Otázka: Biokatalyzátory
Předmět: Chemie léčiv
Přidal(a): Anet D.
Charakteristika biokatalyzátorů
Obecně
- Přírodní organické sloučeniny, které řídí a usměrňují chemické děje v organismech
- Ovlivňují metabolismus (řecké METABOLE = přeměna)
- Vznikají v živých organismech, jsou součástí potravy (vitamíny)
- Podle funkce v organismu – enzymy, vitamíny, hormony
Enzymy – rozdělení a funkce
- Enzymy jsou molekuly bílkovin, které řídí biochemické reakce
- Zahajují a urychlují tyto procesy v každém živém organizmu, aniž by se přitom samy spotřebovávaly, proto jsou označovány jako biokatalyzátory
- Bez enzymů by neexistoval život.
- Enzymy se skládají z aminokyselin
- Sliny – amylasa – štěpí cukry v ústech – ptyalin – štěpení škrobu
- Žaludek – pepsin – součástí žaludečních šťáv – štěpí bílkoviny
- Slinivka břišní – trypsin – bílkoviny štěpí až na aminokyseliny
Skupiny enzymů
- Proteázy
- pepsin – v žaludku, štěpí bílkoviny na AK
- trypsin – v žaludku, štěpí bílkoviny na AK
- chymosin
- erepsin
- Amylázy
- ptyalin – v ústech, štěpí škroby na jednodušší cukry
- amyláza – štěpí škrob na jednodušší cukry
- sacharáza – štěpí sacharózu na glukózu
- maltáza
- laktáza
- celuláza
- amyláza
- Lipázy: štěpí energeticky bohaté vazby
- lipáza – štěpí tuky
- Oxidoreduktázy: přenáší vodík nebo elektron
- Transferázy: přenáší skupinu
- Hydrolázy a lipázy: štěpí vazby
- Izomerázy: přesunují atomy nebo skupiny
- proteináza – štěpí bílkoviny
- oxido-reduktázy – katalyzují oxidačně redukční děje
Vitamíny – rozdělení a funkce
- Organické sloučeniny, které již v malých koncentracích ovlivňují průběh některých chemických dějů v živém organismu
- Označují se velkými písmeny (A,B,C,D,K a některé další), popř. se od sebe odlišují číselným indexem (B1,B2…až B12)
- Živočišný organismus si je nedovede připravit – příjem v potravě
- Přítomnost a vhodná koncentrace vitamínů v těle jsou nezbytné pro správný růst a vývoj každého jedince
- Nepřítomnost některého vitamínu v těle se projevuje vážnými fyziologickými poruchami a onemocněním, které se obecně označuje jako avitaminóza (v našich podmínkách poměrně vzácně)
- Onemocnění z nedostatečného množství vitamínu, tzv. hypovitaminóza (má mírnější průběh než avitaminóza)
- Nadbytečné množství některého vitamínu v těle může způsobit hypervitaminózu
- 13 hlavních vitamínů
- Vitamín D – tvoří se v kůži těla působením slunečního záření
- Užívání vitamínů – doporučení jako prevence nedostatku onemocnění
- Onemocnění – viz tabulky
Podle rozpustnosti vitamíny dělíme na dvě skupiny:
- Rozpustné ve vodě – skupina B,C,H
- Rozpustné v tucích A,D,E,K a koenzym Q („vitamín Q“)
Vitamíny rozpustné v tucích
- Vstřebávány spolu s tuky ve střevech
- Nedostatek – nevyvážená strava, poruch vstřebávání tuků tenkým střevem
- Ukládají se v játrech (jejich zásobárna)
- Nadměrné dávky – hromadění v těle onemocnění
Vitamíny skupiny A
- Axeroftol, retinol – diterpenoid – mořské ryby, vaječný žloutek, mléko
- Provitamín A (Karoteny α, β, γ) – mrkev, rajče, listová zelenina, tykev – ve střevech oxidační a hydrolytické štěpení za vzniku retinolu
- Retinol a jeho estery (retinová kyselina) – šeroslepost, onemocnění kůže a sliznic
Kyselina retinová
- Předávkování – únava, nevolnost, bolest hlavy, řídnutí kostí
Vitamíny skupiny D
- D2 – ergokalferol
- D3 – cholekalciferol
- Tuk mořských ryb, kvasnice
- Vznik – vitamín D se tvoří v kůži působením slunečního záření z provitamínu 7-dehydrocholesterolu, derivátu cholesterolu. Fotony UV záření štěpí B jádro 7-dehydrocholesterolu za vzniku cholekalciferolu, tedy vitamínu D3.
- Pro tvorbu steroidních hormonů a správné hospodaření s Ca, P
- Avitaminóza – křivice u dětí, měknutí kostí
- Kožní nemoc (lupénka), zrychlení špatně se hojících ran
- Předávkování – nadměrné močení, nechutenství, zvracení
Vitamíny skupiny E
- Tokoferoly (α-tokoferol = vitamín pro krásu)
- Obilné klíčky, zelenina, rostlinné tuky
- Nedostatek – poruchy reprodukce, poškození svalů, porucha krvetvorby, poruchy nervového a kardiovaskulárního systému
- Působí jako antioxidant
Vitamíny skupiny K
- Deriváty 2-methyl-1,4-naftochinomnu – K1 fylochinon, K2 farnochinon
- V rostlinách a bakteriích plní úlohu přenašeče elektronů v procesu získávání energie (fotosyntéza)
- Ovlivňují krevné srážlivost
- Při poruchách malabsorpce tuků, onemocnění žlučových cest žlučníku, jaterních chorobách, cystické fibróze, celiakiia parazitárních onemocnění trávicího traktu
Celiakie – nesnášenlivost lepku, odlišují se od alergie na lepek – chronické onemocnění sliznice tenkého střeva způsobené nesnášenlivostí lepku (neboli glukenu), což je označení pro směs bílkovin obsaženou v pšenici, žitu, ječmenu a ovsu
Koenzym Q
- Podobná struktura jako vitamín K – derivát 1,-benzochinonu
- Tvoří se a vyskytuje se ve všech tkáních, v játrech, srdci, svalech
- Hospodaření s energií, chrání buňky před působením volných radikálů
- Příznivě ovlivňuje činnost srdce
- Prevence civilizačních chorob a stresu (lepší tělesná a duševní kondice)
Vitamíny rozpustné ve vodě (hydrofilní)
- Velmi rychle vylučovány ledvinami z těla
- B12 ukládá se v játrech
- Velmi snadno se znehodnocují vařením (důležitý syrový stav)
- Případné předávkování nemá toxické účinky
Vitamíny skupiny B
- Vitamin B1, B2, B6, B12, biotin, niacin, kyselina listová a pantotenová
- Thiamin – vitamín B1
- Vliv na trávicí, oběhový a nervový systém
- Účastní se přeměny glukózy na energii
- Podílí se na vedení nervových impulsů
- Nezbytný pro tvorbu thiamindifosfátu – důležitý koenzym pro přenos aldehydových skupin (podává se ve formě hydrochloridu)
- Nejbohatším zdrojem – sušené pivovarské kvasnice, celé obilná zrna, neloupaná rýže, rajčata, zelí, brokolice, květák
- Nejbohatší živočišný zdroj – játra, ledviny, srdce a vepřová svalová tkáň
- Aplikace: při hypovitaminóze, zánětech nervů, dermatologických obtížích
- Avitaminóza – beri-beri – až ochrnutí končetin
- Riboflavin – vitamin B2
- Ovlivňuje buněčné dýchání, tvorbu krevních elementů a zárodečných buněk
- Součástí flavinadenindinukleotidu FAD – součástí proteinů
- Podílí se na metabolismu živin, nezbytných pro správnou funkci některých částí sliznic a kůže, např. sliznice dutiny ústní
- Nedostatek – bolavé a citlivé ústní koutky, záněty slinic vnitřní části ústní dutiny a jazyka a záněty spojivek
- Zdroj: droždí a játra, mléko a mléčné produkty, maso, vejce a zelená listnatá zelenina
- Aplikace: při hypovitaminóze, rekonvalescence po zánětech, dietách, nervových poruchách
- Nikotinamid – vitamín B3
- Součástí nikotonamidadenindinukleotidu NAD+, nikotiamidadenindinukleotidfosfátu NADP+, FAD – nezbytné pro enzymy – umožňují redoxní děje v buňkách – deriváty pyridinu
- Hypo a avitaminóza – dermatitida, zánětlivá onemocnění
- Pantothenová kyselina – vitamín B5
- Součástí koenzymu A – reakce metabolismu – metabolismus cukrů, tuků, syntéza steroidů a koenzym Q
- Stejný účinek má i panthenol – v organismu se oxiduje na kyselinu
- Účastí se energetického využití mastných kyselin
- Je potřebná pro syntézu sterolů, např. cholesterolu, žlučových kyselin, provitaminu D a některých hormonů
- Stimuluje okovu kožních buněk, zklidňuje pleť a zabraňuje jejím zánětům a zarudnutí při jejím podráždění, má schopnost hydratovat a regenerovat narušené a poškozené vlasy
- Kvasnice, celozrnné pečivo, maso, zelenina, vejce, mléko
- Nedostatek u zvířat: vypadávání a šedivění chlupů
- Nedostatek u lidí: poruchy kůže, štítné žlázy a pohlavních orgánů
- Pyridoxin – vitamin B6
- Pyridinové deriváty – vliv na CNS, krvetvorbu a kvalitu kůže
- Kvasnice, maso, zelenina
- Hromadí se v játrech
- Aplikace: poruchy kůže, degenerativní změny CNS a anémie, akutní otravy alkoholem – forma hydrochloridu
- Avitaminóza: ospalost, podrážděnost, slabost, nejistá chůze
- Kobalamin – vitamín B12
- Skupina korinoidů
- Složitá struktura – 4 – pyrrolová jádra v cyklickém útvaru, centrální atom Co – vazby dusíku (1 kovalentní vazba, 3 koordinační vazby)
- tvořen střevní mikroflóro
- Maso (játra, ledviny), vejce, kvasnice
- Nedostatek: zhoubná chudokrevnost
- Aplikace: anémie, onemocnění jater a jejich intoxikace, choroby nervového systému
- Kyselina listová – vitamín B9
- M (folát)
- Vliv na regeneraci červených krvinek
- Účastní se biosyntézy purinových a pyridinových bází
- Koenzymy při transportu methylových skupin – biosyntézy listové a tetrahydrolistové kyseliny
- Zelené rostliny, játra, droždí
- Biotin – vitamín H
- Správná funkce kůže a sliznic
- Jako koenzym slouží při transportu karboxylové skupiny
- Játra, ledviny, vaječný žloutek, droždí, mléko
- Avitaminóza: dermatitida, záněty sliznic
- L-askorbová kyselina – vitamín C
-
- Donor vodíku
- Metabolismus cukrů, mastných kyselin, aminokyselin, bílkovin, minerálních látek
- Nezbytný pro stavbu pojivové tkáně (kolagenu)
- Snižuje toxicitu xenobiotik (sloučeniny těžkých kovů, dusičnanů a dusitanů), toxicitu léčiv, potlačuje některé typy rakoviny
- Ovoce, zelenina
- Avitaminóza: kurděje (viklání zubů, krvácení, zánět dásní)
- Hypo – jaterní únava po infekci
- Terapie aterosklerózy – preparáty Celaskon a Calcium
Hormony – rozdělení a funkce
Význam a účinek:
- Hormon pochází z řeckého slova „podnět, impuls“
- Posel informací mezi jednotlivými součástmi organismu
- Chemická látka uvolněná specializovanými buňkami s cílem ovlivnit funkci buněk v jiných částech těla
- Stačí jen velmi malé množství hormonu k předání informace a vyvolání změny v organismu
- U živočichů hormony řídí téměř všechny pochody v těle
- U rostlin účinky hormonů ještě nejsou natolik prozkoumány; ví se ale, že řídí např. směr růstu rostliny
Tvorba hormonů (živočichové):
- Specializovanými žlázami, tzv. endokrinními orgány, buňkami např. tukové tkáně, střeva či mozku
- Účinkují:
- Na delší vzdálenost – tzv. endokrinní účinky (přenášené krví)
- Lokálně v tkáni (parakrinní účinky)
- Přímo na vlastní buňku tvořící hormon (účinek autokrinní)
- Lze tedy říci, že souhra různých hormonů řídí správný chod (nejen) lidského těla.
Mechanismus účinku hormonů:
- hormon vyvolá žádoucí účinek na cílové buňce (buňka nese specifický receptor – molekulu schopnou hormon navázat) pro tento hormon
Představa:
- Hormon je klíč, který musí zapadnout do svého zámku. Dojde-li k tomu, nastartuje se kaskáda dalších změn ve vnitřku buňky – vedoucí k cílovému efektu.
Proces přenosu signálu hormonem lze zjednodušit takto:
- Tvorba hormonu specializovanou buňkou
- Skladování a uvolnění hormonu
- Přenos hormonu k cílové buňce
- Rozpoznání hormonu specifickým receptorem
- Vedení a znásobení signálu v buňce
- Degradace hormonu (rozložení, zneškodnění)
Endokrinní orgány
Mezi endokrinní orgány patří řada specializovaných tkání i jednotlivých buněk. Mezi nejznámější patří tyto:
- Štítná žláza (porucha vede ke zvýšené či snížené funkci a následně zpomalení či urychlení metabolických pochodů v těle, tvorbě uzlů či nádoru)
- Nadledviny (porucha vede např. ke zvýšenému ochlupení, zvýšenému krevnímu tlaku, snížené koncentraci draslíku v krvi; také k únavě, zvýšené pigmentaci a rozvratu vnitřního prostředí)
- Varlata (porucha vede např. k poruchám erekce, neplodnosti, osteoporóze)
- Vaječníky (porucha vede k menstruačním nepravidelnostem, zvýšenému ochlupení, neplodnosti)
- Podvěsek mozkový – hypofýza (porucha vede nejčastěji k tzv. hyperprolaktinémii, stavu vyvolávající poruchy menstruačního cyklu a neplodnost, při nádoru může vyvolat i závažné komplikace v mozku spolu s výpadky zorného pole a bolestmi hlavy; méně často k neschopnosti koncentrace moči s nutností obrovského denního příjmu tekutin a jiným poruchám); svými hormony ovládá vylučování hormonů ostatních žláz s vnitřní sekrec
- Hypotalamus – řídí činnost hypofýzy, propojuje nervový a endokrinní systém; tvoří hormony antidiuretický hormon (vasopresin, ADH) a oxytocin
- Řídí tyto funkce:
- Hlad a příjem potravy
- Žízeň
- Sexuální funkce
- Sekrece působků
- Řízení funkcí vegetativního nervstva
- Termoregulace
- Funkční změny
- Řídí tyto funkce:
- Slinivka břišní – Langerhansovy ostrůvky (porucha vede k cukrovce – diabetu 1. typu, již od počátku s nutností léčby insulinem)
- Tuková tkáň – tvoří vlastní hormony regulující příjem a zpracování potravy; také zpracovává a v menší míře tvoří pohlavní hormony (tedy např. obézní ženy mohou mít poruchy menstruačního cyklu, obézní muži mohou mít známky nedostatku mužských pohlavních hormonů)
- Tenké střevo – tvoří hormony přímo regulující příjem a zpracování potravy
Působnost hormonů:
- Od narození po celý život
- V určitém období (např. růstový hormon)
Onemocnění: Endokrinní poruchy
Podle toho, jaké jsou účinky hormonu produkovaného danou žlázou, rozlišujeme:
- Poruchy hyperfunkční, při kterých jsou účinky hormonu nadměrné (kvůli nadbytečnému množství hormonu, zvýšenému množství nebo citlivosti receptorů)
- Hypofunkční poruchy, při kterých jsou účinky hormonu příliš nízké
Dělení hormonů:
- podle vzniku
- podle chemické struktury
Hormony odvozené od aminokyselin
- Hormony štítné žlázy – obrázek str. 81 učebnice
- Thyroxin (syntetická forma levothyroxinu)
- Trijodthyronin (liothyronin)
- Regulace metabolismu (těžké vývojové poruchy, kretenismus)
- Snížená činnost – únava, slabost, zimomřivost, zvyšování hmotnosti
- Hypothyreóza – nedostatek hormonů – aplikace Euthyroxu (levothyroxin ve formě sodné soli), liothyronin ve formě sodné soli nebo hydrochloridu
- Hyperthyreóza – nadprodukce hormonů – thyreostatika, léčba radiojódem, deriváty thiomočoviny (karbimazol, propylthiouracil)
Peptidové hormony
A) Hormony hypofýzy
- regulace růstu, pohlavní a produkční vývoj.
- řídí žlázy s vnitřní sekrecí
- hypofýza sama reguluje množství hormonů v krvi (omezení x zvýšení produkce)
- oxytocin – kontrakce hladkého svalstva (zejména děložní) – vyvolání, urychlení porodu, stimulace laktace
- vasopressi
- antidiuretický hormon – regulace krevního tlaku (zvýšení),
- podporuje zpětnou resorpci vody v ledvinách
- nedostatek – nadměrné vylučování velmi zředěné moči
- somatotropin – růstový hormon
- thyreotropin – řídí činnost štítné žlázy
- gonadotropní hormony – řídí činnost pohlavních žláz
B) Hormony příštítných tělísek
- 4 tělíska – regulace hladiny vápníku a fosforu v krvi
- parathormon – zvyšuje hladinu Ca v krvi jeho uvolňováním z kostí, zpětné vstřebávání Ca z moči a ze střev
- kalcitonin – udržuje konstantní hladinu Ca v krvi
- Terapie: lososí kalcitonin (účinnější než lidský) – biotechnologicky metodou rekombinantní DNA nebo synteticky
C) Hormony slinivky břišní
- glukagon – zvyšuje hladinu cukru v krvi
- inzulín – snižuje hladinu cukru v krvi, podílí se na syntéze bílkovin, potlačuje hydrolýzu tuků, dnes výroba lidského inzulínu
- Diabetes mellitus (cukrovka I., II., III. (porucha přijmu celé slinivky břišní))
Hormony steroidní – nadledvinky (kortikoidy)
- mužské pohlavní hormony (androgeny)
- ženské pohlavní hormony (estrogeny, gestageny)
A) Estrogeny
- ženské pohlavní hormony (vaječníky)
- stimulace vývoje primárních a sekundárních ženských pohlavních znaků
- regulace menstruačního cyklu (s gestageny)
- estradiol
- esterifikací vznikají látky s prodlouženým a vyšším účinkem
- preparát Agofoltin
- Agostilben
- úpravou řetězce estradiolu vznikne diethylstilbestrol
- vyšší účinky, karcinogenní
- u mužů způsobuje impotenci, vyvolává transsexuální změny
Využití derivátů diethylstilbestrolu – léčba nádorů (karcinom prostaty)
B) Gestageny
- ženské hormony (žluté tělísko, vznikající ve vaječníku z prasklého folikulu po ovulaci)
- Progesteron
- příprava děložní sliznice pro ovulaci, udržení těhotenství
- Norethisteron (přípravek Monogest) – vzniká obměnou struktury
- progesteronu – úprava nebo posunutí menstruačního cyklu
- Kombinace s estrogeny – antikoncepční přípravky
C) Androgeny
- mužské hormony (varlata) – rozvoj pohlavních znaků, odpovědné za spermatogenezi (tvorba mužských pohlavních buněk – spermií)
- stimulace růstu svalové hmoty (anabolický účinek)
- Antiandrogeny – váží se na receptory androgenů – léčení sexuálních deviací nebo hypersexuality
Poruchy nedostatku a nadbytku
Biokatalyzátor | Hypostav | Hyperstav |
Vitamín A | šeroslepost rohovatění kůže snížená pohlavní aktivita sklon k zánětům snížení imunity |
osteoporóza = řídnutí kostní tkáně v těhotenství rozštěpy Chronická hypervitaminóza – nechuť k jídlu, nauzea, zvracení, hubnutí, průjmy Akutní hypervitaminóza – zvracení, spavost |
Vitamín D | únava bolest svalů a kloubů až svalová ochablost podrážděnost nechutenství vysoký krevní tlak krvácení dásní demineralizace kostí ztráta hmotnosti |
nevolnostem zvracení zvýšení krevního tlaku výrazná nechuť k jídlu pocity žízně svědění pokožky průjmy snižování tělesné hmotnosti |
Vitamín H | změny na kůži ztrátou tukových zásob únavou a ospalostí vypadávání vlasů |
Není možné se předávkovat vitamínem H. Tělo ho dobře vylučuje společně s močí. |
Vitamín C | únava změny nálad modřiny suchá kůže lámavé a třepící se vlasy zpomalené hojení zhoršení imunity Krvácivost a zánět dásní či ztráta zubů |
bolení v oblasti břicha průjem bolest hlavy nespavost zvracení křeče ledvinové kameny |
Thyroxin | zhoršení intelektuálních schopností suchá kůže křehké nehty zvýšení hmotnosti snížená tělesná teplota otupělost špatná střevní práce výskyt poruch v srdci |
Zvýšená srdeční frekvence Tachykardie (rychlé srdeční tep) Fibrilace síní (porušení srdečních rytmů) Tromboembolismus (zablokování krevních cév thrombi) |