ZL-jaro 2020
Poruchy výživy III-mikronutrienty
Prof. Anna Vašků1
◼ Organické látky, vyžadovány v malých kvantech
pro různé biochemické funkce a lidský organismus si
je nedokáže sám vyrobit.
◼ V lidském organismu mají funkci katalyzátorů
biochemických reakcí, antioxidantů, hormonů.
◼ Podílejí se na metabolismu bílkovin, tuků a cukrů.
◼ Nedostatek (hypovitaminóza) vede k různým
onemocněním.
Biologický význam vitaminů
Prof. Anna Vašků2
Vitamin B1 objevil polský biochemik Kazimierz Funk v
roce 1912 v otrubách rýže.
Navrhl název vitamin podle latinského vital a amine =
„životně důležitý amin“.
Nejde o aminy z chemického hlediska, ale název se ujal.
Tento termín byl později rozšířen na všechny podobné
látky (vitaminy A, B, C, …K a pseudovitaminy).
Prof. Anna Vašků3
Účinek vitaminů
̶ Hydrofilní vitaminy - součástí enzymů v
anabolických a katabolických metabolických
drahách, především kofaktory řady enzymů.
̶ Hydrofóbní vitaminy se podílejí na řadě
fyziologických funkcí (vidění, srážení krve,
hospodaření s vápníkem a fosforem), působí
jako antioxidanty (interakce mezi vitaminem C
a vitaminem E).
Prof. Anna Vašků4
◼ Vitamin B1 (thiamin)
◼ Vitamin B2 (riboflavin)
◼ Vitamin B3 or Vitamin P or Vitamin PP (niacin)
◼ Vitamin B5 (kyselina panthotenová)
◼ Vitamin B6 (pyridoxin a pyridoxamin)
◼ Vitamin B7 or Vitamin H (biotin)
◼ Vitamin B9 or Vitamin M and Vitamin B-c
(kyselina listová)
◼ Vitamin B12 (cyanocobalamin)
Vitaminy rozpustné ve vodě
Prof. Anna Vašků5
Vitamin B1 (thiamin)
̶ Aktivní je jako thiamin pyrofosfát (thiamin difosfát),
TPP
̶ TPP je koenzym multienzymových komplexů
̶ oxidativní dekarboxylace a-ketokyselin →
pyruvátdehydrogenasa v metabolismu sacharidů,
̶ a-ketoglutarátdehydrogenasa → cyklus kyseliny citrónové,
̶ dehydrogenasa rozvětvených aminokyselin (valin,leucin,
isoleucin).
̶ Koenzymem transketolas.
̶ Nedostatek se projevuje se jako beri-beri degradace
myelinových pochev motorických a
senzorických nervových vláken dolních končetin
(parestézie, svalová slabost, vyčerpanost).
Prof. Anna Vašků6
Vitamin B2 (riboflavin)
̶ Žluté až oranžově žluté přírodní barvivo slabě rozpustné ve vodě.
̶ Patří mezi flaviny.
̶ Fluoreskuje, je odolný vůči vysokým teplotám, ale rozkládá se
působením světla.
̶ Jako flavinmononukleotid FMN a flavinadenindinukleotid FAD součást
enzymů přenášejících vodík u řady chemických reakcí.
Prof. Anna Vašků7
Vitamin B3 - niacin
Aktivní forma je nikotinová kyselina a nikotinamid.
NAD a NADP → klíčové složky metabolických drah sacharidů,
lipidů, aminokyselin.
Kyselina nikotinová zabraňuje uvolňování mastných kyselin z
tukové tkáně, snížení lipoproteinů VLDL, IDL a LDL.
Ve vysokých dávkách dilatace cév.
Nedostatek způsobuje pelagru (fotosensitivní dermatitida).
Prof. Anna Vašků8
Vitamin B5 – kyselina pantotenová
̶ Součást acetyl-CoA - amid mezi pantoátem a b-
alaninem.
Prof. Anna Vašků9
Vitamin B5 – kyselina pantotenová
̶ CoA – energetický metabolismus, vstup pyruvátu do cyklu kyseliny
citrónové.
̶ Přeměna a-ketoglutarátu na sukcynyl-CoA
̶ Biosyntéza mastných kyselin, cholesterolu, acetylcholinu.
̶ CoA – další reakce jako acylace, acetylace, signální transdukce,
deaminace.
̶ Nedostatek: únava, parestesie, apatie
Prof. Anna Vašků10
Vitamin B6 - pyridoxin
̶ Prekurzor aktivního koenzymu pyridoxalfosfátu
– PPL.
Prof. Anna Vašků11
Vitamin B6 - pyridoxin
̶ Více než 100 enzymů obsahuje vit. B6
̶ Koenzym enzymů metabolismu aminokyselin – transaminas,
dekarboxylas, treoninaldolasy
̶ Koenzym fosforylasy v procesu štěpení glykogenu (svalová fosforylasa váže
70–80 % celkového množství vitamínu B6 v lidském těle).
̶ Nebytný pro metabolismus červených krvinek a tvorbu hemoglobinu.
̶ Účast konverze tryptofanu na niacin.
̶ Nezbytný pro imunitní systém a nervovou tkáň.
̶ Pomáhá udržovat hladinu glukózy v normálním intervalu.
Prof. Anna Vašků12
Vitamin B7 - biotin
̶ Kondenzát thiomočoviny a thiofenu se zbytkem kyseliny valerové
̶ Koenzym řady karboxylačních reakcí - acetylCoA-karboxylasa,
pyruvátkarboxylasa.
̶ Důležitý pro vazbu CO2.
̶ Důležitý v metabolismu sacharidů a lipidů.
̶ Nedostatek může vyvolat změny na pokožce, vypadávání vlasů a
nervové poruchy
Prof. Anna Vašků13
Vitamin B9 – kyseliny listová
̶ Kondenzát pteridinu + paraaminobenzoové kyseliny (PABA)
+ kyseliny glutamové
Prof. Anna Vašků14
Vitamin B9 – kyseliny listová
̶ Jako tetrahydrofolát (THF) – aktivní metabolit.
̶ Koenzym transferas přenášejích jednouhlíkaté zbytky.
̶ Tato reakce je součást syntézy nukleotidů a nukleových kyselin.
̶ N5,N10-THF přenáší jednouhlíkaté zbytky (metylen nebo
metenyl).
Prof. Anna Vašků15
Vitamin B9 – kyseliny listová
̶ Zdrojem jednouhlíkatých zbytků jsou:
glycin
serin
cholin
metylen-THF metyl-THF
metenyl-THF
formyl-THF
formimino-THF
histidin
formyl-metyonin
puriny
CO2
serin
metioninDNA
Prof. Anna Vašků16
Vitamin B12 - kobalamin
̶ Komplex organických
sloučenin, uvnitř molekuly je
atom Co.
̶ Podobnost s molekulou
hemu, v lidském těle se ale
nesyntetizuje.
̶ U člověka dvě metabolicky
aktivní formy:
methylkobalamin a
adenosylkobalamin.
Prof. Anna Vašků17
Vitamin B12 - kobalamin
̶ Známy jsou jen dvě reakce katalysované vit. B12:
̶ cytoplasmatická metylace homocysteinu na methionin.
̶ mitochondriální methylmalonyl-CoA mutáza
(methylmalonyl-CoA → sukcynyl-CoA) vyžaduje
deoxyadenosylkobalamin.
Prof. Anna Vašků18
Metabolismus vit. B12
̶ V žaludku po uvolnění
z potravy, vytváří
komplex se skupinou
glykoproteinů,
̶ v duodenu se váže na
„intrinsic factoir, IF“ –
vnitřní faktor,
̶ vazba na
transkobalamin II (TC
II), rychle vychytán
játry, kostní dření,
dalšími buňkami
̶ Intracelulárně
transportován TC I
Prof. Anna Vašků19
Poruchy metabolismu vit. B12
klíčový bod projevů hypovitaminosy B12 →
mutace a pokles aktivity enzymu N5-methyl
THF – reduktasy (MTHFR) → přeměna
homocysteinu → metionin).
Znemožněna přeměna N5-metyl THF na další
formy THF.
Prof. Anna Vašků20
Poruchy metabolismu vit. B12
1. Důsledek → porucha syntézy DNA u hemopoetických buněk, megaloblastická
maturace jader. Klinická manifestace – megaloblastická anémie.
2. Nedostatek methioninu vede k neurologickým poruchám (z methioninu se tvoří
cholin, fosfolipidy, methyluje myelinový protein). Demyelinizace nervových vláken,
degenerace axonů, zánik nervových buněk. Klinický obraz: parestézie v
končetinách → ataxie → zpomalení reflexů, těžká demence.
3. Germinativní mutace MTHFR je v populaci velmi častá (30%), klinicky → snížené
odbourávání homocysteinu → hyperhomocysteinemie → rizikový faktor
ischemické choroby srdeční?
Prof. Anna Vašků21
Dietary components that can alter epigenetics. The enzymes involved in the DNA methylation cycle are
dependent on the availability of essential cofactors: folate, and vitamins B12 and B6. In their abundance,
DNA methyl transferases (DNMTs) readily transfer methyl groups to cytosine residues; however, in the
absence of appropriate cofactors, methionine is converted back to its precursors, homocysteine and Sadenosyl
homocysteine. Excess S-adenosyl homocysteine levels inhibit DNMT activity, thus they can
reduce/prevent DNA methylation and compromise gene silencing. The cycle can be potentially rescued by
supplementation with these essential vitamins, to clear elevated homocysteine levels and restore DNA
methylation processes
Br J Pharmacol. 2010 Jan; 159(2): 285–303.
Prof. Anna Vašků22
Vitamin C – kyselina askorbová
̶ Řada fyziologických funkcí:
̶ syntéza kolagenu, karnitinu, neurotransmiterů
̶ syntéza a katabolismus tyrosinu
̶ metabolismus mikrosomů
̶ Redukující vlastnosti – předává elektrony (oxidace Cu2+ a Fe2+)
Prof. Anna Vašků23
Vitamin C
Donor elektronů pro řadu hydroxyláz
̶ syntéza kolagenu – prolylhydroxylasa, lysylhydroxylasa a lysyloxidasa
obsahují Fe2+ a askorbát jako kofaktory
Prolin (lysin) + a-ketoglutarát + O2 → 4-hydroxyprolin (hydroxylysin) + CO2 + sukcinát
a-ketoglutarát – redukující agens
Askorbát udržuje železo v redukovaném stavu
Prof. Anna Vašků24
Vitamin C
̶ syntéza karnitinu - trimethyllysinhydroxyláza a g-
butyrobetainhydroxyláza
̶ syntéza anrenalinu a noradrenalinu dopamin-b-hydroxyláza, redukuje
Cu2+ na Cu+
̶ syntéza některých peptidových hormonů – obsahují Gly, peptidyl
glycinhydroxyláza hydroxyluje a-uhlík, redukuje Cu2+.
̶ Posttranslační modifikace prekurzoru C reaktivního proteinu - aspartát-
b-hydroxyláza.
̶ Nedostatek vitaminuC způsobuje kurděje
Prof. Anna Vašků25
Vitaminy rozpustné v tucích
̶ Fungují jako nukleární receptory
Prof. Anna Vašků26
Nukleární receptor:
(a) Typický NR má několik funkčních domén. Variabilní NH2-terminální oblast obsahuje
transaktivační doménu AF-1 nezávislou na ligandu. Konzervovaná DBD je odpovědná za
rozpoznání specifické sekvence DNA. Variabilní spojující oblast spojuje konzervovanou DBD s
LBD a je plochou pro dimerizaci. Na ligandu nezávislá aktivační transkripční doména je v NH2terminální
oblasti, na ligandu závislá AF-2 transaktivační doména je v COOH-terminální části
LBD.
(b) NRs mohou aktivovat transkripci jako monomery nebo dimery (homodimery nebo
heterodimery s RXR. COUP, chicken ovalbumin upstream promoter; ERR, estrogen receptorrelated
receptor HNF, hepatocyte nuclear factor; SF-1, steroidogenic factor 1.
Prof. Anna Vašků27
Superrodina nukleárních receptorů
̶ Společná struktura:
̶ DNA vazná doména (DBD)
̶ vazná doména specifická pro ligand (LBD-AP-
2))
̶ Vazná doména nespecifická pro ligand (AP-1)
̶ Typy nuklárních receptorů
1. steroidní
̶ 2. nesteroidní (RXR heterodimer)
Prof. Anna Vašků28
Signální transdukce
̶ Ligandy jsou hydrofilní nebo hydrofobní
̶ Receptor: povrchový nebo intracelulární
̶ lipofilní hormon-váže se na intracelulární receptorjádro-DNA
a reguluje expresi
̶ hydrofilní liganda-povrchový receptor
̶ 1.kinázová signální cesta-kináza vstupuje do jádra
(MAPK)
̶ 2.kinázová cesta-uvolnění inhibičního proteinutranskripční
faktor vstupuje do jádra (NF- B)
̶ 3.kináza-transkripční nebo regulační faktor
vstupuje do jádra (JAK-STAT a Smad).
Prof. Anna Vašků29
Prof. Anna Vašků30
Role peroxisome proliferator-activated receptorů (PPARs) v
ochraně cévní stěny
Prof. Anna Vašků31
Prof. Anna Vašků32
Vitaminy rozpustné v tucích
Vitamin A
Vitamin A - retinol
Biologicky aktivními formami jsou
retinoidy: retinol, retinal, kyselina
retinová.
Prekurzory – provitaminy,
karotenoidy.
V živočišné potravě většinou ve
formě esterů – retinol a douhá
mastná kyselina (retinylpalmitát)
Cyklohexanové jádro a isoprenoidní
řetězec
Prof. Anna Vašků33
Vitamin A
̶ Absorbce vyžaduje přítomnost solí žlučových kyselin
•Teratogenní vlastnosti- Isotretinoin
•Antikancerogenní efekty-snad jako antioxidans snižuje
tvorbu volných radikálů a může tak omezovat ničivý
vliv kancerogenů na DNA.
•Skvamózní metaplazie v respiračním traktu při deficitu
vitaminu A
•Ovlivňuje senzitivitu na světloProf. Anna Vašků34
Vitamin A – účinky na
➢vývoj
➢buněčnou proliferaci, diferenciaci a
apoptózu
➢homeostázu
➢vidění
➢reprodukci
Prof. Anna Vašků35
▪ Estery retinolu → hydrolýza pankreat.
enzymy.
▪ Absorpce s účinností 60% -90%.
▪ b-karoten štěpen b-karotendioxygenasou
na retinal.
▪ Střevní buňky → esterifikace retinolu
a ten transport chylomikrony.
▪ Remnants chylomikronů → játra→
esterifikace (pokud koncentrace
esterů převýší 100 mg, jsou
skladovány).
▪Transport retinolu (retinol-binding
protein, RBP) do mimojaterních tkání.
Transport vit. A a jeho metabolismus
Prof. Anna Vašků36
Extracelulární vazné proteiny
̶ RBP- retinol binding protein- retinol
je ve vazbě sekretován játry. RBP
produkován játry a tukovou tkání.
̶ retinol-RBP-TTR (transthyretin)
complex : cirkulace v krvi (úzké
rozmezí)
Prof. Anna Vašků37
Intracelulární vazné proteiny
̶ CRBPs- cellular retinol binding proteinsCRBPI-
cytoplasma mnohých typů buněk
̶ CRBPII- cytoplasma střevních buněk
̶ CRABPs- cellular retinoic acid binding
proteins- semenné váčky, vas deferens,
kůže, oko
̶ CRABPII-kůže
Prof. Anna Vašků38
Retinoidy
̶ Absorbovány z potravy, konvertovány na retinol a vázány na CRBP ve střevě. Dle
konvertovány na retinyl estery- ty vstupují do cirkulace a jsou vychytány játry, dále
metabolizovány hepatocyty na komplex retinol-RBP („retinol-binding protein“).
̶ V plasmě je tento komplex vázán na transthyretin (TTR) v poměru 1:1, aby nedocházelo k jeho
předčasné eliminaci ledvinami a aby bylo možno retinol dopravit k cílové buňce.
̶ Vychytání retinolu cílovou buňkou je řízeno transmembránovým proteinem “stimulated by
retinoic acid 6” (STRA6), který je receptorem pro RBP.
̶ V cílové buňce se retinol váže na CRBP, nebo je oxidován na retinaldehyd retinol
dehydrogenázou (RDH). Retinaldehyd může být oxidován na kyselinu retinovou (RA)
retinaldehyd dehydrogenázou (RALDH).
̶ RA se v cílové buňce váže na CRABP nebo vstupuje do jádra a váže se na nukleární
receptory a moduluje genovou transkripci.
̶ Nebo RA působí negenomicky a reguluje celulární funkce jinak.
̶ Hepatocyty produkují retinoidy, ale jsou pro ně zároveň cílovými buňkami. Retinoidy jsou
skladovány ve stelátních buňkách jater. Retinoidy tak mají významný dopad na funkci jater.
Prof. Anna Vašků39
Prof. Anna Vašků40
Ligandy pro RA
̶ RA působí prostřednictvím:
̶ RAR (izoformy a, b a )
̶ RXR (izoformy a, b a )
̶ RAR:RXR heterodimery
Prof. Anna Vašků41
Mechanismy akce RXR
̶ Mechanismy:
̶ 1. Ligandy jsou různé, ne nutně endokrinní,
mohou být intracelulární
̶ 2. Mohou existovat i některé cesty nezávislé na
ligandě (fosforylační kontrola)
̶ 3. Spolupráce s jinými faktory, jako je AP-1
̶ Model aktivace: neligovaný receptor se váže
na DNA a vytváří komplex s korepresoremligand
se váže na DNA a uvolňuje korepresorinterakce
s koaktivátory
Prof. Anna Vašků42
Vitamin A a vidění
̶ Nutný pro tvorbu rodopsinu
(tyčinky) a iodopsinu (čípky) zrakového
pigmentu.
̶ Retinaldehyd je prostetickou
skupinou opsinu.
̶ All-trans-retinol izomerace →
oxidace a 11-cis-retinaldehyd
reakce s opsinem (Lys) →
holoprotein rodopsin.
̶ Působením světla →
konformační změny opsinu.
Prof. Anna Vašků43
Rhodopsinový
sítnicový
vizuální cyklus
v tyčince, který
ukazuje dekompozici
rhodopsinu během
světelné expozice
a následnou pomalou
novotvorbu
rhodopsinu
chemickými
procesy
Prof. Anna Vašků44
Deficit vitaminu A:
akné
zastavení růstu mláďat včetně skeletálního
selhání reprodukce, spjaté zejména
s atrofií germinálního epitelu varlat a někdy
s přerušením ženského sexuálního cyklu
keratinizace rohovky s následnou slepotou
Prof. Anna Vašků45
Deficit vitaminu A
̶ primární defekt ve funkci Th buněk. Podkladem tohoto defektu je zřejmě
nadprodukce IFN-. Retinoidy zřejmě působí až na efektorové stadium
aktivace T-buněk.
̶ modulace syntézy imunoglobulinů prostřednictvím RA se zřejmě
uskutečňuje také přímým efektem na B-buňky. Tento efekt zvyšující
syntézu Ig je zřejmě modulován, alespoň částečně, autokrinními nebo
parakrinními efekty IL-6 na diferenciaci B-buněk.
Prof. Anna Vašků46
Účinky vitaminu A a E
̶ b- karoten, vitamin A a vitamin E zřejmě redukují
výskyt:
•ústních prekanceróz
•prekanceróz děložního čípku, kůže a plic
Prof. Anna Vašků47
Copyright ©2006 American Society for Clinical Investigation
Holick, M. F. J. Clin. Invest. 2006;116:2062-2072
Prof. Anna Vašků48
Vitamin D- syntéza
Neenzymatická reakce v kůži
Transport do jater
UV záření 270 – 300 nm
Fotolýza
(trvá asi 12 dní)
Prof. Anna Vašků49
Játra Ledviny
Inaktivní formaProf. Anna Vašků50
Regulation exprese genů prostřednictvím VDR
Prof. Anna Vašků51
RAR a VDR
̶ vážou se preferenčně s nukleárním faktorem pro 9-cis RA,
který se označuje jako RXR –retinoidní X receptor
̶ RAR-VDR heterodimery.
̶ Oba typy vstupují do interakce se členy stejných tříd
koaktivátorů, korepresorů a kointegrátorů (proteiny). Tyto
molekulární mechanismy umožňují interakce RAR a VDR,
založené na alosterických interakcích protein-protein.
Prof. Anna Vašků52
Vitamin E
̶ je schopen efektivně inhibovat
cytokiny indukovaný NFB. Ten hraje
klíčovou roli např. při indukci iNOS
prostřednictvím lipopolysacharidů.
̶ Familial vitamin E deficiency (AVED) způsobuje ataxii a
periferní neuropatii, která se podobá Friedreichově ataxii.
Prof. Anna Vašků53
Vitamin E
̶ Existují čtyři tokoferolové (a-, b-, g-, d-) a čtyři tokotrienolové izomery
(a-,b-, g-, d-), které mají biologickou aktivitu.
̶ Všechny jsou tvořené chromanovým kruhem a hydrofobním fytylovým
vedlejším řetězcem.
̶ Nejvyšší biologickou aktivitu vykazuje a-tokoferol.
Prof. Anna Vašků54
Deficit vitaminu E a kvalita imunitní odpovědi u člověka
Imunitní odpověď Výsledek
Mitogeneza T buněk Snížená
Produkce IL-2 Snížená
Fagocytóza PMN Snížená
Chemotaxe PMN Snížená
Prof. Anna Vašků55
Oxidační stres
̶ Oxidační stres je nerovnováha mezi prooxidačními a antioxidačními faktory
v buňce ve prospěch prooxidačních a může mít za následek poškození buňky.
Živé buňky reagují na fyzikální, chemické a biologické vlivy prostředí, které
v nich způsobují tvorbu volných kyslíkových radikálů (ROS). Také vlastní
energetický metabolismus buňky vede k tvorbě ROS v mitochondriích. Buňka
je schopna volné kyslíkové radikály likvidovat četnými antioxidačními
mechanismy, jako jsou např. superoxid dismutázy (SOD: MnSOD a Cu/Zn
SOD) a glutathion (GSH) v mitochondriích a cytosolu. Kapacita těchto
mechanismů však může být překročena.
Prof. Anna Vašků56
Oxidační stres
̶ Jakmile se ROS v buňce akumulují, mohou napadnout tuky, bílkoviny a DNA. V tom případě
může dojít k poškození DNA a aktivaci supresorového genu p53 jako tzv. „strážce genomu“.
P53 prostřednictvím aktivace p21 a retinoblastomového proteinu (Rb) zastaví buněčný
cyklus v kontrolním bodě G1. Mezitím p53 spouští mechanismy, které mají za úkol
poškozenou DNA opravit. Pokud dojde k opravě DNA, buňka přežívá, pokud se oprava DNA
nezdaří, je při převaze BAX („signál smrti“) nad BCl-2 („signál přežití”) buňka poslána
aktivací kaspáz do apoptózy. Na aktivaci kaspáz se podílí také cytochrom C, který se
dostává z mitochondrií do cytosolu v důsledku otevření pórů mitochondriální membrány pod
vlivem BAX.
̶ Oxidační stres se účastní v patogeneze četných kardiovaskulárních, zánětlivých,
metabolických, neurodegenerativních a nádorových nemocí.
Prof. Anna Vašků57
REDUKČNÍ stres
̶ Je charakterizován nadbytkem redukčních ekvivalentů. Vede k poklesu produkce
ROS díky zvýšené expresi antioxidačních enzymů, které mohou způsobit alteraci
redox stavu vyššími intracelulárními poměry NAD+/NADPH a GSH/GSSG.
̶ Pro některé biologické funkce organismu jsou také důležité hladiny selenu a železa a
jejich nedostatečný nebo nadbytečný příjem může vést ke zvýšenému redukčnímu
stresu (RS).
̶ RS alteruje funkci mitochondrií, způsobuje „misfolding“ proteinů (=poruchu kvarterní
struktury proteinů, která je udržována „scavengery“ a může podporovat některé
nemoci asociované se zánětem.
̶ Hyperglykemický stav indukuje redukční stres prostřednictvím inhibice inzulínového
receptoru zvýšenou expresí selen-GPx-1 (Glutathion peroxidáza 1 je enzym , který u
lidí je kódován GPX1 genu na chromozomu 3. Tento gen kóduje člen
glutathionperoxidázy rodiny. Glutathion peroxidáza funkce v detoxikaci peroxidu
vodíku , a je jedním z nejdůležitějších antioxidačních enzymů u lidí).
Prof. Anna Vašků58
Participation of several agents such as the reducing equivalents, antioxidant enzymes and
pathologies in reductive stress. Abbreviations: G6PD = glucose 6 phosphate
dehydrogenase, NAD = nicotinamide adenine dinucleotide, NAD+ = nicotinamide adenine
dinucleotide oxidized, NADH = nicotinamide adenine dinucleotide reduced, NADPH =
nicotinamide adenine dinucleotide phosphate reduced, GSH = glutathione, GSSG =
glutathione disulfide, PPP = pentose phosphate pathway, γ-glutamyl-cysteine synthase,
GSHS = glutathione synthetase, GPx = Glutathione peroxidase, Trx = thioredoxin, Grd =
glutaredoxin, TNFα = tumor necrosis factor alpha, NrF2 = erythroid related factor 2, IL6
= interleukin 6, ROS = reactive oxidative species, OS = oxidative stress, ER =
endoplasmic reticulum, Se = selenium, Hsp = heat shock protein, GR = glutathione
Int J Mol Sci. 2017 Oct; 18(10): 2098
Prof. Anna Vašků59
Oxidační stres
̶ je spjat se zmenšením počtu antioxidačních molekul, jako
alfa-tokoferol.
̶ Alfa-tokoferol specificky snižuje proliferaci buněk hladké
svaloviny cév v závislosti na koncentraci. Snižuje přitom aktivitu
protein kinázy C zvýšením aktivity protein fosfatázy 2A1, který
defosforyluje PKC-alfa, což vede ke změnám složení a vazby
transkripčního faktoru pro AP-1 na DNA.
̶ několik genů v buňkách hladké svaloviny cév mění svou
transkripci pod vlivem alfa-tokoferolu. Zvyšuje se transkripce i
translace alfa-tropomyosinu, ale jen pod vlivem alfatokoferolu,
nikoliv beta-tokoferolu
̶ PKC-alfa se v průběhu života zvyšuje 8x, podobně jako MMP-1,
která degraduje kolagen. Alfa-tokoferol snižuje expresi MMP,
aniž ovlivňuje aktivitu TIMP-1 (přirozený inhibitor MMP1).
̶ Antioxidační vitamíny, poylfenoly a estrogeny konzumované
ve vysokých koncentracích mohou navodit prooxidační ,stav.
Prof. Anna Vašků60
Signalizace oxidačního stresu. Cytokiny a ROS indukují aktivaci NF-B.
Tato aktivace zabraňuje apoptóze buněk navozované TNF upregulací
antiapoptotických genů
Prof. Anna Vašků61
Oxidační stres
̶ nezávisle na doprovodných proměnných, jako je
tkáňová reakce, moduluje expresi genů pro kolagen
in vivo.
̶ Rovnováha v oxidačním-antioxidačním stavu je
důležitou determinantou pro funkci imunocytů.
̶ Zajišťuje:
▪udržování integrity a funkčního stavu membránových
lipidů, celulárních proteinů a NK
▪kontrolu signální transdukce buněk imunitního
systému
▪kontrolu genové exprese buněk imunitního systému
Prof. Anna Vašků62
Antioxidační obranný systémProf. Anna Vašků63
Možná místa působení antioxidant.Prof. Anna Vašků64
Vitamin E
̶ Absobován v tenkém střevě, příjem je vázán na fungující vstřebávání
tuků.
̶ Krví přenášen v lipoproteinech → vychytáván v játrech receptory pro
apolipoprotein E.
̶ Navázán na a-tokoferol transportní protein (a-TTP) → přenášen do
cílových orgánů (přebytek uložen v adipocytech, ve svalech, játrech).
̶ b-, g- a d-tokoferoly přenášeny do žluče a degradovány.
Prof. Anna Vašků65
̶ K udržení imunitních funkcí v průběhu celého
života je potřeba optimálního množství
antioxidant.
̶ S věkem stoupá:
•produkce volných kyslíkových radikálů
•peroxidace lipidů
Přirozenými antioxidanty jsou
•vitamin E
•b-karoten
•glutathion.
Rovnováha oxidantů a antioxidantů
Prof. Anna Vašků66
Absorbce, modifikace, distribuce a účinky molekul s antioxidačními
účinky in vitro
Prof. Anna Vašků67
Vitamin C – antioxidant
Prof. Anna Vašků68
Vitamin C – antioxidant
Prof. Anna Vašků69
Kouření a antioxidační potenciál
̶ Kuřáci mají obvykle nízký příjem nutričních antioxidantů.
̶ U kuřáků byly nalezeny:
• vyšší plasmatické hladiny TNF a IL-6
• nezměněné hladiny vitaminu A a E
• nižší hladina vitaminu C, ačkoliv příjem vitaminu C se od
nekuřáků neliší
• zvýšená je produkce proteinů akutní fáze (alfa-1 kyselý
glykoprotein, ceruloplasmin, alfa-2 makroglobulin).
Prof. Anna Vašků70
Vitamin K
̶ Označení "K" je odvozeno z německého slova "Koagulation", srážení
krve.
̶ Je nezbytný pro funkci několika proteinů podílejících se na srážení krve.
̶ Nezbytný v procesu mineralizace kostí, buněčného růstu a
metabolismu proteinů cévní stěny.
Prof. Anna Vašků71
Vitamin K1
Vitamin K2
Vitamin K
̶ Vitamin K1 (fylochinon) – rostlinný původ.
̶ Vitamin K2 (menachinon) – produkován střevními
bakteriemi.
̶ K1 a K2 jsou v organismu využívány rozdílným
způsobem
̶ K1 - hlavně pro srážení krve a jeho hlavním
orgánem působení jsou játra,
̶ K2 – důležitý v nekoagulačních dějích, v
buněčném růstu a v metabolismu buněk cévní
stěny.
̶ Vitamin K2 je transkripčním regulátorem genů
specifických pro kost. Působí přes SXR („steroid and
xenobiotic receptor“) a tím podporuje expresi
osteoblastických markerů. SXR funguje jako
xenobiotický senzor, ale zřejmě i jako mediátor
kostní homeostázy.
Syntetické deriváty Vit.K
Prof. Anna Vašků72
Vitamin K - funkce
̶ Kofaktor jaterní mikrosomální karboxylázy → mění glutamátové zbytky
na g-karboxyglutamát během syntézy protrombinu a koagulačních
faktorů VII, IX a X.
̶ Tato modifikace umožňuje vázat Ca2+ ionty, umožňuje navázání
koagulačních faktorů na membrány.
̶ Formuje vazebné místo pro Ca2+ i u jiných proteinů – osteokalcin.
Prof. Anna Vašků73
o Vitamin K2 je podstatným kofaktorem pro γ-karboxylázu, enzym, který katalyzuje
konverzi specifických reziduí kyseliny glutamové kyseliny na rezidua Gla.
o Vitamin K2 je potřebný pro γ-karboxylaci proteinů kostní matrix obsahujících Gla,
jako je MGP (= matrix Gla protein) a osteokalcin.
o Nekompletní γ-karboxylace osteokalcinu a MGP vede k při nedostatku vitaminu K
osteoporóze a zvýšenému riziku fraktur. Vitamin K2 stimuluje syntézu
osteoblastických markerů a depozici kosti.
o Vitamin K2 snižuje resorbci kosti inhibicí tvorby osteoklastů a jejich resorbční aktivity.
o Léčení vitaminem K2 indukuje apoptózu osteoklastů, ale inhibuje apoptózu
osteoblastů, což vede ke zvýšené tvorbě kosti.
o Vitamin K2 podporuje expresi osteocalcinu (zvyšuje jeho mRNA), což je možno dále
modulovat podáváním 1α,25-(OH)2 vitamin D3.
Vitamin K a kosti
Prof. Anna Vašků74
Předpokládaná reciproká endokrinní regulace funkcí kosti a tukové tkáně: Karboxylovaný
osteoKalcin (OCN) je produkován osteoblasty a je následně vázán na hydroxyapatitový minerál
vyzrálé kosti.
Během resorbce kosti řízené osteoklasty se uvolňuje do cirkulace nekarboxylovaný osteokalcin
(ucOCN), odkud významně podporuje produkci inzulínu pankreatem. Inzulín zvyšuje expresi OCN
osteoblasty a zároveň podporuje jeho dekarboxylaci působenou osteoklasty. Inzulín má také
pozitivní vliv na sekreci leptinu adipocyty, což vede k inhibici kostní produkce i resorbce
hypotalamickým vlivem leptinu. Produkce ucOCN je tak snížena a dochází k modulaci
orexigenních efektů ucOCN na produkci inzulínu pankreatem.
Glukokortikoidy
obecně působí
jako antagonisté
inzulínu …
Prof. Anna Vašků75
Vitamin K - nedostatek
̶ Nedostatek vzniká při poruše resorpce tuků ve střevech,
jaterním selhání.
̶ Poruchy srážlivosti krve – nebezpečí u kojenců, život
ohrožující krvácení (hemoragie).
̶ Řídnutí kostí – osteoporóza – špatná karboxylace
osteokalcinu a snížená aktivita osteoblastů.
̶ Za normálních okolností nedochází k nedostatku, je v
potravě hojně zastoupen.
Prof. Anna Vašků76
Vitamin K2 je transkripčním
regulátorem genů specifických
pro kost, které působí
prostřednictvím SXR zvýšení
exprese osteoblastických
markerů.
Původně SXR znám jako
xenobiotický senzor…
Prof. Anna Vašků77
SXR a mechanismus působení
Inoue KH a Inoue S: J Bone Miner Meat (2008) 26: 9-12
Prof. Anna Vašků78
Děkuji vám za pozornost
Prof. Anna Vašků79
Kocour Vasyl II