Funkcje pierwiastków w układach biologicznych Flashcards
1
Q
Podział składników nieorganicznych
A
- makropierwiastki (>100mg/dobę)
- mikropierwiastki
2
Q
Makropierwiastki- przykłady
A
C, H, O, P, N, S, Na, Cl, K, S, Mg, P, Ca (<100mg/dobę)
3
Q
Mikropierwiastki- przykłady
A
Fe, Zn, Cu, I, Mn, Mo, Co, Se, Cr, F i inne
4
Q
Pierwiastek śladowy
A
Jest to pierwiastek, którego niedobór, spowodowany niedostatecznym dostarczeniem z dietą, prowadzi do zaburzeń funkcjonowania organizmu, ale podanie go w dawce fizjologicznej zapobiega zaburzeniom lub je usuwa
5
Q
Pierwiastki śladowe wchodzące w skład enzymów
A
Cu, Zn, Mn, Se
6
Q
Pierwiastki śladowe wchodzące w skład hormonów
A
I
7
Q
Pierwiastki śladowe wchodzące w skład witaminy B12
A
Co
8
Q
Pierwiastki śladowe wchodzące w skład metaloprotein
A
Fe, Cu, Zn
9
Q
Pierwiastki toksyczne w niewielkich ilościach
A
As, Cd, Hg, Pb
!!! Każdy pierwiastek może być toksyczny jeśli dostarczany jest do organizmu w zbyt dużym stężeniu !!!
10
Q
działanie pierwiastków in situ
A
-specyficzne- nawet bardzo podobny chemicznie pierwiastek nie jest w stanie zastąpić innego
Specyficzność wiąże się ze specyficznymi białakami przenoszącymi, które rozpoznają odpowiedni pierwiastek (wartościowość, potencjał redox, liczba koordynacyjna)
11
Q
działanie pierwiastków in vitro
A
zastąpienie jednego pierwiastka przez drugi powoduje zmianę powinowactwa enzymu do substratu
12
Q
Subtelna równowaga pierwiastków- na czym polega?
A
Gdy jednego stosunkowo dużo, to drugi automatycznie w niedomiarze (np. Ca:P)
13
Q
Interakcje między pierwiastkami
A
- Ca:P
- Cu:Fe (długotrwały niedobór miedzi=obniżenie wchłaniania żelaza=anemia)
- Cu:Zn (w ich wchłanianiu)
- Cu:Mo (gdy za dużo molibdenu, to za mało Cu)
14
Q
Co wpływa na proces wchłaniania pierwiastków?
A
Związki chelatujące (fitany, szczawiany), białka, tłuszcze, włóknik w diecie i inne
15
Q
Z czego wynikać może niedobór pierwiastków?
A
Ze złego wchłaniania, nadmiernego krwawienia (Fe), choroby nerek (Ca)
16
Q
Wydalane z żółcią
A
- molibden
- selen
- cynk
- mangan
- miedź
17
Q
Wydalane z moczem
A
- molibden
- selen
- cynk
- chrom
- kobalt
18
Q
Wydalane z sokiem trzustkowym
A
cynk
19
Q
Wydalane z potem
A
cynk
20
Q
Wydalane z martwymi komórkami śluzowymi
A
żelazo
21
Q
Funkcje jonów metali
A
- katalityczna
- strukturalna
- transportowa
- udział w przekazywaniu sygnałów hormonalnych
- udział w obronie organizmu przed wolnymi rodnikami
- udział w strukturze leków
22
Q
Funkcja katalityczna
A
Bezpośredni udział jonów metali w reakcjach enzymatycznych w formie metaloenzymów lub aktywatorów enzymów
23
Q
Funkcja strukturalna
A
Udział w utrzymaniu trwałej struktury pewnych biocząsteczek lub ich części.
Rolę tę spełnia:
Ca2+ w hydroksyapatycie w kościach i zębach
F- w hydroksyapatycie
24
Q
Funkcja transportowa
A
Wykazują ją białka wiążące jony metali- metaloproteiny.
W ten sposób regulują zależne od nich procesy czy aktywność enzymatyczną.
25
Przykłady metaloprotein
- albuminy (wiąże i transportuje jony Ca2+, Cu2+, Zn2+)
- transferyna (Fe3+, Zn2+, Mn2+, Cr3+)
- ceruloplazmina (Cu+, Cu2+)
- L2-makroglobulina (Zn2+)
* **-metalotioneina (Zn2+, Cu2+, Cd2+, Hg2+)- chroni organizm wiążąc metale ciężkie
26
Udział w przekazywaniu sygnałów hormonalnych
- Ca2+- śródkomórkowy przekaźnik w mechanizmie działania wazopresyny i katecholamin L-adrenergicznych w regulacji przemiany glikogenu w wątrobie
- jod- część trijodotyroniny i tyroksyny
27
Udział w obronie organizmu przed wolnymi rodnikami
Silne utleniacze:
- nadtlenek wodoru,
- anionorodnik ponadtlenkowy O2*-
- nadtlenkowy ROO*, R*
- wodorotlenowy HO*
Enzymy:
- peroksydaza glutationowa
- dysmutaza ponadtlenkowa
28
Peroksydaza glutationowa
- zawiera selen
| - katalizuje reakcję usuwania nadtlenku wodoru z erytrocytów
29
Dysmutaza ponadtlenkowa (SOD)
- usuwa anionorodnik ponadtlenkowy
| - zawiera po jednym atomie Cu i Zn (w cytoplazmie) lub Mn (w mitochondriach)
30
Inne funkcje
1) Triojabłczan złota (I)- reumatoidalne zapalenie stawów
| 2) Szczawianodiamoplatyna (II) i dichloro(etylenodiamino)platyna (II)- w leczeniu nowotworów
31
Metaloenzymy-charakterystyka
Zawierają określoną ilość jonów, które są silnie związane z apoenzymem i pozostają w oczyszczonej cząsteczce enzymu
32
Metaloenzymy- przykłady
- jon metalu nie zmiania stopnia utlenienia- Zn2+, Mn2+, Mg2+, Ca2+ w reakcjach hydrolizy, dekarboksylacji
- jon metalu podlega reakcjom redox- Cu+/2+, Fe2+/3+
33
Enzymy aktywowane przez jony metali
-nie wiąża tak trwale jak metaloenzymy, jednak bez obecności jonu w cząsteczce nie wykazują one właściwości enzymatycznych
34
Na czym polega rozróżnienie metaloenzymów od enzymów aktywowanych przez jony metali?
Na podstawie ich powinowactwa do metali
35
Jakie kompleksy tworzy metal, enzym i substrat?
M-E-S
E-S-M
E-M-S
+ cykliczny
36
Czy metaloenzymy i enzymy aktywowane przez jony metali mogą tworzyć wszystkie cztery schematy?
Nie; metaloenzymy nie tworzą kompleksu z mostkiem substratowym, bo istnieją już w formie E-M
37
Jony metali mogę brać udział w reakcjach enzymatycznych i zwiększać ich szybkość uczestnicząc z jednym z czterech mechanizmów:
- ogólnej katalizie kwasowo-zasadowej
- katalizie kowalencyjnej
- przybliżaniu związków regulujących
- indukowaniu odkształceń enzymu lub substratu
38
Jony metali są ... wg teorii Lewisa
Kwasami, a więc i elektrofilami
39
Jaka jest rola jonów metali, będących kwasami Lewisa
- akceptowanie pary elektronów, tworząc wiązanie ∂, a także akceptować elektrony wiązania pi związków organicznych
- aktywowanie związków nukleofilowych przyjmując elektrony i tworząc wiązanie ∂ lub pi
- aktywowanie związków elektrofilowych lub działanie ich samych jako nukleofile oddając elektrony
- "maskowanie" związków nukleofilowych (=zapobieganie reakcjom ubocznym)
40
Pierwiastki ultraśladowe
- zapotrzebowanie mniejsze niż 1mg/dobę
- Co, J, Mn, Mo, Se (istotne), Al, As, B, Br, Cd, Cr, F, Ge
- niewiele się o nich wie- jedynie z doświadczeń na zwierzętach
41
Wapń
-główny składnik kości i zębów (95-99%)
-prawidłowy rytm serca i pobudliwość nerwowa
-prawidłowe działanie hormonów
-krzepnięcie krwi, skurcz mięśni
-stężenie w osoczu regulowane przez wit. D, parathormon, kalcytoninę
-w surowicy występuje w trzech formach:
~frakcja niedyfundująca- wapń z albuminą
~frakcja dyfundująca- wapń z mleczanami, wodorowęglanami, fosforanami, siarczanami
~pula dyfundujących jonów- tzw. zjonizowanych
!!Wapń zjonizowany i niezjonizowany w równowadze!!
42
Fosfor
- składnik kości i zębów (80%)
- składnik estrów fosforanowych, kwasów nukleinowych, trifosforanów nukleozydowych, fosfolipidów błonowych
- u dzieci 1-1,5mmol/l, dorośli- 0,75-1,25mmol/l
- słabo rozpuszczalne w wodzie
- rozpuszczalność mineralnego składnika kości wzrasta w roztworze o niskim pH
- przemiana tłuszczów i węglowodanów
- wymiana energii poprzez reakcje utleniania sprzężone z fosforylacją
- fosforany nieorg- substraty w fosforylacji oksydacyjnej
- synteza nukleozydów
- metabolizm glikogenu
43
Magnez
- reakcje związane z ATP- m.in. fosforylacje
- jony wiązane przez nukleotydy--> uczestniczą w replikacji, transkrypcji i translacji DNA
- przestrzeń zewnątrzkomórkowa 1% Mg- stanowi łatwo wymienialną pulę
- antagonista Ca, działa paraliżująco na układ mięśniowy
- stężenie 0,75-1,25mmol/l (20% związane z białkami)
- biologicznie aktywna jest forma zjonizowana
- wchłanianie- jelito cienkie, trochę w grubym
44
Sód, potas, chlor
- we wszystkich płynach ustrojowych i tkankach
- Na i Cl głównie w płynie pozakomórkowym i osoczu
- K głównie w płynie wewnątrzkomórkowym
- odp za gospodarkę wodno-elektrolitową
- równowaga kwasowo-zasadowa
- utrzymanie ciśnienia osmotycznego
- zapewnienie prawidłowej pobudliwości nerwowej (utrzymanie różnicy potencjałów między neuronami i komórkami mięśniowymi)
45
Sód, potas
- składniki Na+,K+-ATPazy
- metabolizm kontrolowany przez aldosteron
- wydalanie przez nerki
46
Siarka
-składnik: aminokwasów- cysteina, metiona
~białek włosów (keratyna)
~insuliny, glutationu
-nadmiar usuwany z moczem w formie siarczanów
47
Miedź
- największe stężenie- wątroba, mózg, serce
- enzymy: oksydaza cytochromowa, dysmutaza ponadtlenkowa, ceruloplazmina, tyrozynaza, oksydaza lizylowa, B-oksydaza dopaminowa, oksydazy aminowe
- jony wchłaniane w żołądku i jelicie
- toksyczne stężenie rzadko
48
Oksydaza cytochromowa (miedź)
Transport elektronów w mitochondriach
49
Dysmutaza ponadtlenkowa (miedź)
Usuwanie anionorodników ponadtlenkowych
50
Ceruloplazmina (miedź)
Transport Cu w osoczu, aktywność ferroksydazowa- utlenienia Fe2+ do Fe3+
51
Tyrozynaza (miedź)
Synteza melaniny
52
Oksydaza lizylowa (miedź)
Oksydacyjna deaminacja lizyny podczas tworzenia wiązań krzyżowych w kolagenie i elastynie
53
B-oksydaza dopaminowa (miedź)
Synteza noradrenaliny i adrenaliny
54
Oksydazy aminowe (miedź)
Deaminacja amin pierwszorzędowych
55
Ceruloplazmina
-L2-globulina
-syntetyzowana w postaci apoproteiny
-utlenianie Fe2+ do Fe3+
Dzięki tej właściwości Cp, jony żelazawe nie biorą udziału w reakcji Fentona generującej wolne rodniki
-jonu Cu+ wnikają do komórek dzięki receptorom Cp
56
Cu-ATPaza
- ATPazy typu P
- integralne białka błonowe
- odpowiadają za aktywny transport jonów- H+, Ca2+, Na+, K+ przez błonę plazmatyczną i błony organelli wewnątrzkomórkowych, wbrew gradientowi stężeń
57
Choroba Wilsona
- zwyrodnienie wątrobowo-soczewkowe
- wrodzona choroba
- zaburzenia w wydalaniu Cu z wątroby do żółci
- zmniejszone wiązanie Cu przez Cp
- niskie stężenie Cu w surowicy, a wysokie w wątrobie
- przyczyna- defekt w kodowaniu genu ATPazy transportującej jony miedzi
- tworzą się depozyty w rogówce, wątrobie, mózgu
- D-penicylamina, trietylenotetramina- usuwanie nadmiaru Cu2+
58
Zespół Menkesa
- chorona kręconych włosów
- płeć męska, niskie stężenie Cu w surowicy i większości tkanek
- w nerkach i jelicie stężenie bardzo wysokie
- włosy- splątane, matowe, szarawy kolor, łamliwe
- defekt związany z ATPazą typu P, której gen zlokalizowany na chromosomie X
59
Cynk
- wchodzi w skład wielu enzymów (anhydraza węglanowa, fosfataza alkaliczna, Cu,Zn-SOD i inne)
- w enzymach pełni rolę regulacyjną
- nie bierze udziału w reakcjach redoks
- stężenie zmienia się
- fityniany zawarte w pożywieniu hamują wchłanianie
- gromadzenie w trzustce, wątrobie, nerkach, śledzionie
- związany z metioniną obok innych pierwiastków
- niedobór- zaburzenia wzrostu i odpornośni, gorsze gojenie się ran
60
Anhydraza węglanowa (cynk)
katalizuje odwracalną reakcję uwodnienia CO2
61
Fosfataza alkaliczna (cynk)
usuwa resztę fosforanową z organicznych związków fosforanowych
62
Karboksypeptydaza A (cynk)
hydroliza C-końcowego wiązania peptydowego
63
Cu,Zn-SOD (cynk)
usuwanie anionorodnika ponadtlenkowego
64
dehydrogenaza alkoholowa (cynk)
utlenianie etanolu do aldehydu octowego
65
dehydrogenaza mleczanowa (cynk)
redukcja pirogronianu do mleczanu
66
dehydrogenaza glutaminianowa (cynk)
synteza L-glutaminianiu z L-ketoglutaranu, NH4+
67
Kolagenaza, elastaza (cynk)
Proteoliza elastyny i różnych typów kolagenu
68
Fruktozo-1,6-bisfosfataza (cynk)
udział w glukogenogenezie, defosforylowanie fruktozo-1,6-bisfosforanu do fruktozo-6-fosforanu
69
metalotioneina (cynk)
wiąże jony metali chroniąc komórki przed metalami toksycznymi, bierze udział w gospodarce metalami niezbędnymi dla organizmu
70
L2-makroglobulina (cynk)
wiąże ok. 30% Zn w osoczu, inhibitor proteaz
71
Metalotioneina
- niskocząsteczkowe białko (6-7kDa)
- składa się z 61-62 aminokwasów, w tym 20 to reszty cysteiny
- grupy -SH wiążą Zn, Cd, Cu, Pb, Hg, Ag
- chroni przed metalami toksycznymi
- regulacja stężeń jonów niezbędnych dla organizmu
72
Żelazo
- składnik enzymów utleniających (cytochromy, katalaza, oksydaza- transport elektronów i utlenianie) i metaloprotein (hemoglobina, mioglobina)
- białka: transferyna i ferrytyna
- wchłanianie- w żołądku i dwunastnicy (jony Fe2+ bezpośrednio, a Fe3 zależy od wielu czynników)
- niedobór=niedokrwistość
73
Transferyna
- transportuje Fe3+ w osoczu
- jedna Tf na 2-3 jony żelaza
- związanie Tf z Fe3+ zmniejsza toksyczność jonu i kieruje go do odpowiedniego miejsca w organizmie
- na komórkach- receptory dla Tf
74
Ferrytyna
- gromadzi Fe3+
- w wątrobie, śledzionie, szpiku kostnym, osoczu
- hemosyderyna- produkt degradacji
- obecność hemosyderyny= nadmierne gromadzenie żelaza
75
Jod
- synteza hormonów gruczołu tarczowego
- gromadzi się w postaci tyreoglobuliny
- wydalany z moczem
- niedobór=niedoczynność tarczycy-> powstanie wola prostego
- nadmiar=nadczynność-> choroba Gravesa-Basedowa
76
Mangan
- aktywuje wiele enzymów- fosfatazę alkaliczą, arginazę, karboksypeptydazę A i dysmutazę ponadtlenkową
- bierze udział w syntezie glikoprotein i proteoglikanów
- niedobór (związany z)=obniżenie wydzielania insuliny przez trzustkę, wzrost produkcji amylazy, uszkodzenia tkanki chrzęstnej
- związany z L-globuliną
- gromadzi się w nerkach i wątrobie, wydalany z żółcią
77
Molibden
- enzymy- oksydaza ksantynowa, aldehydowa i siarczynowa
| - występuje w wątrobie i nerkach w bardzo małych stężeniach
78
Kobalt
- kobalamina (witamina B12) niezbędna do syntezy prawidłowych erytrocytów
- enzymy wymagające B12- mutaza metylomalonyloCoA, oksydoreduktaza metylotetrahydrofolianu
- największe stężenie- wątroba, nerki, kość
