Metabolizam Iona
-
Upload
dragan-samardzic -
Category
Documents
-
view
93 -
download
5
description
Transcript of Metabolizam Iona
Na+
K+
Ca+2 Mg2+
Mn 2+
Zn2+Fe2+/3+Cu+/2+
Cl -
Se 2+
PO43-
SO42-
METABOLIZAMMETABOLIZAM
IONAIONA
Metabolizam Na+ i K+
iona
Distribucija u organizmuDistribucija u organizmuDistribucija u organizmuDistribucija u organizmu
• Na+
– Krv• Krv i vanstanične tekućine 140 mM (koncentracija vrlo
konstantna – ispod 135 mM nastupa hiponatremija, iznad 145 mM hipernatremija)
• Krvne stanice sadrže puno manje
– Tkiva• Unutar stanica vrlo malo (cca 12 mM)• Koštano tkivo – 40% ukupnog natrija (cca 40g)
• K+
– Unutar stanica 140 mM– Izvan stanica 4 mM
• Uloga u regulaciji ukupne količine vode u organizmu
• Uloga u transportnim mehanizmima u staničnim membranama
• Uloga u transportu električnog signala
• Uloge se ostvaruju radom Na+/K+ ATPaza
MetaboliMetaboliMetaboliMetaboličke ulogeke ulogeke ulogeke uloge
Jednostavna difuzija(nepolarne molekule)
Olakšana difuzija(polarne ili nepolarnemolekule)
Transport iona putemionofora
Transport krozIonske kanale
Primarni aktivnitransport
Sekundarni aktivnitransport
TRANSPORT MOLEKULA KROZ MEMBRANU
• Transport niz gradijentkoncentracije• Transport suprotnogradijentu koncentracije
Transport natrija i kalijaTransport natrija i kalijaTransport natrija i kalijaTransport natrija i kalija
Četkasta membrana Bazolateralna membrana
Lumen
crijeva
Krv
Epitelne stanice
Na+ / glukoza
sinporter upravljan
visokom
koncentracijom Na+
Transport glukoze
olakšanom difuzijom
(Glu T2 protein)
Transport natrija iz hraneTransport natrija iz hraneTransport natrija iz hraneTransport natrija iz hrane
Vezanje Na+ iona
Fosforilacija proteina
i promjena konformacije
Otpuštanje
Na+ iona
Vezanje K+
Defosforilacija proteina
i promjena konformacije
Otpuštanje
K+ iona
Na+/K+ pumpa
(ATPaza)
Transport vode povezan je s Transport vode povezan je s Transport vode povezan je s Transport vode povezan je s
koncentracijom natrija i kalijakoncentracijom natrija i kalijakoncentracijom natrija i kalijakoncentracijom natrija i kalija
Akvaporini
Regulatori koncentracijevode u organizmu
• Natrijevi ioni sudjeluju u transportu različitih molekula i iona kroz membranu kao:
– H+
– Ca2+
– Šećera
– Kreatina
– aminokiselina
MetaboliMetaboliMetaboliMetaboličke uloge Nake uloge Nake uloge Nake uloge Na++++ iona u iona u iona u iona u
transportutransportutransportutransportu
MetaboliMetaboliMetaboliMetaboličke uloge Nake uloge Nake uloge Nake uloge Na++++ i Ki Ki Ki K + + + + iona u iona u iona u iona u
transportu elektritransportu elektritransportu elektritransportu električnog signala u nog signala u nog signala u nog signala u
živivivivčanim stanicamaanim stanicamaanim stanicamaanim stanicama
Stanična jezgraDendriti Akson Terminalni ogranci
aksona
Prijenos Prijenos Prijenos Prijenos
elektrielektrielektrielektričnog nog nog nog
signalasignalasignalasignala
Metabolizam Ca2+ iona
• Ukupna količina Ca2+ iona u organizmu – cca 1 kg
– Koštano tkivo – 99%
• Anorganski Ca2+ (gotovo čitav u formi hidroksiapatita) – cca 70%
• Organski Ca2+ (najvećim dijelom vezan uz kolagen) - cca 29%
– Serum, izvanstanične tekućine i intracelularno – 1%
• Serum cca 100mg/l– “difundirajući” (u formi citrata, bikarbonata i fosfata) – 65 mg/l
– “nedifundirajući” (vezan uz albumine i globuline) – 35 mg/l
• Koncentracija u serumu bliska je koncentraciji zasićenja
Distribucija u organizmuDistribucija u organizmuDistribucija u organizmuDistribucija u organizmu
Homeostaza CaHomeostaza CaHomeostaza CaHomeostaza Ca2+ 2+ 2+ 2+ iona u organizmuiona u organizmuiona u organizmuiona u organizmu
Tiroidna žlijezdaoslobađa kalcitonin
Pojačana ugradnjaCa2+ u kosti
Smanjena resorpcijaCa2+ iona
Smanjena resorpcija
Ca2+ iz urina
Homeostaza Ca2+ iona
paratiroidna žlijezdaoslobađa PTH
Pojačano oslobađanjeCa2+ iz kosti
Pojačanana resorpcijaCa2+ iona
Pojačanana resorpcija
Ca2+ iz urina
Previsoka koncentracija Ca2+
Preniska koncentracija Ca2+
koncentracija Ca2+
pada
koncentracija Ca2+
raste
Transport CaTransport CaTransport CaTransport Ca2+ 2+ 2+ 2+ ionaionaionaiona
kalmodulin
“brush border myosin I”TRPV6 – kanalni protein
Ca2+
Ca2+
CaM
BBM1
TRPV6
Ca2+
Ca2+
Ca2+
Ca2+CaATPase
CaATPase
Ca2+
Transport CaTransport CaTransport CaTransport Ca2+ 2+ 2+ 2+ ionaionaionaiona
PRIMARNI AKTIVNI TRANSPORT
KANALI ZA KALCIJ
ORGANELE
CITOSOL
Visoka koncentracija kalcija
Niska koncentracija kalcija
SEKUNDARNI AKTIVNI TRANSPORT
visoka koncentracija kalcija
IZVANSTANIČNATEKUĆINA
• Prijenos staničnih signala
• Prijenos živčanog impulsa
• Kontrakcija mišića
• Koagulacija krvi
• Ko-faktor enzima
• Funkcije membrana i citokostura
• Sekrecija proteina
• Biomineralizacija
MetaboliMetaboliMetaboliMetaboličke ulogeke ulogeke ulogeke uloge
• Prijenos staničnih signala
• Prijenos živčanog impulsa
• Kontrakcija mišića
• Koagulacija krvi
• Ko-faktor enzima
• Funkcije membrana i citokostura
• Sekrecija proteina
• Biomineralizacija
MetaboliMetaboliMetaboliMetaboličke ulogeke ulogeke ulogeke uloge
Prijenos staniPrijenos staniPrijenos staniPrijenos staničnog signalanog signalanog signalanog signala
Prijenos staniPrijenos staniPrijenos staniPrijenos staničnog signalanog signalanog signalanog signala
CaR – kalcij receptorAC – adenilat ciklazacPLA2 – citosolna fosfolipaza A2DAG – diacilglicerolG – G-proteiniIns – inositolInsP3 – inozitol – 3-fosfatInsP3R – inozitol-3-fosfat receptorPKC – protein kinaza CMAPK – mitogen aktivirana protein kinaza
Prijenos staniPrijenos staniPrijenos staniPrijenos staničnog signalanog signalanog signalanog signala
KALMODULIN
KALMODULIN
fosfataza
Primjer unutarstaničnog signala:Aktivacija T-limfocita
Prijenos staniPrijenos staniPrijenos staniPrijenos staničnog signalanog signalanog signalanog signala
• Prijenos staničnih signala
• Prijenos živčanog impulsa
• Kontrakcija mišića
• Koagulacija krvi
• Ko-faktor enzima
• Funkcije membrana i citokostura
• Sekrecija proteina
• Biomineralizacija
MetaboliMetaboliMetaboliMetaboličke ulogeke ulogeke ulogeke uloge
Prijenos Prijenos Prijenos Prijenos živivivivčanog impulsaanog impulsaanog impulsaanog impulsaKalcijevi kanali
Mitohondriji
Sinaptičke vezikuleSadrže neurotransmitere
Sinapsa (20 nm)
Akson presinaptičkog
neurona
Postsinaptičkamembrana dendrita
kanali pod kontrolomneurotransmitera
• Prijenos staničnih signala
• Prijenos živčanog impulsa
• Kontrakcija mišića
• Koagulacija krvi
• Ko-faktor enzima
• Funkcije membrana i citokostura
• Sekrecija proteina
• Biomineralizacija
MetaboliMetaboliMetaboliMetaboličke ulogeke ulogeke ulogeke uloge
Kontrakcija miKontrakcija miKontrakcija miKontrakcija miššššiiiićaaaa
Kontrakcija miKontrakcija miKontrakcija miKontrakcija miššššiiiićaaaa
Neurotransmiter difundira kroz sinapsu i veže se naAch receptore na sarkolemi
Električni potencijal se prenosi niz T-tubule
Ca2+ se izlučujeiz krajnjih cisterna SR
Ca2+ se veže na troponin,troponin mijenja konformacijui sprječava interakciju tropomiozina s aktinom
Kontrakcija. Miozin se veže za aktin i povlači aktinsko vlakno prema centrusarkoleme. Hidroliza ATPa omogućuje otpuštanje veze.
Uklanjanje Ca2+ aktivnim transportom u SR kad nestanepotencijala
Tropomiozin ponovno blokira interakcijumiozin - aktin
Kontrakcija miKontrakcija miKontrakcija miKontrakcija miššššiiiićaaaa
• Prijenos staničnih signala
• Prijenos živčanog impulsa
• Kontrakcija mišića
• Koagulacija krvi
• Ko-faktor enzima
• Funkcije membrana i citokostura
• Sekrecija proteina
• Biomineralizacija
MetaboliMetaboliMetaboliMetaboličke ulogeke ulogeke ulogeke uloge
Uloga kalcija u prijenosu signala za zgrušavanje krvi
Oštećenje kožeTrauma
Aktivni Protein C
Umrežena fibrinska
vlakna
Antitrombin
Trombin
Proteini koji sadržeγγγγ-karboksiglutaminsku
kiselinu
Ca2+
Ca2+
• Prijenos staničnih signala
• Prijenos živčanog impulsa
• Kontrakcija mišića
• Koagulacija krvi
• Ko-faktor enzima
• Funkcije membrana i citokostura
• Sekrecija proteina
• Biomineralizacija
MetaboliMetaboliMetaboliMetaboličke ulogeke ulogeke ulogeke uloge
• 1,4-laktonaza
• 3-ketovalidoksilamin C-N-liaza
• Fosfoinositid fosfolipaza C
• Polipeptid N-acetilgalaktosaminiltransferaza
• Protein-glutamin γ-glutamiltransferaza
Uloga kalcija kao kofaktora enzima
• Prijenos staničnih signala
• Prijenos živčanog impulsa
• Kontrakcija mišića
• Koagulacija krvi
• Ko-faktor enzima
• Funkcije membrana i citokostura
• Sekrecija proteina
• Biomineralizacija
MetaboliMetaboliMetaboliMetaboličke ulogeke ulogeke ulogeke uloge
Uloga kalcija u sekreciji proteina
Metabolizam Mg2+ iona
• Ukupna količina Mg2+ iona u organizmu – cca 25 g (dnevna potreba oko 0,5g)
– Koštano tkivo – 65%
– Serum, izvanstanične tekućine i intracelularno – 35%
Distribucija u organizmuDistribucija u organizmuDistribucija u organizmuDistribucija u organizmu
Homeostaza MgHomeostaza MgHomeostaza MgHomeostaza Mg2+ 2+ 2+ 2+ iona u iona u iona u iona u
organizmuorganizmuorganizmuorganizmu
Koncentracija Mg2+ ionau serumu
Gastrointestinalnaapsorpcija
Renalnaapsorpcija
Koštananaapsorpcija
Mg2+ ioni vezanina proteine
SlobodniMg2+ ioni
KompleksiraniMg2+ ioni
IntracelularniMg2+ ioni
Transport MgTransport MgTransport MgTransport Mg2+ 2+ 2+ 2+ iona kroz iona kroz iona kroz iona kroz
membranemembranemembranemembrane
Primarni aktivnitransport uzutrošak ATPa
Mg2+
Mg2+
Mg2+
• Ko-faktor mnogih enzima energetskog metabolizma (gotovo svi enzimi koji vežu fosfatne koenzime sadrže Mg2+ ione)– Enzimi koji provode reakcije aktivacije– Kinaze– Fosforilaze i fosfataze
• Sudjeluje u održavanju strukture nukleinskih kiselina (t-RNA) i ribosoma
• Sudjeluje u unutarstaničnom prijenosu signala, između ostalog u aktivnosti receptora za inzulin
• Kompetitor je Ca2+ iona • Ima fiziološke uloge u agregaciji trombocita,u
kontrakciji vaskularnih glatkih mišića, u homeostazi elektrolita i pokazuje povoljan učinak kod aritmija
MetaboliMetaboliMetaboliMetaboličke ulogeke ulogeke ulogeke uloge
• Nedostatak Mg2+ iona kroz dulje vrijeme može dovesti do– Diabetesa
– Povišenog krvnog tlaka
– Povišenu koncentraciju kolesterola i triglicerida
– Srčanu aritmiju
– Aterosklerozu
• Toksičnost kod zdravih osoba nije zabilježena, ali može nastupiti kod pacijenata s težim bubrežnim oboljenjima
MetaboliMetaboliMetaboliMetaboličke ulogeke ulogeke ulogeke uloge
Mg2+ ioni
Aminokiselinskiostaci koji vežuATP
ATP
MetaboliMetaboliMetaboliMetabolička uloga u vezanju ATPaka uloga u vezanju ATPaka uloga u vezanju ATPaka uloga u vezanju ATPa
The pathway of insulin and glucose metabolism correlated with intracellular magnesium.A low intracellular magnesium concentration, as found in type 2 DM and in hypertensive patients, may result in defective tyrosine-kinase activity at the insulin receptor level. Altered intracellular magnesium may also lead to decreased cellular glucose utilization and thus promote peripheral insulin resistance to a postreceptor mechanism.
Utjecaj koncentracije MgUtjecaj koncentracije MgUtjecaj koncentracije MgUtjecaj koncentracije Mg2+ 2+ 2+ 2+ iona na iona na iona na iona na
koncentraciju glukoze u krvikoncentraciju glukoze u krvikoncentraciju glukoze u krvikoncentraciju glukoze u krvi
st
STANIČNA MEMBRANA
Tirozin kinaza
glukoza
GLUT4
Inzulin
Inzulin receptorαααα-podjedinica
ββββ-podjedinica
Fosfoinozitid kinaza
P P
Inzulin receptorsupstrat
STANICA ADIPOZNOG TKIVA ILIPOPREČNO-PRUGASTOG MIŠIĆA
Transport olakšanomdifuzijom uz pomoćGLUT proteina
Aktivnost tirozin kinaze
Vazokonstrikcijauvjetovana kalcijem
Krvni tlak
Hipertenzija
Neosjetljivostna inzulin
Osjetljivostna inzulin
Diabetes mellitus
tip 2
Utjecaj koncentracije MgUtjecaj koncentracije MgUtjecaj koncentracije MgUtjecaj koncentracije Mg2+ 2+ 2+ 2+ iona na iona na iona na iona na koncentraciju glukoze u krvikoncentraciju glukoze u krvikoncentraciju glukoze u krvikoncentraciju glukoze u krvi
Metabolizam Fe2+ iona
• Ioni željeza imaju vrlo malu topljivost
• Povećana koncentracija željeznih iona je toksična
• Čovjek ima relativno slabu sposobnost ekskrecije željeznih iona pa se homeostaza postiže regulacijom apsorpcije željeza u tankom crijevu
Metabolizam FeMetabolizam FeMetabolizam FeMetabolizam Fe2+ 2+ 2+ 2+ / Fe/ Fe/ Fe/ Fe3+ 3+ 3+ 3+ ionaionaionaiona
Transport FeTransport FeTransport FeTransport Fe2+ 2+ 2+ 2+ / Fe/ Fe/ Fe/ Fe3+ 3+ 3+ 3+ ionaionaionaiona
Transport FeTransport FeTransport FeTransport Fe2+ 2+ 2+ 2+ / Fe/ Fe/ Fe/ Fe3+ 3+ 3+ 3+ ionaionaionaiona
• Transport kisika
• Transport elektrona u različitim elektron-transportnim sustavima (na pr. respiratornom lancu
• Fentonova reakcija
MetaboliMetaboliMetaboliMetaboličke uloge Feke uloge Feke uloge Feke uloge Fe2+ 2+ 2+ 2+ / Fe/ Fe/ Fe/ Fe3+ 3+ 3+ 3+ ionaionaionaiona
MetaboliMetaboliMetaboliMetabolička uloga Feka uloga Feka uloga Feka uloga Fe2+ 2+ 2+ 2+ / Fe/ Fe/ Fe/ Fe3+ 3+ 3+ 3+
iona u transportu kisikaiona u transportu kisikaiona u transportu kisikaiona u transportu kisika
hemoglobin
MetaboliMetaboliMetaboliMetabolička uloga Feka uloga Feka uloga Feka uloga Fe2+ 2+ 2+ 2+ / Fe/ Fe/ Fe/ Fe3+ 3+ 3+ 3+
iona u transportu elektronaiona u transportu elektronaiona u transportu elektronaiona u transportu elektrona
FeFeFeFe----S proteiniS proteiniS proteiniS proteini
Neki tipovi Fe-S centara u elektron-transportnim proteinima:
Metabolizam Mn2+ iona
MetaboliMetaboliMetaboliMetaboličke ulogeke ulogeke ulogeke uloge
Mn2+ ion je ko-faktor više enzima
• Arginaza
• Glutamin sintetaza
• Fosfoenolpiruvat karboksikinaza
• Piruvat karboksilaza
Enzimi koji sadrEnzimi koji sadrEnzimi koji sadrEnzimi koji sadrže Mne Mne Mne Mn2+ 2+ 2+ 2+ ioneioneioneione
Metabolizam Cu+ /Cu2+ iona
• Ko-faktor više metaloproteina– Amine oxidase – Ammonia monooxygenase – Ascorbate oxidase – Cu,Zn-superoxide dismutase – Diamine oxidase – Dopamine ß-hydroxylase – Galactose oxidase – Laccase – Lysyl oxidase – N2O reductase – Nitrite reductase – Phenylalanine hydroxylase – Tyrosinase – Ubiquinone oxidase
• Transporter elektrona u elektron-transportnim sustavima (na pr. u respiratornom lancu)– Cytochrome c oxidase
MetaboliMetaboliMetaboliMetaboličke ulogeke ulogeke ulogeke uloge
MetaboliMetaboliMetaboliMetaboličke ulogeke ulogeke ulogeke uloge
Metabolizam Zn2+ iona
• Ljudski genom sadrži oko 2800 proteina koji potencijalno vežu Zn2+ ione
• Među proteinima koji vežu Zn2+ ione ima više različitih enzima, a najbrojnija je skupina “Zn-finger” proteina
Metabolizam Zn2+ iona
““““ZnZnZnZn----fingerfingerfingerfinger”””” motiv u proteinima motiv u proteinima motiv u proteinima motiv u proteinima
koji se vekoji se vekoji se vekoji se vežu na DNAu na DNAu na DNAu na DNA
““““ZnZnZnZn----fingerfingerfingerfinger”””” motiv u proteinima motiv u proteinima motiv u proteinima motiv u proteinima
koji se vekoji se vekoji se vekoji se vežu na DNAu na DNAu na DNAu na DNA
Metabolizam Ni2+ i Mo2+ iona
Metabolizam Ni2+ i Mo2+ iona
• Ni2+ ion je koenzim mnogih hidrogenaza, često u suradnji s Fe-S centrom
• Mo2+ ion je sastavni dio aktivnog mjesta nekih enzima
– Nitrogenaze sadrže Mo2+ / Fe2+ centar
Metabolizam Se2+ iona
Metabolizam Se2+ iona
• Selenoproteini – proteini koji sadrže selenocistein
– tioredoksin reduktaza
– glutatione peroksidaza
– fosfolipid hidroperoksid glutation peroksidaza
Sinteza selenoproteina
SECIS sekvencija
Selenocistein
Metabolizam Cl- i SO4
2- iona
Metabolizam Cl- iona
• Ljudsko tijelo sadrži oko 115 g klorida koji čine 70% negativnog naboja u organizmu
• Najveći dio klorida lociran je izvanstanično – u serumu i limfi
• Kloridi sudjeluju u:– stvaranju razlike potencijala na staničnim
membranama
– Stvaranju klorovodične kiseline u želucu u koji se transportiraju antiportom s bikarbonatima
– Transportu živčanog impulsa
Metabolizam SO42- iona
• Najveći dio metabolizma odvija se u acinarnim stanicama pankreasa, krvi i u hrskavičnom tkivu u sintezi sulfatiranih polisaharida
– U acinarnim stanicama – sinteza mukopolisaharida
– U hrskavičnom tkivu – kondroitin sulfat
– U krvi - heparin
Metabolizam SO42- iona
Heparin
Metabolizam J- iona
J- ioni sudjeluju u sintezi tiroidnih hormona
Tetrajod tironin (tiroksin) –T4 Trijod tironin –T3
jojodd
jod
jod
jod
jod
Metabolizam PO4
3- iona
Metabolizam PO43- iona
Nukleotidi(ATP)
Fosfoproteini
Aktiviranišećeri
Aktiviraneaminokiseline
Nukleinskekiseline
Aktiviranemasne kiseline
Pi
PPi
Pi
PPi Pi
Aktiviranimetaboliti