BIOCHEMISTRY TUTORIAL - si.mahidol.ac.th · Fatty acids + O 2 CO 2 H 2O ATPATP heat Amino acid Carbohydrate 4 kcal/g Fat 9 kcal/g Protein 4 kcal/g AMINO ACID ... -synthesis of fatty

BIOCHEMISTRY TUTORIAL

download ไดที่ homepage ของภาควิชาhttp://www.si.mahidol.ac.th/department/biochemistry/home/

10 ขอ จาก 300 ขอ

Session I – 21 กุมภาพันธ 2550

Overview: Carbohydrate metabolism

Lipid metabolism

GlycolysisGluconeogenesisGlycogenesisGlycogenolysisPentose phosphate pathway

LipogenesisLipolysisKetogenesisKetolysisCholesterol synthesis

Amino acid metabolism DeaminationTransaminationUrea cycle

• oxidation ของสารอาหารเปนขบวนการสําคัญในการสรางพลังงานในสิ่งมีชีวิต

Glucose

Fatty acids + O2

CO2

H2O

ATPATP

heat

Amino acid

Carbohydrate 4 kcal/gFat 9 kcal/gProtein 4 kcal/g

AMINO ACID

Krebs cycle

OVERVIEW OF METABOLISM

Electron transport system ใน mitochondria

NADH + H+NAD+

FADH2

O2

H2O

ATPADP + Pi

AMINO ACID


Krebs cycle


Term สําคัญที่ควรรู

AMINO ACID

Krebs cycle

GlycolysisGluconeogenesis

GlycogenesisGlycogenolysis

Pentose phosphate pathway

LipogenesisLipolysis

KetogenesisKetolysis

Cholesterol synthesis

DeaminationTransamination

Fed stateFed state Fasting stateFasting state

Dietary intake

glucose glucose

• restore foodstuff(e.g. glycogen, fat, protein)

• release foodstuff(e.g. glucose, fatty acid, amino acid)

GluconeogenesisGlycolysis

GlycogenolysisGlycogenesis

Lipolysis, KetogenesisLipogenesis

Protein synthesis Protein breakdown

INSULIN glucagon, epinephrinegrowth hormone, cortisol


FED STATEFED STATE

• Insulin - หลั่งจาก beta cell ใน islet of Langerhan ของตับออน

• ถูกกระตุนไดจากสารหลายชนิด (neurotransmitter, neuropeptide, amino acid) และที่สําคัญคือ glucose

GLUCOSE TRANSPORT

• Insulin มีฤทธิ์ลดน้ําตาลในเลือดที่เพิ่มสูงขึ้นหลังอาหารโดย

การนําเขา glucose เขาสูเซลล เชน adipose tissue, muscle

* insulin-independent glucose transport in brain, liver, kidney, RBC

Glucose

GLUT 1, GLUT 3 : basal glucose uptake ในเนื้อเยื่อสวนใหญ เชน brain, nerve, RBC

GLUT 2 : liver และ beta cells ของ islet

GLUT 4 : insulin-stimulated glucose uptake พบที่ adipose tissue และ กลามเนื้อ

*** ในกลามเนื้อเมื่อมีการออกกําลัง จะมี GLUT4 เพิ่มมากขึ้นที่ cell membrane เพื่อนํา glucose เขาเซลล โดยไมตองอาศัยฤทธิ์ของ insulin

Glucose

GLUCOSE TRANSPORT

Note

GLYCOLYSIS

Glucose

Glucose-6-phosphate

Fructose-6-phosphate

Fructose-1,6-phosphate

Glyceraldehyde-3-phosphate

1,3-bisphosphoglycerate

3-phosphoglycerate

2-phosphoglycerate

Phosphoenolpyruvate

Pyruvate

Glycolysis เปนขบวนการที่เปลี่ยน glucose (C6) 1 โมเลกุล ใหเปน pyruvate (C3) 2 โมเลกุล

location: cytosol

functions:

- ไดพลังงาน 2 ATP, 2 NADH และ pyruvate

+ATP

+ATP

+NADH - เปนขบวนการที่ใหพลังงานที่สําคัญใน RBC, brain

- intermediates ใน glycolysis มีความสําคัญในขบวนการ biosynthesis ของสารตางๆ (เชน glycerol, acetyl-CoA, 2,3-DPG)

Glucose

Glucose-6-phosphate



Glyceraldehyde-3-phosphate


3-phosphoglycerate

2-phosphoglycerate

Phosphoenolpyruvate

Pyruvate

+ATP

+ATP

+NADH

*

**

***

phosphofructokinase 1 (rate-limiting) *

important enzymes:

phosphofructokinase 2 (activated by insulin, inhibited by glucagon)

glucokinase/hexokinase **phosphofructokinase *pyruvate kinase ***

irreversible reactions จําเปนตองมี enzyme อีกชุดที่ทําหนาที่ตรงกันขามในปฏิกิริยายอนกลับ หรือ gluconeogenesis

GLYCOLYSIS

GLYCOLYSIS

Anaerobic glycolysis

pyruvate lactateในภาวะที่เซลลขาดอ็อกซิเจน หรือ ใน RBC (ซึ่งไมมี mitochondria) pyruvate จะถูกเปลี่ยนเปน lactate ดวยการทํางานของ lactate dehydrogenase (LDH) เพื่อ regenerate NADH ใหเปน NAD+ แลวนํามาใชใน glycolysis ไดใหม

NADH + H+ NAD+

lactate จะถูกปลอยออกมาในกระแสเลือดและจะถูก uptake โดยตับเพือ่เปลี่ยนกลับเปน pyruvate และ glucose ไดใหม (Cori cycle)

pyruvate

pyruvate

acetyl CoA

oxaloacetatecitrateKrebs

cycle

Aerobic glycolysis

ในภาวะที่มี oxygen เพียงพอ pyruvate จะถูกสงเขามาใน mitochondria และ ถูกเปลี่ยนเปน acetyl CoA ดวย pyruvate dehydrogenase (PDH) เพื่อเขาสู Krebs cycle

NADH + H+

NAD+

*Note

• PDH มี thaimine (B1), lipoic acid, CoA, FAD (B2), NAD (niacin หรือ B3) เปน coenzyme

• Disease association

Wernicke-korsakoff

B1 deficiency (beri-beri)

GLYCOLYSIS

KREBS CYCLE

Krebs หรือCitric acid หรือ

tricarboxylic acid cycle

location: mitochondria

acetyl CoA 2CO2 + 3NADH + FADH2 + GTP

Cindy Is Kinky So SheFornicates More Often

functions: - ทําใหเกิดการ oxidize acetyl CoA อยางสมบูรณ



important enzymes:

***

KREBS CYCLE

isocitrate dehydrogenase (controlled step – inhibited by NADH)



***

Note: อาจออกสอบ

KREBS CYCLE

succinyl-CoA -> succinate ได GTPsuccinate -> fumarate โดย succinate dehydrogenase ได FADH2

KREBS CYCLE

* intermediates ใน Krebs cycle เปนตัวเชื่อมกับขบวนการ biosynthesis ของสารตางๆที่สําคัญ เชน amino acid metabolism, gluconeogensis, fatty acid synthesis

adipocyte

pyruvate

acetyl CoA


cycle

glucose

glycolysis acetyl CoA

fatty acid glycerol

triacylglycerol

• Stored as triacylglycerol

lipoprotein (VLDL)

liver

NADPH

DHAP

malonyl CoAacetyl CoA carboxylase

FATTY ACID SYNTHESIS AND LIPOGENESIS

• ในระยะ fed state, glucose และ insulin ที่เพิ่มสูงขึ้นจะกระตุนการสังเคราะหกรดไขมัน (fatty acid synthesis) และ triacylglycerol (lipogenesis)

การรับประทานอาหาร carbohydrate หรือ protein มากๆ ก็ทําใหอวนได

adipocyte

pyruvate

acetyl CoA

oxaloacetatecitrate

glucose


fatty acid glycerol

triacylglycerol


lipoprotein (VLDL)

liver

NADPH

DHAP


acetyl CoA carboxylase (rate-limiting step) กระตุนดวย citrate และ insulin

Krebscycle


Fatty acid synthesislocation: cytosol (ดังนั้น acetyl CoA ตองถูกขนสงเขาสู cytosol ในรูปของ citrate กอน)

important enzymes:

fatty acid synthase (ใช NADPH ที่ไดจาก pentose phosphate pathway)

adipocyte

pyruvate

acetyl CoA

oxaloacetatecitrate

glucose


fatty acid glycerol

triacylglycerol


lipoprotein (VLDL)

liver

NADPH

DHAP


Krebscycle


• Fatty acid ที่สังเคราะหขึ้นมาใหมจะนําไปสรางเปน triacylglycerol ซึ่งจะถูกขนสงไปในกระแสเลือดในรูปของ lipoprotein (VLDL)



CHOLESTEROL SYNTHESIS

pyruvate

acetyl CoA

oxaloacetatecitrate

glucose


HMG CoA

lipoprotein (VLDL)

HMG CoA reductase

Krebscycle

mevalonate

cholesterolขนสงไปในกระแสเลือด

HMG CoA reductase (rate-limiting step) กระตุนดวย insulin และยับยั้งดวยยา statins

HMG CoA = 3-hydroxy-3-methylglutaryl CoA

liver

ในระยะ fed state จะมีการสังเคราะห cholesterol มากขึ้นดวยเปนผลจาก insulin และ substrate ที่เพิ่มมากขึ้นlocation: cytosol important enzymes:

GLYCOGENESIS

• glucose ที่เพิ่มมากในเซลล นอกจากจะเขา

สูขบวนการ glycolysis แลว สวนหนึ่งจะถูก

เก็บสะสมไวในรูปของ glycogen ที่ตับและ

กลามเนื้อโดยขบวนการ glycogenesis

glycogen synthase (rate-limiting step)ถูกกระตุนดวย insulin

glucose-6-phosphate

glycogen synthasebranching enzyme

Glycogen

glucose

location: cytosol

important enzymes:

PENTOSE PHOSPHATE PATHWAY


• NADPH

• Ribose

Glucose-6-phosphate dehydrogenase *

glucose

- synthesis of fatty acid, cholesterol, nucleotides

- DNA & RNA synthesis

glucose-6-phosphate

• glucose ที่เพิ่มมากในเซลล ในชวง fed state จะเขาสูขบวนการ Pentose phosphate pathway (Hexose monophosphate shunt)

location: cytosol

functions: generates

important enzymes:

- coenzymes ที่ทําหนาที่ปองกนั oxidative damage ตอเซลล

glucose-6-phosphate dehydrogenase G6PD (rate-limiting step)


เหตุใดผูปวยที่มี G6PD deficiency จึงมีเม็ดเลือดแดงแตกงายเมื่อมี oxidative stress

QuestionQuestion

O2

Superoxideanion

Hydrogen peroxide

Hydroxyl radical

e- e-

H2O

2

e-

OH .e-

H2OO

.2

reactive oxygen species

Damage lipid, protein and DNA

เหตุใดผูปวยที่มี G6PD deficiency จึงมีเม็ดเลือดแดงแตกงายเมื่อมี oxidative stress

QuestionQuestion

HO2C CH CH2 CH2 C NH CH C NH CH2

NH2 CH2

SH

O O

CO2H

"business end"

Glutathione (GSH)

G-S H

G-S HHOOH 2H2O G-S S-G+

GSH peroxidase

NADPH + H+ NADP+

GSH reductase


FED STATE

GlucoseGlucose

insulin

counterregulatory hormones

FED STATE

GlucoseGlucose

insulin


glycolysis

glycogenesis

lipogenesis

pentose phosphate pathway

cholesterol synthesis

FASTING STATEFASTING STATE

glucagonepinephrines

growth hormonecortisol

glucagonepinephrines

growth hormonecortisol


GLYCOGENOLYSIS

glucose glucose-6-phosphate

glycogen phosphorylasedebranching enzyme

Glycogen

liver

เมื่อน้ําตาลในเลือดต่าํลง glycogen จะถูกสลายและปลอยออกมาในรูปของ glucose โดยตับ เพื่อรักษาระดับน้ําตาลในเลือด (ใชหมดภายใน 12-18 ชม.)

location: cytosol

important enzymes:glycogen phosphorylase (rate-limiting) ถูกกระตุนดวย glucagon และ epinephrine

GLYCOGENOLYSIS


glycogen phosphorylasedebranching enzyme

glucose-6-phosphatase*

Glycogen

liver

• Glycogenesis เกิดขึน้ทั้งที่ liver และ muscle

• แตกลามเนื้อไมมี glucose-6-phosphatase ดังนั้น glycogen ในกลามเนื้อไมสามารถถูกปลอยออกมาในเลือดในรูปของ glucose ได (ไวใชในกลามเนื้อเอง)

อยาจําสับระหวาง glucose-6-phosphatase deficiency กับ glucose-6-phosphate dehydrogenase deficiency

GLUCONEOGENESIS

• ในกรณีที่น้ําตาลในเลือดลดต่ํา เชน หลังจากอดอาหารเปนเวลานาน

(> 12-24 ชม.) ซึ่ง glycogen storage จะถูกใชหมด ดังนั้น counterregulatory

hormones จะกระตุนขบวนการ gluconeogenesis เพื่อรักษาระดับน้ําตาลใน

เลือด โดยใชโครงคารบอนของ amino acid, lactate และ glycerol เปนสารตั้งตน

pyruvate

acetyl CoA


cycle


fructose-6-phosphate

phosphoenolpyruvate

lactate

glycerol

amino acids

fructose-1,6-bisphosphate

(source - muscle)

liver & kidney

Lactate dehydrogenase

GLUCONEOGENESIS

• Gluconeogenesis เปนขบวนการที่ยอนกลับกับ glycolysis ยกเวนตรงตําแหนงที่เปน irreversible reaction ตองมี enzyme อีกชุดที่ทําหนาที่ตรงกันขามในการยอนกลับ

location: cytosol และ mitochondria

pyruvate

acetyl CoA


cycle



phosphoenolpyruvate

lactate

glycerol

amino acids


(source - muscle)

liver & kidney


GLUCONEOGENESIS

12

3

4

important enzymes:1. pyruvate carboxylase และ 2. PEP carboxykinase

3. fructose-1,6-bisphosphatase (rate-limiting)4. glucose-6-phosphatase

pyruvate

acetyl CoA


cycle



phosphoenolpyruvate

lactate

glycerol

amino acids


(source - muscle)

liver & kidney


12

3

4

GLUCONEOGENESIS

glucose-6-phosphatase *

- การขาดทําใหเกิดโรค glucose-6-phosphatase deficiency (glycogen storage)

pyruvate

acetyl CoA


cycle



phosphoenolpyruvate

lactate

glycerol

amino acids


(source - muscle)

liver & kidney


12

3

4

Note: acetyl CoA (เชน ไดจาก beta-oxidation ของ fatty acid) ไมสามารถนํามาใชในขบวนการ gluconeogenesis

GLUCONEOGENESIS

fatty acid

glycerol

triglyceride

adipocyte

free fatty acid

acetyl CoA


cycle

carnitine

β-oxidation

• counterregulatory hormones จะกระตุนขบวนการสลายไขมัน (lipolysis) โดยเพิ่มการทํางานของ hormone-sensitive lipase ทําใหมีการปลอย fatty acid เพื่อใชเปนแหลงพลังงานแทน glucose -> สงวน glucose ไวใหอวัยวะที่สําคัญ เชน สมอง

gluconeogenesis

hormone-sensitive lipase

* rate-limiting step

LIPOLYSIS AND BETA-OXIDATION OF FATTY ACID


fatty acid

glycerol

triglyceride

adipocyte

free fatty acid

acetyl CoA


cycle

carnitine

β-oxidation

gluconeogenesis

hormone-sensitive lipase

* rate-limiting step

Beta oxidation of fatty acid

location: mitochondriaimportant enzymes:carnitine acyltransferase-1 (rate-limiting) ชวยพา fatty acid เขาสู mitochondria


β-oxidation of fatty acids

Ketonebodies

acetoacetateβ-OH-butyrate

liver

acetone

Blood ketone

• Hepatic acetyl CoA ที่เพิ่มมากขึ้น (จาก beta oxidation) จะถูกนําไปสรางเปน ketone bodies ซึ่งละลายน้ําไดดี เพื่อใหเนื้อเยื่ออื่น (ยกเวน ตับ) นําไปใชแทน glucose

free fatty acid

acetyl CoA

oxaloacetatecitrateTCA

cyclecarnitine

β-oxidation

KETOGENESIS

FASTING STATE

GlucoseGlucose

insulin


FASTING STATE

GlucoseGlucose

insulin


gluconeogenesis

glycogenolysis

lipolysis

เพิ่มระดับ glucose ในเลือด

เพิ่มระดับ glucose ในเลือด

ketogenesis

สลาย triacylglycerol เพื่อใชแทน glucose

สรางจาก fatty acid เพื่อใชแทน glucose

protein breakdown

Glucose transporter

Glucose

Glucose-6-phosphate



Glyceraldehyde-3-phosphate DHAP


3-phosphoglycerate

2-phosphoglycerate

Phosphoenolpyruvate

Pyruvate

Glycogen

Pyruvate Acetyl CoA

OxaloacetateCitrate

Isocitrate

α-ketoglutarate

Succinyl CoA

Succinate

Fumarate

Malate


Fatty acid-CoA

Ketonebodies

Fatty acid- CoA

Ketone bodies

Lactate

Acetyl CoA

Fatty acid

Glycerol-3-phosphate

Lipoprotein

Cholesterol

Glycerol Glycerol

Fatty acid

Triacylglycerol

peripheral tissues

Triacylglycerol

adipose tissue

Citrate

การเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นเมือ่รางกายอยูในภาวะขาดอาหาร (fasting state) โดยเทียบกับภาวะหลังรับประทานอาหาร (fed state) การเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นเมือ่รางกายอยูในภาวะขาดอาหาร (fasting state) โดยเทียบกับภาวะหลังรับประทานอาหาร (fed state)

METABOLISM OF AMINO ACID

AMINO ACID

Krebs cycle

What are the roles of amino acids?

AMINO ACIDS

METABOLISM OF AMINO ACID - FED STATE

Gut

Protein synthesis

Nitrogenous compounds

Amino acid pool

Amino acid


ตวอยางของ nitrogenous compound ที่สําคัญ

heme

histamine



Gut

Protein synthesis

Nitrogenous compounds

Amino acid pool

Transamination &Deamination

• amino acids ที่เหลือจะผานขบวนการ transmination และ deamination


A) Transamination

• ใช B6 (pyridoxine) เปน coenzyme

• aminotransferase ที่สําคัญ

Alanine transaminase (ALT) หรือ SGPT

Aspartate transaminase (AST) หรือ SGOT


B) Deamination

• ขบวนการ transamination และ deamination ของกรดอะมิโนมีประโยชนอยางไร

QuestionQuestion


Transamination & Deamination of amino acids

α-keto acids(โครงคารบอนของกรดอะมิโน)


α-keto acids

Intermediates ในขบวนการ metabolism (e.g. glycolysis และ Krebs cycle)

ในชวง fed state, โครงคารบอนของกรดอะมิโน

• oxidize เปนพลังงาน

• สังเคราะห fatty acid

• ปรับสัดสวนของ amino acid ใหเหมาะสม

pyruvate

acetyl CoA

oxaloacetatecitrate

TCAcycle



phosphoenolpyruvate

lactate

glycerol

amino acids


(source - muscle)

liver & kidney


METABOLISM OF AMINO ACID - FASTING STATE

• โครงคารบอนของกรดอะมิโนเปน source ที่สําคัญในขบวนการ gluconeogenesis ซึ่งไดจากการสลายโปรตีนที่เพิ่มขึ้น โดยผลของ counterregulatory hormone เชน corticosteroid


Protein breakdown


(e.g. cortisol)Amino acid pool

• โครงคารบอนของกรดอะมิโนเปน source ที่สําคัญในขบวนการ gluconeogenesis ซึ่งไดจากการสลายโปรตีนที่เพิ่มขึ้น โดยผลของ counterregulatory hormone เชน corticosteroid


- สราง glucose- สราง ketone bodies

- oxidize เปนพลังงาน

ในชวง fasting, โครงคารบอนของกรดอะมิโน

ketogenic(leucine, lysine)

vs.

glucogenic amino acid

METABOLISM OF AMINO ACID – UREA CYCLE

Nitrogen ของกรดอะมิโน(e.g. NH3)

Amino acid

transaminationdeamination

โครงคารบอน

location: cytoplasm และ mitochondriaimportant enzymes:

urea cycle *

carbamoyl phosphate synthetase (rate-limiting)



• nitrogen สวนเกินจากเนื้อเยื่อตางๆ จะถูกสงไปที่ในกระแสเลือด เพือ่ไปกําจัดที่ตับในรูปที่สําคัญดังนี้

กลามเนื้อ - alanine

เนื้อเยื่ออื่นๆ - glutamine



• nitrogen สวนเกินจากเนื้อเยื่อตางๆ จะถูกสงไปที่ในกระแสเลือด เพือ่ไปกําจัดที่ตับในรูปที่สําคัญดังนี้

กลามเนื้อ - alanine

เนื้อเยื่ออื่นๆ - glutamine



PriVaTe TIM HALL

1. ผูปวยหญิงอายุ 25 ป เปน DM type I และไดรับการรักษาเพื่อควบคุมระดับน้ําตาลไดเปนอยางดีใน 2-3 ปที่ผานมา ตอมา ผูปวยพบวาตนเองมีน้ําหนักตัวเพิ่มขึ้น จึงตัดสินใจเริ่มออกกําลังกายเพื่อลดน้ําหนัก แตเมื่อออกกําลังกายไปได 1 ชั่วโมง ผูปวยรูสึกวา มีอาการวิงเวียน คลื่นไส จะเปนลม จากขอมูลขางตน กลไกไดตอไปนี้ นาจะอธิบายความผิดปกติที่เกิดขึ้นกับผูปวยหลังออกกําลังกายดังกลาว?

A. Inadequate delivery of oxygen to the muscleB. Stimulation of gluconeogenesis in the liverC. Stimulation of glycogenolysis in the liverD. Stimulation of glycogenolysis in the muscleE. Translocation of GLUT4 to the cell membrane of myocytes

Ans E.

2. ผูปวยเบาหวานชนิด type 2 รายหนึ่งมีอาการ anxiety, มีเหงื่อออก และ รูสึกหิวอยางมากหลังจากกินยารักษาเบาหวาน glyburide ผูปวยจึงไดรับประทานเครื่องดื่มที่มีน้ําตาล ทําใหรูสึกดีขึ้น จากขอมูลดังกลาว กลูโคสที่รับประทานเขาไป เริ่มตนเขาสูขบวนการ glycolysis จากการทํางานของเอ็นซัยมตัวใดใน glycolysis pathway เปนตัวแรก?

A. AldolaseB. HexokinaseC. PhosphofructokinaseD. Phosphoglucose isomeraseE. Pyruvate kinase

Ans B.

3. ผูปวยทารกรายหนึ่งไดรับการรักษาดวยวิธี exchange blood transfusion เนือ่งจากมีภาวะ severe neonatal jaundice ผูปวยตองไดรับการใหเลือดทุกเดอืน และ ตองถูกตัดมามเมื่ออายุ 6 เดือนเพื่อรักษาภาวะซีด ผลการตรวจทางหองปฏิบัติการไดผลดังนี้ RBC 2.54 x 106/mL (คาปกติ 3.5 – 5.5 x 106/mL), hemoglobin 8.3 g/dL (12-16 g/dL), hematocrit 23.4% (34-46%), reticulocytes 27% (0.5-1.5%), indirect bilirubin 6.1 mg/dL (0.4-3.4 mg/dL) ผลการวิเคราะห intermediate ใน glycolysis pathway พบวามีการเพิ่มขึ้นของ 2,3-bisphosphoglycerate, 3-phosphoglycerate, 2-phosphoglycerate, และ phosphoenolpyruvate จากขอมูลดังกลาว ความผิดปกติในผูปวยนาจะเขาไดภาวะในขอใด?

A. Glucose 6-phosphate dehydrogenase (G6PD) deficiencyB. Lead poisoningC. Pyruvate kinase (PK) deficiencyD. Sickle cell anemiaE. Beta-Thalassemia

Ans C.

4. ผูปวยเด็กชายอายุ 6 ป มีอาการของกลามเนื้อออนแรงอยางรวดเร็วหลังออกกําลังมากๆ ผลการตรวจชิ้นเนื้อของกลามเนื้อพบวา เนื้อเยื่อมีลักษณะทาง histology ที่ปกติ ระดับ NAD/NADH และ ATP/ADP ในกลามเนื้อ ในชวง resting stage อยูในเกณฑปกติ เมื่อใหผูปวยวิ่งออกกําลังกาย แลวตรวจเลือด พบวาระดับของ lactate ในเลือด อยูในระดับต่ํามากกวาปกติ และมีระดับ pyruvate ที่สูงมากกวาที่ควรจะเปน ดังนั้น ผูปวยนาจะขาดเอ็นซยัมในขอใดตอไปนี้

A. ขาด phosphofructokinase-1 ทําใหผลิต ATP ไดนอยลงขณะออกกําลังกายB. ขาด pyruvate carboxylase ทําใหมีการสะสมของ pyruvate ซึ่งจะไปยับยั้งขบวนการ glycolysis C. ขาด lactate dehydrogenase ทําใหไมสามารถ regenerate NAD+ ในระหวางที่มี anaerobic metabolismD. ขาดเอ็นซยัมในขบวนการสลาย glycogen ทําใหไมมี glucose เพียงพอสําหรับ glycolysis

Ans C.

5. หญิงคนหนึ่ง ไดออกกําลังกายแบบ aerobic อยางหนัก ซึ่งในชวงเวลาดังกลาว ขบวนการ aerobic glycolysis จะทํางานมากขึ้นเพือ่สรางพลังงานใหแกรางกาย สารใดตอไปนี้เปนสารที่ไดจาก metabolism ของ glucose และเขาสู Krebs cycle เพื่อใชในการสรางพลังงาน?

A. acetyl CoAB. citrateC. oxaloacetateD. pyruvateE. succinate

Ans A.

6. ผูปวยหญิงอายุ 34 ป มาพบแพทยเนื่องจากมีแผลเปอยที่ปาก ผูปวยมีประวัติกินอาหารมังสวิรัติอยางเครงครัด โดยไมกินทั้งไขหรือนม ผลการตรวจวินิจฉัยพบวา ผูปวยมีการขาด riboflavin อยางรุนแรง ซึ่งการขาดดังกลาว นาจะกระทบโดยตรงกับการทํางานของเอ็นซัยมตัวใดใน Krebs cycle มากที่สุด?

A. AconitaseB. Citrate synthaseC. Isocitrate dehydrogenaseD. Malate dehydrogenaseE. Succinate dehydrogenase

Ans E.

7. ผูปวยเด็กหญิงอายุ 3 ป มีประวัติการพัฒนาการทางรางกายชา และเคยมีอาการที่เกิดจากการมีน้ําตาลในเลือดต่ําหลายครั้ง เมื่อตอนที่ไมสบาย กินอาหารไมไดเปนเวลานาน อาการดังกลาวเกิดขึ้นครั้งลาสุด เมือ่ผูปวยเปนไขหวัดใหญ กินอาหารไมคอยได ในชวง 12-24 ชั่วโมงที่ผานมา พอแมผูปวยพบวาผูปวยซึมลง และไมสามารถปลุกใหตื่นได จึงนําสง รพ. ผลการตรวจเลือดและปสสาวะที่เก็บเมื่อผูปวยมา รพ. พบวามี marked hypoglycemia, ketonuria, ketonemia, ระดับ insulin ในเลือดต่ํา สวนระดับ alanine ในเลือดพบวาต่ํากวาปกติ การใหการรักษาโดยให alanine เขาหลอดเลือดดํา ทําใหกลูโคสในเลือดกลับสูงขึ้น จากขอมูลดังกลาว ความผิดปกติในขบวนการใดตอไปนี้ นาจะทําใหเกิดอาการและอาการแสดงที่พบในผูปวย?A. GluconeogenesisB. GlycogenolysisC. Protein catabolism in muscleD. Triglyceride hydrolysis in adipose tissueE. beta-oxidation of fatty acids

Ans C.

8. ผูปวยเด็กชายอายุ 8 ป มีประวัติเปนเบาหวาน type I (NIDDM) มีอาการซึมลง ไมรูสึกตัว หลังจากไมสบายดวยไขหวัดใหญมา 2 สัปดาห ผูปวยหายใจแรงและลึก ลมหายใจมีกลิ่นผลไม ระดับกลูโคสในเลือดเทากับ 540 mg/dL (คาปกติ 60 –100 mg/dL) แพทยไดใหการรักษาโดยใหสารน้ําทางหลอดเลือด, insulin และ potassium chloride ผูปวยจึงมีอาการดีขึ้น ผลของการรักษาที่เกิดขึ้นอยางรวดเร็วหลังให insulin ในผูปวยรายนี้ เปนผลจากการกระตุนขบวนการใด?

A. gluconeogenesis in the liverB. fatty acid release from adipose tissueC. glucose transport in muscleD. ketone utilization in the brainE. glycogenolysis in the liver

Ans C.

9. นักศึกษาแพทยผูหนึ่งตองทําการดูผูปวยในหอผูปวยจนไมไดรับประทานอาหารกลางวันและอาหารเย็น เอ็นซัยมในขอใดตอไปนี้ มีบทบาทในการชวยรักษาระดับกลูโคสในเลือดโดยทําการปลอยกลูโคสออกจากแหลงเก็บสะสมที่ตับ?

A. Acetyl-CoA carboxylaseB. Glucose-6-phosphate dehydrogenaseC. Glycogen phosphorylaseD. Glycogen synthaseE. Thiolase

Ans C.

10. ผูปวยเด็กชายอายุ 14 ป มีอาการกลามเนื้อออนแรงและเปนตะคริวงาย โดยที่อาการรุนแรงมากขึ้นเรื่อยๆ ผลการตรวจทางหองปฏิบัติการพบวา ระดับน้ําตาลในเลือดปกติ และ เมื่อทําการกระตุนดวยการให glucagon พบวา fatty acid มีการสลายออกมาจากเนื้อเยื่อไขมันตามปกติ การตรวจทางพยาธิของชิน้เนื้อจากกลามเนื้อ พบวามีการสะสมอยางผิดปกติของ lipid-filled vacuole ภายใน cytoplasm ของ myocyte การตรวจทางหองปฏิบัติการพบวา lipid ใน vacuole ประกอบดวย triacylglycerol จากขอมูลดังกลาว การบกพรองในขอใดตอไปนี้นาจะเปนสาเหตุของการปวยของผูปวยรายนี้?

A. muscle phosphorylaseB. hepatic phosphorylaseC. debranching enzymeD. muscle carnitineE. apoB-100 receptor

Ans D.

11. ผูปวยเด็กหญิงอายุ 7 ป มารพ. ดวยอาการ polyuria และ polydipsia อยางรุนแรง ผลการตรวจทางหองปฏิบัตกิารพบวามี ketone ในปสสาวะ ขบวนการใดตอไปนี้ที่รางกายใชเพื่อเปนแหลงผลิต ketone ?

A. Free fatty acid breakdownB. GluconeogenesisC. GlycogenolysisD. Protein breakdownE. Triglyceride breakdown

Ans A.

12. ชายอายุ 30 ป ไมไดกินอาหารมาเปนเวลา 2-3 วัน ระดับกลูโคสในเลือดของเขาพบวาอยูที่ 60% ของระดับปกติ แตผูปวยไมมีอาการวิงเวียนหรือหนามืดจะเปนลม เนื่องจากสมองของเขาไดลดการใชกลูโคสโดยหันไปใชสารใดตอไปนี้เปนแหลงพลังงานแทน?

A. Apoprotein BB. Beta-caroteneC. Beta-hydroxybutyrateD. C-reactive proteinE. Coenzyme A

Ans C.

13. ผูปวยชายอายุ 62 ป ไดรับการรักษาดวยยาที่มีฤทธิ์ยับยั้งเอ็นซัยม HMG-CoA reductase ผูปวยรายนี้นาจะปวยดวยภาวะใดตอไปนี้

A. Chronic inflammationB. Familial hypercholesterolemiaC. HypertensionD. HyperuricemiaE. Type 2 diabetes

Ans B.

14. ผูปวยหญิงอายุ 22 ป มา รพ. เนื่องจากมีกอน xanthoma ที่เอ็นสนเทา ซึ่งเมื่อทําการ biopsy เพื่อตรวจทางพยาธิพบวาภายในกอนดังกลาวมี cholesterol-laden macrophages (foam cells) กระจายอยูทั่วไประหวางเสนใย collagen จากขอมูลดังกลาว ผูปวยนาจะมีสารใดตอไปนี้สูงในเลือด

A. Chylomicron remnantsB. ChylomicronsC. High density lipoproteins (HDL)D. Low density lipoproteins (LDL)E. Very low density lipoproteins (VLDL)

Ans D.

ตัวอยางขอสอบจาก ศรว.

Ans D.

carbohydrate = 4 kcal/g 4x100 -> 400Lipid = 9 kcal/g 9X25 -> 225Protein = 4 kcal/g 4X20 -> 80

Total 705 kcalAns C.

Ans B.

ketolysis ในตับเพิ่มขึ้น

Ans B.

Ans E.

BIOCHEMISTRY TUTORIAL

session II

session I

today

BIOLOGICAL OXIDATION

A) Substrate level phosphorylation


• electron จาก NADH และ FADH2 จะถูกถายทอดไปยัง respiratory chain complexes ใน mitochondria จนถึง O2

• free energy ที่เกิดขึ้น จะถูกนําไปเก็บไวในรูป ATP

B) Oxidative phosphorylation


NADHNADH

FADH2FADH2

coenzyme Q(ubiquinone) cytochrome C O2

complex IIIcomplex I complex IV

2 (1.5) ATP3 (2.5) ATP


NADH ที่เกิดขึน้ใน cytosol (e.g. จาก glycolysis) ไมสามารถผานเขาสู mitochondria ไดโดยตรงเพื่อเขาสู ETS จะตองอาศัยขบวนการขนสง หรอื shuttle ซึ่งมี 2 ชนิด ไดแก:


inhibitors ที่สําคัญ- cyanide และ carbonmonoxide ยับยั้ง complex IV (cytochrome oxidase)

uncoupler – ทําให proton gradient เสีย เชน salicylate, dicumarol

session II

NUCLEOTIDE METABOLISM

PURe As Gold

CUT the PY(pie)



Nucleotides ไดมาจาก 2 ทางคือ

1. การสังเคราะหขึ้นใหม (De novo synthesis)

2. การกูกลับ (Salvage pathway)


PRPP synthase: inhibited by all nucleotides (common for both purine and pyrimidine synthesis)

PURINE SYNTHESIS (DE NOVO)

1. PRPP synthase: inhibited by all nucleotides (common for both purine and pyrimidine synthesis)

2. PRPP amidotransferase(rate-limiting step of purine synthesis)

3. AMP, GMP inhibit their own synthsis.+ +

ATP stimulates GTP synthsis,and GTP stimulates ATP synthesis.

ATP

PYRIMIDINE SYNTHESIS (DE NOVO)

1. PRPP synthase: inhibited by all nucleotides (common for both purine and pyrimidine synthesis)

2. carbamoyl phosphate synthetase II (rate-limiting step of pyrimidine synthesis)

3. OMP decarboxylase

4. CTP synthetase inhibited by CTP.

orotidine MP

orotic aciduriaNote:

Purine Pyrimidine

dUMP

thymidylate synthaseN5,N10 methylene THF (FH4)

DHF (FH2)

dTMP


Note:

- การขาด folate รบกวนการแบงตัวของเซลล (megaloblastic anemia)

- การยับยั้ง folate โดยยา เชน methotrexate (anitcancer), trimethoprim (antimicrobial), pyrimethamine (antimalarial)

SALVAGE SALVAGE PATHWAYPATHWAY

+ ribose (R-1-P) NUCLEOSIDE + Pi

+ R-5-P (PRPP) NMP + PPi

nucleoside phosphorylase

base

phosphoribosyl transferase


Note:

• เหตุผลที่รางกายตองใชขบวนการ salvage เนื่องจาก

- save energy ที่ตองใชในการสังเคราะห- ลด toxic waste ที่เกิดขึ้นโดยเฉพาะ urate ที่ไดจากการสลาย purine

เอ็นซัยมที่สําคัญ คือ hypoxanthine-guanine phosphoribosyl transferase (HGPRT) ที่มีความบกพรองในผูปวย Lesch-Nyhan syndrome(mental retardation, cerebral palsy, hyperuricemia)


• catabolism ของ purine มีความสําคัญเพราะได uric acid โดยการทํางานของ xanthine oxidase

• Allopurinol เปนยาที่ยับยั้ง xanthine oxidase รักษาภาวะ hyperuricemia

session II

NUCLEIC ACID STRUCTURE AND ORGANIZATION

A T

5’3’

5’ 3’

G C

• Antiparallel strands of DNA

• Complementary base pairing: A – T , G - C

NUCLEIC ACID STRUCTURE AND ORGANIZATION

• DNA ของเซลล eukaryote รวมทั้งของมนุษยจะรวมอยกับโปรตีน histone เปน nucleosome

• Histone เปนโปรตีนที่มีกรดอะมิโนที่มีประจุบวก (เชน lysine, arginine) เปนสวนประกอบอยูมาก ดังนั้นจึงมีความสามารถในการจับกับ DNA (negatively-charged molecule) ไดดี

histone

DNA

Histone octamer- ประกอบดวย 2 subunits of H2A, H2B, H3, H4

• Nucleosome สามารถประกอบกันเขาเปนโครงสรางระดับที่สูงขึ้นเปน chromatin fiber และ chromosome

free DNA

10 nm chromatin fibril

30 nm chromatin fiber

chromosomeeu- vs. heterochromatin

DNA REPLICATION & REPAIR

How Nucleotides are Added in DNA Replication.swf

See the animation in

Helicase (unwinds DNA)

Single-stranded DNA-binding protein

Primase (an RNA polymerase)

DNA pol III (leading/lagging)

DNA pol I (removes RNA primers and fills gap)

DNA ligase (links Okazaki fragments)

DNA gyrase or Topo II (reduces tension in DNA)


Important DNA replication components (in E. coli) :


• DNA gyrase หรือ topoisomerase II สามารถถูกยับยั้งไดดวย

ยาในกลุม quinolone เชน nalidixic, ofloxacin, norfloxacin, etc

• ใน eukaryotes ยังมี telomerase ที่คอยรักษา telomere

ไมใหหดสั้นลง เมื่อมี DNA replication ตอนเซลลแบงตัว


DNA repair ความเสียหายตอ DNA หรือความผิดพลาดระหวาง DNA replication อาจทําใหเกิดการกลายพันธ หรือ mutation ถาไมมีการซอมแซม

OH

Damaged DNA

ความสําคัญทางคลินิค:

xeroderma pigmentosumมี genetic defect ของ excision endonuclease ทําใหเกิด photosensitivity และ เสี่ยงตอการเกิดมะเร็ง

Hereditary nonpolyposis colorectal cancer –defects in mismatch repair

P

OH P

excinuclease

DNA with damaged

region removed NickRepaired DNA

polymerase

DNA ligaseRepaired

DNA (normal)

session II


Transcription Complex and Enhancers.swfSee the animation in

TRANSCRIPTION & RNA PROCESSING

RNA polymerase II

start site

core promoter(TATA box)

exon1 exon2intronup to 10 kilobases from the start site

downstream

enhancersilencer

+

+

+

++

-

upstream

• ยีนหนึ่งๆ อาจจะถูกควบคุมดวย transcription factor ไดหลายชนิด

transcription

transcription

activator จับกับ DNA สวนที่เปน enhancer

repressor จับกับ DNA สวนที่เปน silencer

* ตําแหนงของ enhancer อาจจะอยูไกลจากยีนมาก (ไปทาง upstream หรือ downstream ตอยีน), ใกล promoter, หรือ อาจจะอยูในยีนก็ได


How Spliceosomes Process RNA.swfSee the animation in


• Alternative splicing & Editing

• ความสําคัญทางคลินิค- mutations leading to abnormal splicing -> HbE


Life cycle of mRNA.swfSee the animation in

Instruction- click mouse ปุมขวา ที่ animation แลวเลือก play (ทํา 2 ครั้ง) เพื่อเขาสูโปรแกรม เลือก step-through แลว click play (หรือ continue) เพื่อดู animation

session II

Translation.swf

TRANSLATION PROCESS

See the animation in

TRANSLATION AND POSTTRANSLATIONAL MODIFICATION

Secreted and membrane proteins

Secreted and membrane proteins

TRANSLATION AND POSTTRANSLATIONAL MODIFICATION

secreted protein pathway.swfSee the animation in

ผูปวยรายหนึ่งมาจากครอบครัวที่เปนโรคทางพันธุกรรมที่เขาไดกับ autosomal recessive โดยมีอาการคือ มีสติปญญาต่ํา, ไมมีแรง, เดินเซ, ชัก และ เสียชีวิตตัง้แตอายุนอย ผลการตรวจพิเศษทางหองปฏิบัติการพบวา มีการบกพรองของการทํางานของ cytochrome C oxidase จากขอมูลดังกลาว ในผูปวยรายนี้นาจะมีความบกพรองของ cellular organelle ในขอใด

A. Golgi apparatusB. LysosomesC. MitochondriaD. RibosomesE. Smooth endoplasmic reticulum

Ans C.

ผูปวยชายอายุ 40 ป มารพ. เนื่องจากอาการปวดศีรษะอยางรุนแรง ความดันโลหิตของผูปวยเทากับ 210/130 mmHg และพบวามี retinal hemorrhageแพทยจึงใหยาลดความดันโลหิต nitroprusside ซึ่งตองใหในปริมาณสูงเพื่อควบคุมความดันโลหิต ดังนั้น แพทยจึงใหยา thiosulfate รวมดวยเพื่อลด toxic side effect ของ nitroprusside จากขอมูลดังกลาว complex ใดใน electron transport system มีความไวตอพิษของ toxic metabolite ของ nitroprusside (ซึ่งจะมีการสะสมเมื่อใชยาในปริมาณสูง) มากที่สุด?

A. Complex I (NADH-CoQ oxidoreductase)B. Complex II (succinate dehydrogenase)C. Complex III (CoQ-cytochrome C oxidoreductase)D. Complex IV(cytochrome C oxidase)E. Complex V (ATP synthase)

Ans D.

นักวิทยาศาสตรผูหนึ่งไดทําการวิจัยองคประกอบของ double-stranded RNA genome ของไวรัสชนิดใหมที่ทําใหเกิดโรคทองรวงในเดก็เล็ก พบวา viral genome ประกอบดวย uracil 15% จากขอมูลดังกลาว genome ของไวรัสจะมี guanine เปนองคประกอบกี่เปอรเซ็นต?

A. 15B. 25C. 35D. 75E. 85

Ans C.

A patient with acute lymphocytic leukemia is treated appropriately with antineoplastic therapy. Inhibition of which of the following enzymes will help prevent side effects of this therapy?

A. Alpha-glucosidaseB. Angiotensin-converting enzymeC. Beta-lactamaseD. CyclooxygenaseE. Xanthine oxidase

Ans E.

A 58-year-old woman is admitted to the hospital with fever, abdominal cramps, and severe watery diarrhea. The symptoms began one day after attending a banquet. She was treated with ciprofloxacin, but her condition did not improve. PCR amplification and analysis of a gene region in the bacteria isolated from the patient revealed a missense mutation that conferred resistance to ciprofloxacin. The missense mutation is most likely in the gene encoding an enzyme essential for which of the following functions?

A. DNA replicationB. folate synthesisC. mRNA translocation on a ribosomeD. Peptide bond formationE. Reduction of folate to tetrahydrofolate

Ans A.

A lethal mutation occurs in a bacterium, rendering it incapable of replicating its chromosome. Because of this mutation, DNA synthesis produces many short fragments of DNA that have RNA sequences at their 5' ends. The mutation is most likely in a gene encoding which of the following?

A. DNA gyraseB. DNA helicaseC. DNA ligase D. DNA polymerase IE. Primase

Ans D.

session II

Genomic DNA from a child with pyruvate kinase deficiency identifies a mutation in the 3'-splice site of intron 3. The mRNA from the child's reticulocytes is used to produce cDNA. Primers flanking the exon 3/exon 4 border are used to amplify this region from the cDNA (RT-PCR). The products are separated by electrophoresisand compared to the RT-PCR products from normal reticulocytes (control). The results are shown below. Which of the following mechanisms best accounts for the results of the splice mutation?

A. Exon skippingB. Frameshift mutationC. Missense mutationD. Trinucleotide expansionE. Two codon deletion

Ans E.

Genomic DNA from a child with pyruvate kinase deficiency identifies a mutation in the 3'-splice site of intron 3. The mRNA from the child's reticulocytes is used to produce cDNA. Primers flanking the exon 3/exon 4 border are used to amplify this region from the cDNA (RT-PCR).

exon 3 intron3 exon 4

normal

5’ 3’ splice site

exon 3 intron3 exon 4

mutant

5’ cryptic 3’ splice site

splicingsplicing

RT-PCRRT-PCR

PCR product 78 bpPCR product 84 bp

ผูปวยอายุ 50 ป มารพ. ดวยอาการของ hepatitisและ cirrhosis ผูปวยไมดื่มเหลาหรือสูบบุหรี่ หรือมีการเจ็บปวยใดๆที่สําคัญมากอน ผลการตรวจทางหองปฏิบัติการพบวา ผูปวยมีความผิดปกติแบบ homozygous ของยีน alpha1-antitrypsin ซึ่งพบวามี missense mutation ทําใหไมสามารถเกิดการ fold ของ protein ที่เหมาะสมได การตรวจชิ้นเนื้อของตับ นาจะพบการสะสมของโปรตีนที่ผิดปกตภิายใน cellular compartment ใด?

A. Endoplasmic reticulumB. Extracellular matrixC. Golgi apparatusD. Inclusion bodiesE. Lysosomes

Ans A.

ตัวอยางขอสอบจาก ศรว.

Ans A.

Ans D.

Ans E.

Ans A.

Ans E.

Ans C.

Ans E.

สิ่งที่ตองไปทบทวนเอง

Peptides & proteinsPeptides & proteins

Peptide bond

Amino acidAmino acid

Note- Km = conc of substrate at half Vmax.

- Competitive inhibitors don’t change Vmax.

Ans C.



Gaucher’s diseaseMucopolysaccharoidosesTay-Sach’s diseaseNieman-pick diseaseCollagen diseaseetc.

Documents

BIOCHEMISTRY TUTORIAL - si.mahidol.ac.th · Fatty acids + O 2 CO 2 H 2O ATPATP heat Amino acid Carbohydrate 4 kcal/g Fat 9 kcal/g Protein 4 kcal/g AMINO ACID ... -synthesis of fatty