Metabolismus hernu, purinů a pyrimidinů Poruchy metabolizmu hernu Hem - součást hemoglobinu Plní v organizmu několik funkcí (obvykle jako prostetická skupina ve spojení s určitými bílkovinami - hemoproteiny) - Vazba a přenos kyslíku (hemoglobin, myoglobin) - Vznik energie při přenosu elektronu v resp. řetězci v mitochondriích (cytochromy) - Hydroxylace a detoxikace (cytochromy P-450) - Metabolizmus kyslíkatých sloučenin (kataláza, peroxidáza), syntéza NO Prekurzorem biosyntézy hernu jsou v lidském organizmu - porfyriny MU NI PORFYRIE Biosyntéza V podstatě všechny buňky Intenzivně - Nezralé RBC v KD (Hb) - Hepatocyty (cytochromy, katalasa, Začátek a konec v mitochondriích Gly + sukcinyl-CoA ALA (ALA-synthasa) —► cytosol Kondenzace 2 ALA PBG (PBG-synthasa) Kondenzace 4 PBG —► preuroporfyrinogen (porfobilinogendeaminasa) Preuroporfyrinogen -> URO-I- Spontánní cyklizace PreuroporfyrinogenURO-III (kosynthasa) URO-III —► COPRO-III (uroporfyrinogendekarboxylasa) COPRO-III mitochondrie COPRO-III —► protoporfyrinogen (koproporfyrinogenoxidasa) Protoporfyrinogen —► protoporfyrin (protoporfyrinogenoxidasa) Protoporfyrin Fe2+^ hem (ferrochelatasa) Až k protoporfyrinu přes porfyrinogeny Porfyriny vedlejšími produkty Journal of Biological Chemistry 285(35): 26753-9 MUNI MED Succinyl-CoA + Glycin G) * O ALA-syntáza 5-Aminolevulová kyselina (ALA) ALA-dehydratáza r^j] Porfobilinogen isn= N N Obecná struktura porfyrinogenů Porfobilinogen-deamináza Hydroxymethylbilan Uroporfyrinogen-lll-kosyntáza Uroporfyrinogen Uroporfyrinogen-dekarboxyláza Koproporfyrinogen Koproporfyrín ogen-oxidáza Protoporfyrinogen IX Protoporfyrinogen-oxidáza Protoporfyrin IX Ferrochelatáza Hem Porfyrie ALA-dehydratáza porfyrie Akutní intermitentní porfyrie Vrozená erytropoetická porfyrie Porphyria cutanea tarda Vrozená koproporfyrie Porphyria variegata Erytropoetická protoporfyrie Porfyrie - vzácné metabolické choroby způsobené vrozeným enzymatickým defektem nebo získanou poruchou syntézy hernu. - Důsledkem je zvýšená tvorba porfyrinů, porfyrinogenů či jejich prekurzorů vedoucí k jejich hromadění ve tkáních, případně ke zvýšenému vylučování do moči a stolice - Dělí se na: - akutní - chroniké x - vrozené - získané - Příčiny: většinou AD, mutace v některém z 8 enzymů - Z hlediska klinické manifestace: akutní ataka x fotosenzitivita i i nejčastější akutní - AIP u nás PCT M U l\l I MED Poruchy metabolismu porfyrinů: Nemoc Genetika Tkáň Poškozené orgány Akutní intermitentní porfyrie dominantní Játra Nervový systém Vrozená koproporfyrie dominantní Játra Nervový systém, kůže Porfyria variegata dominantní Játra Nervový systém, kůže Porfyria cutanea tarda dominantní Játra Kůže, indukováno jat. onem. Erytropoetická protoporfyrie dominantní Kostní dřeň Žluč. kameny, jaterní onem., i O v kuze Vrozená erytropoetická porfyrie recesivní Kostní dřeň Kůže, RES Otrava olovem Všechny tkáně Nervový systém, krev, další AIP - se může projevit různými symptomy: - břišními (intermitentní difuzní bolesti břicha, kolikovité bolesti, zvracení, ileózní stavy, někdy úporná zácpa), - neurologickými (parestezie, periferní parézy či plegie vedoucí až k respirační insuficienci, parézy či plegie hlavových nervů, bolesti hlavy, epilepsie, zmatenost, porucha vědomí, křeče, poruchy polykání, močová re-tence či inkontinence), - psychiatrickými (agitace, nespavost, halucinace, neurózy, příznaky psy-chóz a depresí), - kardiovaskulárními (tachykardie, hypertenze, arytmie, změny na EKG), - laboratorními (hyponatremie), - při atace může být přítomna tmavá moč (oranžová, červená), - akutní ataka VP a HCP může být navíc provázena bulózními kožními pro jevy na kůži exponované UV světlu (fotosenzitivita) PNI MED AIP - Akutní ataka je často způsobena některým z vyvolávajících faktorů: - léky - většinou nově nasazená medikace (antibiotika, kontraceptiva, analgetika) - alkohol, - hladovění (cílené hubnutí, změna dietních návyků, vynucené hladovění při onemocnění gastrointestinálního traktu), - hormonální změny - především zvýšený progesteron při menstruačním cyklu, - stres, -infekce' PNI - operační zákrok. MED Klinické manifestace Akutní ataka - projeví se jako NBP, neurolog, postižení (parézy), psychiatrické příznaky, poruchy vnitřního prostředí (hyponatrémie..) =^> dochází k hromadění prekurzorů porfyrinů (ALA) Důležitá - znalost vyvolávajících faktorů (tj. indukujících v játrech syntézu hernu): pohlavní hormony, léky, stres, hladovění... Fotosenzitivita - vznik puchýřů až vředů na místech exponovaných slunci Podstatou je vznik singletového kyslíku a radikálů poškozujících buněčné struktury (souvislost s chemickou strukturou porfyrinů) Metabolismus porfyrinů mohou narušit u norm. osob zevní faktory (např. polychlorované uhlovodíky - obraz podobný PCT) PNI MED Vznik porfobilinogenu inhibice olovem Cytosol Genetic Sideroblastic Anemia - X - linked cause Alcohol ]Drug causes of SA: Barbiturates "ALAS" Hypoxia : Aminolovu'inic acid ALA dehydratase © ALA synf/wso Porphobilinogen (PBG) Lead 0 "Cloraline" = chloramphen - "Linez" = linezolid -"ISSolip"' = lsoniazid (^T) Sucdnyl CoA _ + VB6 Clycino HMD synthase (Uroporphyrinogen I \ ^Z? Synthase) (Uroporphyrinogen I) Uroporphyrinogen III synthase Glucose t Heme Forrocholaloso i AIP = Acute Intermittent protoporphyrin IX Uroporphyrinogen «, porphyrja Uroporphyrinogen decarboxylase I í Mitochondria Coproporphyrinogon HI ■> Protoporphyrinogon IX Coproporphyrinogon oxidase Degradace hernu: Erythrocytes ( Macrophages of the ^ l^Spleen & Bone Marrow J Liver 1 Small Intestine ) Large ) Intestine .........v Urobilin Bilirubin (conjugated) Hyperbilirubinémie Nárůst hladiny bilirubinu v krvi (norma do 17|jmol/l), do periferních tkání (žlutá barva = žloutenka —► 50 |jmol/l) Pv r v ■ ncina: 1. Prehepatická: nadměrná tvorba bilirubinu (např. hemolytická anemie) 2. Hepatická: porucha vychytávání, konjugace nebo sekrece játry (např. hepatitída, cirhóza) 3. Posthepatická: obstrukce ve žlučových cestách (např. žlučové kameny) Nekonjugovaný bilirubin prochází hemato-encefalickou bariéru a může poškodit mozek (jádrový ikterus) Typ iklnii Tkl fi lis preliepaláliií ■ -iii hcpatální i kli-I lh rholfstallrkv i' i- i s. ■ n I I lil tdicpi -.tli l Žlučové cesty l -1 1 1:1-11 h žlučové cesty Sllnlvka hl ľ lil Příčina Heniolytické Gilbertův syiidroiii Hepatitídy - virové alkoholické polek ové Cirhózv Primárni hlliárni cirhóza Primárni sklerózujiei ■ : ' -.tiI 1 Poléková cholestáza Metastázy do jater Žlučové kameny Zánřty žlučových cest Nádory žlučových cest kar dnoui hlavy I 'llli.J Ulil, Glykovaný hemoglobin (HbAl) ne-enzymová glykace na terminálni NH2 skupině (Val) p-řetězce glykovaná frakce asi 5% celkového *ií«^ množství hemoglobinu (úměrná koncentraci glukózy v krvi) měřením hladiny HbA1 lze získat informace o průběhu diabetes mellitus (odráží hladinu glukózy za posledních několik týdnů) I Red bltxxJ cell (ihcohemoglobin QP January 2016; Thanaa Mohammed Juda, Haider Kamil Zaidan M U NI MED Mtb purinů a pyrimidinů dusíkaté báze, aromatické heterocykly • puriny: pyrimidinový + imidazolový kruh ■ adenin, guanin, hypoxantín • pyrimidiny: pyrimidinový kruh * tymin, cytosin, uracyl deriváty purinů jsou v těle součástí: • kofaktorů (NAD, NADP, FAD, CoA,..) • nukleových kyselin * nukleosidy: báze + monosacharid (ribóza nebo deolxyribóza) spojeny beta-N-glykosidovou vazbou (adenosin, guanosin, inosin, uridin, cytidin, tymidin) * nukleotidy: báze + monosacharid + kys. fosforečná spojeny esterovou vazbou mezi kyselinou a monosacharidem (ATP, UTP, CTP, ...) • makroergních sloučenin * katalýza endergonických reakcí nebo druzí ůposlové v signální gransdukci (ATP. GTP, cAMP, cGMP) • buněčného a plazmatického poolu metabolitu * xantin, hypoxantin, kys. močová H,N H O H NH- n n H H H phcsprnite q rour o- I HO—P — O—CH2 II * □ OH H Rve-carbon tugar I MED Syntéza purinů • nejsou esenciální • zdroje • organismus je schopen využívatjDuriny, které přijímá v potrave • trávení účinkem pankreatických endonukleáz • a\e dokáže je také syntetizovat sám de novo • vysoké E nároky při syntéze de novo ( = > využívají se šetřící (recyklační) reakce - syntéza z produktu degradace, „salvage") • hlavním místem syntézy jsou játra • cukr (riboza)+ AK (glycin, glutamin, aspartát)" • pentózy pochází z pentózového cyklu • jako koenzym slouží folát (l^ys. listová), proto je důležitá pro dělení buněk Ribose 5-phosphate ribose phosphate pyrophosphokinase {PRPP synthetase! ® <--ADP ADP ATP JLJL glutamine-PRPP amidotransferase PRPP 8 AMP ■GMP ■ IMP 5-Phosphoribosylamine 9 steps IMP-- adenylosuccinate f \ synthetase .---AMP—0 IMP dehydrogenase H?N N N Ribosa-5-fosfát XMP N I Ribosa-5-fosfát ©MP Nukleotidasa Adenosin Nukleotidasa Adenosindeaminasa -T^v- Inosin Nukleotidasa Xanthosin Nukleotidasa Guanosin h2o nh; Ribosa- 1-P«*^ Purinnukleosidfosforylasa (PNP) > Ribosa- 1-P««< Purinnukleosidfosforylasa (PNP) j 1-P*r Xanthinoxidasa Hypoxanthin -^ -+■ Xanthin <■ O + H O HO 2 2 2 2 Ribosa-Guanindeaminasa NH4+ H20 Purinnukleosidfosforylasa (PNP) Guanin MUNI MED Schéma katabolismu purinových nukleotidů 2. část Hypoxanthin Xanthinoxidasa 7-\ Xanthin O + H O H O 2 2 2 2 + M2U > H202 Guam'ndeaminasa NH4* H20 Xanthinoxidasa N M H Močová kyselina Guanin m u r j i MED Cyklus purinových nukleotidů - důležitá role v kosterním svalstvu - svaly - nedostatečné množství enzymů pro doplnění meziproduktů citrátového cyklu - anaplerotické reakce. - cyklus purinových nukleotidů - dodavatel fumarátu pro svalový citrátový cyklus!!! ADENINE NUCLEOTIDE METABOLISM IN MUSCLE + Pi H2Q + AsparŤQŤ + 6TP » NH4+ + 6ĎP + P. + Fumarat Mtb purinů přebytečné puriny jsou v několika krocích oxidovány na kys- močovou (KM), která je vylučována močí • denně se vyloučí 0,5g (50% endogenní, 50% z potravy) • významný antioxidant • v krvi jako sodná sul (natrium urát) normální hodnoty (sérum) muži 220 - 420 utnol/l G7P__TäsSí-s"" ženy 140 - 340 umol/l 5o..L "" .J'Si I nosí ne«-i-- Ad e našine hyperurikemie je stav, 14——*1 kdy je v séru vysoká c....., ^ koncentrace KM n«Vj VY • porucha vylučování KM HH>^ ^r^;^ • nadměrná tvorba KM 11 • zvýšený dietní přísun purinů Hjnr^ *y °**T> "DO*" • porucha recyklace (t^h o,,^ j d« při hyperurikémii se tvoří (zvláště v kyselé moči) urátové krystaly - vznikají urátové kameny (stagnace moči a ledvinné koliky) m u r j i MED Nutriční omezení Risk factors and symptoms to avoid Gout common fy strikes between tne ages of 30 and 50. usually occunng n men and. less often n women n menopause Avodng certain foods high in purine and keeping weight down are controJ.'aOie risk factors. Risky foods Anchovies, hemng'sardines Mushrooms Asparagus, peas and beans Mussels Kidney, brain, gravies, '.v.'.-t-t; pmqi broths and con-lOmTe Aicohoi increases producbon of urate acid and interferes with damnation Joints affected Ohtr risk f Actors indud* SudoVl **v*'* Un«v (Avis, fjitrt *fury anU Utv>-a*livT«Fjy •AP MUNI MED Deficit hypoxanthin-guanin-fosforibosyltransferázy (HPRT) - Deficit enzymu se projevuje hyperurikémií a hyperurikurií. - Kompletní deficit se označuje jako Leschův-Nyhanův syndrom. - nejčastější genetické defekty purinového metabolismu. - klinické projevy - dominuje dvojí odlišná symptomatologie. - následky výrazné nadprodukce kyseliny močové. - Postiženým orgánem jsou vedle kloubů také ledviny - urolitiáza, akutní nefropatie, až k akutnímu selhání ledvin. - příznaky: nadprodukce kyseliny močové je oranžově červené zabarvení plen od vysrážených krystalů kyseliny močové z moči. - Kolem 4.měsíce dochází k opoždění v psychomotorickém vývoji. - Koncem prvního roku jsou přítomny neurologické změny - atetoidní nebo choreatiformní pohyby, hyperreflexie, torzní dystonie, hypotonie, dysartrie. - Laboratorní nálezy a diagnostika. Nadprodukce kyseliny močové se projevuje výraznou hyperurikurií (300 - 850 pmol/kg/24 hodin). HUNI MED Familiární juvenilní hyperurikemická nefropatie (FJHN) - Ledviny - tradičně považovány za jeden ze dvou primárně postižených orgánů u dny. - Klinické projevy. Onemocnění je charakterizováno dnou a progresivním onemocněním ledvin. Začátek onemocnění je obvykle v dětství, adolescenci nebo na začátku dospělého věku a renální selhání se obvykle objevuje mezi 20.- 40. rokem. - Laboratorní nálezy a diagnostika. Typická je hyperurikémie a výrazně snížená exkreční frakce kyseliny močové. Vyšetření purinových metabolitů v tělesných tekutinách je zcela v normě. Též stanovení aktivit enzymů purinového metabolismu je v normě. Snížená exkreční frakce kyseliny močové je považována za biochemický marker tohoto onemocnění. Vyšetření biopsie ledvin prokazuje nespecifickou intersticiální nefritidu a je nutné upozornit, že u většiny pacientů nebyly prokázány krystaly urátů. MU NI MED Syndrom nádorového rozpadu angl. tumor lysis syndrome (TLS) velmi závažná život ohrožující komplikace terapie nádorových onemocnění rozvrat vnitřního prostředí způsobený spontánní nebo léčbou vyvolanou nekrózou či fulminantní apoptozou rnádorových buněk nejč. hematolog ické malignity (non-Hodgkinské lymfomy, akutní leukémie) i některé solidní nádory (sarkomy, mafobunécný karcinom plic, testikulární aj.) patogeneze hyperurikemie (KM > 480 umol/l) - velký rozpad bb. a tedy mukleových kyselin r'nA-OíMfaw piecipitace krystalů v ledvinách - akutní selhání ledvin lEUuburicuci hyperkalemie (K > 5,5 mmol/l) - uvolnění intracelulárního kalia kardiotoxicita (biadykaidie, hypobenze a± zástava sndce v diastole hyperfosfatemie - vylití intracelulárního poolu fosfátů {vznik kalcium fosfátů) * sekundární hypokalcemie (zvýšená neurornuskuláiní drázdivost, tetanie) ukládní deposit kalciumfosfátu v ledvinných tubulech - akutní ledvinné selhání láktátová acidosa (laktát > 10 mmol/l) - přidružená komplikace hematolccických malignit i sol id n k h nácúrČ, ve většině p řič ech se na ní podílí zvýšený rozpad buněk a postižení jater nádorovým procesem prevence prehydratace pacienta 24 - 48 hod před počátkem chemoterapie (roztoky krystaloidů v dávce 3OQ0ml/ni2/den) inhibice tvorby KM (alopurinol, rasburikáza) podpora diurézy (diuretika, manitol) alkalizace moči PUhlMil'AlAlUít ISM 1 HYPOOCMmflN}: XANmiw; lWrjwlíw,íjí, IÍRJĽ ACH) {urirwiv excretion)* T Allopurinůl ALLANTCHN Syndrom nádorového rozpadu Kidney obstruction or compression or Cellular breakdown renal vascular Chemotherapeutic, antibiotics, antiviral and antifungal drugs MUNI MED Methylxantiny některé rostliny tvoří methylované xantiny (alkaloidy) které mají účinek na CNS a ostatní tkáně (zejm. kardiovaskulární, respirační a vylučovací systém) * efekt: neselektívní inhibitory fosfodiesterázy (PDE), která degraduje cAMP a cGMP (druhý posel) a tím snižuje intracel. signalizaci nejvýznamnější jsou * kofein - káva * obecné Stimulans * theofyllin - čaj * bronchodilatační účinek - léčba astmatu a CHOPN * theobromin - kakao, čokoláda * vasodilatační účinek, snížení TK XANTHINE CAFFEINE k z, TVCOBPOMiME MUNI MED Efekt kofeinu na metabolismus lipidů TRIGLYCERIDES-► FATTY ACIDS ♦ GLYCEROL Action of Caffeine and Teobromine on the regulation of //po/ys/s MUNI MED Arteficiální puriny • cytostatika • analocja přirozených purinu * při inkorporaci do DNA způsobují její rozpad nebo neschopnost replikace a tedy dělení buněk * např. 6-thioguanin nebo 6- merkaptopurin, 5-fluorouracíl, ... • analoga folátů * např. metotrexat H,N Jt Ji Tetrahydfofolate HjN « Ji, Příčiny hyperurikémie - 1.Zvýšený příjem exogenních purinů potravou Vliv diety na hladiny kyseliny močové je zřejmý při zavedení bezpurinové diety na 5-7 dnů a následném stanovení vylučování. V této situaci je vylučování ekvivalentní endogenní produkci. Při bezpurinové dietě vyloučí zdravý člověk do moči maximálně 3,6 mmol kyseliny močové za 24 hodin. Při běžné stravě jsou hodnoty do 4,8 mmol/24 hod považovány za normální. - 2.Snížené vylučování kyseliny močové ledvinami Hypourikurii nacházíme u pacientů s primární dnou (přibližně u 10% pacientů byla však zjištěna nadprodukce kyseliny močové). Významně snížená exkreční frakce kyseliny močové je typická pro FJHN. Ke sníženému vylučování kyseliny močové dochází též při chronickém renálním selhání, dále při ketoacidóze a laktátové acidóze, kde organické anionty inhibují sekreci urátu. - 3.Zvýšený rozpad buněk Zvýšený rozpad nádorových buněk, zejména po protinádorové léčbě vede ke značnému uvolnění purinů a tím i ke zvýšené tvorbě kyseliny močové. Zvýšený rozpad nukleoproteinů vedoucí k hyperurikémii je též u polycytémie, hemolytické anémie, hemoglobinopatie a u třetiny pacientů s psoriázou. - 4.Zvýšený katabolismus purinů K hyperurikémii vedou všechny stavy zvýšeného katabolismu či snížené syntézy ATP. Zvýšená degradace ATP probíhá u těchto stavů: podání fruktosy, svalová námaha, příjem etanolu, glykogenosy, hereditární intolerance fruktosy. - 5. Zvýšená biosyntéza purinů Ke zvýšené biosyntéze kyseliny močové de novo dochází u dvou deficitů HPRT a při zvýšené aktivitě PRPPs. Jme pnciny Hyperurikémie je přítomna u řady endokrinologických chorob (hypoparathyreóza, hyperparathyreóza). MU NI MED Děkuji za pozornost!