Prof. Anna Vašků1
Zubní lékařství 2022
Patofyziologie II - přednášky
31. 3. 2022
Poruchy výživy III
Mikronutrienty
Prof. Anna Vašků2
Prof. Anna Vašků3
Železo
̶ Centrální role v imunitní odpovědi.
̶ Růstový a aktivační faktor pro mnohé patogeny
̶ Vyšší prevalence alergií u dětí s deficitem železa
̶ Vyšší riziko rozvoje atopických nemocí u dětí matek, které měly
deficit železa v průběhu těhotenství
̶ Nízký stav železa favorizuje M1 makrofágy a podpruje Th1
odpověď.
̶ Kofaktor myeloperoxidázy a dalších peroxidáz obsahujících
železo.
̶ Je integrální komponentou více než 3000 proteinů, které fungují
jako enzymy a transkripční faktory v buněčné signalizaci, opravě
DNA a replikaci DNA.
̶ Stabilní v měnících se podmínkách redox.
̶ T lymfocyty zvláště citlivé na nedostatek Zn, který je potřebný pro
jejich zrání a udržení rovnováhy mezi různými skupinami T-buněk.
̶ Deficit Zn má za následek pokles Th1 a podporuje rozvoj
zánětlivé reakce s nárůstem sekrece interleukinu 1β.
̶ Deficit zinku způsobí také nárůst prozánětlivé reakce pod vlivem
buněk Th17.
Prof. Anna Vašků4
Zinek
̶ Zinek ovlivňuje také vrozenou imunitu-monocyty, makrofágy
Deficit Zn2+ inhibuje funkce granulocytů (chemotaxi, fagocytózu,
degranulaci, oxidativní vzplanutí a sekreci cytokinů)
̶ Zn zřejmě způsobuje reprogramování imunitního systému.
̶ Je pravidelnou stavební součástí matrix metaloproteináz
Prof. Anna Vašků5
Zinek
Endocrine, Metabolic & Immune Disorders Drug
Targets, 2019, 19, 1100-1115
̶ Součást mnoha enzymů fungujících v redox reakcích.
̶ Zajišťuje ochranu imunitních buněk před oxidativním stresem.
̶ Deficit selénu postihuje více celulární než protilátkovou imunitu.
̶ Obsah selénu ve stravě odráží velkou variabilitu v obsahu selénu
v půdě v rámci potravního řetězce. Nebezpečné jsou velmi nízké i
velmi vysoké koncentrace selénu v půdě. Nedostatek selénu i v
Evropě i ve východním Středomoří.
Prof. Anna Vašků6
Selén
Endocrine, Metabolic & Immune Disorders Drug
Targets, 2019, 19, 1100-1115
◼ 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 Vašků7
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 Vašků8
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 Vašků9
◼ 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 Vašků10
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 Vašků11
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 Vašků12
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 Vašků13
Vitamin B5 – kyselina pantotenová
̶ Součást acetyl-CoA - amid mezi pantoátem a b-
alaninem.
Prof. Anna Vašků14
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 Vašků15
Vitamin B6 - pyridoxin
̶ Prekurzor aktivního koenzymu pyridoxalfosfátu
– PPL.
Prof. Anna Vašků16
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 Vašků17
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 Vašků18
Vitamin B9 – kyseliny listová
̶ Kondenzát pteridinu + paraaminobenzoové kyseliny (PABA)
+ kyseliny glutamové
Prof. Anna Vašků19
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 (methylen nebo
methenyl).
Prof. Anna Vašků20
Vitamin B9 – kyseliny listová
̶ Zdrojem jednouhlíkatých zbytků jsou:
glycin
serin
cholin
methylen-THF methyl-THF
methenyl-THF
formyl-THF
formimino-THF
histidin
formyl-methyonin
puriny
CO2
serin
methioninDNA
Prof. Anna Vašků21
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 Vašků22
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 Vašků23
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 Vašků24
Poruchy metabolismu vit. B12
klíčový bod projevů hypovitaminosy B12 →
mutace a pokles aktivity enzymu N5-methyl
THF – reduktasy (MTHFR) → přeměna
homocysteinu → methionin.
Znemožněna přeměna N5-methyl THF na další
formy THF.
Prof. Anna Vašků25
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 Vašků26
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 Vašků27
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 Vašků28
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 Vašků29
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 vitaminu C způsobuje kurděje
Prof. Anna Vašků30
Vitaminy rozpustné v tucích
̶ Fungují jako nukleární receptory
Prof. Anna Vašků31
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 Vašků32
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 Vašků33
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 Vašků34
Prof. Anna Vašků35
Mechanismy transkripční regulace PPAR
̶ Všechny 3 PPAR isotypy ( ,a a ß/ , také známý jako ß nebo  )
obsahují 5´konzervované domény. Jako odpověd na rozpoznaný
ligand dochází ke konformační změně v aktivační funkční doméně 2
(AF2), což podporuje povolání koaktivátorů a uvolnění korepresorů.
̶ Transkripce PPAR vyžaduje tvorbu heterodimerů s RXR. Aktivovaný
komplex RXR-PPAR vstupuje do interakce se specifickými PPREs (direct
repeat 1) v pormotorech pozitivně regulovaných cílových genů.
Mechanismus represe cílových genů je méně jasný.
Prof. Anna Vašků36
Role peroxisome proliferator-activated receptorů (PPARs) v
ochraně cévní stěny
Prof. Anna Vašků37
Prof. Anna Vašků38
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 Vašků39
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 Vašků40
Vitamin A - efekty
➢vývoj
➢buněčnou proliferaci, diferenciaci a
apoptózu
➢homeostázu
➢vidění
➢reprodukci
Prof. Anna Vašků41
▪ 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 Vašků42
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 Vašků43
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 Vašků44
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 Vašků45
Prof. Anna Vašků46
Ligandy pro RA
̶ RA působí prostřednictvím:
̶ RAR (izoformy a, b a )
̶ RXR (izoformy a, b a )
̶ RAR:RXR heterodimery
Prof. Anna Vašků47
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 Vašků48
Transkripční regulace proliferace
a diferenciace adipocytů
SREBP-1c-Sterol Regulatory Element Binding Protein
FOXC2 - forkhead transcription factor
C/EBP- CAAAT/enhancer binding protein-beta
Prof. Anna Vašků49
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 Vašků50
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 Bbuňky.
Tento efekt zvyšující syntézu Ig je zřejmě
modulován, alespoň částečně, autokrinními nebo
parakrinními efekty IL-6 na diferenciaci B-buněk.
Prof. Anna Vašků51
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 Vašků52
Rhodopsinový
sítnicový
vizuální cyklus
v tyčince, který
ukazuje dekompozici
rhodopsinu během
světelné expozice
a následnou pomalou
novotvorbu
rhodopsinu
chemickými
procesy
Prof. Anna Vašků53
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 Vašků54
Copyright ©2006 American Society for Clinical Investigation
Holick, M. F. J. Clin. Invest. 2006;116:2062-2072
Prof. Anna Vašků55
Vitamin D- syntéza
Neenzymatická reakce v kůži
Transport do jater
UV záření 270 – 300 nm
Fotolýza
(trvá asi 12 dní)
Prof. Anna Vašků56
Játra Ledviny
Inaktivní formaProf. Anna Vašků57
Regulation exprese genů prostřednictvím VDR
Prof. Anna Vašků58
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 Vašků59
Prof. Anna Vašků60
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. Byly
u ní objeveny 3 mutace v alfa-tokoferol
transfer protein (TTP) genu (2 závažnější
byly typu frame-shift).
Prof. Anna Vašků61
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 Vašků62
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 Vašků63
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 Vašků64
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 Vašků65
Oxidační stres
̶ Vaskulární oxidační stres je determinován rovnováhou mezi ROS,
které poškozují endotel, a protektivním NO. ROS jsou
produkovány vaskulárními oxidázami (NADPH oxidáza, xantin
oxidáza, mitochondriální oxidázy) a také některými NOS, pokud
produkují ROS místo NO. V těchto podmínkách dochází
k endoteliální dysfunkci s poruchou relaxace cévní stěny
indukované NO.
Prof. Anna Vašků66
Redukční a oxidační stres
̶ Reductive stress (RS) is the counterpart oxidative stress (OS),
and can occur in response to conditions that shift the redox
balance of important biological redox couples, such as the
NAD+/NADH, NADP+/NADPH, and GSH/GSSG, to a more
reducing state. Overexpression of antioxidant enzymatic
systems leads to excess reducing equivalents that can
deplete reactive oxidative species, driving the cells to RS.
Int J Mol Sci. 2017 Oct; 18(10): 2098.Prof. Anna Vašků67
Redukční a oxidační stres
̶ A feedback regulation is established in which chronic RS induces OS, which in turn,
stimulates again RS. Excess reducing equivalents may regulate cellular signaling
pathways, modify transcriptional activity, induce alterations in the formation of
disulfide bonds in proteins, reduce mitochondrial function, decrease cellular
metabolism, and thus, contribute to the development of some diseases in which NFκB,
a redox-sensitive transcription factor, participates.
̶ Diseases: cardiomyopathy, hypertrophic cardiomyopathy, muscular dystrophy,
pulmonary hypertension, rheumatoid arthritis, Alzheimer’s disease, and metabolic
syndrome, among others.
̶ Chronic consumption of antioxidant supplements, such as vitamins and/or
flavonoids, may have pro-oxidant effects that may alter the redox cellular equilibrium
and contribute to RS, even diminishing life expectancy.
Int J Mol Sci. 2017 Oct; 18(10): 2098.Prof. Anna Vašků68
REDUKČNÍ stres (RS)
̶ RS is characterized by an excess of reducing equivalents. It leads to a decrease of
ROS production through antioxidant enzyme overexpression that may cause an
alteration in the redox state of intracellular higher NAD+/NADPH, and GSH/GSSG
ratio.
̶ A balance in Se and iron levels is needed for several biological functions in the
human body, and its excess and/or insufficient intake can result in adverse health
effects and contribute to RS.
̶ RS alters the mitochondrial function, causes misfolding of proteins, and may
participate in several inflammation-associated diseases.
̶ Hyperglycemic conditions induce RS through inhibition of the insulin receptor by
selenium-GPx-1 overexpression.
Prof. Anna Vašků69
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 reductase.
Int J Mol Sci. 2017 Oct; 18(10): 2098
Prof. Anna Vašků70
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 alfatokoferolu.
Zvyšuje se transkripce i translace alfa-tropomyosinu, ale jen pod vlivem
alfa-tokoferolu, 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.
̶ Antioxidační vitamíny, poylfenoly a estrogeny konzumované ve vysokých
koncentracích mohou navodit prooxidační stnt stav.
Prof. Anna Vašků71
Signalizace oxidačního stresu. Cytokiny a ROS indukují aktivaci NF-B.
Tato aktivace zabraňuje apoptóze buněk navozované TNF upregulací
antiapoptotických genů
Prof. Anna Vašků72
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 Vašků73
Antioxidační obranný systémProf. Anna Vašků74
Možná místa působení antioxidant.Prof. Anna Vašků75
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 Vašků76
̶ 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 Vašků77
Absorbce, modifikace, distribuce a účinky molekul s antioxidačními
účinky in vitro
Prof. Anna Vašků78
Vitamin C – antioxidant
Prof. Anna Vašků79
Vitamin C – antioxidant
Prof. Anna Vašků80
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 Vašků81
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 udržování integrity kostí, buněčného růstu a
metabolismu proteinů cévní stěny.
Prof. Anna Vašků82
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 Vašků83
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, což
zajišťuje integritu kostí adekvátním spojením minerální a neminerální
složky kostí.
Prof. Anna Vašků84
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 Vašků85
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 Vašků86
Vitamin K - nedostatek
̶ Nedostatek vzniká při poruše resorpce tuků ve střevech
(mikrobiom!!!), 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 Vašků87
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 Vašků88
SXR a mechanismus působení
Inoue KH a Inoue S: J Bone Miner Meat (2008) 26: 9-12
Prof. Anna Vašků89
Prof. Anna Vašků90 Nutrients. 2018 Oct; 10(10): 1531.
Díky za pozornost
Prof. Anna Vašků91
Kocour Vasyl IV
Prof. Anna Vašků92