Les 2 - Van aminozuren afgeleide moleculen

slide

We gaan het hebben over moleculen die afgeleid zijn van de AZ’en.

We zien een baby met neonatale icterus (dus onmiddellijk na de geboorte ontstaan).

We zien dat die gele kleur ook in het dierenrijk bestaat en dat er ook met de term icterus naar verwezen wordt.

slide

We hebben idd de eiwitten die bestaan uit ketens van AZ’en, maar daarnaast zijn er ook andere moleculen die afgeleid zijn van specifieke AZ’en (ofwel deels ofwel geheel afgeleid van AZ’en).

We hebben het al een keer gehad over melanine (module 2) en over de membraanlipiden (sfingosine, choline) die ook deels afgeleid zijn van AZ’en (module 8).

We zullen het nu nog hebben over het feit dat het koolstofskelet van de DNA en RNA basen ook afgeleid zijn van AZ’en.

In deze les zullen we het hebben over de ergogene aminen.

In deze groep zitten creatine en carnitine.

We zullen het ook hebben over heem, hoe het gemaakt wordt uitgaande van oa Gly (AZ) en we zullen het aansluitend ook hebben over de heemafbraak, omdat dat medisch gesproken ook belangrijk is.

Een afbraak product van heem is billirubine en dat is ook de oorzaak van de icterus (zie vorige slide)

We zullen het ook hebben over de polyaminen (dus moleculen die afgeleid zijn van aneenschakeling van AZ’en zonder zuurgroep en die belangrijk zijn voor het stabiliseren van DNA bij de celdeling.

We zullen het ook hebben over NO als retrograde NT (module 3) en schildklierhormoon waarbij de Tyrosines gejodineerd worden.

Schldklierhormoon is ook een afgeleide van AZ’en.

Foto rechts onderaan:

Je ziet een neuronennetwerk, wat verwijst naar NO als NT.

Erboven zie je de ademhalingsketen in binnenste mitochondriale membraan.

Sommigen van de complexen van de ademhalingsketen dragen een heemgroep als reactieve groep en ook cytochromen die voor detoxificatie en voor omzetting van cholesterol in steroïdhormonen en galzuren een belang hebben.

Die cytochromen hebben vaak een heem molecuul als reactieve groep. 

lees dit eens goed

We zien hier nog meer detail over de biomoleculen die afgeleid zijn van AZ’en.

------

Links:

We hebben dus grote hoeveelheden nodig van deze niet-essentiële AZ’en op dagelijkse basis om al die biomoleculen aan te kunnen maken.

------

Rechts:

We hebben een aantal (conditioneel) essentiële AZ’en nodig om NT’s te kunnen maken.

Zo kunnen we bv uitgaande van Tyr dopamine maken en uitgaande van Trp serotonine.

Gelukkig hebben we van de leukotriënen en feomelanine maar kleine hoeveelheden nodig, want de AZ’en die we ervoor nodig hebben, moeten we uit onze voeding betrekken.

welke zijn de ergogene stoffen die afgeleid zijn van AZ’en

carnitine en creatine

welke AZ’en nodig om creatine te maken

Arg, Gly

wat is creatinine

Als creatine uit de skeletspiercel geraakt wordt het gecycliseerd en dan heet het creatinine.

Het is een afvalstof die we zullen uitscheiden in de urine, daarom wordt de bloedconcentratie ook in relatie gebracht met de urineconcentratie van creatinine.

Uitgaande van die gemeten waarden kunnen we reconstrueren hoe goed de nier filtreert (= glomerulatiesnelheid – glomerular filtration rate – GFR wordt berekend obv een bloedname en een urinecollectie).

Uitgaande van de concentraties kunnen we berekenen hoe goed de nier zuivert.

functie carnitine

Het is de carrier van de niet goed water-oplosbare vetzuurstaarten (acyls) die in het bloed getransporteerd worden, maar die ook over de mitochondriale membraan moeten getransporteerd worden.

Carnitine heeft hier een belangrijke shuttle functie.

(zie rechts onderaan. Het kwam ook al aan bod in de les over bèta oxidatie van vetzuurverbranding).

Waarvoor kunnen we Arg gebruiken:

• Arg kan hergebruikt worden  in de eiwitsynthese

• Arg is ook een belangrijke metaboliet bij de ureumcyclus voor het verwijderen van overtollig N uit ons systeem.

• Arg is ook een voorloper van polyaminen en creatine en is ook de donor van NO in de omzetting van Arg naar citruline door NO-synthasen.

slide - ter illustratie

Enkel ter illustratie

------

Arg is voorloper AZ van polyamines.

Synthese en enzymes niet kennen.

WEL weten dat polyamines bestaan, dat ze worden afgeleid uit Arg en dat die polyamines positief geladen zijn en daarom kunnen paren met DNA op moment dat er nieuw DNA wordt aangemaakt of dat het DNA ontdubbelt is.

De polyamines neutraliseren dus de negatieve ladingen van de DNA-backbone.

voor welke 2 grote doeleinden is heem noodzakelijk

• heem is nodig in energiemetabolisme (zit in mitochondriale cytochromen in de ademhalingsketen in ogeveer alle lichaamscellen + is een onderdeel van hemoglobine in RBC (zuurstofaanvoer)

• heem is onderdeel van veel enzymen van cytochroom P450 systeem (gebruikt voor detoxificatie in de lever + synthese afgeleiden van cholesterol zoals vitD, steroidhormonen en galzouten)

structuur heem

tetrapyroolring

waar maken we heem aan

vnl in lever en beenmerg

Waarvoor wordt heem gebruikt?

Centraal in de tetrapyroolring zit een reactief ijzeratoom.

De heemmoleculen zijn dus reactief en worden gebruikt als reactieve groep in veel reacties / metabole pathways.

We zien zo ook dat heem bv de reactieve groep is van een aantal complexen in de ademhalingsketen van de binnenste mitochondriale membraan.

wat gebert er in stap 1 van heemsynthese?

In 1^e stap worden Gly en succinyl-CoA aan elkaar gebonden door ALAS (1 of 2: 1 is vooral in de lever en 2 vooral in beenmerg).

Ze maken er delta-ALA van (delta-aminolevulinaat).

welke stap is fluxbeperkend in heemsynthese?

de 1e

zal ook allosteer geregeld worden door het eindproduct van deze pathway (= heem).

Hoe meer heem er dus geproduceerd wordt, hoe trager Gly en succinyl-CoA verbonden zullen worden tot delta-ALA en dan zal er dus ook minder heem geproduceerd worden.

slide - ter illustratie

Enkel ter illustratie

------

2 delta-ALA’s kunnen verbonden worden waardoor er een cyclische structuur wordt gevormd met een stikstof in.

Deze noemen we porfobilinogeen en hiervan worden er 4 aan elkaar gezet.

Je krijgt dan een lineaire tetrapyrool en als die gecycliseerd wordt heb je een tatrapyroolring.

Daar moet dan nog centraal een Fe-atoom in geplaatst worden (= laatste stap van heem-synthese) en dan is het heem klaar.

slide - ter illustratie

Enkel ter illustratie

------

Er zijn verschillende enzymes nodig om van het lineaire tetrapyrool een protoporfyrine IX te maken (dus een gecycliseerde tetrapyrool).

In de laatste stap zal het ferrochelatase enzym het Fe atoom centraal plaatsen in de tatrapyroolring en dan is het heem klaar.

hoe heten defecten van heem synthese pathway

porfyrieën

lees eens goed

Wanneer één van de enzymes van de heem synthese pathwat defect is door een genetische variant die de werking van het enzym zal compromitteren krijgen we de porfyrieën.

Het is een geheel van aangeboren stofwisselingsziekten waarbij metabolieten van de pathway van de heemsynthese zullen opstapelen, omdat er ergens een ‘bottleneck’ / stop op de heem synthese pathway zit.

Aangezien er dan weinig heem gevormd wordt, zal de negatieve feedback die heem normaal gezien uitvoert op de eerste enzymatische stap wegvallen, dus we krijgen ongebreidelde doorstroom in de heem-synhtese pathway, maar ergens stopt het.

Alles wat stroomopwaarts in de heemsynthesepathway ligt zal opstapelen.

Dus alle intermeidairen, metabolieten, ALA zelf, PWG, uroporfyrines…

Het zal allemaal opstapelen afhankelijk van in welke enzymatische stap het defect juist zit.

Dit kan ziekte veroorzaken.

vb van stof dat kan interfereren met heem synthese pathway

Pb (lood):

Pb kan verschillende enzymes van de heem synhtese pathway remmen.

Als er dus een overmatige blootstelling is aan Pb en als er dus teveel Pb stapelt in het lichaam, krijgen we een probleem met de heemsynthese, krijgen we dus ook een tekort aan hemoglobine en worden de pt’en bloedarmoedig.

—

We zullen ook problemen krijgen met de cytochromen in de celademhaling, met de cytochroom P450 systemen…

Er is dus ook een graad van neurotoxiciteit.

—

Dit is ook in de geschiedenis van de mensheid herhaaldelijk een probleem geweest:

In Rome zat er teveel Pb in het drinkwater, in de vorige eeuw werd er ook teveel Pb gebruikt in verven en leidingen, we hebben ook de uitlaatgassen waar ook Pb in zit (tenzij het de loodvrije brandstoffen betreft).

symptoom van kinderen met loodintoxicatie

hoe heet dit fenomeen?

ze beginnen vanalles op te eten dat op de grond ligt = pica

wanneer zien we nog een soort van pica

Ook tijdens de zwangerschap is er een vorm van pica (pica gravidarum), waarbij vrouwen die zwanger zijn plots zin krijgen in gekke dingen.

Ook bij Fe-tekort zien we een vorm van Pica.

1 van de symptomen die ontstaan wanneer we er niet in slagen onze afbraakproducten van heem goed te verwijderen uit ons lichaam?

wanneer zien we dit allemaal optreden?

icterus

Het wordt veroorzaakt door het onvermogen van het lichaam om heemafbraakproducten adequaat te verwijderen uit het lichaam.

—

Als we denken aan heemafbraakproducten denken we aan billirubine.

Als het billirubine niet goed gedetoxifieerd geraakt en uit het lichaam verwijderd kan worden, stapelt het op en dan zien we dat het eerst in het sclera verschijnen en uiteindelijk ook in de huid en in de urine.

Dus opstapeling van heem afbraakproducten (billirubine) zien we ontstaan als er heel veel heem aangeboden wordt aan het afbraaksysteem.

—

Als er teveel heem geproduceerd wordt (en RBC’en gaan kapot) krijgen we veel hemoglobine dat vrijkomt in de bloedbaan en krijgen we dus heel veel heem dat in de bloedbaan snel omgezet wordt naar billirubine, maar de verdere afbraakpathway van billirubine (dus eigenlijk de billirubine conjugatie om van billirubine een meer wateroplosbare stof te maken en het zo te kunnen excreteren) is beperkt doordat er een overmaat van heem uit afbraak van RBC ontstaat

—

Het kan ook dat de conjugatie te traag verloopt en dat we er daarom niet in slagen om alle billirubine te conjugeren en dus te verwijderen.

—

Of er kan een probleem zijn met de galexcretie.

Dus het billirubine is wel geconjugeerd geraakt en is in de gal gesecreteerd, maar de gal zelf slaagt er niet in zich bij de voedselbolus te voegen en zo het lichaam te verlaten via de stoelgang.

Dit kan bv als er een verstopping aanwezig is in de galweg (bv een steen, een tumor).

Er zijn dus verschillende situaties waarbij men icterisch  kan worden.

Het heeft altijd te maken met het onvermogen van het systeem om de afbraakstoffen van heem adequaat uit het systeem te verwijderen.

hoe wordt heem afgebroken, wat is de 1e stap?

wat gebeurt er met het globine?

Het heem wordt enzymatisch heel snel omgezet naar biliverdine:

Het Fe-atoom wordt eruit gehaald en de cyclische tetrapyroolring wordt omgezet in een lineaire tetrapyroolring door het enzym heem-oxygenase.

—

Hierbij komt ook CO (= koolstofmonoxide) vrij, wat een vasodilaterend gas is.

De omzetting van heem naar biliverdine wordt dus ok gebruikt door hemoxigenase in situaties waarbij we CO nodig hebben.

Het afbraakproces van heem naar biliverdine speelt zich normaal gezien niet-gelimiteerd af in de milt in het reticulo endotheliaal systeem (dus monocyte macrofagen????? In de milt).

—

Het globine zelf wordt afgebroken tot AZ’en.

wat gebeurt er dan eens we biliverdine hebben?

Onmiddellijk aansluitend op de omzetting van heem naar biliverdine zien we ook nog in de milt een omzetting van biliverdine naar niet-geconjugeerd bilirubine, wat heel slecht wateroplosbaar is.

Het biliverdine reductase is niet rate-limiting, dus er is overschot aan capaciteit.

Dus bij de omzetting van heem naar biliverdine en dan naar bilirubine zien we normaal gezien geen problemen.

Het is eens dat het niet-wateroplosbaar bilirubine geproduceerd is, moet het via detoxificatie in de lever (via conjugatie) verder wateroplosbaar gemaakt worden zodat het ons systeem kan verlaten, maar als we problemen zien is het NA deze enzymatische stap (de verwerking van het niet geconjugeerde bilirubine OF bij de verwijdering van het geconjugeerde bilirubine dat wel wateroplosbaar is).

Omdat het bilirubine in deze toestand (op de slide) niet goed wateroplosbaar is, moet het in het bloed getransporteerd worden adhv albumine.

Zo reist het dan van de milt via de vena porta naar de lever en kan er dan opgenomen worden uit de bloedbaan om er dan verder gedetoxifieerd te worden.

wat als we dan niet geconjugeerd bilirubine hebben?

Het bilirubine dat van de milt naar de lever is geraakt via de bloedbaan gebonden aan albumine, wordt opgenomen in de hepatocyten en zal daar via onze detoxificatiereacties (via glucuronidatie door glucuronyl transferase) meer wateroplosbaar gemaakt worden.

Er moeten 2 glucuronzuren gebonden worden aan bilirubine en dan is het goed wateroplosbaar en kan het geconcentreerd uitgescheiden worden via de gal.

De gal zal dan de voedselbolus vervoegen in het duodenum en zal dan met de stoelgang verwijderd worden uit ons systeem.

Een klein deel van de bilirubine (zeker als de concentraties in ons bloed heel hoog worden) verschijnt ook in de urine, kleurt de urine geel (en kan zelf de urine bruin kleuren op momenten dat er een probleem is met de gal afvloei).

lees dit eens goed

Eerst 2 snelle enzymatische stappen in de milt waar de oude RBC gerecycleerd worden.

Heem à biliverdine à slecht-wateroplosbaar niet-geconjugeerd bulirubine

Reist naar lever via binding aan albumine

In lever wordt het 2 keer geglucuronideert en daarvoor moet er geactiveerd glucuronzuur (UDP-glucuronzuur) aangeleverd worden.

Eens het geglucuronideerd is, is het wateroplosbaar en kan het in waterig midden (in de gal) geëxcreteerd worden naar de buitenwereld.

Een deel ervan zal opgenomen worden in de darm en kan dus ook entero-hepatisch recirculeren, maar dat is gelukkig maar een klein deel.

wat geeft kleur aan kleur aan urine en stoelgang

urobiline en sterobiline

lees eens goed

Nog eens hetzelfde.

Nieuwe info:

Bilirubine en bilirubine-diglucuronide zijn GEELGROENIG van kleur en zullen de sclera geel maken, maar ook de huid.

Ze kleuren onze gal groen.

Ze kunnen in de dikke darm omgezet worden naar stercobiline, wat onze stoelgang bruin kleurt.

Bilirubine die in de urine terechtkomt zal de urine ook geelbruinig kleuren.

waar denken we vnl aan als er een grote conc NIET GECONJUGEERD BILIRUBINE IN BLOED zit?

Als de fractie niet-geconjugeerd bilirubine het grootst is, lijkt er eerder een probleem te zijn in de aanvoer van bilirubine en dus in de afbraak van heem en dus in de afbraak van RBC.

Als niet geconjugeerd bilirubine de oorzaak is, denken we dus eerder aan hemolyse of aan een probleem met en enzymatische conjugatie.

waar denken we vnl aan als er een grote conc GECONJUGEERD BILIRUBINE IN BLOED zit?

Als vooral geconjugeerd wateroplosbaar bilirubine stijgt in ons bloed, denken we eerder aan een probleem met de gal-afvloei, dus alles wat komt na de conjugatie, bv de galafvloei.

Er is dan dus hoogstwaarschijnlijk een probleem ergens op de galweg.

test om bilirubine conc te meten in bloed en fractie geconjugeerd / niet geconjugeerd bilirubine?

Hijmans van den Bergh test

lees dit eens goed

De pt is icterisch:

•Kan bv door een te snelle afbraak van RBC (hemolyse)

•Kan liggen aan een probleem met de conjugatie in de lever (bv je hebt geen lever meer, leverfalen, er is een probleem met het enzym dat de glucuronidatie moet uitvoeren…)

•Als we vooral wateroplosbaar bilirubine zien moet er een probleem zijn na de conjugatie en dus thv de afvoerwegen van de lever: de galwegen.

Zo zien we soms bv als er een probleem is met de galafvoer uit de lever, dat de pt’en icterisch worden en de stoelgang stopverfkleurig wordt (beige ipv bruin).

Dit doordat er onvoldoende bilirubine in de stoelgang is gekomen en de stoelgang dus ook niet gekleurd kan worden door het bilirubine.

We zien dan vaak dat de urine donkergekleurd wordt en dat de pt icterisch is.

Als we dus adhv die Hijmans van den Bergh-test het wateroplosbaar en wateronoplosbaar bilirubine kunnen meten, kunnen we ongeveer zien waar het probleem zit.

wat is kernicterus?

niet-geconjugeerd bilirubine kan door de bloed hersenbarrière van neonati en kan er opstapelen in basale ganglia, in kernen van craniale zenuwen en veroorzaakt er schade.

= kernicterus

dit kan doordat het conjugatie apparaat van neonati nog niet helemaal matuur is.

de bloed hersenbarrière is ook nog niet helemaal matuur

het is de icterus die doordringt tot in de kern van de hersenen

—

dit leit tot

• psychomotore achterstand

• chorea (bewegingsstoornissen)

• ataxie (ongecoördineerde bewegignen)

• spasticiteit (= spieren die altijd in spasmen gaan)

• slechthorendheid

• strabisme (= wanneer de ogen niet allebei in exact dezelfde richting kijken / scheel kijken)

voornaamste oorzaa kneonatale icterus

conjugatie apparaat in de lever is nog niet matuur genoeg en kan de toevloed van bilirubine niet aan.

strategie voor icterische neonati?

De strategie die vandaag de dag toegepast wordt (zeker bij pasgeborenen) is dat ze onder de lamp gelegd worden.

Aan veel moeders wordt ook gevraagd hun kind aan het raam te leggen, waar ze blootstelling hebben aan blauw licht (zoals we ook hier gebruiken in de couveuses).

Zo kan de bilirubine sneller afgebroken worden dan via glucuronidatie en excretie.

Als bilirubine dus in de huid passeert en er blauw licht tegenkomt worden de bindingen daar verandert en wordt het meer wateroplosbaar en zal het wel excreteerbaar zijn in de gal en urine.

De kinderen moeten dus meerdere uren per dag onder zo’n lamp liggen.

Naarmate ze ouder worden zal de huid verdikken en moeten ze steeds langer onder de blauwe lamp gaan liggen.

Tekenwoordig zijn er zelfs een soort bedrijven die van die jasjes maken met aan de binnenkant blauw licht.

Die jasjes moet je dan dragen op je huid, zodat je de hele dag blauw licht produceert in je jasje en zo sneller bilirubine wateroplosbaar kunt maken zonder dat het moet passeren viahet glucuronyl transferase, want dat is defect.

Waarom is NO een wapen?

NO bevat een ongepaard elektron en is dus een reactief molecuul dat zich snel kan verspreiden in de omgeving en zo een aantal effecten kan teweeg brengen.

Waarvan wordt NO gemaakt en wat hebben we ervoor nodig?

NO wordt afgesplitst van Arg.

Om het af te splitsen hebben we een enzym nodig: NOS (= NO-synhtase).

Er zijn 3 paralogen van het NO-synthase die in heel andere situaties moeten werken.

•NOS1 = nNOS (neuronaal NO-synhtase): vormt vooral in het zenuwstelsel de retrograde NT, NO.

•NOS2 = iNOS (inducable NOS): zit vooral in witte bloedcellen en helpt bij de productie van het oxidatief radicaal, NO. Het oxidatief radicaal wordt dan afgeschoten op indringers die gefagocyteerd zijn bv. Het is dus een soort chemisch wapen om schade toe te brengen aan de vijand.

•NOS3 = eNOS (endotheliaal NO-synthase): zit in endotheelcellen van de bloedcellen en zal er NO produceren dat dan diffundeert naar do gladde spiercellen in de bloedvatwand en zal de gladde spiercellen aanzetten tot relaxatie, met als gevolg dat de bloedvaten open gaan.

hoe heette NOS3 vroeger nog

Dit heette vroeger endothelial derived relaxing factor (EDRF), de naam weerspeigelt wat het doet: het is geproduceerd door endotheel, zet de gladde spiercellen aan tot relaxatie, de bloedvaten gaan open.

NO synthasen gebruiken … als elektronendonor en zijn afhankelijk van de cofactor…

NADPH

tetrahydrobiopterine

slide

NT’s zullen in de meeste gevallen anterograad transmissie van signalen doen: van axon naar cellichaam van het volgende neuron.

Er zijn een aantal AZ’en die kunnen omgezet worden naar NT’s:

Bv Tyr kan dopamine worden

De NT’s zullen binden op de postsynaptische receptor en dan krijgen we recyclage van de NT.

Dit is in de meeste gevallen hoe de neurotransmissie verloopt.

In sommige gevallen hebben we retrograde NT en dan komt NO aan bod.

welke stoffen kunnen retrograde neurotransmissie doen?

• NO

• endocannabinoiden

slide

NO wordt POSTSYNAPTISCH geproduceerd in een reactie die Arg omzet in citruline en die geketalyseerd wordt door het nNOS.

De NO die postsynaptisch geproduceerd wordt zal diffunderen naar presynaptisch en zal er een aantal biologische effecten teweeg brengen: oa veranderingen in de concentratie van cGMP en wordt ook heel snel weer afgebroken.

Het is dus een soort van controlesysteem dat dempend kan zijn, maar ook activerend.

Ander vb van retrograde neurotransmissie:

De endocannabinoïden zullen ook retrograad een aantal effecten veroorzaken thv de synaptische spleet.

waaruit bestaat T4 (schildklierhormoon)

2 Tyr aan elkaar die elk 2 maal gejodineerd zijn. In totaal dus 4 maal gejodineerd

T3 en T4 zijn afgeleiden van… (AZ)

Tyr

lees dit eens goed

Schildklierhormoon (zowal T3 als T4) is ook afgeleid van AZ’en.

T4 = 2 Tyr aan elkaar die elk 2 maal gejodineerd zijn. In totaal dus 4 maal gejodineerd.

Ze moeten gedejodineerd worden in de target cellen tot T3 en dat T3 zal dan de effecten van schildklierhormoon teweeg brengen in de target cel.

T4 en T3 zijn afgeleiden van Tyr (een AZ).

slide

Carnitine = carrier van de acyl staarten over d emitochondriale membraan en in ons bloed.

Polyamines = AZ Arg achter elkaar geschakeld zonder zuurgroep.

------

Heem = belangrijk in celademhaling want is de reactieve groep van een aantal van onze complexen van de ademhalingsketen.

Heem is belangrijk bij de cytochromen als reactieve groep.

Heem is belangrijk in hemoglobine.

------

Bilirubine kan enkel geconjugeerd het lichaam verlaten.

Als dit niet adequaat gebeurt kunnen we icterus krijgen (geelzucht).

Bij neonati kan dit een probleem geven want de bilirubine kan doordringen tot in de hersenen en er schade veroorzaken.

Dat noemen we kernicterus.