Transcript پروتئین ها
پروتئین ها • پروتئين ها مولکولهايي هستند که مسئوليت آنچه را که در سلول ها و اعضاء اتفاق مي افتد بر عهده دارند .مي توان آنها را مولکولهاي فعال در نظر بگيريم ،از اين جهت كه امكان دارد اين آنزيم ها باشند که همه واکنش هاي شيميايي داخل بدن را کاتاليز مي کنند .يا مولکولهاي گيرنده داخل سلول ها ، داخل غشاء و يا روي غشاء باشند که به مواد خاص متصل مي شوند .بيست نوع اسيد آمينه مختلف براي ساختن پروتئين ها استفاده شده اند 100 .اسيد آمينه ،تشکيل يک پروتئين کوچک را مي دهند.اطالعات ژنتيکي از هر نوعي که باشند ،ساختار DNAدارند و اين عاملي است که نوع و مقدار پروتئين سنتز شده در سلول موجود زنده را مشخص مي کند .ساختمان کلي آمينو اسيدها به صورت زير است . -1در کنارساختار اسید آمینه -2ساختار یونی -3پیوند دو اسید آمینه که تشکیل پپتید می دهند • گروههاي اسيدي اصلي در اسيد هاي آمينه که پروتونه هستند: گروههاي هستند: cooH,NH3 بازي اصلي در اسيد هاي آمينه که غير پروتونه coo,NH2 • ظرفيت عضله براي اکسيداسيون اسيدهاي آمينه) (AAمحدود است و در مورد عضله پستانداران نشان داده شده است که تنها توانايي اکسيداسيون AA 6را دارند(آالنين ،اسپارتات ،گلوتامات ،لوسين ، ايزولوسين و والين) .از ميان آنها 3تاي آخر به اسيد هاي آمينه شاخه دارد ا معروفند که به لحاظ کمي احتماال بيشترين اهميت را دارا هستند. • پیامد ومشکل اکسیداسیون اسید آمینه شاخه دار -1 :عدم دفع گروههای آمینی • -2تراکم آنها در عضله. • در نتيجه بعض ي ازاسیدآمینه بر اثر واکنش ترانس آميناسيون به پيروات منتقل شده و به شکل آالنين در مي آيند .سپس آالنين به کبد رفته و در آنجا وارد چرخه اوره مي شود . • در ترانس آميناسيون ،گروه آمين يک آمينواسيد را به - αکتوگلوتارات انتقال مي دهد و توليد گلوتامات و يک کتواسيد جديد می دهد. • واکنش : 5 • کتو اسيد جديد +گلوتامات ketoglotarate آمينواسيد + • ترانس آميناز ها گروه آمين را از AAبه آلفا كتوگلوتارات انتقال مي دهند .ترانس آميناز ها هم در ماتريکس ميتوکندري و هم در سيتوزول انجام مي گيرند ،ولي دآميناز ها تنها در ماتريکس واکنش انجام مي دهند.کار دآميناز ها آمين زدايي است .به عنوان مثال به واکنش زير که توسط گلوتامات دهيدروژناز کاتاليز مي شود توجه کنيد: • پس در ورزش منبع اصلي توليد يون آمونيم واکنش گلوتامات دهيدروژناز است. گلوتامين در عضله زياد است و بر اساس واکنش هاي زير سنتز مي شود. در عضله : و در ميتوكندري هاي كبدي : • در عضله استراحتی ،اکسيداسيون اسيدآمينه 10درصداز کل نوسازی ATPرابرعهده دارد .درجريان ورزش ازآنجايی که ميزان اکسيداسيون سوخت های ديگر افزايش می يابد، لذا نقش اسيدآمينه درنوسازی ATPکاهش پيدا می کند. • اما زمانی که گليکوژن به اتمام برسد سهم اکسيداسيون اسيد آمينه برای توليد انرژی مهمتر می گردد. • آالنين وگلوتامين :اسيدآمينه های کليدی در انتقال نيتروژن بين بافتها به شمار می روند. • بيشترين نيتروژنی که درزمان گرسنگی عضله راترک می کند.به شکل يکی از اين دو نوع اسيدآمينه می باشد. تفاوت جنسی ومیزان آمونیاک پالسمایی • در حين تمرين فوق العاده شديد آمونياک پالسما از تجزيه AMPبه IMPو آمونياک ،ناشي مي شود( نورمن و همكاران .)1996تجمع IMPبه عنوان مارکري براي توليد آمونياک در عضله اسکلتي در حين تمرين فوق العاده شديد مورد استفاده قرار مي گيرد .تجمع IMPدر تارهاي نوع IIبيشتر از تارهاي نوع Iمي باشد. تجمع IMPعضالنی طی 30ثانیه تمرین سرعتی درتارهای نوع اول ودوم • نتايج بدست آمده در ارتباط با آمونياک پالسما نشان داد که غلظت آمونياک پالسمايي در زنان 35درصد کمتر از مردان است .اين اختالف تجمع آمونياکي به جنس مربوط مي شود .تصوير بعدی نشان داده شده تارهاي نوع دوم در مردان بيشتر از زنان است و با توجه به موارد بيان شده در ابتداي همين بحث تجمع آمونياک در تارهاي نوع دوم بيشتر از تارهاي نوع اول است.تصوير -5 7غلظت آمونياک پالسما را در قبل 6 ، 3 ،و 9دقيقه بعد از يک فعاليت تمريني 30ثانيه اي را نشان مي دهد. این تصویر غلظت آمونیاک پالسمایی پیش از تمرین و3و6و 9دقیقه پس از 30ثانیه فعالیت سرعتی • داليل متفاوتي براي اختالف بين تجمع آمونياک پالسما و IMPوجود دارد. اول اينکه اين تفاوت مي تواند بدليل وجود ديگر منابع آمونياکي نسبت به دآميناسيون AMPباشد . • دوم اينکه تفاوت جنسي (توده عضله ران بين دو جنس) مي تواند مالک باشد .شواهد نشان مي دهد که سطح قدرت زنان 25درصد کمتر از مردان است .همچنين زنان تقريبا 13درصد حجم پالسمايي کمتري نسبت به مردان دارند .دليل سوم اينکه افزايش کتکوالمين هاي پالسما به دنبال تمرينات کوتاه مدت شديد ،در زنان کمتر است در نتيجه اين مورد به انقباض پذيري عضالت غير فعال مثل کليه ،منجر شده و لذا آمونياک بيشتري در زنان نسبت به مردان دفع مي شود . آمونیاک و هیپوگزانتین پالسمایي در فعاليتهای طوالنی اکسی پورين ها ،مانند: -1هيپوگزانتين -2گزانتين -3اوره افزايش پيدا می کنند. غلظت هيپوگزانتين( (HXپالسما در زمان استراحت μmol/l 1.3بود که در زمان خستگي به 8برابر اين مقدار رسيد .هنگام مواجه با خستگي در آزمودني هاي با هيپوگزانتين باال ،منجر به کاهش درجمع کل آدنيالت( (TANعضله و افزايش IMPعضله گرديد . HXپالسما يک مارکر تجزيه آدنين نوکلئوتيد مي باشد .در حين تمرين شديد TANبه IMPو آمونياک تجزيه مي شود(تصوير IMP . )7-6خود دوباره مي تواند از طريق چرخه پورين به AMPتبديل شده يا اينکه به HXمبدل گردد. برعکس ،NH3تشکيل HXفقط از طريق کاتابوليسم نوکلئوتيد هاي پورين مي تواند اتفاق افتد . اجزاء فسفوريله NH3و HXمي توانند به داخل غشاء سلولي نفوذ کنند . نمایی ازمسیرهای متا بولیکی اصلی که کاتابولیسم IMPرا شامل می گردد. تمرينات استقامتي موجب کم تر شدن IMPپالسما و غلظت NH3 پالسما (ناشی از تمرين) می شوند، که احتماالا تمرين منجر به افزايش در پتانسيل هوازي عضله مي گردد . افزايش سطوح پالسمايي اکسي پورين ها در حين تمرين با شدت متوسط همراه با کاهش در TANعضله ،همچنين افزايش در IMP است. ارتباط ميان HXپالسما و الکتات خون مثبت و همچنين ارتباط ميان HXپالسما و استقامت منفي است. • HXپالسمايي 10تا 20دقيقه بعد از تمرينات با شدت باال به اوج خود مي رسد كه 2تا 4برابر بيشتر از ميزاني است که بالفاصله پس از تمرين اندازه گيري مي شود . • افزايش تاخيري در HXپالسما مربوط به محدوديت حرکتي در تشکيل و رهايش HXمي باشد. • بعد از تمرين با شدت متوسط HXپالسما در هنگام خستگی و5 دقيقه بعد از تمرين مشابه است ومتضاد با نتايجی است که پس ازتمرين شديد بدست آمده است. • علت :ميزان تجزيه آهسته تر TANوشيب پايينتر HXبين عضله وخون حين تمرين با شدت متوسط در مقايسه با شدت باالباشد. • در حين ريکاوری NH3پالسما با نيمه عمری در حدود 5دقيقه کاهش می يابد که اين زمان بعد از تمرين شديد سريعتر می باشد( نيمه عمر 20دقيقه ای) • .کاهش سريعتر در NH3پالسما ممکن است نشان دهنده اين واقعيت باشد که شيب پالسمايي عضله در انتهاي تمرين با شدت متوسط ،پايين تر از نتايج مشاهده شده در تمرين با شدت باالست • افزايش در NH3پالسما ،از دآميناسيون TANبه IMPناشي شده است و رابطه بين NH3و HXرا در پالسما توضيح مي دهد • سطوح پالسمايي اکسي پورين در حين تمرين با شدت متوسط افزايش مي يابد آزمودنی هايی با HX • و افزايش در IMPرا نشان دادند. TANعضله ارتباط میان تجمع NH3پالسما وتجمع HX پالسما پس از 60دقیقه تمرین مروري بر آرژینوسوکسینات سنتتاز از چرخه اوره تا چرخه سیترولین – نیتریک اکساید ASآرژنین سوکسینات در سیکل اوره نیتریک اکساید : یک پیش نیاز فوری برای تبدیل به آرژنین درکبد یک گاز ساده سیگنال اصلی پاراکراینی درسلولهای : -1عصبی -2تنفسی -3ایمنی قادراست مستقیما از عرض غشاء پالسما عبوروبه سلولهای هدف برسد عمل :اتساع عروق ASSسه عملکرد متفاوت در ارگانيزم بالغ دارا می باشد -1سم زدايی آمونياک در کبد A -2توليد آرژنين بوسيله قشر کليه B -3سنتز آرژنين برای توليد نيتريک اکسايد درديگرسلولها C ASSبه عنوان مرحله کلیدي در تولید اوره • ژن ASSچند روز قبل از تولد بيان مي شود .افزايش فعاليت ASSبا سطح mRNAموازي است . • افزايش بيان ژني ASSهنگام تولد 50درصد بيشتر از زمان بلوغ مي باشد . • افزايش گلوکوکورتيکوئيدها روي ASSبا افزايش در سطح mRNAدر ارتباط است.درنتيجه منجر به افزايش درنسخه برداری ژن ASSميشود. • نکته قابل توجه اينکه پاسخ به گلوکوکورتيکوئيدها بوسيله سيكلوهگزيميد مهار مي شود . • کورتيزول و گلوکاگن به طور همزمان باعث افزايش فعاليت ASSمي شوند . به عالوه انسولين اثر مخالفي بر کورتيزول دارد. • در کبد بالغ گلوکاگن به تنهايي فعاليت ASSرا از طريق افزايش در cAMPافزايش داده است . • هورمون رشد فعاليت ASSو سطح mRNAرا کاهش مي دهد • مصرف پروتئين باعث افزايش فعاليت و مقدار ASSشده و با افزايش سطح mRNAمرتبط است • .برخي آمينواسيدها بر افزايش فعاليت ASSتاثير دارند (نظير :آالنين ، گاليسين و متيونين) . • گلوتامين باعث افزايش فعاليت ASSو RNA mشده در موش بالغ فقدان پروتئين فعاليت ASSکليوی را تغيير نداده گرچه سطح RNAmراافزايش می دهد. تنظيم ASSدر کليه وروده متفاوت از کبد است. ASSمرحله محدود کننده در توليد Noميباشد. سیترولین تحت آنزیم ASSبا اسپارتات آرژنین به ASتبدیل می شود تحت آنزیم آرژینوسوکسینات لیاز تبدیل به آرژنین اوره واورنیتن تحت آنزیم NOSبه عقب برمی گردد سوبسترایی برای تبدیل مجدد به سیترولین تولید NO NOرا نیز تولید می کند چرخه آرژنین – سیترولین • • • • • • ایزوفرم هاي NOS NOSداراي سه ایزوفرم مشخص به شرح ذیل مي باشد : nNOS = -1نروني ، eNOS = -2اندوتلیالي ، iNOS = -3القایي(القا شده توسط سیتوکین) . این ایزوفرم ها دو روش براي بروز دارند :نوع eو nبه طور بنیادي و به مقادیر کم در سلول ها وجود دارند ،در نتیجه به دنبال افزایش یون کلسیم درون سلولي و در حضور کالمودولین افزایش مي یابند و در اثر ورود کلسیم NOتولید مي شود .اما نوع iNOSبه افزایش کلسیم داخل سلولي نیازي ندارد . • گلوتامین پیش ساز اصلی نیتروژن اوره است از مسیر گلوتامینازوابسته به • به دنبال متابولیسم گلوتامین فسفات • گلوتامات بااسپارتات • • ترانس آمینه می شود • آمونیاک کسر کمتری از آمونیاک تحت واکنش گلوتامات دهیدروژناز قرار میگیرد. • دومین نیتروژن اوره فراهم میشود متابولیسم گلوتامین کبدي • گلوتاميناز و گلوتامين سنتتاز در کبد به ميزان زيادي فعال هستند . • اگرچه کبد از طريق سرخرگ هپاتيکي خون را دريافت مي کند اما اکثريت آن ( 82درصد) از طريق سياهرگ پورتال انتقال مي يابد • که مصرف گلوتامين در کبد باال مي باشد .. • بنابراين با توجه به فعاليت هاي باالي گلوتامين سنتتاز و گلوتاميناز ، کبد مي تواند گلوتامين را به گردش خون اضافه يا از خون برداشت کند • کبد مقدار زيادی گلوتامين رابا توليد همزمان اوره وگلوکزاستفاده می کند. • گلوتامين سنتتاز دريکی از سه اليه اطراف سياهرگ قراردارد. • گلوتامينازو گلوکونئوژنزير به همراه اوره سنتتاز درناحيه اطراف پورتال قرار دارد . جدا سازی فيزيکی استفاده وسنتز گلوتامين به کبد اين اجازه را می دهد.که آمونياک اضافی رااز گردش خون بردارد ،آمونياک گلوتامين عالوه برساير اسيدهای آمينه درخون برای سنتز اوره بوسيله سلولهای اطراف پورتال استفاده می شود. • با وجود اين چون ميل ترکيبی اوره وآمونياک پايين است مقداری از آمونياک در سلولهای اطراف پورتال سم زدايی می شود. • به دليل اينکه ميل ترکيبی گلوتامين سنتتازبا آمونياک زياد است باقيمانده آمونياک توسط سلولهای اطراف سياهرگی برداشته می شود مورد استفاده گلوتامين سنتتاز قرار می گيرد. • تولید نهایی کاتابوليسم گلوتامين • گلوکز اوره • درسلولهای اطراف سياهرگی ،آمونياک درگردش خون سوبسترای اوليه برای نيتروژن ساخته شده ازگلوتامين می باشد. اثر مکمل آرژنین – سیترولین واورنیتین برعملکردمتابولیسم موش های تمرین کرده • اين چنين بيان شده است که در حين تمرين شديد ،توليد زياد آمونياک و IMPدر عضله تمرين کرده وجود دارد .به نظر مي رسد دآميناسيون AMPبه IMPو آمونياک ،واکنش هاي کاتاليزوري را توسط آدنيالت کينازها تسهيل بخشد .توليد IMPو آمونياک مي تواند چشمگير باشد .افزايش ناتواني عضله براي توليد ATPاز طريق فسفوريالسيون اکسيداتيو به تثبيت خستگي عضله مرتبط مي شود .تجمع آمونياک براي ارگانيسم ها بسيار سمي است. . • از آنجايي که در فعاليت برخي آنزيم هاي مولد جريان دخالت مي کند ،نفوذپذيري سلول را به يون ها تغيير داده و همچنين ،نسبت NAD+/NADHرانيز تغيير مي دهد . • لذا براي اجتناب از اين تجمع ،سيکل اوره در کبد مسئول برداشت آمونياک به شکل اوره است .محل مهم ديگري که سم زدايي آمونياک در آن انجام مي گيرد ،عضله اسکلتي است که ظرفيت بااليي را در بافرينگ آمونياک توسط توليد آالنين از پيروات و گلوتامين از گلوتامات و آلفا كتوگلوتارات را در واکنش هاي ترانس آميناسيون دارد . اثر تمرین تناوبي شدید بر غلظت پالسمایي گلوتامین و اسیدهاي ارگانیک (الکتات ،اسید هاي چرب آزاد ،بتا -هیدروكسي بوتیرات) • .گلوتامين آمينواسيد فراواني است که در عضالت و پالسماي انسان وجود دارد .غلظت پالسمايي طبيعي گلوتامين در مردان به ميزان μm 600به ثبت رسيده است . • گلوتامين سوبستراي ضروري براي عملکرد مناسب سلول هاي ايمني مي باشد .افت در غلظت گلوتامين پالسمايي بعد از تمرين ممکن است براي عملکرد سلول ايمني مضر باشد و افراد را به عفونت بيشتر مستعد کند . نقش های گلوتامین • -1انتقال نيتروژن ميان ارگان ها ، • -2 سم زدايي آمونياک و حفظ تعادل پايه اسيدي در حين اسيدوز • -3پيش ساز نيتروژن براي سنتز نوکلئوتيد ها • -4 به عنوان سوخت براي سلول هاي غشاء مخاطي روده • -5 تنظيم سنتز پروتئين و تجزيه پروتئين • همچنين يک سوخت مهم براي سلول هاي سيستم ايمني مي باشد ، بويژه ماکروفاژها و لنفوسيت ها • روده کوچک اغلب گلوتامين را براي هضم پروتئين غذايي مورد استفاده قرار مي دهد .عضالت اسکلتي توانايي آنزيمي را جهت سنتز گلوتامين دارند و ميزان بسيار زيادي از انتقال گلوتامين براي استفاده (عضالت) شناخته شده است • نقش مهم عضله اسکلتي در متابوليسم گلوتامين ،بررسي اثرات کار عضالني شديد را روي سطوح گلوتاميني پالسمايي ،حين و پس از تمرين را موجب شده است . • افزایش در غلظت آمونیاک پالسما 5دقیقه پس از تمرین احتماالً بدلیل تجزیه نوکلئوتید آدنین است نه کاتابولیسم اسید آمینه .افت معني داردرغلظت گلوتامین پالسما در 5 ساعت پس از تمرین درقیاس با استراحت ،با افزایش در غلظت آمونیاک پالسما همراه نمي شود . • کاهش درغلظت گلوتامین پالسما 5ساعت پس از تمرین مي تواند به خاطرتوالي افزایش مصرف گلوتامین کلیوي باشد .بدنبال اسیدوز متابولیکي ،کلیه ها گلوتامین را به عنوان منبع آمونیاک برداشت مي کنند که مي تواند براي بافر یون هیدروژن ،مورد استفاده قرار گیرد • غلظت گلوتامین پالسما پس از 4روز رژیم غذایي کم کربوهیدرات کاهش داشت . • مصرف زیاد پروتئین در رژیم غذایي و افزایش متابولیسم FFAو اجسام کتوني دلیل اسیدوز متابولیکي مزمن بوده که با 25درصد کاهش در غلظت گلوتامین پالسما مرتبط مي باشد . • در پاسخ به روند اسیدوز ،کلیه ها مصرف گلوتامین را از خون افزایش مي دهد. • در سلول هاي توبول ديستال ،گلوتامين بوسيله گلوتاميناز و آمونياک دآمينه مي گردد .طوري که به داخل توبول هاي کليوي رها مي شود . NH4 NH3 + H در نتيجه اين بافر ،يون هاي هيدروژن به داخل نفرون ترشح مي شود .همان گونه که کليه ها گلوتامين پالسما را جهت بافراسيدوز پس از تمرين استفاده قرارمي دهند ،غلظت گلوتامين پالسما ممکن است بوسيله رهايش گلوتامين از ديگر ذخاير بافتي حفظ شود . • برون داد گلوتامين از عضله اسکلتي توسط غلظت باالي گلوکوكورتيکوئيدهايي نظير کورتيزول افزايش مي يابد(رنين و همكاران . )1994 • غلظت گلوتامين پالسمايي پايين تر در 5ساعت پس از تمرين ممکن است نتيجه تخليه اين ذخائر و يا رهايش از عضله ،جهت نگه داشتن مصرف گلوتامين توسط کليه ها باشد • بازيافت غلظت گلوتامين پالسما در 24ساعت پس از تمرين شايد ناشي از حذف اسيدوز متابوليکي و از سرگيري رژيم غذايي طبيعي باشد . • در حدود 30تا 70ميلي مول از يون هيدروژن به صورت يون آمونيوم در روز به طور طبيعي دفع مي شود (بيشتر آن ناشي از تجزيه گلوتامين است) .اما در اسيدوز مزمن بين 3تا 5روز افزايش سازگاري ،دفع يون آمونيم ممکن است به باالي 300 ميلي مول در روز برسد ،در نتيجه اين مي تواند توضيحي براي غلظت گلوتامين پالسمايي پايين مشاهده شده در ورزشکاران با سطح تمرينات طوالني ،به حساب آيد .