koji potiče iz amino skupina aminokiselina izlučivati u obliku argininosukcinata. Nitrogen koji potiče iz

36

amonijum jona ( reakcija glutamat dehidrogenaze ) i Nitrogen koji će dati aminokiselina aspartat ( sinteza argininosukcinata ) su već ugrađeni u argininosukcinat. Da bi to sve funkcioniralo, koristi se dijeta u kojoj će se davati aminokiselina ARGININ. Kada se doda arginin, onda će enzim arginaza katalizirati otcjepljenje uree, i ostati će orinitin. L-orinitin će ići u reakciju ORINITIN TRANSKARBMOILAZE sa karbamoil fosfatom, i ide sinteza citrulina. I reakcije će se odvijati do nastanka argininosukcinata koji zamjenjuje ureu, i potom se izlučuje. ( ovo je ponovila još nekih 5 puta uzastopno -.- ) Veze između ciklusa uree i citratnog ciklusa.

Slika: Oksalacetat je intermedijer CITRATNOG CIKLUSA. U reakciji transaminacije koju katalizira aspartat amino transferaza može prenosom alfa-amino grupe sa glutamata na oksalacetat, nastati ASPARTAT. Taj aspartat se isporučuje u citosol, gdje će u reakciji arginino-sukcinat sintetaze da nastane ARGININO-SUKCINAT. S druge strane, djelovanjem arginino-

37

sukcinat liaze sa arginino-sukcinata se otcjepljuje FUMARAT. Fumarat je također intermedijer CITRATNOG CIKLUSA. U citosolu su prisutni neki izo-enzimski oblici enzima koji su prisutni u mitohondrijama , i tu se fumarat može djelovanjem citosolne matal-dehidrogenaze reducirati u MALAT. Malat se ponovo može oksidirati djelovanjem mitohondrijalne malat dehidrogenaze u OKSALACETAT. Oni se mogu posebnim transportnim ( malat-aspartatni šant ) sistemom vratiti u mitohondrije. Može transaminacijom ponovo dati aspartat. To su INTERMEDIJERI CITRATNOG CIKLUSA, i ARGININO-SUKCINATNI ŠANT.

38

Katabolizam aminokiselina sa razgranatium lancima: leucina, izoleucina i valina Prvo moramo imati na umu da su sve 3 ove aminokiseline esencijalne. Visoko su zastupljene u proteinima. U prosjeku, njihova je zastupljenost oko 25%. I treće što moramo imati na umu je da se katabolizam aminokiselina primarno odvija u jetri. Ali, kada se radi o katabolizmu ovih aminokiselina, aminokiseline sa razgranatim lancima razgrađuju se u ekstrahepatičkim tkivima, prvenstveno mozgu, mišićima,adipoznom tkivu, bubrezima. Ova ekstrahepatička tkiva sadrže specifične aminotranferaze, koje nisu prisutne u jetri, a koje djeluju na aminokiseline sa razgranatim lancima. Aminokiseline sa razgranatim lancima daju - acetil-CoA, - acetoacetat ili - propionil-CoA.

Sada tumačimo stretegiju kako će otpočeti razgradnja aminokiselina. Otpočinje reakcijom TRANSAMINACIJE,a reakciju kataliziraju aminotransferaze koje imaju specifičnost ka aminokiselinama sa

39

razgranatim bočnim lancima. Tim reakcijama transaminacije, aminokiseline kao što su valin, izoleucin i leucin, biti će prevedene u odogvarajuće Alfa-keto kiseline. To su sada alfa-keto kiseline sa razgranatim lancima, i one će ići u reakcije OKSIDATIVNE DEKARBOKSILACIJE pri čemu će se prevesti u odgovarajuće Acil-CoA. Tu reakciju će izvesti kompleks dehidrogenaze alfa-keto kiselina razgranatih lanaca. Ovaj kompleks je analogan kompleksu piruvat dehidrogenaze i kompleksu alfa-ketoglutarat dehidrogenaze. Na ovo kompleksu postoji jedan genski defekt koji se naziva “urin javorv sirup” ili se još i naziva “ Ketoacidurija razgranatih lanaca “. Naziva se po specifičnom mirisu urina koji mu daje prisustvo alfa-keto kiselina razgranatih lanaca. Sa prezentacije: Razgradnja leucina, izoleucina i valina otpočinje reakcijom transaminacije, pri čemu se ove aminokiseline prevode u odgovarajuće α-keto kiseline. Transaminacijom nastale α-keto kiseline oksidativno se dekarboksiliraju. Kompleks dehidrogenza α-ketokiselina sa razgranatim lancima analog je kompleksa piruvat dehidrogenaza i kompleksa α-ketoglutarat dehidrogenaze. E3 komponente ovih kompleksa, koje regeneriraju oksidirani oblik lipoamida, su identične. Razgradnja LEUCINA Leucin se prvo transaminira u α-ketoizokaproat (njegova alfa-keto kise- lina), koji se oksidativno dekarboksilira u izovaleril-CoA (njegov acil-CoA ). ( neophodno je strukturno ovdje prikazati ). Izovaleril-CoA ide u reakciju dehidrogeniranja koju će izvršiti izovaleril-CoA dehidrogenaza, enzim koji je po prirodi flavoprotein, uvest će se dvostruka veza, i nastati će β-metilkrotonil-CoA. β-metilkrotonil-CoA će se karboksilirati uz utrošak ATPa djelovanjem β-metilkrotonil-CoA karboksilaze, i nastati će β-metilglutakonil-CoA. β-metilglutakonil-CoA će ući u reakciju hidratacije na dvostruku vezu, i nastati će 3-hidroksi-3-metilglutaril-CoA ( HMGCoA ). Njega smo imali u sintezi ketonskih tijela i biosintezi holesterola. Zatim dolazi do cijepanja 3-hidroksi-3-metilglutaril-CoA na Acetil-CoA i Acetoacetat.

40

Acetoacetat se može aktivirati u Acetoacetil-CoA. Pri tome, LEUCIN može dati: - Acetil-CoA - Acetoacetil-CoA PREMA TOME , LEUCIN JE KETOGENA AMINOKISELINA. Putevi razgradnje valina i izoleucina Putevi razgradnje valina i izoleucina slični su putu razgradnje leucina. Nakon transaminacije u odgovarajuće α-ketokiseline i njihove oksidativne dekarboksilacije na kompleksu dehidrogenaze α-keto kiselina sa razgranatim lancima, razgradnja se odvija reakcijama koje su slične onima pri oksidacijie masnih kielina. Razgradnjom izoleucina nastaju: -acetil-CoA i -propionil-CoA. PREMA TOME, IZOLEUCIN JE I GLUKOGENA I KETOGENA AMINOKSELINA. Zbog Acetil-CoA je ketogena,zato što se iz acetil-CoA mogu sintetizirati ketonska tijela ili masne kiseline, a zbog propionil-CoA glukogena. Prevođenjem propionil-CoA u sukcinil-CoA dobijemo intermedijer citratnog ciklusa koji će dati oksalacetat, a iz njega može da krene sinteza glukoze. Razgradnjom valina nastaju: -CO2 i -propionil-CoA. PREMA TOME, VALIN JE GLUKOGENA AMINOKISELINA. Kod osoba sa naslijeđenim genskim defektom na kompleksu dehidrogenaze α-keto kiselina sa razgranatim lancima javlja se poremećaj u metabolizmu – ketoacidurija razgranatih lanaca (javorov sirup urin). Ako nije liječeno, oboljenje dovodi do abnormalnog razvoja mozga, mentalne retardacije i smrti u ranoj životnoj dobi. Tretman uključuje strogu kontrolu prehrane, ograničen unos valina, izoleucina i leucina, na minimum koji je potreban za normalan rast. Ketoacudurija kod novorođenčadi se lako može otkriti screening-om urina sa 2,4-dinitro-fenil-hidratinom koji reagira sa alfa-keto kiselinama razgranatih lanaca,i stvara derivat 2,4-dinitro-fenil-hidrazon, a to se vidi po promjeni boje urina.

41

Kompleks DEHIDROGENAZE alfa-keto kiselina razgraniatih lanaca se regulira REVERZIBILNOM FOSFORILACIJOM. Tu fosforilaciju će izvršiti specifična protein kinaza. Fosforilirani kompleks je katalitički inaktivan. Uslovi u kojima će doći do fosforilacije zavise od unosa aminokiselina sa razgranatim lancima. Ako je putem hrane unesena količina aminokiselina koja ne prekoračuje potrebe za biosintezom proteina, ili nešto malo prekoračuje, onda će protein kinaza izvršiti fosforilaciju kompleksa. To znači da te aminokiseline neće ići u puteve razgradnje i biti će iskorištene za sintezu proteina. Ako se unesu u suvišku, kompleks neće biti fosforiliran, i sav višak će ići u puteve razgradnje.

42

Katabolički putevi fenilalanina i tirozina Razgradnjom aromatskih aminokiselina fenilalanina i tirozina nastaju acetoacetat i fumarat. TO ZNAČI DA SU OVE AMINOKISELINE I KETOGENE I GLUKOGENE. Za ispit: Kada kaže da se objasni zašto je neka aminokiselina glukogena ili

ketogena, to podrazumijeva da objasnimo prvo put razgradnje, ako je

nastao acetoacetat, da damo tumačenje, ako je nastao i fumarat, da i za

to znamo dati tumačenja.

U razgradnji aromatskih aminokiselina za cijepanje aromatskog prstena

koristi se molekulski kisik (O2).

Tumačenje puta razgradnje: ( 2 slike ispod ) Razgradnja fenilalanina otpočinje tako što će se fenialanin hidroksilirati u aminokiselinu tirozin. Tu reakciju katalizira enzim koji se zove fenilalanin hidroksilaza, a ova reakcija zahtijeva sudjelovanje: 1. molekulskog kisika ( O2 ) , pri čemu če nastati voda ( H2O ) ( monooksigenaza molekulskog tipa ) , jedan atom kisika ide u hidroksilnu skupinu na tirozinu, a drugi se pojavljuje u vodi 2. NADH + H+ , koji će se oksidirati u NAD+ 3. tetrahidrobiopterin , sudjeluje kao koenzim. U reakciji daje di-hidro-biopterin. Reducira se paralelno sa NADH, pomoću dihidrobiopterin reduktaze, i ponovo daje tetrahidrobiopterin. GENSKI DEFEKT na fenilalanin hidroksilazi dovodi do teškog oboljenja, genetski uvjetovanog, koji se naziva fenilketonurija. Aminokiselina tirozin ide u reakciju transaminacije koju katalizira enzim koji se zove tirozin aminotransferaza, i nastaje Para-hidroksi-fenil-piruvat. U reakciji se amino skupina prenese na Alfa-ketoglutarat, a iz njega nastaje glutamat. Sam enzim tirozon aminotransferaza je inducibilan enzim. Sintezu ovog enzima stimuliraju glukokortikoidi i dijetarni tirozin. Indukcija znači da se povišeno transkribira određeni gen i sintetizira enzim.

43

Sada će Para-Hidroksifenilpiruvat ići u reakciju koju katalizira para-hidroksifenilpiruvat dioksigenaza i ponovo u reakciji sudjeluje molekulski kisik O2 , izdvaja se CO2 i nastaje homogentizat. Kisik i dalje ostaje u molekuli homogentizata. Kada se izvrši dekarboksilacija i izdvoji CO2, jedan atom kisika će ostati u COO- skupini homogentizata , a drugi će biti uveden na aromatski prsten u obliku OH skupine. Homogentizat će dalje djelovanjem homogentizat 1,2-dioksigenaze prevesti u maleil-aceto-acetat. Reakcija koju katalizira homogentizat 1,2-dioksigenaza je veoma složena. U ovoj reakciji mora prvo doći do otvaranja aromatskog prstena da bi nastao maleilacetoacetat. GENSKI DEFEKT na ovom enzimu dovodi do nastanka Alkaptonurije. Djelovanjem maleilacetoacetat izomeraze, maleilacetoacetat izomerizira u fumarilacetoacetat. Dvostruka veza je prešla iz cis u trans položaj. Zatim će fumarilacetoacetat hidrolaza ili fumarilacetoacetaza cijepati fumarilacetoacetat na fumarat i acetoacetat. Fumarat je intermedijer citratnog ciklusa, i zbog njega je ovo glukogena aminokiselina. Acetoacetat se može aktivirati tako što će enzim 3-ketoacil-CoA transferaza prenjeti Koenzim A , sa sukcinil-CoA na acetoacetat, uz izdvajanje sukcinata, i nastaje acetoacetil-CoA.

44

45

p-Hidroksifenilpiruvat hidroksilaza, koja p-hidroksifenilpiruvat prevodi u homogentizinsku kiselinu, je dioksigenaza, jer se oba atoma O2 ugrađuju u proizvod, jedan na prsten, a drugi u karboksilnu grupu. Homogentizat oksidaza, koja homogentizat prevodi u 4-maleilacetoacetat je dioksigenaza. Fenilketonurija Uzrokuje je deficit enzima fenilalanin hidroksilaze, ili mnogo rjeđe njegovog kofaktora tetrahidrobiopterina. Oboljenje se nasljeđuje kao autosomno recesivno. Incidenca fenilketonurije je oko 1 na 20.000 novorođenčadi. Glavni put kojim se razgrađuje fenilalanin je da se prevede u tirozin. U slučaju ove bolesti blokiran je glavni put metaboliziranja fenilalanina. Pošto se ne može prevesti u tirozin, fenilalanin se akumulira u svim tjelesnim tečnostima. Nivo fenilalanina u krvi je 20 puta veći od normalnog.Zbog toga se fenilalanin počinje metabolizirati nekim sporednim putevima koji su kod zdravih osoba od malog značaja. Može nastati fenilpiruvat, fenillaktat, ... Visoki nivoi fenilalanina najviše pogađaju mozak. Dovode do teškog oblika mentalne retardacije. Neka istraživanja su pokazala da mozak osoba koji boluju od fenilketonurije ima manju masu od mozga osoba koje ne boluju od fenilketonurije.

46

Rana dijagnoza fenilketonurije je esencijalna i vrše se masovni programi skriniranja. Dijagnostički kriterijum kome se daje prednost je nivo fenilalanina u krvi. Prenatalna dijagnoza fenilketonurije, sa probama DNA, također je na raspolaganju jer je kloniran gen za enzim fenilalanin hidroksilazu i određena je tačna lokacija velikog broja mutacija na proteinu. Neke mutacije snižavaju aktivnost enzima, a druge dovode do sniženja nivoa enzima ( mutacije koje dovode do degradacije enzima, koja se barem jednim dijelom odvija na ubikvitin-proteasom putu, ukloni se dio sa proteasoma 26s). Veoma je važno odmah otkriti ovaj genskid defekt i pristupiti tretmanu sa određenom dijetom. To znaći konzumacija hrane siromašne fenilalaninom. Zbog toga se novorođenčetu prave hidrolizati proteina koji su siromašni fenilalaninom. Jedan takav je npr kazein prisutan u mlijeku. Istraživanja su pokazala da djeca na kojima se odmah primijenila ta terapija imaju IQ 93, a djeca kojoj se propustilo to odmah uraditi , već tek nakon 1 godine života, imaju IQ 53.

47

Visoki nivoi fenilalanina su štetni do 5-6 godine starosti. Danas je razvijena i prenatalna dijagnostika fenilketonurije. Kada imamo TIROZINEMIJU II postoji deficit aktivnosti enzima tirozin aminotransferaze . enzim induciraju glukokortikoidi i dijetarni enzim. Dolazi do akumulacije i izlučivanja tirozina i njegovih metabolita, i tirozinemija tipa 2 rezultira lezijama na očima, koži i mentalnom retardacijom. TIROZINEMIJA I se još naziva i HEPATORENALNA TIROZINEMIJA . Uzrokuje je genski defekt enzima fumarilacetoacetaze. Oboljenje je autosomalno recesivno i jako rijetko. Ovaj poremećaj se manifestuje oštečenjem jetre, poremećajem funkcije bubrežnih tubula, rahitisom i polineuropatijom. Zbog deficita enzima doći će do akumulacije maleilacetoacetata i fumarilacetoacetata. Oni su alkilirajući agensi i mogu dovesti do alkiliranja DNA.

48

KATABOLIZAM METIONINA Metionin se prvo prevodi u S-adenozilmetionin, koji gubi svoju metilnu (-CH3) grupu tako što je prihvataju akceptori. Nastaje S-adenozilhomocistein. S-adenozilmetionin je vrlo važan koenzim koji je donor metilnih skupina u biosintetskim putevima koji će voditi do alkiliranja supstrata. U ovom koenzimu metilna skupina je u visoko reaktivnom obliku. Hidrolizom S-adenozilhomocisteina nastaje homocistein. Homocistein reagira sa serinom u reakciji koju katalizira cistation β-sintaza, uz nastajanje cistationa. Djelovanjem enzima cistation γ-liaze, enzima koji sadrži piridoksal fosfat (PLP), uklanja se amonijak i nastaju cistein i α-ketobutirat.

Metionin će u reakciji sa ATP-om dati S-adenozilmetionin. Reakciju

će katalizirati enzim koji se naziva metionin-adenozil transferaza. Ovo je jedna od dvije reakcije gdje će sa ATP-a otcjepiti trifosfatna jedinica, koja će se potom u samom aktivnom mjestu enzima cijepati na anorganski pirofosfat i anorganski fosfat. Onda će pirofosfataza cijepati pirofosfat na dvije molekule anorganskog fosfata.

U samom mehanizmu reakcije, atom sumpora u bočnom lancu metionina, nukleofilno će napasti 5'ugljikov atom. Stvorit će se S-adenozil- metionin, a otcjepit će se trifosfatna jedinica, koja će se u aktivnom

49

mjestu enzima cijepati na anorganski pirofosfat i fosfat, i onda će na anorganskom fosfatu pirofosfataza cijepati pirofosfat na dvije molekule anorganskog fosfata.

Metilna skupina S-adenozilmetionina je visoko reaktivna zbog

prisustva sulfonijum jona. Na prethodnoj šemi možemo vidjeti neki opštom formulom prikazan supstrat, gdje će S-adenozilmetionin biti donor metilne skupine, pa će se supstrat metilirati, a S-adenozilmetionin će preći u spoj koji se naziva S-adenozilhomocistein. Sada će hidrolaza hidrolitički otcjepiti adenozin (adeozin je adenin na koji je β-glikozidno vezana riboza). Iz S-adenozilhomocisteina nastat će homocistein.

Nastali homocistein može ponovo da se prevede u metionin u

reakciji koju katalizira enzim metionin sintaza. Koenzim koji je donor metilne skupine u rekaciji metionin sintaze u čovječijem organizmu je metil kobalamin. Metil kobalamin će metilnu skupinu primiti sa N5-metil-tetrahidrofolata. Metil kobalamin će nastati tako što će kobalamin primiti metilnu skupinu sa N5-metil-tetrahidrofolata.

Ako nema vitamina B12 onda metil kobalamin nema kome da

preda svoju metilnu skupinu i folati ostaju zarobljeni u N5-metil-tetrahidrofolatima. Pošto je ta reakcija ireverzibilna, sad nestaju folati za druge oblike kao što su N10-formil-tetrahidrofolat, N5,N10-metil-tetrahidrofolat, koji sudjeluju u sintezi purinskih nukleotida, timidilata itd. Ono što je najosjetljivije na ovaj deficit su krvne ćelije koje se jako brzo obnavljaju i imaju ubrzan metabolički obrt i onda se javlja

perniciozna anemija.

50

Homocistein će sada da se kondenzuje sa aminokiselinom serinom,

pri čemu će nastati spoj koji se naziva cistation. Reakciju će katalizirati enzim koji se naziva cistation β-sintaza. Na ovom enzimu može da se nađe genski defekt pri čemu može nastati homocisteinurija ili homocisteinemija, što znači da na ovom enzimu imamo povišene nivoe homocisteina. Nastali cistation će, djelovanjem enzima cistation γ-liaza, da se cijepa na α-ketobutirat i aminokiselinu cistein. Cistein zatim ide svojim putem razgradnje pri čemu nastaju sulfatni anjoni.

51

Sada ćemo pratiti šta se dešava sa α-ketobutirata. On će ići u reakciju oksidativne dekarboksilacije na kompleksu koji katalizira dehidrogenaza α-ketokiselina, nakon čega će nastati propionil-CoA. Propionil-CoA se dalje treba dovesti do sukcinil- CoA, tako što će djelovati propionil-CoA karboksilaza pri čemu će nastati metilmalonil-CoA. Zatim će metilmalonil-CoA mutaza, koja kao koenzim zahtjeva vitamin B12, prevesti metilmalonil-CoA u sukcinil-CoA. Samim tim imamo intermedijer citratnog ciklusa koji može ići u glukoneogenezu.

52

Metilmalonilna acidemija: Izostankom aktivnosti enzima metilmalonil-CoA mutaze, usljed genskog defekta, blokirana je konverzija propionil-CoA u sukcinil-CoA. Zbog toga će doći do jakog sniženja pH ćelijske krvi (bit će na 7 umjesto na 7,4). Manifestuje se kao povraćanje, konvulzije, mentalna retardacija, rana smrt. Razgradnja cisteina će voditi do nastanka anorganskog sulfata. Iz tog sulfata nastat će jedan važan koenzim za reakcije sulfatacije i naziva se PAPS ili 3-fosfoadenozin 5-fosfosulfat i on je aktivirani donor sulfatnih skupina u reakcijama sulfatacije. Koenzimski oblik vitamina B12 koji sudjeluje u reakciji metilmalonil-CoA mutaze je 5'-deoksiadenozilkobalamin. Kada pogledamo strukturu kobalamina, ona je veoma komplikovana i ima prsten koji je sličan porfirinskom prstenu. U njegovom središtu nalazi se jon kobalta, koji može biti u različitim oksidacijskim stanjima. U kojem će oksidacijskom stanju biti zavisi od toga koja je skupina koordinativno vezana na šesto koordinacijsko mjesto. Ovaj prsten naziva se korinski prsten i on je u mnogo reduciranijem obliku od porfirinskog. Jon kobalta u središtu gradi 4 koordinativne veze sa atomima nitrogena u pirolovim prstenima ovog korinskog sistema. Petu vezu gradi sa atomom nitrogena u skupini koja se naziva dimetil-benzimidazol. Ovo je jedina poznata biomolekula u kojoj je metal (u ovom slučaju kobaltov jon) direktno vezan sa ugljikovima atomom. Poseban je zbog toga što na šesto koordinativno mjesto mogu biti vezane CN-, -CH3, OH- ili 5'-deoksiadenozilne jedinice. Oksidacijski stupanj kobalta u kobalaminu može biti +1, +2 ili +3. Kada nastaje 5'-deoksiadenozilkobalamin, ponovo kobaltov jon napada 5' ugljikov atom ATP-a, pri čemu on mijenja trifosfatnu jedinicu pa nastaje 5'deoksiadenozilkobalamin. Ovu reakciju karakterizira prisustvo ugljik-metal veze i to je jedini poznati slučaj kada se radi o biomolekuli.

Perniciozna anemija Kod perniciozne anemije poremećena je apsorpcija kobalamina u intestinumu. Životinje i biljke ne mogu sintetizirati kobalamin i ovaj vitamin jedinstven je po tome što ga sintetiziraju mikroorganizmi, prvenstveno anaerobne bakterije. Za apsorpciju je posebno važan 59 kDa protein koji se sintetizira u želucu i naziva se intrizni faktor (IF). Intrizni faktor vezuje kobalamin u

53

lumenu intestinuma pri čemu će nastati kompleks kobalamin intrizni faktor. U ovom kompleksu intrizni faktor je zaštićen od proteolitičke razgradnje digestivnih enzima koji su prisutni u intestinumu. Kompleks kobalamin intrizni faktor će prihvatati specifični receptor prisutan u sloju koji okružuje ileum. Nakon toga kobalamin će se otpustiti sa intriznog faktora i sa suprotne strane plazma membrane i isporučiti u krvotok gdje će se vezati na protein krvne plazme koji se naziva transkobalamin II. Istraživanja su pokazala da ovaj intrizni faktor i transkobalamin II sadrže homologne domene na koje se vezuje kobalamin. Vezanje sa kobalaminom omogućava mu da se unese u jetru, hematopoetski sistem i druge ćelije, procesom endocitoze uz posredovanje receptora. Pernicioznu anemiju uzrokuje deficit intriznog faktora i taj deficit dovodi do poremećaja apsorpcije kobalamina. Onda su poremećene sinteze purinskih neukleotida i deoksitimidilata koje zavise od kobalamina. Na deficit kobalamina posebno je vulnerabilan hematopoetski sistem, jer krvne ćelije imaju najbrži obrt. U slučaju perniciozne anemije, patologija uključuje smanjenu proizvodnju eritrocita, snižen nivo hemoglobina i jako progresivno oštećenje CNS-a. Kod perniciozne anemije glavnina tetrahidrofolata kojima organizam raspolaže, ostaje zarobljena u obliku N5-metiltetrahidrofolata. Zbog toga redukcija N5,N10 je ireverzibilna, te ostaju zarobljeni. Tetrahidrofolati se normalno regeneriraju tako što će N5-metiltetrahidrofolat predati metilnu skupinu kobalaminu, pa će onda biti na raspolaganju tetrahidrofolati za druge C1 jedinice, dok u ovom slučaju one ostaju zarobljene, pa je tako najviše pogođena sinteza purinskih nukleotida i deoksitimidilata, a samim tim i sinteza DNA.

54

KATABOLIZAM TRIPTOFANA

Triptofan je važan iz više razloga. Jedan od razloga je što će iz puta razgradnje triptofana voditi put nastajanja nikotinamid dinukleotida. Ako postoji neki adekvatan unos triptofana putem hrane, dio NAD+ će se obezbjediti iz njegovog metaboliziranja. Otprilike 50% te količine, ako je snadbjevanje triptofanom putem hrane adekvatno, inače se mora unositi nijacin nikotinska kiselina. Proteini sadrže malo triptofana, pa se u organizam unosi malo ove esencijalne aminokiseline i malo je se razgrađuje. Metabolizam triptofana ima više tačaka grananja. Neki od intermedijata katabolizma triptofana su prekursori za sintezu drugih molekula, uključujući i nikotinat mononukleotid, prekursor za NAD+ i NADP+, i serotonin, neuotransmiter kod kičmenjaka.

Razgradnja triptofana otpočinje djelovanjem enzima triptofan 2,3-

dioksigenaze. Ovaj enzim će otvoriti petočlani prsten na triptofanu pri čemu će nastati spoj koji se naziva N-formil-kinurenin. Kada je u pitanju triptofan 2,3-dioksigenaza to je inducibilan enzim, što znači da transkripciju i sintezu njegovih gena induciraju glukokortikoidi, glukagon i sam triptofan. U drugm stupnju reakcije, sa N-formil-kinurenina se u rekaciji koja zahtjeva sudjelovanje vode, otcjepljuje formiat i nastaje spoj koji se naziva kinurenin. Reakciju će kataizirati enzim koji se naziva kinurenin boramidaza.

55

Kinurenin ide u reakciju hidroksilacije koju katalizira jedna monooksigenaza i naziva se kinurenin hidroksilaza. Ovaj enzim je monooksigenaza jer se na supstrat uvodi jedna hidroksilna skupina pa iz ovog molekulskog kisika drugi atom kisika se javlja u vodi. Reducens koji se koristi je NADPH i pri tome će nastati spoj koji se naziva 3-hidroksi kinurenin. On će djelovanjem enzima koji se naziva kinureninaza, a čija prostetska skupina je piridoksal fosfat, otcjepit će se alanin i nastat će spoj koji se naziva 3-hidroksi antalinat. Otcjepljeni alanin može da ide u transaminaciju pri čemu će nastati piruvat koji može da ide u oksidativnu dekarboksilaciju gdje nastaje acetil-CoA ili u karboksilaciju pa da nastane oksal acetat. To je jedini razlog kasnije kada se dovede do kraja razgradnja triptofana zbog kojeg će nastati dvije molekule acetil-CoA. Ovdje može nastati ili acetil-CoA ili oksal acetat, te ona onda nije isključivo ketogena, nego je i glukogena aminokiselina. Kada je nastao 3-hidroksi antanilat on će djelovanjem jedne dioksigenaze, u reakciji u kojoj sudjeluje molekulski kisik, prevesti u spoj koji se naziva semialdehid 2-amino 3-karboksi mukonska kiselina. Ovaj spoj predstavlja važnu tačku grananja u metabolizmu triptofana. Na putu potpune razgradnje semialdehid 2-amino 3-karboksi mukonska kiselina djelovanjem enzima koji se naziva piktolinat karboksilaza, u reakciji u kojoj će se izdvojiti CO2, prevesti u semialdehid 2-amino mukonsku kiselinu. Iz ovog semialdehida 2-amino mukonske kiseline može spontano, neenzimskom reakcijom da nastane pikolinat. Ova reakcija kojom će se semialdehid 2-amino 3-karboksi mukonska kiselina prevesti u semialdehid 2-amino mukonsku kiselinu je obrat reakcije pa se naziva pikolinat karboksilaza. Enzim je nazvan po obratu reakcije. U glavnom putu razgradnje će enzim aldehid dehidrogenaza izvšiti oksidaciju semialdehid 2-amino mukonske kiseline u 2-amino mukonat. Tu imamo aldehidnu skupinu koja će se oksidirati u karboksilnu. Sada 2-amino mukonska kiselina treba da se deaminira, sa nje treba da se ukloni amino skupina. Deaminacijom 2-amino mukonske kiseline sada će nastati α-keto adipinska kiselina. α-keto adipinska kiselina će sada ići u reakciju

56

oksidativne dekarboksilacije pri čemu će nastati glutaril-CoA. Glutaril-CoA će se u 4 stupnja prevesti u 2 molekule acetil-CoA. Prvo će nastati acetoacetil-CoA i onda iz njega 2 molekule acetil-CoA. Prema tome kada se razgrađuje triptofan mogu nastati ili 3 molekule acetil-CoA ili 2 molekule acetil-CoA i jedna molekule oksal acetata. Sada gledamo onaj put razgradnje koji će voditi nastanku nikotinat mononukleotida. Semialdehid 2-amino 3-karboksi mukonska kiselina je tačka grananja od koje odvodi put ka sintezi nikotinat mononukleotida. Prvo će semialdehid 2-amino 3-karboksi mukonske kiseline spontano neenzimskom reakcijom da se prevede u kinolinat. Enzim koji se naziva kinolinat fosforibozil transferaza će da prenese fosforibozilnu skupinu i nastat će nikotinat mononukleotid. Tu fosforibozilnu skupinu prenosi sa spoja koji se naziva fosforibozil pirofosfat pri čemu će se otcjepiti anorganski pirofosfat . Ono što je važno u ovoj reakciji koju katalizira kinolinat fosforibozil transferaza je to što će se izdvojiti CO2, pa je onda nastao nikotinat mononukleotid.

Triptofan je prekursor otprilike 50% tjelesnih piridinskih nukleotida. Prvi stupanj u sintezi NAD+ je stvaranje nikotinat nukleotida. Sa ATP-a će se na nikotinat i ribonukleotid prenijeti AMP-tni dio pri čemu će doći do otcjepljenja anorganskog pirofosfata i nastat će spoj koji se naziva dezamido NAD+. Razlika je u tome što imamo karboksilnu a treba nam amidna skupina. U finalnom stupnju prenosi se amidna grupa sa glutamina na karboksilnu skupinu nikotinata i nastat će NAD+, a oslobodit će se glutamat. NADP se dobija iz NAD+ fosforilacijom 2'-hidroksilne grupe na adenin riboznom dijelu. Fosforilacija se vrši prenosom fosfatne grupe sa ATP-a koju katalizira enzim NAD+ kinaza.

Čovjek može sintetizirati dovoljne količine nikotinata ukoliko je

snadbjevanje dijetarnim triptofanom adekvatno. Ako je dijetarni unos triptofana nizak potrebno je unositi nijacin putem prehrane. Dijetarni deficit triptofana ili samog nijacina uzrokuje nastanak pelagre. Pelagra je specijalni dermatitis sa smeđim oboljenjem kože, praćen proljevima i demencijom. Pošto estrogeni blokiraju kinurenin hidroksilazu žene su mnogo osjetljivije na pelagru.

57

Rekli smo da je u jednoj reakciji u metabolizmu triptofana potreban je vitamin B6, a to je reakciju koju katalizira kinureninaza. Nedostatak vitamina B6 može dovesti do smanjenja sinteze NAD i NADP i to je posljedica neadekvatnog prevođenja triptofana u nikotinsku kiselinu. Prevođenje je neadekvatno zato što je smanjena aktivnost enzima kinureninaze i ona treba piridoksal fosfat kao prostetsku skupinu. U tom slučaju dolazi do povećanog izlučivanja saturenske kiseline putem urina i javlja se osip sličan pelagri. Kada postoji sumnja na defcit vitamina B6 radi se test opterećenja triptofanom.

58

SINTEZA BIOGENIH AMINA Sinteza serotonina otpočinje tako što će prvo da ide hidroksilacija triptofana djelovanjem triptofan hidroksilaze, taj enzim je inače monooksigenaza,pri čemu će nastati 5-hidroksitriptofan. Reakcija hidroksilacije zahtijeva sudjelovanje molekulskog kisika , jedan od atoma kisika će završiti u hidroksilnoj skupini , drugi će u molekuli vode, a kao koenzim u ovoj reakciji hidroksilacije sudjeluje tetrahidrobiopterin koji će se pri tome reducirati u dihidrobiopterin. Zatim ide reakcija dekarboksilacije 5-hidroksitriptofana , pri ćemu će nastati 5-hidroksitriptamin, tj serotonin. Reakciju će katalizirati enzim dekarboksilaza aromatskih aminokiselina, a enzim kao prostetsku skupinu sadrži piridoksal fosfat ( PLP ). Do dekarboksilacije dolazi na Alfa-ugljikovom atomu, i izdvaja se molekula CO2. Za serotonin je već poznato da je neurotransmiter u centralnom nervnom sistemu. On uzrokuje kontrakciju glatkih mišića, arteriola i bronhija, djeluje vazokonstriktorno, i pri zgrušavanju krvi iz trombocita prelazi u krvnu plazmu. Nalazi se u sluzokoži crijeva gdje pobuđuje peristaltiku.

59

Aminokiselina se dekarboksilacijom prevode u biogene amine, i veliki broj neurotransmitera su primarni ili sekundarni amini koji uglavnom nastaju jednostavnim reakcijama iz aminokiselina. Reakcija dekarboksilacije je također veoma važna u biosintezi poliamina ( putrescin, spermin, spermidin, ... ) i ti poliamini sudjeluju u pakovanju DNA. Imaju važnu ulogu u kontroli diferencijacije i rasta, grade komplekse sa DNA, i vode porijeklo od orinitina, aminokiseline koja je intermedijer ciklusa uree, i aminokiseline metionina. U biosintetskim putevima ovih spojeva odvija se reakcija dekarboksilacije aminokiselina, i pored reakcije transaminacije, to je druga reakcija koja zavisi od piridoksal fosfata ( PLP ).

60

Melatonin je hormon epifize koji reguliše dnevno/noćni ritam. Sintetizira se uglavnom u tami. Metionin se zove još i N-acetil-5-metoksi-triptamin. Njegova biosinteza otpočinje iz aminokiseline triptofana, koji će se normalno hidroksilirati u 5-hidroksitriptofan, što smo već objasnili. 5-hidroksitriptofan će se zatim dekarboksilirati istim načinom u 5-hidroksitriptamin, tj serotonin. OH skupina serotonina prelazi u metoksi skupinu ( CH3-O ) koja je na položaju 5, i dolazi do acetiliranja amino skupine. Znači. Iz serotonina nastaje metionin metiliranjem OH skupine,i acetiliranjem amino skupine. Acetiltransferaza potrebna za sintezu melatonina se već nalazi u epifizi, a ima je i u retini.

61

Iz TIROZINA nastaju kateholamini: adrenalin, noradrenalin i dopamin. Nivo kateholamina korelira sa krvnim tlakom. Neurološki poremećaj poznat kao Parkinsonova bolest vezan je za prenisku proizvodnju dopamina, i liječi se propisivanjem L-dopa. S druge strane, prekomjerna proizvodnja dopamina je vezana za neke psihološke poremećaje kao što je šizofrenija. Sinteza kateholamina otpočinje iz aminokiseline tirozina, i prvo će doći do hidroksilacije tirozina, pri čemu će nastati dopa. Reakciju katalizira enzim tirozin hidroksilaza, i ponovo u reakciji hidroksilacije sudjeluje molekulski kisik i nastaje voda, a od koenzima sudjeluje tetrahidrobiopterin koji se reducira u dihidrobiopterin. Dopa zatim ide u reakciju dekarboksilacije, koju katalizira enzim koji se naziva dekarboksilaza aromatskih aminokiselina, koji kao prostetsku skupinu sadrži PLP, a izdvaja se CO2. Tom reakcijom nastaje dopamin. Daljom sintezom dopamina nastaje noradrenalin ( norepinefrin ). Prvo ide hidroksilacija dopamina koju katalizira enzim dopamin beta-hidroksilaza. U reakciji hidroksilacije sudjeluje molekulski kisik i nastaje voda. Ono što je za ovu reakciju karakteristično, je da u njoj sudjeluje askorbat i vitamin C, koji će se prevesti u dihidroaskorbat. Iz nastalog noradrenalina će se sintetizirati adrenalin ( epinefrin ) metiliranjem , a reakciju će katalizirati enzim fenil-etanol-amin-N-metil-transferaza. Donor koenzima u biosintetskim reakcijama metiliranja je S-adenozil metionin, koji prelazi u Adenozil-homo-cistein, i nastaje adrenalin. Stupanj transkripcije enzima fenil-etanol-amin-N-metil-transferaza je pod kontrolom glukokortikoida. Kortizol koji se sintetizira u nadbubrežnoj žlijezdi povećava stupanj ekspresije ovog enzima. Tu imamo karakterističan primjer sudjelovanja kore i srži nadbubrežne žlijezde kao odgovor na stres. Još jedna reakcija dekarboksilacije se javlja u sintezi Gama-aminobuterne kiseline ( GABA ) koja je inhibitorni neurotransmiter. GABA se sintetizira dekarboksilacijom glutamata. Smanjena sinteza GABA je vezana za epileptičke napade, zbog toga se analozi GABA koriste u tretmanima epilepsije i hipertenzije. Nivoi GABA se mogu povećati administriranjem supstanci koji inhibiraju funkciju enzima koji razgrađuju GABA. Jedan od tih enzima je GABA aminotransferaza. Biosinteza GABA je veoma jednostavna. Polazna supstanca je glutamat, i na njega djeluje enzim

62

glutamat dekarboksilaza, koja kao prostetsku skupinu sadrži PLP, i izdvaja se molekula CO2. Uklanja se alfa amino skupina, i sintetizira se GABA.

Histamin se sintetizira dekarboksilacijom histidina, pod djelovanjem enzima histidin dekarboksilaza, koji kao prostetsku skupinu sadrži PLP, a u reakciji se izdvaja molekula CO2. Histamin je važan vazodilatator. U velikim količinama se otpušta tokom alergijskog odgovora, i stimulira lučenje HCl-a u želucu tako što se veže na receptore koji se nalaze na parietalnim ćelijama mukoze želuca. Poliamini spermin i spermidin služe za pakovanje DNA, i uključeni su u diferencijaciju i kontrolu rasta. Potiču , tj sintetiziraju se iz aminokiseline metionina i orinitina. Enzim orinitin dekarboksilaza je jedan protein po prirodi koji ima veoma kratko vrijeme poluživota, oko nekih 11 min. To je enzim koji sadrži PLP. Djelovanjem orinitin dekarboksilaze, iz orinitina će

63

prvo nastati putrescin. Enzim orinitin dekarboksilaza je meta nekoliko snažnih inhibitora koji se koriste kao farmaceutici. Metionin u reakciji sa ATPom daje S-adenozil-metionin, a on će ići u reakciju dekarboksilacije. Tu reakciju katalizira dekarboksilaza S-adenozilmetionina, gdje se otcijepi COO- skupina u vidu CO2, i nastati će spoj koji je označen kao dekarboksilirani S-adenozilmetionin. Taj isti dekarboksilirani S-adenozilmetionin je donor poliamino skupina u reakcijama sinteze. Sad gledamo sljedeće kada je iz orinitina nastao putrescin, a iz metionina dekarboksilirani S-adenozilmetionin, onda će enzim propilaminotransferaza I katalizirati prenos amino-propilne skupine na putrescin, i pri tome će se sintetizirati spermidin, a oslobodit će se metil-adenozin. Zatim će enzim propilaminotransferaza II katalizirati prenos još jedne amino-propilne skupine sa dekarboksiliranogi S-adenozilmetionina na spermidin ,pa će se sintetizirati spermin.

64

HORMONI Višećelijski organizmi moraju uskladiti rast i djelovanje svojih organa, tkiva i ćelija, i u tu svrhu evolucijski su se razvila dva sistema : nervni sistem i hormonski sistem. Nervna povezanost u suštini služi za brzi prenos vanjskih informacija, koje se provode brzinom mjerenom u sekundama i kraće, i posreduju u prenosu vanjskih podražaja na unutrašnjost organizma. Humoralna povezanost ( lat. Humor, tečnost ) preko hormona je mnogo sporija i sprovodi se brzinom koja se mjeri u minutama, satima ili duže, i humoralna povezanost služi u uspostavi određenih uslova u tijelu, odnosno konkretno nekom organizmu. Nervni i hormonski sistem su evolucijski jako srodni, i predpostavlja se da su se oba razvili iz iste preteče, i zbog toga su međusobno višestruko povezani. Definicija hormona: Hormoni su hemijske signalne supstance , ili hemijski glasnici, koij koordiniraju aktivnosti različitih ćelija u višećelijskim organizmima. Danas se pojam hormon odnosi na svaku supstancu u organizmu koja u sebi nosi signal koji može pokrenuti neki tip promjena na ćelijskom nivou. Pojam hormon su uveli Edwards i Sterling da bi opisali djelovanje sekretina kojeg luče S ćelije intestinuma. Riječ „hormon“ kao zajednički naziv za sve hemijske signalne supstance je uveo Sterling 1905god. PODJELA HORMONA 1. PREMA MJESTU NASTANKA I NAČINU DJELOVANJA NA CILJNE ORGANE: a) Neurosekrecijski hormoni, koji se stvaraju i izlučuju iz neurosekrecijskih nervnih ćelija , i do ciljnih organa često dospijevaju skraćenim krvotokom ( npr. Releasing i inhibiting hormoni ).

65

b) Glandularni ( endokrini ) hormoni, koji nastaju u određenim žlijezdama i ulaze u krvotok. Glandularni ili endokrini hormoni su klasa hormona koji potiču iz jednog tkiva, ili žlijezde, a koji do ciljnih ćelija koji sadrže za dati hormon specifični receptor, i dospijevaju putem cirkulacije. Do svojih ciljnih mjesta dospijevaju prelazeći velika rastojanja, što ih čini jako stabilnim hormonima. 2.PREMA TIPU DJELOVANJA U ORGANIZMU DIJELE SE NA : a) Adenotropni hormoni, to su hormoni koji kontroliraju druge endokrine žlijezde, i kontroliraju proizvodnju i izlučivanje iz tih hormona(npr.tireostimulirajći hormon TSH, folikostimulirajući hormon FSH, ... ). b) Hormoni koji djeluju periferno ( npr. Inzulin, glukagon, ... ). 3. AGLANDULARNI HORMONI: a) Ne stvaraju se u nekim specijaliziranim tkivima ili žlijezdama, nego u specifičnim ćelijama koje mogu biti rasprostranjene u više tkiva, i oni se nazivaju tkivnim hormonima. Do svojih ciljnih mjesta dospijevaju difuzijom u intersticijskom prostoru , i to se naziva parakrini mehanizam hormonske regulacije. 4. MEDIJATORSKE SUPSTANCE: Medijatori su hormonima slični spojevi koji se stvaraju unutar mnogih ćelija koje ih izlučuju,ali djeluju samo lokalno jer se veoma brzo razgrađuju. Medijatori difundiraju unutar tkiva i utiču na susjedne ćelije (npr. Prostaglandini i histamin ). 5. PREMA NAČINU NA KOJI DOSPIJEVAJU OD MJESTA OTPUŠTANJA DO CILJNOG MJESTA DJELOVANJA, I PREMA RADIUSU UDALJENOSTI TAČKE OD MJESTA IZLUČIVANJA DO MJESTA DJELOVANJA DIJELE SE NA: a) Endokrine b) Autokrine, djeluju na čelije koje su ih izlučile. c) Parakrine 6. PODJELA HORMONA NA OSNOVU HEMIJSKE PRIRODE: a) hormoni koji su po prirodi Peptidi, proteini ili glikoproteini b) hormoni koji su po hemijskoj strukturi derivati aminokiselina c) steroidni hormoni

66

d) prostaglandini, koji zapravo i nisu pravi hormoni, već važni biološki i fiziološki medijatori. 7. NA OSNOVU BIOHEMIJSKIH EFEKATA KOJI IZAZIVAJU, HORMONI SE DIJELE NA: a) hormone koji mijenjaju brzinu sinteze enzima i drugih regulacijskih proteina- to su hormoni koji djeluju na nivou ekspresije gena. Znači, prvenstveno transkripcija uključujući i translaciju. b) hormone koji mijenjaju brzinu enzimske katalize – to su hormoni koji mijenjaju katalitičku aktivnost u ćeliji već postojećih enzima. Tu imamo reverzibilne fosforilacije, aktivacije i inhibicije enzimskih aktivnosti. c) hormone koji mijenjaju propustljivost bioloških membrana – tu spada interakcija hormon-receptor, što u nekim slučajevima dovodi do otvaranja jonskih kanala , aktivacije protein-kinaza, ... Biosinteza hormona Hormoni koji su po svojoj prirodi peptidni hormoni i koji su proteohormoni, znači koji su polipeptidne prirode, nastaju prema principu biosinteze proteina,kao duži polipeptidni lanci. Oni se nazivaju pre-pro-hormoni ( Preprohormoni ). Sinteza svih proteina otpočinje u citosolu. Proteini koji se trebaju izlučiti iz ćelije moraju ući u sekretorni put proteina. Taj put podrazumijeva da , kad otpočne sinteza , da se na N terminalnom ( N terminalni kraj označava „pre“ iz preprohormona ) kraju sintetizira signalni peptid preko čega će se peptidni lanac usmjeriti na receptor na endoplazmatskom retikulumu, i tu će se nastaviti sinteza. Tada se vrši tanslokacija u lumen ER. Otcjepljenjem signalnog peptida nastaje Prohormon ( prekursorski oblik koji je mnogo veći polipeptidni lanac ). Dalje , intracelularnim usmjeravanjem proteina, iz ER će protein uz određene modifikacije , vezikularnim transportom preko Golđijevog kompleksa deponovati u sekrecijskim granulama. Kasnije će se egzocitozom izlučiti ako ta ćelija bude stimulirana ili hormonski ili neuralno. Tu sudjeluju i Ca2+ joni.

67

Imamo 3 principa stvaranja hormona: 1. U prvom principu jedan gen istovremeno kodira više polipetidnih hormona. To znači da jedan gen nosi informacije za stvaranje više hormona. Produkt ekspresije takvog gena mora biti mnogo veći polipetid, iz koga se kasnije specifičnim proteolitičkim cijepanjima oslobađaju funkcionalni hormoni. Npr. Gen za proopiomelanokortin. 2. Drugi princip je da jedan gen kodira višestruke kopije jednog hormona. To znači da se u jednom genu nalazi više kopija za isti hormon. Mora se sintetizirati polipeptid koji će se cijepati na nekoliko molekula istog hormona. 3. Treći princip je da jedan gen kodira samo jedan hormon. Bilo koji princip da je zastupljen, slijed događaja je sljedeći :

Sa STEROIDNIM HORMONIMA je drugi slučaj. Oni se sintetiziraju iz sterola i ne nakupljaju se u ćelijama u vidu granula, već se odmah po sintezi otpuštaju u krvotok. CILJNI ORGANI I RECEPTORI HORMONA Hormoni djeluju tkivno specifično. To znači da će jedan hormon djelovati na tačno određene organe i tkiva. Uslov da neki hormon djeluje na određeni organ ili tkivo, je da taj organ/tkivo ima specifičan receptor za dati hormon. Hormonski receptor je po svojoj prirodi protein koji veže hormone, i posreduje u njihovom djelovanju. Svaki hormon ima svoj receptor. Vezivanje hormona na receptor se odlikuje : 1. visokom specifičnošću- između hormona i receptora mora postojati visoka stereospecifičnost da bi se na receptor mogao vezati tačno odgovarajući hormon. 2. visokim afinitetom – mora postojati visok afinitet između hormona i receptora da bi se oni mogli čvrsto vezati, a to definišemo konstantama

68

afiniteta. Konstanta afiniteta se kreće od veličina 109 do 1011 mol-1, što podrazumijeva da se hormon na receptor vezuje veoma čvrsto. To je konstanta za disocijaciju hormona od receptora. 3. niskim kapacitetom – nizak kapacitet označava mali broj receptora , i tu se hormonski signali moraju posebno amplificirati. Receptori za steroidne hormone i hormone štitnjače locirani su intracelularno u citosolu, odnosno u nukleusu. Receptori za hormone koji su polipeptidi, peptidi i kateholamini locirani su na plazma membrani ćelije. Samim tim i mehanizmi djelovanja ovih hormona su potpuno različiti. Receptori na plazma membrani funkcioniraju na sljedeći način: Prvi put transdukcije imamo kada vezivanje hormona na specifični receptor indukuje aktiviranje G proteina koji će pokrenuti adenilat ciklazu, koja će sintetisati cAMP ( kao drugi glasnik ), a on će mijenati aktivnost u ćeliji već postojećeg enzima. Drugi put transdukcije imamo djelovanjem preko drugog glasnika. To su brze hormonske regulacije. Steroidni hormoni štitnjače djeluju na nivou transkripcije gena, i to su sporije hormonske regulacije. Steroidni hormoni imaju receptore koji su intracelularno .Ovi hormoni su liposolubilni, difunduju kroz citoplazmatsku membranu pa citoplazmu, i vezuju se za svoje specifične receptore na nukleusu. Zatim se vezuju na specifična mjesta DNA gdje će mijenjati transkripciju specifičnih gena, i to dovodi do izmijenjene količine novosintetiziranih proteina. Znači, steroidni hormoni primarno djeluju na kontrolu aktivnosti i transkripcije specifičnih gena. Steroidni hormoni u ciljnim tkivima pokreću procese čiji maksimalan odgovor slijedi nakon nekoliko sati ili čak nekoliko dana. Taj proces je spor zato što moraju proći sve transkripcije, translacije, regulacije, itd.. da bi došlo do nekih promjena. Sporodjelujući hormoni mijenjaju ekspresiju gena što rezultira povećanom ili smanjenom količinom proteina. Time se mijenja nivo proteina, i ubrzavaju/usporavaju određeni procesi u ćeliji.

69

Hormoni koji djeluju preko receptora lociranih na plazma membrani djeluju preko drugog glasnika interakcijom hormon-specifični receptor i aktivira se određeni enzim koji je vezan na membranu, a čijim djelovanjem nastaje drugi glasnik. Putem drugog glasnika hormonski signal se prenosi u unutrašnjost ćelije. Drugi glasnik unutar ćelije pokreće proces kojim se mijenja brzina enzimske katalize. Alosterički ili kovalentnom modifikacijom se mijenja aktivnost jednog ili više enzima. Ova grupa hormona pokreće veoma brze biohemijske i fiziološke odgovore. ( primjer – regulacija glikolize i glukoneogeneze ) Djelovanjem drugog glasnika hormonski signal se višestruko pojačava, i to mehanizmom kaskadnih reakcija, a to se naziva Kaskadni amplifikacijski mehanizam. Drugi glasnici su : 1. cAMP – nastaje u kaskadi adenilat ciklaze, koja je indukovana otcijepljenom α podjedinicom G proteina. Ova aktivacija traje dok se u α podjedinici ne aktivira GTPazna aktivnost koja cijepa terminalni fosfat. cAMP dalje djeluje na protein kinazu A koja ima 2 regulatorne i 2 katalitičke podjedinice. Na svakoj regulatornoj se mogu vezati 2 molekue cAMPa, a to vezivanje inducira oslobađanje katalitički aktivnih podjedinica PKA, i onda onda obavlja fosforilaciju ciljnih proteina i ciljnih enzima. Time mijenja postojeću katalitičku aktivnost ciljnih enzima. 2. cGMP 3. Ca 2+ ioni 4. diacilglicerol ( DAG ) 5. inozitol-1,4,5-trifosfat ( IP3 ) 6. arahidonska kiselina Kapacitet vezivanja hormona za receptor je mali zato što nije prisutan veliki broj receptora na plazma membrani. Ali kad se hormon veže na receptor, onda će ta interakcija aktivirati više G proteina ,a oni će onda aktivirati još više molekula adenilat ciklazepa će se stvarati velike količine cikličkog AMPa, a onda će se aktivirati veće količine PKA, itd.. Šema amplifikacije početnog signala koja rezultira masivnim metaboličkim odgovorom u ciljnim ćelijama:

70

Sada objašnjavamo hormonski kaskadni sistem i kako se on amplificira i pojačava sa svakim stupnjem kaskade. REGULACIJSKI CIKLUSI PROIZVODNJE HORMONA: 1. Izlučivanje hormona u nekim hormonskim žlijezdama kontrolira sistem hipotalamus-hipofiza (hijerarhija hormonskih žlijezda odnosno hormona ). 2. Ali, sistem hipotalamus-hipofiza ne upravlja svim hormonima. Izlučivanje nekih hormona uslovljeno je metaboličkim potrebama. Langerhansovi otoci pankreasa izlučuju inzulin pri povišenju koncentracije glukoze u krvi. Budući da inzulin snižava koncentraciju glukoze u krvi ovaj regulacijski ciklus sadrži malo članova. Hormonski kaskadni sistem:

Imamo signal iz unutrašnje ili vanjske sredine koji detektuje CNS i odgovara električnim i hemijskim signalom koji će se u velikom broju slučajeva preko limbičkog sistema prenjeti na hipotalamus. Signal iz

71

vanjske ili unutrašnje sredine podstiče sukcesivno stvaranje serije hormona ( jedan inducira sintezu i izlučivanje drugog ), u progresivno rastućim količinama i sa rastućom stabilnošću. Hipotalamus će odgovoriti na ove signale oslobađanjem releasing hormona ili „hipotalamički hormoni oslobađanja“ . Ono što je za njih važno je da se izlučuju u maloj količini , i to su nanogramske količine i imaju veoma kratak životni vijek, t ½ = nekoliko minuta. Hipotalamički hormoni dospijevaju do adenohipofize portalnim krvotokom, gdje će se RH vezivati za ciljne ćelije koji imaju specifičan receptor i stimulirati izlučivanje hormona adenohipofize. Hormoni adenohipofize se izlučuju u većim količinama od hipotalamusa, i to je veličina reda mikrogram, i imaju duži životni vijek od hormona hipotalamusa. Hormoin adenohipofize idu u cirkulaciju i dospijevaju do ciljnih žlijezda u kojima kontroliraju izlučivanje konačnog hormona ,a on se luči u miligramskim veličinama i ima mnogo duži životni vijek. Konačni hormon ove kaskade difunduje do ciljnih ćelija i organa , i to rezultira masivnim metaboličkim odgovorima. U ovakvom kaskadnom sistemu dolazi do amplifikacije veličine 106. Samim tim , početni signal će se povećati milion puta kada dospije do faze da izaziva sistemski efekat. KONTROLA KASKADE Kontrola zavisi od nivoa konačnog hormona kaskade. On u suštini kontrolira mehanizmom negativne povratne sprege. Ovaj mehanizam djeluje u slučaju kada je u krvi povišen nivo krajnjeg hormona kaskade. Imamo dugu, kratku i ultra kratku petlju. Duga povratna petlja U dugoj povratnoj petlji, krajnji hormon kaskade vezuje se na njegov specifični receptor u ili na ćelijama prednjeg režnja hipofize, hipotalamusa i CNS da bi se spriječilo dalje stvaranje hormona ovih ćelija koji sudjeluju u kaskadi. Kratka povratna petlja Hormon hipofize preko odgovarajućeg receptora djeluje na hipotalamus mehanizmom negativne povratne sprege.

72

Ultrakratka petlja Hormon hipotalamusa preko odgovarajućeg receptora djeluje na hipotalamus mehanizmom povratne sprege. CNS prima signale i usmjerava ih ka hipotalamusu,a on odgovara oslobađanjem RH hipotalamusa. RH dospijevaju do adenohipofize skraćenim portalnim krvotokom. Glavna vaskularna mreža sastoji se od primarnog pleksusa gdje releasing hormin ulaze u cirkulaciju fenestracijom, i sekundarnog pleksusa u prednjem režnju hipofize, gdje RH prelaze iz cirkulacije ponovo fenestracijom krvnih sudova, u područije ciljnih ćelija. Hormoni iz adenohipofize se oslobađaju iz neurosekrecijskih ćelija. Iz kortikotropnih ćelija se oslobađa ACTH koji stimulira nadbubrežnu žlijezdu na proizvodnju ugl glukokoritikoida i manje količine mineralokortikoida ( kortizola, kortikosterona i aldosterona ) , koji djeluju na mnogo tkiva. Tireotropni releasing hormon ili „tireoliberin“ u adenohipofizi stimulira oslobađanje TSH ( tireotropin hormon ), i on djeluje na tireoidnu žlijezdu koja oslobađa tiroksin ( T4 ) i trijodtironin ( T3 ) , a oni djeluju na mišiće i jetru. Oslobađaju se FSH ( folikostimulirajući hormon ) i LH ( luteinizirajući hormon ) koji djeluju na ovarije i testise, a oni luče estrogen, progesteron i testosteron koji djeluju na reproduktivne organe. Osim tropnih hormona, prednji režanj hipofize luči i somatotropin, koji djeluje na jetru i rast kostiju, i prolaktin, koji djeluje na gl.lactiferi. Pored releasing hormona iz hipotalamusa se luče i dva polipeptida: oksitocin i vazopresin. Oni se sintetišu u neurosekrecijskim zrncima hipotalamusa i šalju u zadnji režanj hipofize.

73

HORMONI HIPOTALAMUSA U hipotalamusu se proizvode neurosekrecijske supstance koje se nazivaju releasing hormoni ( RH ), ili faktori oslobađanja – liberini i statini. Ovi neurosekreti stvaraju vezu između nervne i hormonske regulacije. Pod neurosekrecijom se podrazumijeva izlučivanje hormona ili hormonima sličnih supstanci iz nervnih ćelija. Neurosekret se transportira u aksonu nervne ćelije i izlučuje u krv preko neurohemalnog organa ili preko završetka nerva. U neurosekrecijske hormone spadaju: 1. Oksitocin 2. Vazopresin 3. Releasing hormoni ( RH ) hipotalamusa

74

HORMONI NEUROHIPOFIZE VAZOPRESIN I OKSITOCIN Proizvode ih neurosekretorni hormoni hipotalamusa. Vazopresin se sintetizira u supraoptičkim jezgrma. Nikotin stimulira izlučivanje vazopresina. Oksitocin se sintetizira u paraventrikularnim jezgrima. Estradiol stimulira izlučivanje oksitocina. Vazopresin i oksitocin se sintetiziraju kao mnogo veći proteini ( pre-provazopresin i pre-prooksitocin ) Mr = 20 000. Po svojoj hemijskoj prirodi su ciklički nonapeptidi. Sastoje se iz 9 ak ostataka: Razlikuju se samo u 2 ak ostatka u položaju 3 i 8. U toku transporta u aksonu iz prekursorskih proteina oslobađaju se aktivni peptidi specifičnim proteolitičkim cijepanjem - oksotocin odnosno vazopresin,zajedno sa proteininma nosačima neurofizinom I(za oksitocin) i neurofizinom II ( za vazopresin ). Sa prekursorskog oblika vazopresina oslobađa se i glikoprotein sa C terminalnog kraja čija je funkcija još uvijek nepoznata. Ako gledamo OKSITOCIN, sa pre-prooksitocina se otcjepljuje signalni peptid , zatim se otcjepljuje funkcionalni hormon i iz prekursorskog polipeptida se oslobađa neurofizin I koji je nosač oksitocina, i on če se izlučiti u cirkulaciju sa kompleksom vazopresin-neurofizin II/oksitocin-neurofizin I. Neuroni koji sintetiziraju vazopresin primaju signal koji signalizira otpuštanje vazopresina s njihovih nervnih završetaka.

75

VAZOPRESIN ( Adiuretin, ADH ) Nakon injekcije vazopresina krvni tlak poraste i dugo se zadržava. Vazopresin pokazuje snažno vazokonstriktorno djelovanje ( veoma izrazito na manje arteriole, venule, i kapilare) vezivanjem na receptor V1 , koji se još naziva i V1a, a pretežno se nalazi na ćelijama glatkih mišića stijenki krvnih sudova,a vjerovatno i lokalnim ometanjem oslobađanja nitrogen oksida NO. Najvažnije fiziološko djelovanje vazopresina je antidiuretično djelovanje na bubrege- u distalnim tubulima bubrega vazopresin se vezuje na V2 receptore ćelija distalnih tubula i pokreće translokaciju APQ-2 (akvaporina 2) na luminalnu membranu. To omogućava pasivnu resorpciju vode i povećava koncentraciju urina. Vazopresin je prokoagulant jer putem V2 receptora na endotelnim ćelijama krvnih sudova izaziva oslobađanje Willebrantovog faktora ( vWF ) čime posredno utiče na agregaciju trombocita i povišenje koncentracije faktora koagulacije VIII ( fVIII ). Signal koji će pokrenuti izlučivanje vazpresina nervne ćelije primaju sa osmoreceptora ( interneuroni ), koji im odgovara na povišenje ekstracelularne koncentracije soli, a pod tim se prvenstveno misli na povišenje koncentracije Na+ jona. Drugi signal primaju sa baroreceptora koji odgovaraju na pad krvnog pritiska. Visoke ekstracelularne koncentracije soli uzrokuju istezanje lumena osmoreceptorskih ćelija i stvaraju električni signal koji se proteže duž aksona osmoreceptora kod ćelijskog tijela vazopresinergičkog neurona, stvarajući akcioni potencijal. Ovaj signal se prenosi duž aksona sa ćelijskog tijela vazopresinergičkog receptora neurona do nervnog završetka gdje se se oslobađa kompleks vazopresin-neurofizin II. Kompleks vazopresin-neurofizin II fenestracijom ulazi u lokalne kapilare i dospijeva u opštu cirkulaciju. U cirkulaciji vazorepsin disocira sa neurofizina II i kao slobodni vazopresin se vezuje na odgovarajući receptor u distalnim tubulima bubrega.

76

U pokretanju resorpcije vode u ćelijama distalnih tubula vazpresin djeluje preko kaskade adenilat-ciklaze i cAMP. Vazopresin ( ADH , antidiuretski hormon ) regulira zadržavanje vode mobilizacijom molekula AQP-2 koje su uskladištene u membranama vezikula sličnim GluT transporterima, u blizini plazma membrane epitelnih ćelija koje okružuju sabirne kanale bubrega. Fuzijom vezikula sa plazma membranom epitelnih ćelija permeabilnost za vodu se drastično povećava. Dolazi do masivne reasorpcije vode iz sabirnih kanala. Voda se transportuje kroz ćeliju od luminalne na bazolateralnu stranu i dalje u opštu cirkulaciju. Dolazi do razrijeđenja prvobitno visoke koncentracije soli u ekstracelularnoj tekućini i početni signal koji je pokrenuo izlučivanje vazopresina se gubi. Krvni tlak se povećava. Opadanjem nivoa vazpresina, APQ-2 se resekvestrira u vezikule, a retancija vode se smanjuje. Vazopresin ima različite podtipove receptora a oni imaju različite puteve transdukcije.

Vazopresin djeluje putem tkivo specifičnih receptora koji su vezani sa G proteinom, nazivaju se vazopresinski receptori , a svrstani su na podtipove

77

V1 ( V1a ), V2 i V3 ( V1b ). Podtipovi vazoresinskih receptora razlikuju se po lokalizaciji, funkciji i transdukciji signala. Vazivanjem na receptore V3 ( označene i kao V1b ) u adenohipofizi vazopresin pojačava djelovanje kortikoliberina na izlučivanje ACTH i tako posredno potiče glikogenolizu u jetri. Glikogenolizu u jetri podstiče i neposrednim vezivanjem na receptor V1 prisutan u hepatocitima. Genski defekt na akvaporinu može dovesti do DIABETES INSIPIDUSA. Nastaje usljed nedostatka vazopresina koji je uzrokovao poremećaj u proizvodnji hormona. Izlučuju se velike količine veoma razrijeđenog urina (10-15 L na dan). Zbog gubitka tekućine nastaje jaka žeđ. Injekcijom hormona te se pojave mogu otkloniti. Nefrogeni dijabetes insipidus – ciljna tkiva u bubregu ne reaguju na vazopresin.

78

OXYTOCIN

Sintetizira se u paraventrikularnim jezgrama Ocitocin i neurofizin I se otpuštaju kao odgovor prilikom dojenja, ili preko drugih stimulusa u kojima posreduje holinergički mehanizam. Otpuštanje kompleksa ocitocin-neurofizin poreće injekcija estradiola, dok vazopresin pokreće nikotin. Te stimulacije pomažu da se ova dva hormona luče iz različitih neurona.

79

Djelovanje: Djeluje na glatku muskulaturu uterusa i utiče na kontrakciju, pa je važan pri porođaju ( izazivanje trudova ). Uzrokuje kontrakcije glatkih mišića u mljičnoj žlijezdi, odmosno ekskreciju mlijeka. Estrogen stimulira, a progesteron inhibira izlučivanje ocitocina. Ocitocin za razliku od vazopresinergičkih receptora ima samo jedan receptor a on je označen kao „receptor za ocitocin“. Vezivanje hormona za receptor za ocitocin će aktivirati kaskadu fosfatidil inozitol 4,5 bisfosfata, i nastaju dva nova spoja : inozitol 3-fosfat i diacilglicerol. Nastajanje IP3 rezultirati će povećanjem nivoa Ca2+ jona i to izaziva kontrakcije endometrija. Pokrenut će se mehanizmi koji će rezultirati izlučivanjem mlijeka. Pored toga, ocitocin također ometa proces reapsorpcije Na+ u tubulima. Također, djeluje i na izlučivanje ACTH iz adenohipofize. Po hemijskoj prirodi, molekule ocitocina i vazopresina su ciklički nonapeptidi. Kada izvrše svoj put signalizacije, odmah ide inaktivacija hormona. Inaktivacija ocitocina i vazopresina Inaktivacija hormona se vrši u jetri. Inaktivacija ocitocina i vazopresina započinje djelovanjem cistin-amino-peptidaze koja cijepa peptidnu vezu sa amino strane Cys ( položaj 1) i glutation trans-hidrogenaze koja cijepa disulfidnu vezu ( Cys1 – Cys6 ). Suština inaktivacije je da se vrši redukcija pomenute disulfidne veze. Oslobađa se cistein i ostaje oktapeptid koji će se kasnije proteolitički razgraditi do slobodnih aminokiselina. U cijepanju glutation transhidrogenaze kao reducens sudjeluje reducirani glutation koji će se pri tome oksidirati ,a kasnije će ga opet u reducirani oblik prevesti enzim glutation reduktaza. Redosljed djelovanja ovih enzima može biti i drugačiji, da prvo djeluje glutation transhidrogenaza pa onda cistinaminopeptidaza.

80

Shematski pregled djelovanja ocitocina. Identificiran je samo jedan tip ocitocinskog receptora ( OTR ). Pri transdukciji signala uz posredovanje G proteina dolazi do aktivacije fosfolipaze C, pri čemu nastaju DAG i IP3. Konačni ishod je kontrakcija endometrijskih glatkih mišića maternice ( kontrakcije pri porođaju ) i mioepitelnim glatkomišićnim ćelja ( izlučivanje mlijeka ), ometanje apsorpcije Na u proksimalnim tubulima i pojačano izlučivanje ACTH iz adenohipofize. HORMONI ADENOHIPOFZE Adenohipofiza čini oko 70% ukupne mase žlijezde i daje barem 7 različitih hormona. Mnogi od hormona adenohipofize su nadređeni ili tzv “tropni” hormoni,a to znači da oni kontroliraju tj nadređeni su drugim žlijezdama, i stimuliraju lučenje hormona tih žlijezda. Hormoni adenohipofize se dijele u 3 grupe, prema njihovoj hemijskoj prirodi.: A) peptidni hormoni – kortikotropin ili adrenokortikotropni hormon ( ACTH ), i melanotropini – melanostimulirajući hormon ( MSH ). Oni su po svojoj prirodi polipeptidi. B) hormoni koji su po svojoj prirodi proteini – hormon rasta ( somatotropin ) i prolaktin. Mr ovih hormona je približno 20 000. Imaju oko 190- 199 ak ostataka. C) hormoni koji su po svojoj prirodi glikoproteini – Mr im se kreće od 28 000 do 34 000. Tu spadaju tireotropin ( TSH ) , folitropin ( FSH ), i lutropin ( LH ). Molekule ovih hormona se sastoje iz 2 podjedinice označene sa α i β, od koji su α lanci identični, a u β lancima se sadrži specifičnost prema receptoru. Sinteza hormona adenohipofize koji su po svojoj prirodi peptidi Ovi hormoni koji su po prirodi peptidi nastaju proteolitičkim cijepanjem jednog većeg proteina zvanog proopiomelanokortin. On je produkt ekspresije proopiomelanokortinskog gena , i iz njega nastaju hormoni proteolitičkim cijepanjima koje će vršiti specifične proteaze. Ti hormoni

81

su : ACTH, MSH, Kortikotropinu sličan intermedijarni tropin, β-endorfin, potencijalno enkefalini s tim da imaju različite funkcije. U jednom tipu ćelija adenohipofize se nalaze određene proteaze sa određenom specifičnošću, pa će ići jedan set proteolitičkih cijepanja, i nastati će jedan komplet peptidnih hormona. U drugom tipu ćelije adenohipofize proteolitičko cijepanje će ići na drugim mjestima, pa će nastati drugi set peptidnih hormona. Koji će hormon nastati u određenim tipovima ćelija adenohipofize ovisi samo o tipu proteaza koje će vršiti proteolitička cijepanja proopiomelanokorina koja se eksprimiraju u tom tipu ćelija adenohipofize. Oni se nalaze pod pozitivnom kontrolom različitih signala. Npr. Cijepanje će ići na jedan način u kortikotropnim ćelijama adenohipofize, a na drugi u onim ćelijama koje čine pars intermedia. Najvažnije je da neki od tih produkata cijepanja u nekim drugim ćelijama i neuronima se mogu dalje cijepati , pri čemu će nastati drugi peptidi sa važnim fiziološkim djelovanjima (analgezija, moduliranje neurotransmisije, neurotransmisija, ... ). Predstavljen je gen za proopiomelanokortin i mRNA i shematski je predstavljena molekula proopiomelanokortina. Uspravne crte označavaju mjesta gdje će se proteolitički cijepati specifične peptidne veze. Važna je specifičnost tih peptidaza ( kasnije ih je još zvala i proteazama ) koje će cijepati proopiomelanokortin. One imaju specifčnost da cijepaju peptidne veze koje grade BAZNE aminokiseline , npr lizil-arginin , arginil-lizin ili lizil-lizin. Toj specifičnosti doprinose okolni susjedni ak ostatci. ACTH U kortikotropnim ćelijama adenohipofize prisutne su proteaze koje cijepaju proopiomelanokortin u položajima 3 i 5. Pri tome će se osloboditi kortikotropin ( ACTH ) koji je po prirodi polipeptid sa 39 ak ostataka , i sa C terminalnog kraja će se osloboditi β-lipotropin. Jedna od osnovnih funkcija beta-lipotropina je mobiliziranje triacilglicerola i njihova hidrolitička razgradnja. Velika je vjerovatnoća da je beta-lipotropin samo prekursor iz koga će u drugim ćelijama proteolitičkim cijepanjem da nastanu γ-lipotropin i grupa fiziološki važnih spojeva poznatih kao β-endorfini.

82

Signal koji pokreće proteolitičko cijepanje i izlučivanje ACTH iz kortikotropnih ćelija adenohipofize je hormon hipotalamusa zvan kortikoliberin ili kortikotropin releasing hormon. Ciljna žlijezda za ACTH je kora nadbubrežne žlijezde. Pozitivna stimulacija ACTH na izlučivanje je također argnin-vazopresin, kao i angiotenzin II. Ali vazopresin i angiotenzin II ne mogu sami pokrenuti lučenje ACTH iz kortikotropnih ćelija. Oni djeluju samo SINERGISTIČKI sa kortikoliberinom. Argnin vazopresin pojačava djelovanje kortikoliberina u ovome procesu. U suštini, signali su : kortikoliberin, argnin-vazopresin i angiotenzin II. U pars intermedia ovi produkti se mogu dalje cijepati. Na položajima 4, 6 i 7 se vrše cijepanja ( prethodila su im cijepanja na položajima 3 i 5 ), pri čemu će nastati α-MSH , kortikotopinu sličan intermedijarni peptid, γ-lipotropin , β-endorfin. Oni se dalje otpuštaju u cirkulaciju. Pozitivni signal za izlučivanje ovih peptida iz pars intermedia je NORADRENALIN, a negativni signal ( inhibitor ) je DOPAMIN. β-endorfin je polipeptid sa 31 ak ostatak. Endorfini su endo-opioidi. Karakterizira ih snažno analgetičko djelovanje. Sintetiziraju se u samom organizmu. Vezuju se na opiodine receptore na koje se vezuju i morfinski opijati. Imaju mnogo snažnije analgetičko djelovanje od samog morfina. Opijati su biološkog porijekla ( sintetišu se u organizmu- morfin i kodein ), opioidi su sintetičkog porijekla. In vivio, analgetici sudjeluju u moduliranju neurotransmisije. Pored β endorfina postoje i α i γ endorfini koji imaju nešto kraću molekulu. Sa C terminalnog kraja su kraći za 14 odnosno 15 ak ostataka. Nastaju u samoj hipofizi, ali su acetilirani i samim tim i blokirani. U neuronima CNS-a ih nalazimo u neacetiliranom obliku, ta modifikacija tu ne postoji. β endorfin u sebi sadrži sekvencu za peptid metionil-enkefalin. To čini β endorfin prekursorom iz koga će se proteolitičkim cijepanjem odvojiti metionil-enkefalin. Enkefalini također moduliraju neurotransmisiju.

83

Iz γ-lipotropina se proteolitičkim cijepanjem odvoji β-MSH. Kada ide proteolitičko cijepanje ACTH u položaju 4, ACTH u sebi sadrži sekvence za nastajanje α-MSH i kortikotropinu sličan intermedijarni peptid. U nekim višim organizmima on ima tropni efekat na β ćelije pankreasa. Hormoni adenohipofize koji su po svojoj prirodi slični proteinima Tu spadaju somatotropin i prolaktin koji kao proteini nisu glikozilirani. Somatotropin ima 191 ak ostatak,a prolaktin 199 ak ostatak. Somatotropin i prolaktin imaju 35% identičnost aminokiselinske sekvence. SOMATOTROPIN ( hormon rasta ) Somatotropin ili hormon rasta ( GH , growth hormone ) je najvažniji hormon koji regulira rast u periodu nakon rođenja. Naziv somatotropin izveden je iz grčkih riječi somato koja znači tijelo i tropein što znači mijenjati. Regulira rast u djece i metabolizam, kako kod djece tako i kod odraslih. Hormon rasta je potreban za normalan postnatalni rast, ima ključnu ulogu u rastu kostiju kao i važna regulatorna djelovanja u metabolizmu proteina, karbohidrata i masti. Djeluje na sintezu proteina i ćelijsku diferencijaciju. Somatotropin sintetiziraju i izlučuju somatotropne ćelije adenohipofize cijeloga života. Interesantno: Koncentracija somatotropina u samoj hipofizi iznosi 5-15mg/g što je mnogo više od sadržaja drugih hormona u hipofizi koji su prisutni u μg/g. U najvećim količinama proizvodi se u djetinstvu i dobu adolescencije, dok se sa godinama starosti njegova proizvodnja smanjuje. Nakon 61 godine starosti nivo hormona se smanji na 80% nivoa u 21 godini života. 85% cirkulirajućeg somatotropina je 22kDa težak monomer. Otprilike 40-45% monomernog hormona rasta vezano je na jedan od dva vezujuća proteina ( GHBP growth hormone binding proteine ). Vezujući proteini

84

uspravaju uklanjanje hormona rasta iz cirkulacije i produžava im se životni vijek. Također, takmičenjem sa ćelijskim receptorima za u cirkulaciji prisutni homon rasta, ovi proteini prigušuju biološka djelovanja hormona rasta, ublažavaju se djelovanja. Vrijeme poluživota čovječijeg hormona rasta u plazmi je 20-50 minuta. Somatotropin pokazuje visoku specifičnost prema vrsti. Specifičnost je tolika da somatotropin prečišćen iz goveđe hipofize ne djeluje na čovjeka. To nije slučaj sa inzulinom. Humani somatotropin danas se dobiva postupcima genetskog inžinjerstva i klinički se uspješno primjenjuje. Hemijska struktura somatotropina 90% somatotropina koji se izluči u zdravih osoba je globularni protein koji se sastoji iz 191 ak ostataka, nije glikoziliran. Ima molekulsku masu od 22kDa. Sadrži dvije disulfidne veze koje grade dvije peptidne petlje neophodne za hormonsku aktivnost. Disulfidna veza između cys53 i cys165 gradi veću petlju, a veza između cys182 i cys 189 manju petlju. Struktruni motiv hormona rasta čine Alfa uzvojnice. Strukturu somatotropina čini snop od 4 alfa uzvojnice. Izlučivanje somatotropina iz hipofize reguliraju dva faktora hipotalamusa: a) Somatoliberin ( somatokrinin ) – polipeptid od 44ak ostatka, stimulira otpuštanje somatotropina iz somatotropnih ćelija adenohipofize. b) Somatostatin – polipetpid od 14 ak ostatka, inhibira otpuštanje somatotropina iz somatotropa adenohipofize. Izlučivanje somatoliberina i somatostatina reguliraju neuralni signali na hipotalamusu. Stimulusi koji pokreću hipotalamusnu kontrolu izlučivanja hormona rasta su duboko spavanje ( II i IV stadijum ), pad koncentracije glukoze u krvi, povišenje koncentracije aminokiselina u krvi, posebno arginina, trauma, stres, vježbanje. Hormon se luči u valovima.

85

U regulaciji izlučivanja hormona rasta mehanizmom negativne povratne sprege funkcionira više „petlji“: „kratka petlja“ i „duga petlja ( krajnji hormon stimulira cijelu kaskadu lučenja somatotropina)“ u kojoj izlučivanje hormona rasta kontroliraju periferni signali , primarno nivoi IGF-1 u plazmi. IGF-1, čiju sintezu indicira hormon rasta, inhibira otpuštanje GH iz somatotropa tako što stimulira oslobađanje somatostatina.IGF-1 je stimuliran od strane somatotropina.

86

Receptori za hormon rasta ( GHR ) i putevi biosignalizacije Receptor za hormon rasta ( GHR ) je član familije hematopoetskih citokinskih receptora. Ekstracelularna domena receptora sastoji se od 246 ak ostatka, a transmembranska od 350. Ekstracelularna domena sadrži barem 6 potencijalnih N-glikozilacijskih mjesta i obično je ekstenzivno glikozilirana ( potencijalna mjesta su snažno glikozilirana ). Receptor za hormon rasta prisutan je u većini tkiva čovjeka, a najveću zastupljenost ima u jetri zato što se u jetri najviše sintetizira IGF-1.

87

Somatotropin dio svog djelovanja obavlja vezivanjem na svoj receptor, a dio preko IGF-1. Višestruki putevi signalizacije su uključeni u različitim djelovanjima hormona rasta na rast i metabolizam. Vezivanje hormona na receptor pokreće dimerizaciju receptora, koji nose dvije JAK2 ( Janus kinaza 2 ). Dimerizacija inducira unakrsnu fosforilaciju JAK2, koje fosforiliraju jedna drugu na ključnim ak ostatcima, kao i fosforilaciju tirozinskih ostataka na receptoru, tj sam hormon rasta. Aktivirane JAK ostaju vezane na 2 receptora. Ove fosforilacije pokreći i/ili aktiviraju mnoštvo signalnih molekula uključujući STAT ( signal transducers and activators of transcription ), MAPK ( mitogen-aktivirane protein kinaze ), IRS-1 ( supstrat 1 inzulinski receptor ), PIK3 ( Fosfatidil-inozitol-3-kinaza ), DAG ( diacilglicerol ), PKC ( Protein kinaza C ), Ca2+ ( intracelularni kalcijum ). Ove signalne molekle uključene su u promjene u enzimskim aktivnostima, transportnim funkcijama, i ekspresiji gena koje indicira hormon rasta, a koje rezultiraju promjenama u metabolizmu i rastu. Transdukcija signala somatotropina putem JAK2-STAT. Receptor za hormon rasta je sa ekstracelularne strane, a sa citosolne se nalazi vezana Janus kinaza 2. Istovremeno vezivanje hormona na 2 receptora dovodi do dimerizacije receptora i do približavanja Janus kinaza 2. One će se sada međusobno fosforilirati i time će se aktivirati, a drugo što će uraditi je što će uraditi i samu fosforilaciju receptora za hormon rasta. Ovi fosforilirani ( tirozinski ) ostatci će preko svoje SH domene se asocirati sa STAT proteinima, koji su monomeri, i JAK2 će fosforilirati STAT monomere. Fosforilirani STAT monomeri će dimerizirati ,a dimeri STAT će difundovati u nukleus i vezati se na secifične sekvence u promotorima gena koji su pod kontrolom hormona rasta i uticati na transkripciju datih gena, samim tim i ekspresiju gena. Aktivirane JAK fosforiliraju specifične tirozinske ostatke na STAT proteinu. Fosforilirani STAT dimerizira. Dimer STAT ima visoki afinitet vezivanja na specifične DNA sekvence i nakon vezivanja može mijenjati ekspresiju gena.

88

Djelovanje somatotropina Somatotropin djeluje na ciljna tkiva i podstiče rast čitavog organizma. Uzrokuje rast kostiju i hrskavice kao i svih drugih tkiva koja su sposobna da rastu. Podstiče povećanje volumena ćelija i mitozu pa se broj ćelija povećava. Pospješuje sintezu proteina.( anaboličko djelovanje) Inhibira oksidaciju glukoze. I to na više stupnjeva. Stimulira lipolizu u masnom tkivu. ( preusmjeravanje metabolizma gorivnih supstanci ) Time somatotropin uzrokuje djelimičnu izmjenu smjera energetskog metabolizma, tj. masne kiseline se oksidiraju u većoj mjeri, a glukoza i prije svega aminokiseline se štede. Kompleks GHR-JAK2 ( receptor za hormon rasta-JAK2 ) aktivira puteve transdukcije signala koji rezultiraju mitogenim i anaboličkim odgovorom koji dovodi do rasta. Somatotropin ( GH ) stimulira rast hrskavice i kostiju putem receptora na ovim tkivima i indirektno uz posredovanje IGF-1. Metabolička djelovanja, koja somatotropin može direktno kontrolirati, ključuju povišenje nivoa cirkulirajuće glukoze u krvi ( dijabetogeno djelovanje ) i akutno povišenje koncentracije slobodnih masnih kiselina u krvi ( lipolitičko djelovanje ). Druga anabolička i metabolička djelovanja somatotropina odvijaju se uz posredovanje IGF-1 čije se koncentracije lokalno i u krvi povećavaju pod djelovanjem somatotropina- npr. Neto sinteza mišićnih proteina ( anaboličko djelovanje ). Zloupotrebljavanje somatotropina : terapija rasta + povećanje mišićne mase i gubitka zaliha triacilglicerola Proizvodnja i djelovanje IGF ( inzulin sličnog faktora rasta ) Hipotalamus proizvodi somatoliberin koji stimulira somatotropne ćelije adenohipofize na izlučivanje somatotropina. Somatostatin inhibira otpuštanje somatotopina. Somatotropin se vezuje na receptore na površini ćelija i stimulira sintezu i otpuštanje IGF iz jetre i drugih tkiva.

89

IGF se vezuje na receptore prisutne na površini ćelija i stimulira fosforilaciju proteina koji uzrokuju mitozu i rast. Inzulin sličan faktor rasta 1 – IGF 1 Inzulinu sličan faktor rasta 1 ( IGF-1 ), također poznat kao somatomedin C, je 70ak ostataka dug neglikoziliran protein molekulske mase 7,6kDa. Strukturna sličnost sa inzulinom objašnjava njegovu sposobnost vezivanja na inzulinski receptor. Glavnina IGF-1 se stvara i izlučuje u jetri i transportuje u druga tkiva, djelujući kao endokrini hormon. IGF-1 se također izlučuje u drugim tkivima, uključujući i ćelije hrskavice i djeluje lokalno kao parakrini hormon. Priibližno 98% IGF-1 stalno je vezano na jedan od šest IGF-1 vezujućih proteina ( IGFBP ). Primarni nedostatak IGF-1 označavaju : nizak rast, niska bazalna koncentracija IGF-1 u krvi i normalne vrijednosti hormona rasta u krvi. Uzrok mogu biti mutacije na genu za receptore hormona rasta, promjene u signalnom putu receptora hormona rsta ili mutacije na genu za IGF-1. IGF-1 je primarni medjiator djelovanja hormona rasta. Hormon rasta, nakon oslobađanja u krvotok, stimuliše jetru da proizvodi IGF-1. Sam IGF-1 inhibitorno djeluje na sekreciju hormona rasta, jer stimulira oslobađanje somatostatina iz hipotalamusa. Iako se glavnina IGF-1 sintetizira u jetri kao odgovor na lučenje hormona rasta, proizvodi se i lokalno u tkivima. Vezuje se najmanje za 2 receptora na ćelijskim površinama ; IGF-1 receptor ( IGF1R ) i inzulinski receptor. IGF-1 receptor je fiziološki receptor jer vezuje IGF-1 sa znatno većim afinitetom nego što to čini inzulinski receptor. IGF-1 je hetero-tetramerni kompleks. Djelovanje Kao i hormon rasta, IGF-1 poboljšava anabolizam proteina. Kod odoba sa smanjenim unosom kalorija hormon rasta i IGF-1 djeluju sintergistički kako bi postigli pozitivan balans proteina. IGF-1 je pokazao da ne posjeduje lipolitičke aktivnosti, kako in vitro tako i in vivo. U metabolizmu ugljikohidrata, IGF-1 djeluje slično inzulinu te njegovo davanje teži uspostavljanju hipoglikemijskog stanja ( djelujući ne samo preko inzulinskog receptora, nego i sopstvenog, IGF-1R ).

90

Smatra se da je IGF-1 izuzetno važan za cjelokupno djelovanje inzulina na skeletne mišiće, jer povećava osjetljivost na inzulin, te igra važnu ulogu u regeneraciji skeletnih mišića. Prolaktin ( laktotropni homorn, mamotropni hormon )

Prolaktin djeluje na rast i razvoj mliječnje žlijezde. Stimulira produkciju mlijeka. Kod mnogih životinja pobuđuje instinkt očuvanja potomstva, pa djeluje na psihičko stanje. U fiziološkim koncentracijama djeluje samo na dojku, pripremljenu ženskim polnim hormonima. U suviše visokim koncentracijama može pokrenuti razvoj dojke u ženki bez jajnika ili u mužijaka.

91

Dopamin je glavni faktor inhibicije izlučivanja prolaktina iz laktotropnih ćelija adenohipofize. Dopamin se iz hipotalamičkih neurona izlučuje u portalni krvotok, vezuje se na receptore na laktotropima i inhibira sintezu i izlučivanje prolaktina. Agensi i lijekovi koji interferiraju sa izlučivanjem dopamina ili sa vezivanjem na receptor, dovode do pojačanog izlučivanja prolaktina.

92

HORMONI KORE NADBUBREŽNE ŽLIJEZDE

Hormoni kore nadbubrežne žlijezde spadaju u steroidne hormone koji se sintetiziraju iz holesterola. U hormone kore nadbubrežne žlijezde spadaju glukokortikoidi čiji je predstavnik kortizol i sintetiziraju se u zoni fasciculati kore nadbubrežne žlijezde. Po svom djelovanju glukokortikoidi utiču na metabolizam gorivnih supstanci ugljikohidrata, masti i proteina. Drugu skupinu hormona kore nadbubrežne žlijezde čine mineralokortikoidi. Oni se sintetiziraju u zoni glomerulozi kore nadbubrežne žlijezde i njihov najvažniji predstavnik je aldosteron. Mineralokortikoidi reguliraju režim NA i K jona, odnosno anorganskih soli. Treću skupinu hormona nadbubrežne žlijezde čine androgeni i estrogeni kore nadbubrežne žlijezde. Sintetiziraju se u zoni reticularis. Kada gledamo androgene i estrogene, primarno se u kori nadbubrežne žlijezde sintetiziraju androgeni, i to su 2 androgena: androstendion i dihidroepiandrosteron. U normalnom fiziološkom stanju sinteza estrogena u kori nadbubrežne žlijezde je minimalna. Povećana sinteza može biti u slučaju karcinoma kore nadbubrežne žlijezde. Da bi otpočela sinteza steroidnih hormona potrebno je da se izvrši skraćenje bočnog lanca holesterola. Skraćenje bočnog lanca holesterola odvija se u mitohondrijama i katalizira ih Cyt P450 za skraćenje bočnog lanca. Cyt P450 izvršit će dvije hidroksilacije na bočnom lancu, prvo u položaju 22, pa će nastati 22-hidroksiholesterol, a onda će izvršiti hidroksilaciju u položaju 20, pa će onda nastati 20,22-dihidroksiholesterol. Treća hidoksilacija će rezultirati otcjepljenjem izokapron aldehida. U ovoj rekaciji skraćenja bočnog lanca će se za 3 hidroksilacije utrošiti 3 molekule reduciranog NADH i 3 molekule kisika.

Kada dođe do tog skraćenja nastaje Δ5-pregnenolon. Potrebna je C-21 hidroksilacija i za glukokortikoidno i mineralokortikoidno djelovanje. Ako gledamo put sinteze koji će voditi

prema kortizolu, Δ5-pregnenolon prvo se može prevesti u progesteron. Ova se reakcija odvija u citosolu i za ovo prevođenje potrebna su 2 enzima. Prvi je 3β-ol steroid dehidrogenaza koja će oksidirati OH skupinu

na C-3 Δ5-pregnenolona u keto skupinu. Drugi enzim koji je potreban je

93

Δ4,5-izomeraza koja će katalizirati reakciju izomerizacije, pri čemu će se dvostruka veza sa petog ugljikovog atoma premjestiti na četvrti ugljikov atom. Ako idu reakcije hidroksilacije koje će voditi nastanku kortizola od progesterona, redoslijed hidroksilacija je sljedeći:

• Hidroksilacija na C-17α (Cyt P450 C-17α hidroksilaza) – nastaje 17α-hidroksiprogesteron

• Hidroksilacija na C-21 (C-21 hidroksilaza) • Hidroksilacija na 11β (11β hidroksilaza) Ako gledamo redoslijed hidroksilacija od progesterona do aldosterona:

• Hidroksilacija na C-21 – nastaje 11-deoksikortikosteron • Hidroksilacija na 11β – nastaje kortikosteron • Hidroksilacija na C-18 – nastaje aldosteron

Na zadnjoj hidroksilaciji, hidroksimetilna skupina prelazi u aldehidnu

skupinu i ako pogledamo aldosteron, njegov C-18 ugljik pripada aldehidnoj skupini. C-18 hidroksilaza je prisutna samo u zoni glomerulozi.

Ako pogledamo sintezu androgena kore nadbubrežne žlijezde, 2 ključna androgena su dehidroepiandrosteron i androstendiol. To su C-19 steroidi. Prema tome, kada ide sinteza androgena u kori nadbubrežne

žlijezde iz Δ5-pregnenolona, treba se bočni lanac skratiti za još 2 ugljikova atoma. Skraćenje će izvršiti Cyt P450 koji je C-17α-hidroksilaza. Prilikom ovog skraćenja nastaje prvi od C-19 steroida, a to je dehidroepiandosteron (DHEA).

94

95

Kvantitativno sadržaj hormona u kori nadbubrežne žlijezde je nizak, ali enormno je veliki kapacitet u sintezi glukokortikoida i mineralokortikoida. Iz svakog minuta u krv se isporučuje količina ovih hormona koja prevazilazi onu koja je prisutna u ćelijama kore nadbubrežne žlijezde. Takvoj intezivnoj sintezi nasuprot stoji intenzivna inaktivacija ovih hormona, tako da se za 2-3 sata kompletno zamjene glukokortikoidi i mineralokortikoidi prisutni u krvnoj plazmi. Kortizola se dnevno sintetizira 10-20 mg, kortikosterona 3 mg i aldosterona 0,3 mg. Inaktivacija i izlučivanje je važan dio hormonske regulacije. Inaktivacija i razgradnja kore nadbubrežne žlijezde najvećim dijelom odvija se u jetri i vodi nastanku tetrahidro spojeva, što podrazumijeva zasićen prsten A, nema više dvostruke veze, i prisustvo hidroksilne grupe u položaju 3. Redukcijom ovih nezasićenih ketonskih grupa postiže se znatna ili potpuna inaktivacija ovih hormona. Pri tome nastaje hidroksilna skupina na C-3 koja je sterički u suprotnom položaju u odnosu na položaj koji je imala u prethodnoj supstanci i na C-5 se stvara novi centar asimetrije. Najveći broj produkata izlučivanja su 3α-hidroksi-5β spojevi. Ako se vratimo na njihovu strukturu, inaktivacija znači da je potrebno izvršiti redukciju nezasićene keto skupine, koja će se prevesti u hidroksilnu skupinu, neće više biti dvostruke veze, nego će se javiti dvostruka veza i bit će atom H koji će u odnosu na prsten biti u β položaju. Kada se izvrši redukcija javlja se novi centar asimetrije. Zasićeni C-21 spojevi će se u jetri vezati i konjugirati sa glukuronskom kiselinom, čime se povećava njihova rastvorljivost u vodi i onda će se u obliku glukuronida izlučivati putem urina. Poznato je više od 30 različitih metabolita ovih hormona. Tipični i kvantitativno najčešći su: urokortisol, alokortolon i 3α-5β tetrahidroksikortikosteron. Regulacija izlučivanja kortizola Korizol je hormon stresa i on se povećano izlučuje u svim stanjima psihičkog i fizičkog opterećenja. Metabolička djelovanja kortizola usmjerena su na to da bude što više glukoze kao one gorivne supstance od koje se najbrže dobija energija i da bi se na taj način omogućilo preživljavanje. Izlučivanje kortizola je pod kontrolom sistema hipotalamus, adenohipofiza i kora nadbubrežne žlijzde.

96

Impulsi koji potiču lučenje kortizola su signali koje će primiti CNS i koje će on uputiti na hipotalamus. Na hipotalamus dolaze signali iz centra za ritam, pored signala kao što su bol, strah, temperatura itd. Hipotalamus će na te signale odgovoriti izlučivanjem hipotalamičkog hormona koji se naziva kortikoliberin. Ovaj hormon je polipeptid koji sadrži 41 aminokiselinski ostatak.

Kortikoliberin će u kortikotropnim ćelijama adenohipofize stimulirati izlučivanje ACTH, koji se izlučuje u cirkulaciju i cirkulacijom dolazi do ciljnog tkiva na koje djeluje a to je kora nadbubrežne žlijezde. Primarno pod kontrolom ACTH je sinteza glukokortikoida i androgena kore nadbubrežne žlijezde. ACTH će aktivirati put biosinteze tako što će katalizirati reakciju oksidativnog skraćenja bočnog lanca holesterola i

nastajanje Δ5-pregnenolona. ACTH djeluje preko kaskade adenilat ciklaze i cAMP. To će rezultirati sintezom i izlučivanjem kortizola iz kore nadbubrežne žlijezde iz zone fasciculate. Taj sintetizirani kortizol putem cirkulacije dospjeva do ciljnih organa i tkiva na koje djeluje.

U izlučivanju kortizola postoji dnevno-noćni ritam. Mjerenjem nivoa ACTH u krvnoj plazmi, praćen u toku 24 sata u kratkim vremenskim intervalima, je pokazalo da se ACTH iz adenohipofize izlučuje u valovima. 5 do 10 minuta nakon izlučivanja ACTH uslijedi izlučivanje kortizola. Valovi izlučivanja kortizola su najčešći u ranim jutarnjim satima, nakon 6 – 8 sata sna, a najveći su između 8 – 9 sati ujutro. Najduži valovi izlučivanja otpočinju u popdnevnim satima, a najrjeđi su od 23 sata naveče do 4 sata ujutro.

Nivoi kortizola u krvi se reguliraju mehanizmom negativne povratne sprege, pri čemu to izlučivanje ovisi o nivou kortizola u krvnoj plazmi. Ako su nivoi kortizola u krvnoj plazmi povišeni, onda će taj kortizol mehanizmom negativne povratne sprege preko svojim receptora blokirati izlučivanje kortikotropina iz kortikotropnih ćelija adenohipofize i izlučivanje kortikoliberina iz hipotalamusa i time se zaustavlja ta kaskada. Ako su nivoi kortizola u krvnoj plazmi niski onda će se stimulirati izlučivanje kortikotropina, kortikoliberina i dalje kortizola.

U krvnoj plazmi kortizol se vezuje na poseban protein koji se naziva transkortin i otprilike 78% korizola koji je prisutan u krvnoj plazmi je vezan na transkortin. To je vezivanje sa visokim afinitetom. Otprilike 10% kortizola vezano je na albumin krvne plazme sa nešto slabijim afinitetom i negdje 8% kortizola se nalazi slobodno u krvnoj plazmi i to je onaj kortizol

97

koji difunuduje kroz plazma membrane ćelija ciljnih tkiva, vezuje na svoj intracelularni receptor i vrši svoja djelovanja.

Šta će biti ako se povećano luči kortizol? Transkortina je mnogo manje nego albumina i prvo će se kortizol vezati na transkortin, a onda će se višak vezati na albumin, a samo mala frakcija će biti slobodna. Vezivanjem na proteine krvne plazme kortizol je na neki način blokiran. Samo slobodni kortizol može vršiti svoja djelovanja. Pošto je kortiol steroidni hormon on djeluje na nivou transkripcije gena i mijenja količinu onog proteina koji je pod njegovom kontrolom. Metabolička djelovanja glukokortikoida Metabolička djelovanja kortizola i glukokortikoida usmjerena su na sljedeće: štednju glukoze u perifernim tkivima, stimulira glukoneogeneza i sinteza glikogena u jetri i time obezbjeđuje najmobilniji oblik energije. U perifernim tkivima, pored toga što inhibira iskorištenje glukoze, kortizol djeluje katabolički. On će u mišićima stimulirati razgradnju proteina, što će rezultirati povišenjem slobodnih aminokiselina u krvnoj plazmi. Razgradnjom ovih aminokiselina iz krvne plazme u jetri obezbjedit će se gradivni blokovi za glukoneogenezu. U perifernim tkivima kortizol inhibira biosintezu proteina! On će inhibirati i biosintezu antitijela u limfatičkom tkivu i glukokortikoidi prema tome imaju imunosupresivno djelovanje i na tome se zasniva njihovo terapijska primjena. Recimo kod transplantacije organa, nekih oboljenja kože itd. Glukokortikoidi takođe imaju antiinflamatrono djelovanje, oni usporavaju kretanje leukocita u oštećenom području, pa se zbog tog koriste u terapiji nekih oboljenja kao što je artritis. U masnom tkivu kortizol stimulira lipolizu triacilglicerola, pri čemu će se oslobađati masne kiseline i glicerol. To će rezultirati povišenjem sadržaja slobodnih masnih kiselina u krvnoj plazmi i povećanim oslobađanjem glicerola iz koga u jetri može da ide glukoneogeneza. U samoj jetri snažno će stimulirati glukoneogenezu. Pošto je steroidni hormon, stimulirat će povećanu transkripciju i ekspresiju gena koji kataliziraju glukoneogenezu i povećati enzimski kapacitet glukoneogeneze. U samoj jetri će stimulirati sintezu proteina i to sintezu enzima glukoneogeneze i na sintezu ključnih enzima koji sudjeluju u katabolizmu aminokiselina. Još jedan enzim čiju će sintezu stimulirati u

98

jetri je piruvat-karboksilaza, koja katalizira karboksilaciju piruvata u oksal acetat, što je ključna reakcija glukoneogeneze. Prema tome, onaj enzim čiju će transkripciju povećati, a time i njegov sadržaj, je piruvat-karboksilaza. Kortizol ne djeluje na mozak, srčani mišić i eritrocite, ali će snažno djelovati na mišiće, jetru, masno tkivo i koštano tkivo. Na koštano i vezivno tkivo djelovat će tako što će smanjivati sintezu kolagena i fibronektina. Postoje neka patološka stanja u kojima se koriste glukokortikoidi zbog ove njihove sposobnosti. Dugo izlaganje kortizolu ima za posljedicu smanjenu sintezu kolagena i fibronektina što utiče na stanjenje kože koja se lako kida, povrede teško zarastaju, zatim može doći do osteoporoze i gubitka Ca, te atrofije mišića. Sintetski analozi adrenalnih steroida

Ovdje je prikazan deksametazol. Oni dijelovi koji doprinosi glukokortikoidnom djelovanju je hidroksilacija u 17α i prisustvo hiroksilne ili keto skupine na C-11. Svi hormoni kore nadbubrežne žlijezde imaju i glukokortikoidno i mineralokortikoidno djelovanje, samo što je jedno izraženije. Ako govorimo o glukokortikoidima oni imaju primarno glukokortikoidno djelovanje, a imat će i efekte mineralokortikoida. Kada se pripremaju sintetski analozi adrenalnih steroida, onda su urađene neke modifikacije kojima je pojačano antiinflamatorno, imunosupresivno djelovanje koje imaju glukokortikoidi, a minimizirano je mineralokortikoidno djelovanje.

Kada je rađen deksametazol, koji je sintetski analog kortizola, uvedena je dvostruka veza između prvog i drugog ugljikovog atoma u kortizol i kortizon (kortizol i kortizon se razlikuju samo u C-11, kortizol ima OH skupinu, a kortizon keto) pa su nastali analozi koji kada se koriste u terapeutski korisnim dozama daleko slabije djeluju na retenciju soli, a zadržavaju antiinflamatorno djelovanje prirodnih steroida. Jedan takav je deksametazol koji je snažan sintetski glukokortikoid i ima snažno antiinflamatorno i imunosupresivno djelovanje. Ako ga uporedimo sa samim kortizolom ima 25 puta jača antiinflamatorna i imunosupresivna djelovanja od kortizola. To se postiglo modifikacijama, prvo uvođenjem dvostruke veze i uvođenjem fluora u položaj 9.

99

Hidrokortizon je sintetski steroid koji je kortizon. Različiti oblici kortizola koriste se u tretmanu veliog broja bolesti. Hidrokortizon je molekula identična kortizolu i jedna je od jakih medikamenata.

Pernisolon je sintetski analog kortizola, a pregnison je sintetski analog kortizona. Kortikosteron ima i glukokortikoidno i mineralokortikoidno djelovnje. Cushingov sindrom Cushingov sindrom posljedica je produženog izlaganja suviše velikim količinama hormona kortizola u cirkulaciji. Uzrok hiperfunkcije kore nadbubrežne žlijezde i povećanog izlučivanja kortizola mogu biti:

• Obostrana hiperplazija kore nadbubrežnih žlijezda nastala usljed prekomjerne sekrecije ACTH iz hipofize, u kojoj može ali i ne mora postojati tumor

• promjene na samoj adrenalnoj žlijezdi, bez sudjelovanja hipofize (adenom ili kurcinom kore nadbubrežne žlijezde

Najčešći oblik Cushingovog sindroma je adrenalna hiperplazija pod uticajem hipofize – pojavljuje se obično kod žena u reproduktivnoj dobi. Posebna karakteristika Cushingove bolesti je mobilizacija masti iz drugih dijelova tijela i odlaganje tih masti u torakalnoj regiji tzv. „trup kao u bizona“. Dolazi do centripetalne redistribucije masti, bez promjene ukupne količine masti u organizmu. Lipidi se mobiliziraju iz tkiva koja su osjetljiva na glukokortikoide i odlažu na drugim mjestima. Zbog prekomjerne sekrecije steroida lice poprima podbuo izgled, a androgena aktivnost nekih hormonauzrokuje akne i hiper zutizam (prekomjerna dlakavost na licu). Takav izgled lice opisuje se kao „mjesečasta faca“ (facies lunata). Izobilje glukokortikoida koji se izlučuju u Cushingovoj bolesti uzrokuje hiperglikemiju (vjerovatno usljed glukoneogeneze). Ukoliko „adrenalni diabetes“ potraje više mjeseci može nastati pravi „diabetes mellitus“ koji je trajan i postoji tokom cijelog života. Stalni visoki nivoi glukoze u krvi mogu dovesti do „izgaranja“ (razaranja) β-ćelija Langerhansovih otoka.

100

Glukokortikoidi stimuliraju katabolizam proteina u perifernim tkivima, a inhibiraju sintezu proteina u istim. Mišići su ciljno tkivo glukokortikoida. Djlujući katabolički na mišićne proteine, tj. stimulirajući njihovu razgradnju, glukokortikoidi obezbjeđuju aminokiseline za glukoneogenezu. Glukokortikoidi istovremeno inhibiraju sintezu proteina u mišićima, pa dugotrajna izloženost visokim nivoima glukokortikoida dovodi do atrofije i slabosti mišića, što se dešava u Cushingovoj bolesti. Visoke koncentracije glukokortikoida inhibiraju rast i razmnožavanje fibroblasta, inhibirana je i sinteza kolagena i fibronektina. Količina kolagena u potkožnom masnom tkivu je smanjena, pa nastaju purpuraste strije. Visoke koncentracije glukokortikoida inhibiraju umnožavanje i funkciju ćelija koštanog tkiva i odlaganje kolagena u kostima. Stoga je rezultat dugotrajnog djelovanja povišenih koncentracija glukokortikoida smanjenje koštane mase – osteoporoza. Zbog smanjene sinteze proteina u limfoidnom tkivu, slabi i imunološki sisem. Ispitivanje Cushingovog sindroma započinje:

• mjerenjem slobodnog kortizola u mokraći • provjeravanjem dnevnog sekretornog ritma • ispitivanjem supresivnog djelovanja deksametazona

u mokraći bolesnika sa bilo kojim oblikom Cushingovog sindroma izlučuju se povećane količine slobodnog kortizola (11-hidroksikortikosteroida) to upozorava na povišenu koncentraciju slobodnog kortizola u plazmi. Izbrisane su ritmičke promjene u intenzitetu izlučivanja kortizola u toku dana, a slobodni kortizol u mokraći osjetljivi je pokazatelj hiperfunkcije nadbubrežne žlijezde. Određivanje slobodnog kortizola u mokraći vrši se tako da se prikuplja 24-satni izlučeni urin i u porcijama urina određuju se koncentracije kortizola ili 11-OHCS (11-hidroksikortikosteroida).

101

ALDOSTERON Djelovanje i regulacija izlučivanja aldosterona Aldosteron djeluje na distalne tubule bubrega, a njegova primarna uloga je povećanje reasorpcije Na+ jona, i u zamjenu za reasorbovani Na+ stimulira izlučivanje K+ jona, kao i H+ jona. Reasorpciju Na+ jona prati reasorpcija H2O, što rezultira povišenjem volumena krvi i krvnog tlaka. Pomenuto je već da se aldosteron putem krvi transportira slabo vezan na albumin krvne plazme. Efakat aldosterona na reasorpciju Na+ jona? U slučaju izostanka aldosterona ili bilo kojeg razloga da nema njegovog izlučivanja, dnevno se može izgubiti iz organizma putem urina 20 g Na. Ali, tih 20g Na je samo 1/5 ukupne zalihe Na u organizmu. Ako se terapijski pristupi davanju aldosterona, onda se izlučivanje Na pri toj terapiji kroz samo nekoliko dana terapije može svesti na nekoliko mg. Drugo što je važno kada tumačimo aldosteron je činjenica da u zamjenu za reasorbovane Na+ jone , aldosteron u distalnim tubulima stimulira izlučivanje K+ jona. I ovo je jedini mehanizam u organizmu kojim se kontrolira koncentracija K+ jona u ekstracelularnom matriksu. Regulacija izlučivanja aldosterona Faktori koji imaju bitnu ulogu u regulaciji izlučivanja aldosterona: 1. najsnažniji faktor je koncentracija K+ jona u ekstracelularnoj tekućini. Mehanizam na koji koncentracija K+ jona kontrolira izlučivanje aldosterona nije još pojašnjen. Ali opet, povišena koncentracija K+ u ekstracelularnom matriksu je najsnažniji signal koji stimulira lučenje aldosterona. 2. sistem renin-angiotenzin. Kad se sjetimo lučenja glukokortikoida, spomenuli smo da ACTH ima važnu ulogu. Ali, ACTH nema važnu ulogu u regulaciji izlučivanja aldosterona. Ovdje ima samo jednu permisivnu funkciju, on je jednostavno neophodan za koru nadbubrežne žlijezde, za održanje zone glomerulosae.

102

Neposredno nakon što ACTH kontrolira prvu reakciju skrećenja bočnog lanca holesterola pri sintezi glukokoritkoida, ACTH regulira i izlučivanje kortizola. Sistem renin-angiotenzin. Singal koji pokreće mehanizam koji će rezultirati lučenjem aldosterona je kao prvo hipovolemija (proljev, krvarenje, povraćanje), i pad koncentracije Na+ jona u ekstracelularnom matriksu. Zbog ovih signala će se iz jukstaglomerularnih ćelija bubrega izlučiti proteolitički enzim ili proteazu koji se naziva RENIN. Renin će u krvnoj plazmi djelovati na protein krvne plazme zvan ANGIOTENZINOGEN. Angiotenzinogen spada u alfa 2 globuline. Sa angiotenzinogena će otcijepiti dekapeptid koji se naziva ANGIOTENZIN I. Angiotenzin I će se djelovanjem angiotenzin konvertirajućeg enzima prevesti u ANGIOTENZIN II. Angiotenzin konvertirajući enzim je prisutan u vaskularnom epitelu , plućima, jetri, kori nadbubrega, pankreasu, bubrezima i neurohipofizi. Sa angiotenzina I će angiotenzin konvertirajući enzim otcijepiti dipeptid, i nastati će angiotenzin II koji je oktapeptid. Vrijeme poluživota angiotenzina II je samo T 1/2 = 1 min. Iz angiotenzina II otcjepljenjem 1 aminokiselinskog ostatka djelovanjem aminopeptidaze može nastati i ANGIOTENZIN III koji je heptapeptid i ima 7 ak ostataka. Angiotenzin II i angiotenzin III imaju hormonsko djelovanje. Angiotenzin II će putem krvi da dospije do zone glomerulosae kore nadbubrega, i vezat će se za njega specifični receptor. Vezivanjem za receptor on će pokrenuti transdukciju signala koja će djelovati u 2 smjera: a) Aktivirati će enzime biosintetskog puta aldosterona b) Povišenje koncentracije K+ jona stimulirati će izlučivanje aldosterona iz ćelija zonae glomerulosae. Izlučen aldosteron putuje putem krvi vezan na albumin krvne plazme do distalnih tubula. Aldosteron je steroidni hormon koji će difundovati kroz plazma membranu, vezati se na intracelularni receptor i onda će u ćelijama distalnih tubula stimulirati ekskreciju onih proteina koji imaju važnu ulogu u reasorpciji Na+ jona. Pored toga što će reasorpcija Na+ jona dovesti do sekrecije K+ jona, reasorpcija Na+ jona također dovodi i do sekrecije H+ jona u distalnim tubulima bubrega. Ovi secernirani H+ joni potiču iz karbonatne kiseline, pa lučenjem H+ jona u ekstracelularnom matriksu zaostaju i bikarbonatni

103

joni. Stoga, povečano lučenje aldosterona dovodi do alkaloze, a smanjeno izlučivanje do acidoze. Aldosteron djeluje i na reasorbciju anjona, prvenstveno na reasoprciju Cl- jona , i zbog toga se djelovanjem aldosterona povećava koncentracija NaCl-a u tjelesnim tekućinama. To znači da mineralokortikoidi djeluju tako da povećavaju djelovanje Na+, C- i bikarobnatnih jona u ekstracelularnom matriksu, i ukupni sadržaj elektrolita u ekstracelularnoj tekućini se povećava. Stvoreni osmotski gradijent kroz tubularnu membranu pokreće reasorpciju vode iz tubula i time se povećava volumen ekstracelularne tekućine,a samim tim i krvni tlak. Cijela jedna serija lijekova za povišen krvni pritisak su inhibitori angiotenzin konvertirajućeg enzima. Genski defekt pri sintezi steroidnih hormona Kongenitalna adrenalna hiperplazija To je najčešći genski defekt pri sintezi steroidnih hormona. To je gentski uvjetovan izostanak aktivnosti C21 hidorksilaze. Citohrom C450 koji je C21 hidroksilaza je važan i za sintezu glukokortikoida i mineralokortikoida. Ako se vratimo na regulaciju izlučivanja kortizola, izostanak aktivnosti C21 hidroksilaze blokirat će prvenstvno put sinteze holesterola. To rezultira niskim nivoima kortizola u krvnoj plazmi, što ima za posljedicu stalno stimuliranje izlučivanja ACTH iz adenohipofize. Nivoi kortizola mehanizmom povratne sprege reguliraju izlučivanje kortiko-liberina iz hipotalamusa, i kortiko-tropina iz adenohipofize. Ako su visoki nivoi, onda će se blokirati njihovo lučenje, a ako su nivoi kortizola niski onda postoji stalna stimulacija i nema blokade lučenja kortikoliberina i kortikotropina. To rezlutira povećanim izlučivanjem ACTH. ACHT dalje stalno stimulira reakciju skračenja bočnog lanca holesterola pri čemu će nastati delta-5-pregnenolon. Pošto nema hidroksilacije na C21, ići će hidroksilacija u položaju 17 alfa ,pa će nastajati 17-alfa-hidroksi-pregnenolon ili 17-alfa-hidroksi-progesteron. Zatim, djelovanjem te iste 17-alfa hidroksilaze doći će do povečanog stvaranja ANDROGENA u kori nadbubrega, to su De-hidro-epi-androsteron ( DHEA ) i androstendion.

104

Produženi periodi povišenog nivoa ACTH uzrokuju adrenalnu hiperplaziju, i povećanu proizvodnju androgenih c19 steroida čija sinteza ne zahtijeva hidroksilaciju na c21. Adrenalni cortex je glavno mjesto proizvođenja steroidnih hormona tokom fetalnog razvoja i u odrasloj dobi. Tokom feltalnog razvoja adrenalna žlijezda ima mnogo intenzivniji kompleksniji biosintetski sistem, i dnevno se tokom fetalnog razvoja proizvede 100-200 mg steroidnih hormona, za razliku od odrasle osobe kod koje je dnevna proizvodnja samo 20-30 mg ( 0,3mg aldosterona, 20-30mg kortizola, 3mg kortizona ). Izrazita fizička karakteristika izostanka C21 hidroksilaze je virilizacija koju uzrokuju visoki nivoi androgena. Kod oboljelih žena virilizacija je očigledna već kod samog rođenja u vidu maskulinizacije vanjskih genitalija. Kod muškaraca to nije slučaj, polni organi se po rođenju čine normalnim, ali polna prerazvijenost kod muškaraca postaje očigledna nakon nekoliko mjeseci, tj prekomjeran je predpubertetski razvoj spolnih organa kod muškaraca, i u 2 ili 3 godini se javlja prijevremeni pubertet kod muške djece. Dolazi do ubrzanog rasta i veoma rane maturacije kostiju i rezultat je karakterističan kratak stas. Pacijenti sa deficiton c21 hidroksilaze u urinu izlučuju pregnantriol, 17-keto steroid i osnovni metabolit 17-alfa progesteron. U 1-3 djece sa prirođenom hiperplazijom nadbubrežne žlijezde uzrokovanom izostankom aktivnosti c21 hidroksilaze ili c18 hidroksilaze, ometana je sinteza aldosterona. Pošto imaju nizak nivo aldosterona kao glavnog mineralokotirkoida dolazi do perzistentnog gubtika Na+ putem urina. Gubitak soli dovodi do dehidratacije, hipotenzije, i može rezultirati šokom kao i iznenadnom smrću. Stoga je kod sve ženske djece sa nejasno razvijenim genitalijama potrebno odrediti elektrolite u krvnoj plazmi da bi se pratilo koliko je pogođena i sinteza samog aldosterona.

105

Atrijski natriuretski faktor ili atrijski natriuretski peptid ili atriopeptin. To je polipeptidni hormon koji je antagonista sistemu renin-angiotenzin. Sadrži 28 ak ostataka, i cikliziran je zato što sadrži jedan disulfidni most kojeg izgrađuju bočni lanci cisteinskih ostataka. Sintetizira se u kardiocitima srčanih predkomora, a u samim atrijskim ćelijama se nalazi u dimeriziranom obliku,a takav je katalitički inaktivan. Kao dimer se izlučuje u krvnu plazmu gdje disocira na monomerni hormonski aktivni oblik. Sličan slučaj imamo i sa inzulinom i somatotropinom. Otpuštanje ANF pokreće više signala: - povećanje volumena krvi - povećanje krvnog tlaka izazvano direktnim djelovanjem vazokonstriktora - visok unos soli Djelovanje ANF Hormon djeluje preko za njega specifičnog receptora koji ima enzimsku aktivnost, a to je gvanilat-ciklaza. Jedan je polipeptidni lanac. Eksracelularno je locirana CHO domena koja specifično vezuje ovaj hormon. Postoji segment polipeptidnog lanca koji se proteže kroz plazma membranu, i citosolni dio koji ima enzimsku aktivnost, i to aktivnost gvanilat ciklaze. Ona će iz gvanozin difosfata sintetizirati ciklički gvanozin monofostat (cGMP), koji je drugi glasnik ovog hormona. Atrijski natriuretski faktor djeluje na bubrege i povećava brzinu glomerularne filtracije. Dovodi do povećanja protoka krvi kroz bubrege,a to rezultira povećanjem volumena urina i povećanim izlučivanjem Na+ jona tj povećanom natrijurezom. U samim bubrezima inhibirati će izlučivanje renina. Samim tim nema nastajanja angiotenzina II. Ako gledamo na nadbubrežnu žlijezdu, izvršiti će supresiju sinteze i izlučivanja aldosterona. ANF inhibira vazokonstrikciju koju je izazvao angiotenzin II, i relaksira renalne krvne sudove i velike arterije. Zbirna slika: Imamo signale angiotenzina II koji će rezultirati povećanom sintezom i izlučivanjem aldosterona. Pojavom hipervolemije iz srca će se izlučivati ANF koji djeluje na svoj receptor. Citosolna domena tog receptora je

106

gvanilat ciklaza, sitetizirati će cGMP preko koga će ANF izvršiti supresiju sinteze i izlučivanja aldosterona. Bitno za ispit ! Znati da je ANF ciklički svijen ! Znati da je cGMP drugi glasnik ovog puta !!!!!!! znati da je receptor enzimske prirode !

107

HORMONI SRŽI NADBUBREŽNE ŽLIJEZDE U srži nadbubrežne žlijezde sintetizira se adrenalin. Njega izlučuju hromafinske ćelije srži nadbubrežne žlijezde i sintetizira se iz aminokiselina fenilalanina i tirozina, zato što se fenilalanin hidroksilacijom prevodi u tirozin. Izlučivanje ovog adrenalina signalizirano je neuralnim odgovorom na stres koji se preko preganglionskih acetilholinskih neurona prenosi na srž nadbubrežne žlijezde. Otpuštanjem acetilholina iz neurona dolazi do ulaska Ca jona u hromafinske ćeilije, i povišenje nivoa intracelularnog Ca jona stimuliraju egzocitozu i otpuštanje kateholamina, koji su uskladišteni u hromafinskim granulama. Cjelokupni sistem skladištenja, sinteze i otpuštanja adrenalina iz srži nadbubrežne žlijezde pod neuralnom je kontrolom i pod kontrolom je glukokortikoida koji sintetizira i izlučuje kora nadbubrežne žlijezde. Prozvodi kore nadbubrežne žlijezde transportovat će se u srž mimo ove cirkulacije, pa se nivo kortizola u adrenalnoj meduli povećava. Kortizol sada inducira enzim feniletanol amin N-metil transferazu koji je ključni enzim koji katalizira prevođenje noradrenalina u adrenalin. Odgovor kore nadbubrežne žlijezde na stres osigurava proizvodnju adrenalina u srži nadbubrežne žlijezde.

Ovdje imamo prikazane hromafinske granule u hromafinskim ćelijama srži nadbubrežne žlijezde. Takođe imamo zonu reticularis kore nadbubrežne žlijezde. Kada u situaciji stresas dođe do povećane sinteze kortizola, on će preko kapilara da difunduje u srž nadbubrežne žlijezde. Zatim će u tim hromafinskim ćelijama inducirati sintezu enzima feniletanol amin N-metil transferaze koji će katalizirati posljednji stupanj u biosintezi adrenalina, a to je kada je potrebno izvršiti metiliranje kojim će se noradrenalin prevesti u adrenalin. U situaciji stresa sinteza adrenalina primarno zavisi od sinetze glukokortikoida.

Sinteza adrenalina ide iz aminokiselina tirozina ili fenilalanina. Iz

tirozina ide sinteza i nastaje noradrenalin. Enzim feniletanol amin N-metil transferaza katalizirat će metiliranje noradrenalina i nastat će epinefrin.

108

Potrebno je da se izvrši metiliranje amino skupine u adrenalinu i donor metilne skupine je S-adenozil metionin i pod kontrolom je kortizola.

Adrenalin nakon što se izluči u cirkulaciju djeluje na α adrenegičke receptore hepatocita i pokreće razgradnju glikogena što dovodi do povišenja nivoa glukoze u krvi. α adrenergički receptori dobijaju signale preko kaskade fosfatidil-inozitol 4,5 bisfosfata u jetri, a na jetru djeluje glukagon koji će preko djelovati preko adenilat ciklaze. Epinefrin reaguje sa α receptorima glatkih mišića i krvnih sudova i uzrokuje kontrakciju i povišenje krvnog pritiska.

109

PROSTAGLANDINI I LEUKOTRIENI ( eikozanoidi ) To su derivati masnih kiselina, sadrže 20 C atoma. Grčki naziv za 20 je eikoza eikozanoidi. Sinetitiziraju se primarno iz slobodne arahidonske kiseline i još nekih polinezasićenih masnih kiselina koje sadrže 3,4 ili 5 dvostrukih veza. Sadržaj slobodnih mk u citosolu je veoma nizak, i da bi arahidonska kiselina bila u slobodnom obliku na raspolaganju za sintezu prostaglandina i leukotriena, ona mora da se otpusti sa membranskih lipida. Slobodna arahidonska kiselina može ići u 2 puta: a) ciklooksigenazni put – sintetiziraju se prostaglandini i tromboksan b) lipooksigenazni put – sintetiziraju se leukotrijeni Do otkrića prostaglandina dovela su istraživanja koja su otkrila njihovo prisustvo u sekretu prostate 1930 godine. 1960 Bekstrom je nastavio istraživanja vezana za prostaglandine. Otkriveni su na osnovu djelovanja koje imaju na glatku muskulaturu i njihove spostobnosti da izazovu kontrakciju intestinalnih i uterinih mišića. Ovi spojevi također dovode do sniženja krvnog tlaka. Neko ih je nekad nazivao hormonima, ali prostaglandini NISU HORMONI. Zato se nazivaju supstancama koji imaju ulogu medijatora. Ovi spojevi se ne sintetiziraju u nekom specijaliziranom tipu ćelija, već u skoro svim ćelijama sa izuzetkom eritrocita. Pošto se sintetiziraju oni se odmah izlučuju iz ćelija. Zatim djeluju lokalno, na okolne ćelije i ćeliju koja ih je izlučila. Normalno djeluju preko svojih receptora. Djelujući na druge ćelije, oni neće djelovati uniformno kako djeluju klasični hormoni glukagon ili inzulin. Isti prostaglandin u jednom tipu ćelija može izazvati jedne efekte, u drugom tipu skroz druge efekte, nekada potpuno suprotne. Ono što komplikuje sve kad sagledavamo prostaglandine je to što ih ima veliki broj, i što često imaju skoro pa suprostavljena djelovanja. Postoje 3 glavne klase prostaglandina. To su : a) prostaglandini klase A b) prostaglandini klase E c) prostaglandini klase F Ako gledamo strukturno, prostaglandini su derivati polinezasićenih masnih kiselina koji u svojoj strukturi imaju ciklopentanski prsten. Molekule prostaglandina imaju više različitih funkcionalnih grupa.

110

Npr uzeti ćemo prostaglandin E2 ( PGE2 ). On u svojoj molekuli sadrži karboksilnu skupinu. Na petočlanom prstenu sadrži beta-hidroksi-keton. U bočnom lancu sadrži sekundarni alkilni alkohol. U bočnim lancima također sadrži C –C dvostruke veze. Prostaglandini su označeni po tome što na ciklopentanskom prstenu prostaglandini F imaju 1,3-diole , prostaglandini E beta-hidroksi ketone, i prostaglandini A alfa-beta-nesazićene ketone. Označeni su kao npr prostaglandin 1 ili npr prostaglandin a2, po broju dvostrukih veza u bočnim lancima. Oni sa jednom su prostaglandini a1, f1, itd. Kad imamo npr prostaglandin f1 alfa, ovo „alfa“ se određuje prema konfiguraciji OH skupine na C9 atomu. Ako je ispod ravnine prstena, e to je alfa konfiguracija.

111

112

Da bi išla sinteza prostaglandina potrebno je da se sa mebranskih lipida otcijepi arahidonska kiselina. I to otcjepljenje je enzimski katalizirano enzimom fosfolipaza A2. Stimulusi koji aktiviraju puteve biosinteze prostaglandina su biohemijski nepoznati i nepojašnjeni. Izlučivanje prostaglandina slijedi hormonsku ekscitaciju, neuralnu ekscitaciju i mišićnu aktivnost. Ključna reakcija za biosintetski put prostaglandina je reakcija koju katalizira fosfolipaza A2, a to je otcjepljenje arahidonske kiseline.

113

Kao što već znamo, sama arahidonska kiselina se može unjeti putem hrane a može se i sintetizirati iz linolne kiseline. Linolna kiselina je esencijalna masna kiselina iz koje se može sintetizirati arahidonska kiselina. Izuzetno je važan adekvatan unos linolne kiseline da bi se održao biosintetski put prostaglandina. Oko 10g linolne kiseline se dnevno unese u organizam, a od toga se samo mali dio prevede u jetri u arahidonsku kiselinu. Dnevno se urinom izluči 1mg prostaglandina i njihovih metabolita. Sa kvantitativnog stanovišta zaključujemo da se dnevno sintetizira veoma malo prostaglandina. Ukoliko nema adekvatnog unosa linolne kiseline, bez obzira na malu sintezu prostaglandina, biosinteza prostaglandina će biti pogođena. A to će za posljedice imati djelovanje medijatora. Sada tumačimo biosintetski put koji počinje iz arahidonske kiseline, tj slobodne arahidonske kiseline koju će djelovanje fosfolipaze A2 otcijepiti sa membranskih lipida. Enzimski kompleks koji katalizira biosintezu prostaglandina naziva se kompleks prostaglandin sintaze. Ovaj kompleks ima 2 enzimske aktivnosti. Jedna aktivnost je CIKLOOKSIGENAZNA AKTIVNOST, a druga je PEROKSIDAZNA AKTIVNOST ili prostaglandin hidroperoksidazna aktivnost. U reakciji sinteze prostaglandina sudjeluje molekulski O2. ( na slici gdje piše ciklooksigenaza sudjeluju 2 molekule O2 ). Biosinteza će otpočeti reakcijom ciklizacije između C8 i C11. Pri tome će djelovanjem ciklooksigenazne komponente kompleksa prostaglandin sintaze nastati 9,11-endoperoksid-15 hidroperoksid. Taj intermedijer se naziva prostaglandin G2 ( PGG2 ). On će se dalje djelovanjem peroksidazne komponente kompleksa prostaglandin sintaze i uz sudjelovanje reduciranog glutationa prevesti u prostaglandin H2 ( PGH2 ). Hidroperoksidna skupina PGG2 na C15 prevedena je u hidroksilnu skupinu PGH2. Iz prostaglandina H2 mogu da nastanu različiti tipovi prostaglandina,a reakcije uključuju sudjelovanje različitih enzima. Koji će prostaglandin nastati u nekom tipu ćelija i u kojoj količini zavisi od sadržaja enzima u tom tipu ćelija. Sve ove reakcije nisu pojašnjene. Iz prostaglandina H2 djelovanjem enzima prostaciklin sintaza se sintetizira prostaciklin ili prostaglandin I2 ( PGI2 ). Iz prostaglandina H2 djelovanjem enzima tromboksan sintaza ide sinteza tromboksana A2. Svi enzimi biosintetskog puta prostaglandina su locirani sa citosolne strane membrane endoplazmatskog retikuluma.

114

Prostaciklin se stalno sintetizira u endotelu krvnih sudova i spriječava agregaciju trombocita na zdrave stijenke krvnih sudova. Tromboksan A2 ( TXA2 ) u svojoj strukturi sadrži šestočlani prsten sa atomom O koji se još naziva i oksanski prsten. TXA2 se primarno sintetizira u trombocitima, a njegovo fiziološko djelovanje se zasniva na tome da snažno stimulira agregaciju trombocita na abnormalne stijene krvnih sudova. Ali formiranje arterijskog tlaka koje je građeno od masnog tkiva stimulira dalju adheziju trombocita, pa se situacija komplikuje. Tkivna specifičnost sinteze prostaglandina Stvaranje prostaglandina E2 i F2α, tromboksana i prostaciklina ( PGI2 ) odvija se putem specifičnih enzima, čije prisustvo varira zavisno o tipu ćelije i tkiva. To rezultira specifićnošću kada su u pitanju pitu tip i količina sintetiziranog prostaglandina. Glavni tipovi prostaglandina su oni koji se stvaraju u : - bubrezima i slezeni : PGE2 i PGF2α - krvni sudovi : PGI2 ( prostaciklin ) i PGF2 α - srce : u podjednakim količinama stvaraju se PGE2, PGF2α i PGI2 - trombociti : tomboksan A2 ( TXA2 ) COX-1 i COX-2 Postoje dva oblika ciklooksigenaze ( COX ) tj prostaglandin sintaze ( PGS ). COX-1 ili PGS-1 : koja je konstitutivni enzim prisutan u gastričnoj mukozi, trombocitima, vaskularnom endotelu i bubrezima ( gotovo sva tkiva ). COX-2 ili PGS-2 : koja je inducibilan enzim i stvara se kao odgvor na inflamaciju. COX-2 se najvećim dijelom eksprimira u aktiviranim makrofagima i monocitima kada su ovi stimulirani trombocitnim faktorom aktivacije ( PAF ), interleukinom-1 ili bakterijskim lipopolisaharidom ( LPS ), ćelijama glatkih mišića, epitelnim i endotelnim ćelijama i neuronima. Reguliraju ga citokini i faktori rasta, a najviše je eksprimiran u stanju inflamacije. Životni vijek prostaglandina Prostaglandini imaju kratak životni poluvijek ( nekoliko sekundi do nekoliko minuta ). Neposredno nakon otpuštanja u kojima se sintetiziraju,

115

prihvataju ih susjedne ćelije ( prostagladndin djeluje lokalno ) i inaktiviraju ih. Inaktivacija se vrši ili oksidacijom 15-hidroksi grupe ili Beta-Oksidacijom sa C1-COOH kraja lanca masne kiseline. Može slijediti i omega-oksidacija, ipak se radi o masnim kiselinama. Pritom nastaju dikarboksilne kiseline koje se izlučuju urinom. Životni vijek tromboksana A2 Životni vijek tromboksana A2 ( TXA2 ) u vodi je veoma kratak T1/2 = 1 min. TXA2 se brzo ( metabolizira ) prevodi u TXB2 cijepanjem kisikovog mosta između C9 i C11 uz nastajanje OH skupina. TXB2 nema biološku aktivnost. Prostaglandini imaju više fizioloških dejstava Prostaglandini su prirodni medijatori inflamacije Inflamatorne reakcije najčešće zahvataju zglobove ( reumatidni artritis ), kožu ( psorijaza ) i oči. Ove upale često se liječe kortikosteroidima koji inhibiraju sintezu prostaglandina ( inhibicija fosfolipaze A2 ). To je oslobađanje arahidonske kiseline i izostaje supstrat za sintezu prostaglandina. Prostaglandini pojačavaju intenzitet i produćavaju trajanje bola Lijekovi koji inhibiraju sintezu prostaglandina ublažavaju bol. Smatra se da pirogeni ( supstance koje izazivaju temperaturu ) aktiviraju biosintetski put prostaglandina. To rezultira oslobađanjem PGE2 u područiju hipotalamusa koje regulira temperaturu. Aspirin, koji je antipiretički lijek, djeluje tako da inhibira ciklooksigenazu. Sintetski prostagladini pokazali su se efikasnim u inhibiciji sekrecije želučane kiseline kod pacijenata sa peptičkim ukusom. Inhibitorni efekt prostaglandna izgleda kao da se zasniva na inhibiciji stvaranja cAMP u ćelijama želučane mukoze. Inhibiraju adenilat ciklazu pa je smanjeno lučenje HCL-a. Tako zacijeljivaju čir na želucu.

116

Djelovanje PGE1 na adipozno tkivo Kada je prisutan u koncentraciji od 10-8 M PGE1 snažno inhibira lipolitičko djelovanje hormona epinefrina, glukagona , ACTH i tirotropina ( TSH ) u adipoznom tkivu. PGE1 spriječava povišenje intracelularnog nivoa cAMP, što znači da inhibira adenilat ciklazu u adipocitima.

Prostaglandini imaju važnu ulogu u kontroli tonusa krvnih sudova i arterijskog tlaka. Vazodilatorski prostaglandini PGA1, PGE i PGI2 snižavaju sistemski arterijski pritisak i povećavaju lokalni protok krvi. Postoji nada da bi se prostaglandini mogli koristiti u liječenje hipertenzije. PGE2 i PGD mogu uzrokovati dilataciju renalnih krvnih sudova i povećati protok krvi kroz bubrege. Oni također reguliraju sekreciju Na i brzinu glomerularne filtracije.

117

Prostaciklin ( PGI2 ) inhibira agregaciju trombocita. Endotelne ćelije koje oblažu krvne sudove otpuštaju PGI2 koji spriječava agregaciju trombocita na zdrave stijenke krvnih sudova. Vazodilatator. TXA2 pokreće agregaciju trombocita na abnormalne stijenke krvnih sudova. TXA2 se stvara u trombocitima i odgovorane je za spontanu agregaciju trombocita do koje dolazi u slučaju kontakta trombocita se za njih abnormalnom površinom ( kolagenom ili trombom ) Vazokonstriktor. LEUKOTRIENI Leukotrieni u svojoj strukturi imaju 3 konjugirane nezasićene veze. Prvi puta su identificirani u leukocitima i onda je izveden naziv leukotrieni. Oni su produkti lipooksigenaznog puta koji u svojoj strukturi sadrže najmanje 3 konjugirane dvostruke veze. Supstrat za biosintezu leukotriena je slobodna arahidonska kiselina koja ulazi u lipooksigenazni put.

Enzimi koji otpočinju sintezu leukotriena nazivaju se lipooksigenaze. Ovi enzimi kataliziraju ugradnju hidroperoksidne skupine u arahidonsku kiselinu, pri čemu nastaju alkilni hidroperoksidi. Atomi oksigena u toj rekaciji potiču iz molekulskog kisika, pa su ovi enzimi monodioksigenaze, zato što hidroperoksidna skupina koju uvode sadrži 2 atoma oksigena, pa su onda dioksigenaze, a uvode hidroperoksidnu skupinu samo u jedan položaj pa su monodioksigenaze.

Lipooksigenaze mogu uvoditi hidroperoksidne skupine na 3 različita položaja u arahidonskoj kiselini, a to je u položaju 5, 12 i 15, pa prema tome imamo 5-lipooksigenazu, 12-lipooksigenazu i 15-lipooksigenazu prema specifičnosti za uvođenje hidroperoksidne skupine u određeni položaj arahidonske kiseline. Ovi enzimi locirani su u citosolu. Uvođenjem hidroperoksidne skupine u arahidonsku kiselinu nastaju kiseline koja su označene P, HP, HPT. To su hidroperoksieikoza tetraenoenske kiseline. I kod ovih kiselina postoji određena specifičnost gdje je koja lipooksigenaza po svojoj specifičnosti prisutna u određenom tipu ćelija.

118

5-tetrahidroksieikoza tetraenoenske kiseline su glavni produkti lipooksigenaznog puta u bazofilima, polimorfonuklearnim leukocitima, makrofagima, mastocitima tj. u svakom organu koji može da podliježe inflamaciji. 12- tetrahidroksieikoza tetraenoenske kiseline preovladavaju, tj. sintetiziraju se u trombocitima, ćelijama endokrinih ostrva pankreasa, vaskularnim glatkim mišićima i glomerularnim ćelijama. 15- tetrahidroksieikoza tetraenoenske kiselina je glavni produkt lipooksigenaznog puta u retikulocitima, eozinofilima i T-limfocitima. Kada je u pitanju tip lipooksigenaze, po njenoj specifičnosti u različitim tipovima ćelija, prisutni su ovi enzimi različite specifičnosti.

Ovdje imamo arahidonsku kiselinu i prikazana je monodioksigenacija na petom ugljikovom atomu, to je 5-lipooksigenaza. Uvest će se u položaj 5 hidroperoksidna skupina i nastaje hidroperoksieikoza tetraenoenske kiselina, sa hidroperoksidnom skupinom u položaju 5. Iz ovih kiselina mogu da nastanu kiseline označene kao HETEK (hidroksieikoza tetraenoenske kiseline) i one su te koje imaju hormonsko djelovanje. Pri tome dolazi do redukcije hidroperoksidne skupine u hidroksilnu skupinu. To ide ili neenzimskim putem ili djelovanjem neke peroksidaze.Hidroksiperieikoza nemaju hormonsko djelovanje,a ete imaju ta hormonska djelovanja i snažni su medijatori u alergijskim reakcijama.

Iz 5- hidroksieikoza tetraenoenske kiseline ide put sinteze leukotriena. Onaj koji nastaje i onaj koji je tačka grananja u tom biosintetskom putu je leukotrien A4. On ima epoksidnu skupinu između petog i šestog ugljikovog atoma. Reakciju će katalizirati enzim koji se naziv leukotrien A4 sintaza. Ovaj leukotrien je 4 zato što u svojoj strukturi sadrži 4 dvostruke veze. 3 dvostruke veze su konjugirane. Enzim katalizira reakciju epoksidacije.

Leukotrien A4 je jedna tačka grananja iz koje može da ide sinteza iz leukotriena A4 djelovanjem leukotrien B4 sintaze može da nastane leukotrien B4. Pri toj sintezi dolazi do adicije molekule vode na dvostruku vezu na C-11, C-12 pri čemu će nastati leukotrien B4 (5,12-dihidroksieikoza tetraenoenska kiselina). On je snažan medijator u inflamaciji i stimulira kemotaksu eozinofila i neutrofila.

Od leukotriena A4 sada mogu da nastanu leukotrien C4, leukotrien B4 i leukotrien E4. U tim reakcijama sada sudjeluje reducirani glutation i pri toj sintezi u leukotrienu A4 doći će do otvaranja epoksidnog prstena i

119

onda će se vezati glutation. Rekaciju katalizira enzim glutation S-transferaza. Glutation će se vezati preko SH skupine cisteinskog ostatka.

Doći će do otcjepljenja γ-glutamilnog ostatka sa glutationske komponente leukotriena C4, pa će nastati leukotrien D4, pa će doći do otcjepljenja glicinskog ostatka pa će ostati vezan samo cisteinski ostatak, pa će nastati leukotrien E4. Ovdje imamo leukotrien C4. Doći ć do otcjepljenja glutamatnog ostatka i nastat će leukotrien D4. Kada se s leukotrien D4 otcjepi glicinski ostatak nastane leukotrien E4. Ove reakcije odvijaju se uz katalitičko djelovanje specifičnih dipeptidaza.

Leukotrieni C4, D4 i E4 su sporo reagujuća supstanca anafilakse. Uzrokuju nastajanje spore, ali produžene kontrakcije glatkih mišića respiratornog i intestinalnog trakta. Djeluju snažnije od histamina na kontrakciju nevaskularnih glatkih mišića bronhija i intestinuma i pretpostavlja se da leukotrieni sudjeluju u alergijski uvjetovanoj bronhijalnoj astmi.

120

HORMONI ŠTITNE ŽLIJEZDE

U hormone štitne žlijezde spadaju tetrajod tironin (tiroksin) i 3-jod tironin. Osnova strukture ovih hormona je tirozin, i ovi hormoni se sintetiziraju na jedan poseban način. U acinarnim ćelijama štitne žlijezde sintetizira se protein koji se naziva tiroglobulin. U daljem sintetskom putu dolazi do jodiranja tirozinskih ostataka tiroglobulina. Ovaj sintetizirani tiroglobulin se iz ćelija izlučuje u koloid. U samom koloidu će ići reakcija jodiranja tirozinskih ostataka tiroglobulina pri čemu mogu nastati dijod tirozinski ostatci na tiroglobulinu i monojod tirozinski ostaci tiroglobulina. Jodirani tirozinski ostaci tiroglobulina se kupuluju u trijod tironinske ostatke i tetrajod tironinske ostatke. Endocitozom se taj modificirani tiroglobulin sa trijod tironinskim i tetrajod tironinskim ostatkom unosi ponovo u acinarne ćelije, dolazi do fuzije sa lizosomima i lizosomske proteaze će otcjepiti trijod tironin i tetrajod tironinske ostatke.

121

Štitna žlijezda normalno izlučuje 80-100 µg tetrajod tironina i otprilike 5 µg trijod tironina na dan. Ali neki dodatnih 20-25 µg T3 proizvodi se dnevno dejodiranjem tetrajod tironina koji se vrši u jetri i nekim drugim organima. T3 se smatra onim koji ima primarno hormonsko djelovanje.

Ovdje prikazuje da će se na hrapavom endoplazmatskom retikulumu

acinarnih ćelija sintetizirati tiroglobulin i da će se izlučiti u koloid. S druge strane, iz krvne plazme će da se pruzimaju jodidni joni i to jednim posebnim transportnim sistemom a to je jodidna pumpa. Ona zahtjeva utrošak energije. Jodidni joni se djelovanjem peroksidaze oksidiraju u elementarni jod i ide reakcija koja se naziva jodiranje ili organifikacija joda, zato što se u organski supstrat uvode atomi joda. Sada ide jodiranje tirozinskih ostataka tiroglobulina i nastaju dijod tirozinski ostatci, a mogu nastati i monojod tirozinski ostaci. Onda dolazi do kuplovanja jodiranih tirozinskih ostataka. Pa se na tiroglobulinu stvaraju tetrajod tironinski ili trijod tironinski ostatci. Takav modificirani tiroglobulin sa trijod i tetrajod tironinskim ostatcima endocitozom će se unijeti acinarne ćelije, dolazi do fuzije sa lizosomima i lizosomske proteaze će otcjepiti trijod tironin i tetrajod tironinske ostatke i nastali hormoni će se izlučiti u krvnu plazmu.Monojod tirozinski i dijod tirozinski ostatci mogu da se kupluju pa da nastanu trijod tironinski ostatci. Mogu se kuplovati 2 dijod tiroinska ostatka pa da nastane tetrajod tironinski ostatak.

Potoje neki mehanizam autoregulacije koji nije pojašnjen, ali zavisi od zaliha i nivoa jodidnih jona u samim ovim ćelijama. Ako je ta zaliha jodidnih jona dovoljna onda će se usporiti transport jodidnih jona u acinarne ćelije. Ako je nedovoljna koncentracija jodidnih jona onda će se taj transport pojačati. Mehanizam regulacije unosa jodidnih jona još nije pojašnjen. Oksidaciju jodida katalizira peroksidaza. Odnost T3 i T4 u tiroglobulinu je 13:1.

U područjima svijeta u kome je sol deficitarna sa jodidom javlja se hipotiroinizam i u pokušaj da proizvede više tireoidnih hormona štitna žlijezda se povećava i dolazi do gušavosti. Da bi se to spriječilo pristupa se konzumiranju soli koja je bogata jodidima. Tiroidna žlijezda jedinstvena je po tome što ima kapacitet skladištenja velikih količina hormona u obliku aminokiselinskih ostataka tiroglobulina u svom koloidu. Ovo skladištenje obješnjava nizak stupanj metaboličkog obrta T3 i T4 u organizmu.

122

Vrijeme poluživota samog T4 je približno 7 dana. Vrijeme poluživota T3 je 1-1,5 dana. Dug životni vijek imaju zato što su u krvnoj plami vezani na više raličitih proteina što produžava njihov životni vijek. Onaj na koji je vezana najveća količina hormona štitne žlijezde je tiroid vezujući globulin. Na ovaj protein u krvnoj plazmi vezano je približno 78% T3 i T4. U nevezanom stanju nalazi se samo 0,03% ukupnog T4 u plazmi i 0,3% ukupnog T3 i to su oni slobodni koji imaju hormonsko djelovanje. Ova frakcija slobodnog hormona ima biološku aktivnost jer samo slobodni hormon može da difunduje kroz ćelijske membrane i vezuje na specifične intracelularne receptore i funkcioniraju na nivou transkripcije gena kao i steroidni hormoni.

Hormon koji kontrolira sve stupnjeve u sintezi i izlučivanju hormona štitne žlijezde je TSH (tireotropni hormon) koji se izlučuje u tireotropnim ćelijama adenohipofize. TSH stimulira endocitozu tiroglobulina formiranjem endocitnih vezikula unutar acinarnih ćelija štitnjače. Zatim će sa endosomima fuzionirati lizosomi i zatim će lizosomke proteaze otcjepiti T3 i T4 u omjeru 10:1.

Izlučivanje TSH iz adenohipofize kontolira tireoliberin iz hipotalamusa. Sekrecija samog TSH primarno je regulirana ravnotežom između stimulativnog djelovanje tiroliberina i inhibitornog djelovanja mehanizmom negativne povratne sprege hormona štitne žlijezde koji su prisutni u krvnoj plazmi. Kada nivoi hormona štitne žlijezde prekorače određene nivoe, onda će ti hormoni mehanizmom negativne povratne sprege inhibirati izlučivanje TSH i adenohipofize i tiroliberina iz hipotalamusa.

Postoji dnevno-noćni ritam u izlučivanju samog TSH. Val izlučivanja otpičinje kasno poslije podne i maksimalnu vrijednost dostiže pred početak spavanja. Samo izlučivanje TSH je pulsirajuće i odvija se u intervalima 2-6 sati između pikova izlučivanja.

TSH stimulira sve faze u sintezi hormona štitne žlijezde, uključujući prihvatanje jodida iz plazme, organifikaciju joda, reakcije kuplovanja tj. vezivanja monojod tirozinskih i dijod tirozinskih ostataka, endocitozu tiroglobulina, proteolizu tiroglobulina i otpuštanje T3 i T4. TSH povećava vaskularitet tireoidne žlijezde i stimulira hipertrofiju i hiperplaziju acinarnih ćelija ove žlijezde. Tireoidni hormoni razgrađuju se u jetri, bubrezima, mišićima i drugim tkivima tako što se vrši dejodinizacija ili dejodizacija pri čemu nastaju supstance koje nemaju biološku aktivnost. Tiroksin i trijod tironin

123

se dezaminiraju koja može biti reakcijama transaminacije ili oksidativnom deaminacijom pri čemu će nastati tetrajod tireopiruvat koji se može oksidativno dekarboksilirati u jodirani tireoacetat tj, tetrajod tireoacetat. Tetrajod tireoacetat još uvijek ima hormonsko djelovanje. Za održavanja stalne količine joda važno je da se iz metabolita koji sadrže jod djelovanjem enzima specifična dejodaza oslobodi jod koji ponovo štitnjača može koristiti za sintezu hormona. Proizvodi razgradnje u jeti se vezuju sa glukuronskom kiselinom i dospjevaju u žuč. Hormoni štitne žlijezde i glukokortikoidi stimuliraju transkripciju i ekspresiju gena za hormon rasta. Tiroidni hormoni su prijeko potrebni za rast i razvoj. Povećanje hormona ili smanjena funkcija žlijezde imaju teške posljedice kao što su usporavanje fizičkog i mentalnog razvoja, a u drastičnim slučajevima dolazi do nastanka kretenizma. Hormoni štitne žlijezde snažno stimuliraju oksidativni metabloizam tj. sve puteve koje vode stvaranju ATP, utrošku gorivnih supstanci, stimuliraju termogenezu itd. Ako je smanjena funkcija štitne žlijezde ili je smanjeno djelovanje njenih hormona onda se javlja osjećaj hladnoće. Fiziološko djelovanje je kompleksno i djeluje na cijeli organizam. T3 djeluje tako da povećava metabolički obrt proteina, zatim energetski metabolizam, termogenezu, povećava glukoneogenezu, mobilizaciju glikogena, resorpciju glukoze u crijevu, sintezu holesterola, lipolizu u masnom tkivu i pojačava periferno djelovanje kateholamina.