3_Fyziologická a patologická biochemie sacharidů 1) Trávení a vstřebávání sacharidů, poruchy těchto dějů Základní metabolické cesty sacharidů a jejich poruchy, 2) Diabetes mellitus jako komplexní metabolická choroba biochemie diabetu 3) Glykogenózy 4) Poruchy metabolismu fruktosy a galaktosy 5) Mukopolysacharidózy Regulace glykémie a její poruchy Složené cukry 13_patobiochemie-sacharidy Monosacharidy – Výskyt: ovoce(10 – 12%), med (35%G, 35%F), zelenina, džusy… – Sladká chuť • Glukóza (hroznový, škrobový cukr, dextróza) » Nejrychlejší zdroj energie » Nezbytná pro mozek a ery (150 g/d) • Fruktóza (ovocný cukr, levulóza) • Galaktóza (součást mléčného cukru) , 23_patobiochemie-sacharidy Jsou sloučeniny uhlíku, vodíku a kyslíku, lišící se strukturou a velikostí molekuly Zákl. stavební jednotka - monosacharidy Vazba glykosidická Zdroj energie pro činnost svalů a mozku Primární zdroj energie při intenzivním tréninku U rostlin vznikají asimilací vzdušného CO2 za přítomnosti vody a denního světla - fotosyntézou Denní příjem 50 - 60% z celkového energ. příjmu Množství energie v 1g = 4 kcal = 17 kJ, Zásobní glykogen (jaterní a svalový) 1) Trávení a vstřebávání sacharidů, Složené cukry• Polysacharidy – Stravitelné (amylóza + amylopektin) – Složené z jednotek glu – Škrob – rostlinný – Glykogen - živočišný – Hl. zdroje v potravě: obiloviny a jejich výrobky (mouka, chléb, rýže, těstoviny, kukuřice, oves..), brambory, luštěniny, zelenina 33_patobiochemie-sacharidy • Disacharidy • Maltóza (sladový cukr) – klíčky obilovin a sladu glukóza + glukóza • Sacharóza (řepný, třtinový cukr) – řepa cukrová, cukrová třtina, javorový sirup - spotřeba 100 – 120 g/os./d - denní příjem max. 10 % glukóza + fruktóza • Laktóza (mléčný cukr) – mléko a mléčné produkty - spotřeba 10 – 30 g/os./d glukóza + galaktóza • Polysacharidy – Nestravitelné (vláknina) – Částečná až úplná rezistence vůči hydrolýze trávicími šťávami – S výjimkou rozpustné vlákniny, prochází nezměněné tenkým střevem – Fermentace enzymy mikroflóry tlustého střeva → MK – 1 g vlákniny = 3 kJ • DDD 25 – 30g poměr R:N 1:3 – Dělení » Rozpustná – pektiny, inulin, fruktooligosacharidy, slizy, gumy, hemicelulózy … ovoce, oves, slad, luštěniny, brambory » Nerozpustná – celulóza. Lignin, hemicelulózy… zelenina, otruby, celozrnné výrobky 43_patobiochemie-sacharidy • Rozpustná – Částečné rozštěpení v tenkém střevě → gely → zpomalení pasáže v horní části GIT → zvýšení viskozity střevního obsahu → ↓ přístup trávicích šťáv k substrátům, vazba miner. látek → ↓ vstřebávání živin a žluč. kyselin, zpomalení rychlosti resorpce glu, prebiotikum • Nerozpustná – ↑ obsah stolice (zředění a vazba toxických látek), zkrácení transitního času → omezení resorpce toxických látek, ↓ vstřebávání některých živin – Fermentace => MK s krátkým řetězcem (acetát, propionát, butyrát)= zdroje energie pro kolonocyty (80%), snížení pH => Preventivně x zácpě, polypy a nádory tl. střeva, žl. kameny, snižuje cholesterol v krvi – Sliznice tenkého střeva – disacharidázy » Laktóza → laktáza => glu a gal » Maltóza → maltáza => glu a glu » Sacharóza → sacharáza => glu a fru – Nedostatek disacharidáz => průjem, nadýmání, flatulence » Zvýšené množství osmoticky aktivních molekul oligosacharidů a tvorba plynů – Laktáza – aktivita klesá s věkem » intolerance laktázy – Poruchy digesce i resorpce při zánětech Trávení škrobů • Tenké střevo • Enzymy slinivky břišní – • pankreatická α-amyláza • Hydrolýza 1,4 α vazby • => maltóza, maltotrióza, polymery glu, α-limitní dextriny (8 glu) • Sliznice tenkého střeva – oligosacharidázy • Zevní strana kartáčového lemu • α-limitní dextrináza – α-limitní dextriny • Glukoamyláza – maltóza => glu - maltotrióza => glu polymery glu=> glu 5 • Dutina ústní • škrob – slinná α-amyláza (ptyalin), Optim. pH 6,7 • Žaludek - Utlumení aktivity ptyalinu Vstřebávání sacharidů • Rychlé – stěnou tenkého střeva => v. portae • Resorpce – dřív než se zbytky stravy dostanou do terminálního ilea • Max. rychlost 120 g/hod. • Místo vstřebávání – duodenum a proximální jejunum • Vliv Na+ na transport sacharidů – ↑ c Na+ na slizničním povrchu bb. → usnadnění vstupu glu do bb. a naopak – Společný kontransport – Na+ - transport dle koncentračního spádu + glu = sekundárně aktivní transport do ICT, usnadněná či prostá difúze do ECT – Gal - stejný mechanismus – Fru – absorpce nezávislá na Na+ - pomalejší resorpce - usnadněná difúze - část fru → glu (slizniční bb.) 63_patobiochemie-sacharidy Přehled trávení - sacharidy 7 začátek trávení cukrů – ústa – slinná α-amyláza štěpí škroby na dextriny, maltotriózu, maltózu, toto štěpení pokračuje přes jícen chvíli v žaludku, než se začne secretovat kyselá žaludeční šťáva, jejíž nízké pH inaktivuje slinnou amylázu. v duodenu, kam se vylučuje pankreatická α-amyláza dextriny na disacharidy, které jsou v tenkém střevě štěpeny specifickými disacharidázami střevní šťávy na monosacharidy sacharóza = glukóza a fruktóza, laktóza = galaktózu a glukózu, maltóza = glukóza a glukóza Jednoduché cukry jsou aktivně vstřebávány do enterocytů – sekundární aktivní kotransport s Na+ a po gradiendu vydávána pomocí nosiče (usnadněná difúze) z buněk do portální krve. U fruktózy by prokázán pouze pasivní transport a je vstřebávána rychleji než ostatní monosacharidyJednoduché cukry mohou být resorbovány do portální krve a dopraveny do jater a dále do tkání kde představují zdroj energie, nebo se uloží v játrech jako zásobní energie (glykogen). Nadbytečný příjem cukru se uloží v podobě tuku. TEST Metabolismus sacharidů • Monosacharidy → portální oběh → játra • 1. krok v metabolismu glu,fru, gal – fosforylace • Galaktóza → gal-1-P→ glu-1-P (→ glukóza) – Podíl na syntéze glykogenu, reverzibilní reakce – Gal - tvorba glykolipidů, mukoproetinů • Fruktóza → fru-6-P → fru-1,6-diP → → fru-1-P → dihydroxyaceton a glyceraldehyd → metabol. dráhy glu • glukóza, syntéza glykogenu a TAG » Játra - vysoká schopnost syntézy TAG • Využití fosfátů hexóz – Štěpení jako energetického substrátu v tkáních – přeměna na glykogen (játra, kosterní svalstvo) – Přeměna na MK a triacylglyceroly (TAG) (játra, tuková tkáň) – energetická rezerva – Minoritní část - metabolizace v pentózovém cyklu, syntéza glykoproteinů, glykolipidů 83_patobiochemie-sacharidy Metabolismus glukózy • Glykolýza -anaerobní – odbourávání glu za anaerobních podmínek na pyruvát či laktát – zisk energie 2 ATP/ 1 mol glu – Proces zahrnující několik kroků – viz obr. – Neprobíhá v mitochondriích, ale v cytoplasmě • Pyruvát => acetyl-CoA (nevratná reakce) => laktát => alanin => proteiny 93_patobiochemie-sacharidy Aerobní glykolýza a Cyklus kyseliny citrónové • Acetyl-CoA => tuky => Krebsův cyklus • Krebsův cyklus – oxidace cukrů, tuků i některých AMK • Krebsův cyklus => Acetyl-CoA => redukované kofaktory, CO2, vodu a energii • Aerobní oxidace- dýchací řetězec – 36-38 mol ATP/1 mol glu • Průběh CC – mitochondrie • Vyžaduje přísun O2 • Nefunguje za anaerobních podmínek !!!!! Metabolismus glykogenu • Glykogeneze • tvorba zásobního glykogenu z glu-1-P • Kdy? – při nadbytku glukózy • Uložení – játra (100 g), svaly (300 - 400 g) • Glykogen –zadržuje vodu • Glykogenolýza • rozpad glykogenu • Kdy? – při nedostatku glu • Adrenalin (aktivace fosforylázy) 103_patobiochemie-sacharidy Fyziologický význam glukózy • Glu - nejrychlejší zdroje energie – Nezbytná pro ery a mozek, nerv. bb. • Min. potřeba 150 g/24 hod. – < 150 g/24 hod.=> glukoneogeneze, ketogeneze (energie z MK, vznik ketolátek, pokud produkce předčí utilizaci => ketóza- narušení acidobazické rovnováhy, prevence min. 50 – 100 g sach./d ) • Hl. glukózy v krvi – glykémie (3,9 – 6,1 mmol/l) – Jaterní glukostat – játra udržují konstantní hl. gly • Hypoglykémie => ↑ glukagon, adrenalin => mobilizace tvorby glu (glykogenolýza) • Glu - nelze vytvořit z tuků, pouze z malého množství glycerolu 113_patobiochemie-sacharidy Hormonální regulace • Inzulin – Produkovaný B-buňkami Langerhansových ostrůvků pankreatu – Stimulační účinek na utilizaci glu – Regulátor sekrece – hl. glykémie (gly) – ↑ hl. gly => ↑ inzulinu => ↑ utilizaci glu do bb.=> normalizace hl. gly – Je stimulován také fru, AMK (Arg), glukagonem • Glukagon – Produkovaný A-buňkami Langerhansových ostrůvků pankreatu – Aktivuje jaterní fosforylázu => glykogenolýza => ↑ hl. gly • Kortikoidy, katecholaminy, hormony štítné žlázy, růstový hormon 123_patobiochemie-sacharidy Resorpční fáze Postresorpční fáze, hladovění Sacharidy z potravy Glykogenolýza (játra) Glukoneogeneze (játra, ledviny) 3,1-5,0 mmol/l Hladina glukosy v krvi 3_patobiochemie-sacharidy 13 Zisk glukózy za fyziologických podmínek • Přísun z vnějšího prostředí – jednoduché či složené sacharidy • Ze zásob – glykogen • Glukoneogeneze – z AMK – Kdy ? - hladovění, nízký příjem sacharidů, DM, stres – lze i naopak - transaminace produktů metabolismu glu → AMK 143_patobiochemie-sacharidy GLUKOSA V KRVI Jedna z hlavních priorit metabolické regulace: Hormonální regulace: insulin ( snižuje hladinu glukosy) glukagon adrenalin kortisol (zvyšují hladinu glukosy) Hladina glukosy v krvi nesmí poklesnout pod 3 mmol/l 3_patobiochemie-sacharidy 15 Faktory určující hladinu glukózy • Rovnováha mezi množstvím glu vstupující do krve a množství které krev opouští – Příjem sacharidů z potravy – Rychlost vstupu glu do sval. bb., bb. tukové tkáně a jiných orgánů – 5% glu → glykogen – 30 – 40 % glu → tuk (pokud jsou naplněny zásoby glykogenu) – Zbytek → metabolizace ve svalech a jiných tkáních – Jaterní glykogen za hladovění → glukóza » Déletrvající hladovění → vyčerpání glykogenu => glukoneogeneze 163_patobiochemie-sacharidy Homeostáza sacharidů při námaze • V klidu a po námaze • spotřeba MK kosterním svalstvem • spotřeba glu – mozek • Fyzická námaha => glykogenolýza => ↑ hl. gly, postupné snižování při námaze => ↑ glukoneogeneze, ↓ hl. inzulinu, ↑ hl. glukagonu a adrenalinu • Po fyzické námaze => glukoneogeneze, pokles výdeje glu z jater (pro doplnění jaterního glykogenu) => ↑ hl. inzulinu => podpora ukládání glykogenu 173_patobiochemie-sacharidy Vstup glukosy do buněk Glukosové transportéry -transmembránové bílkoviny usnadňující transport glukosy do buněk - typ GLUT (1-14)* nebo SGLT** * glucose transporter, ** sodium-coupled glucose transporter Molekuly glukosy jsou výrazně polární, nemohou difundovat hydrofobní lipidovou dvojvrstvou membrány (vodíkové můstky mezi OH skupinami a vodou) 3_patobiochemie-sacharidy 18 GLUT 1-GLUT 14, shodné rysy:  500 AK, 12 transmembránových helixů mechanismus: usnadněná difuze přes membránu (probíhá po koncentračním spádu, nevyžaduje energii) Proč tolik typů transportérů ? • liší se afinitou ke glukose • mohou být různým způsobem regulovány • vyskytují se v různých tkáních Glukosové transportéry typu GLUT Typ charakteristika GLUT 1 Většina buněk (Ercs, buňky svalu za klidových podmínek, krevní cévy v mozku, a jinde) GLUT 2 Játra, -buňky pankreatu, ledviny GLUT 3 Nervové buňky, placenta, a jinde GLUT 4 Sval, adipocyty - závislé na insulinu GLUT 5 Transport fruktosy - tenké střevo, a jinde GLUT 7 Intracelulární transport v játrech 3_patobiochemie-sacharidy 19 Receptory typu GLUT 4 jsou regulovány insulinem insulinový receptor Intracelulární membránové vesikly se „spícími „ glukosovými transportéry Pokud insulin není navázán na receptory, glukosa do buňky nemůže vstoupit insulin 3_patobiochemie-sacharidy 20 Transport glukosy do buněk střevní sliznice a ledviných tubulů (SGLT) Mechanismus: kotransport se sodíkem sekundární aktivní transport • na dvě specifická místa transportéru SGLT se navazuje glukosa a Na+ • jejich transport probíhá současně (bez spotřeby energie) • Na+ je následně z buňky čerpán ATPasou (spotřeba ATP) • glukosa je následně transportována z buňky pomocí GLUT2 TEST 3_patobiochemie-sacharidy 21 JÁTRA DALŠÍ TKÁNĚ CNS ERYTROCYTY glukosa Distribuce glukosy do tkání jsou na přísunu glukosy závislé3_patobiochemie-sacharidy 22 •proto, klesá-li příjem glukosy, organismus začíná glukosou šetřit a přednostně zásobuje pouze CNS a erytrocyty •Glukosa je do tkání distribuována především jako zdroj energie • pro erytrocyty a CNS je glukosa prakticky jediným a nenahraditelným zdrojem energie •ostatní buňky mohou metabolizovat i mastné kyseliny (nebo aminokyseliny a ketonové látky) 3_patobiochemie-sacharidy 23 • játra mají schopnost syntetizovat zásobní polysacharid glykogen a v době hladovění z něj uvolňovat glukosu • játra a ( a v malé míře ledviny) mají též schopnost syntetizovat glukosu z necukerných metabolitů – glukoneogenezí Možnosti jater doplňovat glukosu do krve v době, kdy není přijímána potravou: 3_patobiochemie-sacharidy 24 Metabolické přeměny glukosy Glykolýza • zisk energie • zisk acetylCoA • probíhá ve většině buněk Syntéza glykogenu • zásobní forma glukosy • probíhá nejvíce v játrech a ve svalech Pentosový cyklus • zisk pentos • zisk NADPH pro syntetické reakce • nezískává se energie • probíhá ve většině b. 3_patobiochemie-sacharidy 25TEST Thiamin Vitamin B1 Zdroj: maso, kvasnice, celozrnný chléb a pečivo Denní potřeba: 1-2 mg Hypovitaminóza, avitaminóza: únavnost, neuritidy .. Extrémní avitaminóza: choroba beri-beri koenzymem dekarboxyláz důležitý pro metabolismus glukózy a energetické zásobení nervových a svalových buněk 3_patobiochemie-sacharidy 26 Anaerobní glykolýza Probíhá zejména ve svalu při práci na kyslíkový dluh nebo erytrocytech, které nemají mitochondrie, (též v ostatních tkáních při hypoxii) Proč probíhá ? NADH vzniklé při oxidaci glyceraldehydfosfátu nemůže být oxidováno v dýchacím řetězci – při hypoxii chybí kyslík, v erytrocytech není dýchací řetězec Během krátké doby je všechno NAD+ v redukované formě ( NADH) - glykolýza dál nemůže probíhat 3_patobiochemie-sacharidy 27 Pyruvát + NADH  Laktát + NAD+ Ve tkáni vzniká laktát, regeneruje se NAD+, první fáze glykolýzy může pokračovat Aby se NADH reoxidovalo probíhá reakce: •Při anaerobní glykolýze je čistý výtěžek energie 2 ATP • je to jen malý podíl z energie uchované v molekule glukosy • má však význam při dějích kdy • přísun kyslíku je omezen • tkáň nemá k dispozici mitochondrie (ercs, leukocyty, ..) 3_patobiochemie-sacharidy 28 Při anaerobní glykolýze se okyseluje vnitřní prostředí -v krvi se zvyšuje hladina laktátu -- může vzniknout laktátová acidosa svalová práce probíhající na kyslíkový dluh má jen krátké trvání, ustává při velkém nahromadění laktátu Laktát je transportován do jater, kde je opět reoxidován na pyruvát 3_patobiochemie-sacharidy 29 2_Fáze metabolismu glukosy a jejich hormonální regulace 3_patobiochemie-sacharidy 30 Při popisu metabolismu se rozlišují dva základní metabolické stavy nazvané absorpční (resorpční) fáze a postabsorpční (postresorpční) fáze. Absorpční fáze trvá přibližně 4 hodiny a zahrnuje dobu jídla a po ní. Postabsorpční fáze je stav v průběhu a po nočním lačnění. Hladovění :je-li přísun potravy zastaven déle než 12-14 hodin, přechází metabolismus do fáze hladovění (krátkodobého = od desítek hodin-po několik dní, až dlouhodobého = více než dva-tři týdny). 4 8 12 16 20 24 28 2 8 16 24 32 40 Hodiny Dny Využití glukosy (g/h) 40 30 20 10 0 I II III IV V Exogenní Glykogen (jaterní) Glukoneogeneze Zdroje glukosy v různých fázích metabolismu TEST 3_patobiochemie-sacharidy 31 Absorpční fáze trvá přibližně 4 hodiny a zahrnuje dobu jídla a po ní. Postabsorpční fáze je stav v průběhu a po nočním lačnění. Hladovění :je-li přísun potravy zastaven déle než 12- 14 hodin, přechází metabolismus do fáze hladovění (krátkodobého = od desítek hodin-po několik dní, až dlouhodobého = více než dva-tři týdny). Hladina glukosy v krvi je u zdravých lidí udržována ve velmi úzkém rozmezí. V postresorpční fázi je hladina glukosy udržována v rozmezí 4,5–5,2 mmol/l. Při popisu metabolismu se rozlišují dva základní metabolické stavy nazvané absorpční (resorpční) fáze a postabsorpční (postresorpční) fáze. Po jídle obsahujícím sacharidy hladina glukosy v krvi stoupá. Po 0,5–1 hodině dosahuje hladina glukosy v krvi zdravých osob 8–10 mmol/l. Glukosa v této fázi slouží jako hlavní zdroj energie pro většinu tkání a je ukládána ve formě glykogenu v játrech. Po cca 1 hodině po jídle začne hladina glukosy klesat, poněvadž glukosa je spotřebovávána katabolismem a ukládáním. Normoglykemie je opět ustavena po cca 2–4 hodinách. Po této době je v játrech zahájen proces glykogenolýzy a glukóza je uvolňována z jater do krve. Jakmile zásoba glykogenu klesá, začínají být odbourávány také lipidy v tukové tkáni hormon-senzitivní lipasou a do krve jsou dodávány mastné kyseliny a glycerol. Mastné kyseliny slouží jako alternativní palivo pro některé tkáně a glycerol je využíván pro glukoneogenezi. Během nočního lačnění je glukosemie udržována oběma procesy – glykogenolýzou a glukoneogenezí. Po přibližně 30 hodinách lačnění jsou zásoby glykogenu v játrech prakticky vyčerpány. Glukoneogeneze se stává jediným zdrojem glukosy v krvi. Změny metabolismu glukosy probíhající při přechodu od fáze nasycení do fáze hladovění jsou regulovány především hormony inzulinem a glukagonem. Inzulin je zvýšen po jídle, glukagon se zvyšuje v průběhu hladovění. Metabolismus glukosy po jídle ( resorpční fáze) metabolismus řízen insulinem • většina tkání využívá glukosu jako zdroj energie, probíhá glykolýza • glukosa se ukládá „na horší časy „ ( játra, sval) – probíhá syntéza glykogenu v játrech a svalech • acetylCoA vzniklý glykolýzou může být využit k syntéze mastných kyselin a následně lipidů („tloustneme po sladkém“) 3_patobiochemie-sacharidy 32 Po jídle obsahujícím sacharidy hladina glukosy v krvi stoupá. Po 0,5–1 hodině dosahuje hladina glukosy v krvi zdravých osob 8–10 mmol/l. Glukosa v této fázi slouží jako hlavní zdroj energie pro většinu tkání a je ukládána ve formě glykogenu v játrech. Po cca 1 hodině po jídle začne hladina glukosy klesat, poněvadž glukosa je spotřebovávána katabolismem a ukládáním. Normoglykemie je opět ustavena po cca 2–4 hodinách. Po této době je v játrech zahájen proces glykogenolýzy a glukóza je uvolňována z jater do krve. Jakmile zásoba glykogenu klesá, začínají být odbourávány také lipidy v tukové tkáni hormon-senzitivní lipasou a do krve jsou dodávány mastné kyseliny a glycerol. Mastné kyseliny slouží jako alternativní palivo pro některé tkáně a glycerol je využíván pro glukoneogenezi. Metabolismus glukosy delší dobu po jídle nebo při hladovění metabolismus řízen glukagonem (příp. stresovými hormony) • organismus „šetří“ glukosu • glukosa je využívána hlavně CNS a erythrocyty, ostatní tkáně metabolizují jiné živiny, zejména MK • hladina glukosy je doplňována odbouráváním glykogenu a glukoneogenezí v játrech 3_patobiochemie-sacharidy 33 Metabolismus glukosy při krátkdobém stresu • metabolismus řízen stresovými hormony (adrenalin, noradrenalin) • příprava na boj nebo útěk (fight or flight) • prioritou je zásobení svalu glukosou • v játrech glykogenolýza, glukoneogenze • ve svalech lipolýza, glykogenolýza a glykolýza Zdroje glu v různých fázích metabolismu 343_patobiochemie-sacharidyTEST Poruchy metabolismu sacharidů Glykemie a hormony Koncentrace glukózy v krvi (glykemie) je za fyziologických podmínek udržována v úzkém rozmezí hodnot 3,9–5,6 mmol/l nalačno a po jídle nižší než 10 mmol/l. Je přísně regulována řadou mechanismů: inzulinem, který glykemii snižuje, a antiinzulinárně působícími hormony − glukagonem, katecholaminy, glukokortikoidy a růstovým hormonem, které glykemii zvyšují. Na regulaci glukózové homeostázy se dále významně podílejí játra. Udržení stálé hodnoty glykemie je nezbytné pro činnost CNS a jiných tkání a buněk (např. erytrocytů). • zvýšení hladiny glukózy v krvi nad 7,77 mmol/l - hyperglykemie • snížení pod 2,5 mmol/l - hypoglykemie •enzymopatie nebo regulační poruchy (diabetes) Hypoglykemie - nedostatečné energetické zásobení mozku (neuroglykopenie),zvýšení sekrece katecholaminů (palpitace, úzkost, chvění, pocení) Vznik: 1. z nedostatečného přívodu glukózy do krevní cirkulace 2. z příliš rychlého vychytávání z cirkulace Hypoglykemie při lačnění - poruchy metabolismu cukrů, nádory, endokrinopatie, cirhóza jater, v těhotenství, u novorozenců, navozená léky Hyperglykémie - Diabetes mellitus, endokrinní choroby, choroby pankreatu, jater, těžká akutní onemocnění (infekce) 353_patobiochemie-sacharidy Dědične poruchy metabolismu sacharidů • Poruchy metabolismu monosacharidů („male molekuly“) • Fruktosa • Galaktosa • Poruchy metabolismu polysacharidů („velke molekuly“) • Glykogenosy (tež deficit produktu) • Poruchy glykosylace proteinů (a lipidů) • deficit produktu • Diabetes mellitus jako komplexní metabolická choroba biochemie diabetu • molekulární výklad pozdních následků diabetu 363_patobiochemie-sacharidy Diabetes mellitus (DM) je chronické onemocnění s vysokou morbiditou a mortalitou, u něhož je v posledním desetiletí zaznamenáván výrazný nárůst. V současnosti je v České republice evidováno více než 800 000 diabetiků. DM zahrnuje heterogenní skupinu chronických metabolických chorob, jejichž základním projevem je hyperglykemie. Vzniká v důsledku nedostatku inzulinu, jeho nedostatečného účinku (někdy se mluví o relativním nedostatku) nebo kombinací obojího. Výsledkem nedostatku inzulinu je narušení transportu glukózy z krve do buňky buněčnou membránou, což vede k hyperglykemii a nedostatku glukózy intracelulárně. Nedostatečná utilizace glukózy buňkami je nahrazována jinými zdroji energie. Stimuluje se glukoneogeneze a glykogenolýza, dále se zvyšuje lipolytické štěpení triacylglycerolů na mastné kyseliny a glycerol v adipocytech. Odbouráváním mastných kyselin β-oxidací vzniká nadbytečný acetyl-CoA, z něhož vznikají v játrech ketolátky – acetacetát, 3-hydroxybutyrát a aceton. Acetacetát může sloužit jako zdroj energie pro činnost svalů a mozku místo glukosy. Jestliže tvorba ketolátek překročí jejich utilizaci periferními tkáněmi, rozvíjí se ketoacidóza. Vzhledem k tomu, že ketolátky jsou rozpustné ve vodě a vylučují se močí, nastává ketonurie. Do moči se také dostává nadbytek glukózy a rozvíjí se glukosurie. Protože glukoza i ketolátky jsou osmoticky aktivní, strhávají s sebou do moči i větší množství vody, což je podkladem polyurie. Z výše uvedeného vyplývají i charakteristické příznaky DM jako je žízeň a polyurie; rovněž zjišťujeme nechutenství a úbytek hmotnosti. Chronická hyperglykemie je spojena s porušenou funkcí řady orgánů, zvláště ledvin, očí, nervového a cévního systému. 37 3_patobiochemie-sacharidy TEST Poruchy metabolismu glukózy Diabetes mellitus (nedostatek inzulinu - vzestup koncentrace glukózy v plazmě,vylučování glukózy močí) Typu 1 (insulin-dependentní, juvenilní typ, IDDM) • polygenní autoimunitní choroba, absolutní nedostatek inzulinu • genetická predispozice kombinovaná s: virová infekce, toxiny, stres (několik let, 5−10 % nepoznaných diabetiků) • pomalá destrukce β-buněk Langerhansových ostrůvků zprostředkované aktivovanými T-lymfocyty a cytokiny - insulitis (lymfocytová infiltrace ostrůvkových buněk, zánět). Insulitida snižuje počet funkčních β-buněk v pankreatických buňkáchporuchy syntézy a sekrece insulinu. Typ2 (non–insulindependentní neboli adultní typ, NIDDM) • kombinace dědičných faktorů a prostředí • kombinace inzulinové rezistence a relativního nedostatku insulinu (abnormální insulinové receptory, protilátky proti insulinu) • rezistence na působení insulinu: snížený počet plazmatických membránových receptorů na cílových buňkách, postrecepční blokáda nitrobuněčného metabolismu glukózy (snížený počet receptorů, snížená afinita; snížená aktivita komplexu; abnormální převod signálu nebo abnormální fosforylační reakce pro nadměrnou tvorbu TNFα). • postupná ztráta schopnosti β-buněk reagovat na glukózu, rezistencí na insulin, dysregulací produkce glukózy v játrech 38TEST Rozdíly mezi typy diabetu Typ 1 Typ 2 Věk obvykle pod 30 obvykle nad 30 Častost (% všech diabetiků) 10−20 % 80−90 % Vznik symptomů akutní nebo subakutní pomalý Obezita není obvyklá velmi častá Vyvolávající faktory změněná imunitní reakce po virové infekci obezita, těhotenství, stres Obsah pankreatického insulinu nepřítomen nebo stopy nízký, normální, vysoký Glukagon v plasmě vysoký, ale potlačitelný insulinem vysoký, ale rezistentní na insulin Protilátky proti pankreatickým ostrůvkům přítomny u 85 % případů méně než u 5 % Primární rezistence na insulin minimální obvykle výrazná Odpověď na léčení insulinem +++ + až Odpověď na dietní léčbu samotnou nepatrná vždy přítomna, ale různého stupně Odpověď na léčbu perorálními antidiabetiky nepřítomná přítomná Obvyklé akutní komplikace ketoacidóza hyperosmolární kóma Sdružení s HLA ano ne Komplikace: Diabetická ketoacidóza, hypoglykemie, diabetická nefropatie, paradentóza 393_patobiochemie-sacharidy Diabetes mellitus absolutní nebo relativní nedostatek insulinu Poruchy metabolismu při diabetu Glukagon >>>>> insulin štěpení glykogenu glukosa nevstupuje glukoneogenese do svalů, tuk. buněk uvolňování MK z tukové tkáně 3_patobiochemie-sacharidy 40 • hladina glukosy v krvi je vysoká, ale tkáně mají nedostatek glukosy • glukosa v moči - glukosurie • zvýšené uvolňování MK z tuk. tkáně  zvýšená tvorba acetylCoA -oxidací tvorba ketonových látek (acetoacetát, 3-hydroxybutyrát, aceton) ketoacidosa 3_patobiochemie-sacharidy 41 • hypoglykemické koma Příčina: předávkování insulinem, zvýšená fyzická zátěž, vynechání příjmu potravy Příznaky: pocení, poruchy vědomí, kóma Nález: hypoglykemie Komplikace při diabetu • hyperglykemické kóma absolutní či relativní nedostatek insulinu Příčina: zátěž, stres, nemoc Příznaky: dehydratace, aceton v dechu a v moči, hypoxie, šokový stav, ketoacidóza, laktacidóza Nález: acidóza, laktát a -hydroxybutyrát v krvi 3_patobiochemie-sacharidy 42 Dlouhodobé komplikace diabetu Neenzymová glykace proteinů - glukosa se váže na koncové - NH2 skupiny proteinů •  změna vlastností glykovaných proteinů • tvorba volných radikálů během glykace 3_patobiochemie-sacharidy 43 Neenzymová glykace proteinů (Maillardova reakce) Dlouhodobě zvýšená hladina glukosy vede ve zvýšené míře ke glykaci proteinů. Glykovaný hemoglobin nebo glykovaný albumin bývají jsou využívány pro zjištění informace o průběhu glykace za určité časové období (viz praktické cvičení). Tvorba dalších glykovaných proteinů, zejména s delším poločasem má však závažné důsledky. Ty vyplývají z pozměněné struktury proteinů a tím změny jejich vlastností (inaktivace enzymů, inhibice tvorby regulačních molekul, snížená citlivost k proteolýze, abnormality ve funkci, zvýšená imunogenita, zesíťování glykoproteinů, apod). 3_patobiochemie-sacharidy 44 Oxidační stres Hydroxylové skupiny v molekule glukosy se také mohou účastnit přenosu elektronů a podílet se tak na vzniku reaktivních radikálů. Navíc molekuly glukosy a v menší míře i fruktosy mohou podléhat autooxidaci a generovat superoxidový radikál a následně peroxid vodíku, ze kterého se tvoří hydroxylový radikál. Konečným produktem autooxidace glukosy jsou reaktivní dikarbonylové sloučeniny, které se mohou podílet na fragmentaci polypeptidových řetězců. Tvorby reaktivních forem kyslíku se mohou účastnit i glykované proteiny. Takto vyvolaná tvorba pokročilých produktů glykace(označovaných AGE – advanced glycation endproducts), má závažné důsledky pro rozvoj kardiovaskulárních komplikací diabetu. Po vazbě AGE na receptory na makrofázích nebo na endotelových buňkách v cévách dochází k uvolnění cytokinů: interleukinů-1, -6 a -18, a tumor nekrotizujícího faktoru alfa (TNF-α), které mohou působit na trombocyty a negativně ovlivnit fibrinolytický systém. V endotelových buňkách mohou cytokiny indukovat syntézu cytoadhezivních molekul (E selektinu a adhezivních molekul pro leukocyty) a ovlivňovat tak interakci arteriální stěny s cirkulujícími elementy. Hodnocení glykemie v plazmě nalačno R o z h o d o v a c í m e z e Interpretace Koncentrace glukosy v plazmě nalačno Vyloučení diabetu < 5,6 mmol/l Prediabetes (zvýšená glykemie) 5,6 – 6,9 mmol/l Diabetes mellitus ≥ 7,0 mmol/l Referenční interval koncentrace glukosy nalačno v plazmě dospělých: 3,9 – 5,6 mmol/l Glykemie se stanovuje v žilní plasmě. Hodnoty glykemie jsou pro dospělou populaci. Diagnozu diabetu nutno potvrdit opakovaným měřením. Hodnocení se provádí na základě Doporučení České společnosti klinické biochemie a České diabetologické společnosti (2012) dle doporučení WHO, www.čskb.cz 3_patobiochemie-sacharidy 45 Stanovení koncentrace glukózy v krvi • je vyšetřením, které poskytne základní informaci o sacharidovém metabolismu. Odebírá se kapilární nebo venózní krev a glukóza se stanovuje v plné krvi, plazmě nebo séru. • Při stanovení glukózy v plné krvi jsou hodnoty o 10–15 % nižší (v závislosti na hematokritu), v arteriální krvi jsou o 10 % vyšší než ve venózní (arteriovenózní rozdíl). Pro zabránění glykolýzy se do odběrových nádobek přidává NaF (2,5 mg na 1 ml plné krve). • Vyšetření koncentrace glukózy v krvi má potřebnou informační hodnotu pouze tehdy, pokud je znám časový interval mezi odběrem krve a příjmem potravy. • Vyšetření glykemie se provádí: • nalačno (krev se odebírá nejméně 8 hodin po příjmu potravy) – indikováno při vyhledávání diabetiků a určení diagnózy DM; • náhodně naměřená glykemie (krev se odebírá bez udání časového vztahu k příjmu potravy) – provádí se při podezření na hypoglykemii nebo hyperglykemii; • po jídle – postprandiální glykemie (1 hodinu po jídle obsahujícím sacharidy) – indikováno při kontrole účinnosti léčby DM; • jako glykemický profil – glykemie se stanovuje několikrát denně, obvykle před hlavními jídly, někdy i po jídle a v noci. 463_patobiochemie-sacharidy Metody stanovení glykémie Stanovení glykemie v laboratorních podmínkách Ke stanovení koncentrace glukózy se používají různé metody. Rozšířené jsou metody enzymové. Glukózu můžeme stanovit pomocí každého enzymu, který ji metabolizuje. Glukózaoxidázová reakce Doporučená rutinní metoda využívá spřažených enzymových reakcí glukózaoxidázy (GOD, EC 1.1.3.4) a peroxidázy (POD, EC 1.11.1.7). V první reakci enzym glukózaoxidáza katalyzuje oxidaci glukózy vzdušným kyslíkem za vzniku kyseliny glukonové, která přechází ve vnitřní ester glukonolakton. Je známo, že v roztoku je 36 % glukózy ve formě α-anomeru a 64 % ve formě β-anomeru. GOD je vysoce specifická pro β-D-glukopyranosu. Aby se mohly oxidovat oba anomery, je nutná mutarotace αna β-anomer, ke které dojde spontánně v průběhu dostatečně dlouhé inkubace. Jako vedlejší produkt glukózaoxidázové reakce se vytváří ekvimolární množství peroxidu vodíku. V další reakci katalyzované peroxidázou reaguje vznikající peroxid vodíku s vhodným chromogenem, který se oxiduje na reaktivní meziprodukt, a ten s další látkou kopuluje na stálé rozpustné barvivo. Příkladem může být oxidační kopulace derivátu fenolu se 4-aminoantipyrinem na červené barvivo, jehož absorbance se po ustálení reakční rovnováhy měří. Jiné metody využívají měření úbytku kyslíku, ke kterému dochází v průběhu reakce katalyzované glukózaoxidázou a který můžeme sledovat elektrochemicky kyslíkovou elektrodou nebo enzymovou elektrodou. Hexokinázová reakce Vysokou specifitou se vyznačuje metoda hexokinázová. Hexokináza (EC 2.7.1.1) fosforyluje glukózu v přítomnosti ATP na glukóza-6-fosfát. V dalším kroku se glukóza-6-fosfát oxiduje pomocí glukóza-6-fosfátdehydrogenázy proti NADP+ na 6-fosfoglukonolakton. Redukci NADP+ na NADPH lze vyhodnocovat přímou fotometrií v UV oblasti na principu Warburgova optického testu. 473_patobiochemie-sacharidy • Stanovení glykemie v mimolaboratorních podmínkách • Glykemie patří mezi parametry, které se často vyšetřují i bez laboratorního zázemí. Rychlé orientační stanovení glykemie je běžné v urgentní péči. U pacientů léčených inzulínem se také s výhodou pravidelně sleduje glykemie pomocí osobního glukometru a na základě naměřených hodnot se upravuje léčba. Koncentrace glukózy v krvi patří mezi parametry nejčastěji stanovované technikami vyšetření v místě péče o pacienta (point of care testing, POCT). Nutno ovšem mít na paměti, že metody POCT, jakkoli zlepšují kvalitu péče i komfort nemocného, nenahrazují pravidelné lékařské vyšetření ani laboratorní kontroly. • Metody rychlého stanovení glykemie využívají několika principů. Výchozím materiálem je obvykle kapka plné kapilární krve, která se aplikuje na testovací proužek. • Nejstarší, ale dosud užívané proužky, jsou založeny na stejných reakcích jako fotometrické měření koncentrace glukózy. Kapilární krev vzlíná několika vrstvami z různých materiálů, díky čemuž se oddělí krvinky a do reakční zóny proniká jen plazma. Reakční zóna obsahuje glukózaoxidázu, peroxidázu a vhodný chromogen. V závislosti na koncentraci glukózy se vyvíjí různě intenzivní zbarvení. Vyhodnocení se provádí buď vizuálně srovnáním s barevnou stupnicí nebo pomocí glukometru – jednoúčelového reflexního fotometru. Výhodou vizuálního hodnocení je jeho nezávislost na jakémkoli přístrojovém vybavení. Stanovení glykemie tímto přístupem je sice jen přibližné, zejména v urgentní péči v terénu však zcela postačující. Glukometry založené na reflexní fotometrii jsou v současnosti vytlačovány spolehlivějšími elektrochemickými analyzátory. 483_patobiochemie-sacharidy Orální glukosový toleranční test (oGTT) G l u k o s o v á t o l e r a n c e Koncentrace glukosy v plazmě 2 hod po zátěži Normální (vyloučení diabetu mellitu)  7,8 mmol/l Porušená glukosová tolerance 7,8 - 11 mmol/l Diabetes mellitus ≥ 11,1 mmol/l Hodnoty glykemie jsou pro dospělou populaci. Pro vyslovení diagnozy musí být výsledek potvrzen opakovaně. Při nálezu porušené glukosové tolerance se oGTT opakuje ve dvouletých intervalech. Hodnocení se provádí na základě Doporučení České společnosti klinické biochemie a České diabetologické společnosti (2012) dle doporučení WHO, www.čskb.cz 3_patobiochemie-sacharidy 49 503_patobiochemie-sacharidy 513_patobiochemie-sacharidy 52 3) Glykogen a Glykogenózy (glycogen storage disease, GSD) 3_patobiochemie-sacharidy Glykogenózy (glycogen storage disease, GSD) • jsou dědičné metabolické poruchy s deficitem aktivity enzymu nebo transportního proteinu, které mají za následek buď abnormální strukturu glykogenu, nebo jeho abnormální obsah v tkáních. • Dědičnost všech typů GSD je autosomálně recesivní, výjimkou jsou pouze dva podtypy GSD IX, u kterých je dědičnost vázána na X-chromozom. • Příčina těchto chorob je nulová nebo nedostatečná syntéza funkčních proteinů (enzymů a transportérů), které se účastní buď glykogenolýzy nebo glykogenosyntézy. Podle toho, o který enzym jde, je možno glykogenózy rozdělit do několika typů, které se liší jak klinickým průběhem, tak i biochemickým nálezem a prognózou • Biochemický obraz Nejčastěji v laboratorním vyšetření dominují tyto příznaky: • hypoglykemie • hyperlaktátemie • metabolická acidóza • hyperlipidemie • hyperurikemie • . 533_patobiochemie-sacharidyTEST Klasifikace a základní charakteristiky glykogenóz Dělení Podle typu střádání •se střádáním v cytosolu – všechny GSD kromě II •se střádáním v lysosomech – GSD II Podle orgánového postižení •generalizované: II, IV •jaterní: Ia, Ib, III, VI, IX, 0 •svalové: V, VII; postižení svalstva může být součástí typu II, III, IX •s postižením myokardu: II, III, jeden z podtypů IX •s postižením ledvin: Ia, Ib •Svalové glykogenózy příznaky: svalová slabost a ochablost, únava, při zvýšené námaze bolesti svalů a ataky myolýzy (ev. i hemolýzy) Projevují se obvykle po 20. roce života laboratorní nález: zvýšená hladina CK-MM, AST, ALT, LDH; v moči myoglobinurie; protože svalová tkáň neovlivňuje homeostázu glukózy, u typu V, VII (výhradně svalové GSD) není ve výsledcích krevního rozboru hyperlaktacidémie a dyslipidémie léčba: symptomatická; prokázán příznivý vliv zvýšeného příjmu bílkovin •Jaterní glykogenózy příznaky: hepatomegalie, menší vzrůst laboratorní nález: hyperlaktacidémie, dyslipidémie, ketotická hypoglykémie, hyperurikémie 543_patobiochemie-sacharidyTEST Přehled glykogenóz typu I-V[1] typ glykogenózy poškozený enzym místo střádání hlavní klinické znaky I – von Gierkova glukóza-6-fosfatáza játra, ledviny pomalý růst, hypoglykemie, hepatomegalie II – Pompeho lyzosomální α- glukosidáza svaly, játra srdeční selhání, hypotonie III – Corriho enzym odvětvující glykogen játra, svaly pomalý růst, svalová slabost, hypoglykemie IV – Andersenova enzym větvící glykogen játra, svaly neprospívání, jaterní selhání, svalová slabost V – McArdleho fosforyláza (svalová) svaly svalová slabost, křeče 55 0 glykogensyntháza játra stearoza jater, hypoglykémie při hladovění VI Glykogefosforyláza (jaterní) játra Hepatomegalie, hypoglykémie při hladovění, ketonurie TEST • Dědičné, deficit aktivity enzymu, transportního proteinu (glykogenolýza, glykogenosyntézy) , abnormální strukturu glykogenu, nebo jeho abnormální obsah v tkáních Glykogenóza typu 0 (aglykogenóza) Chybí glykogensyntetázy v játrech .Jaterní glykogen snížen pod 2 %. Těžké hypoglykémie s křečemi – poškození mozku a mentální retardaci. Glykogenóza typ Ia (von Gierkova nemoc) Porucha aktivity glukóza-6-fosfatázy kojeneckém věku progredující hepatomegalií a hypoglykemickými křečemi nalačno., opožděný růst, nefromegalie a s ní související poruchy ledvin s hypertenzí dna, adenomy v játrech. Glykogenóza typ Ib Defekt glc-6-P translokasy ,Klinicky neodlišitelná od Ia, neutropenie s dysfunkcí neutrofilů → časté infekce respiračního traktu, močových cest a kůže; střevního zánětu Glykogenóza typ II (generalizovaná, Pompeho choroba) Glykogenóza typ III (Coriho nemoc, Forbesova nemoc) porucha enzymů odbourávajících větvení glykogenu (debrancher amylo-1,6-glukosidasy a oligo-1,4glukantransferasy).podobný obraz jako GSD I, má ale mírnější průběh. Glykogenóza typ IV (Andersenova choroba) vzácná, defektní enzym je amylopektinosa (větvícíh enzym) → hromadění polysacharidu bez větvících bodů. Glykogenóza typ V (McArdlerův syndrom) Deficit myofosforylasy → svaly mají zvýšený obsah glykogenu, který tvoří vakuoly (až 4 %)., Snížená tolerance tělesné námahy. Glykogenóza typ VI (Hersova choroba), Deficit jaterní fosforylasy. Glykogenóza typ VII (Taruiova choroba), Deficit fosfofruktokinasy ve svalech a erytrocytech., Snížená tolerance tělesné námahy, zvýšený obsah glykogenu ve svalech. hemolytické anémie. Glykogenóza typ IX, Deficit kinasy fosforylasy. Glykogenózy 56 3_patobiochemie-sacharidyTEST 573_patobiochemie-sacharidy Glykogenóza typu 0 (aglykogenóza) • Chybění enzymu glykogensyntetázy v játrech (ve svalech, leukocytech a enterocytech nechybí). Jaterní glykogen je snížen pod 2 % obvyklého. • Klinický obraz: Stavy těžkých hypoglykémií s křečemi – vedou k poškození mozku a k mentální retardaci. Vyskytují se hlavně ráno, po nočním hladovění, jsou provázeny ketonémií. Po aplikaci glukózy pozorujeme protrahovanou hyperglykémii a zvýšení laktátu v séru (játra netvoří glykogen, glukóza se metabolizuje na laktát). • Neodkladná diagnostika je nezbytná k přežití dítěte. • Epizodám hypoglykémií lze předcházet častým podáváním jídel bohatých na bílkoviny. 583_patobiochemie-sacharidy Glykogenóza typ Ia (von Gierkova nemoc) Porucha aktivity glukóza-6-fosfatázy (přeměňuje glukóza-6-P na glukózu, ta je v případě potřeby uvolňována z jater do krve). AR dědičné onemocnění, gen je na 17. chromosomu. Klinický obraz Začíná v kojeneckém věku progredující hepatomegalií (jaterní funkce jsou normální, cirhóza se nerozvíjí) a hypoglykemickými křečemi nalačno. •Během horečnatých stavů jsou hypoglykémie častější a doprovází je laktátová acidóza (hyperlaktacidémie je • důsledkem nadbytku glukosa-6-fosfátu, který je při nemožnosti hydrolýzy na glukosu, metabolizován dále glykolýzou, • jejímiž produkty jsou laktát a pyruvát) s Kussmaulovým dýcháním. •Charakteristická facies: „doll face“ (obličej panenky). •Organismus se na hypoglykémii adaptuje – klesá sekrece inzulinu, to aktivuje lipázu v tukové tkáni → • dojde k hyperlipoproteinémii → jejich zvýšeným odbouráváním vznikají ketolátky, které se spolu s laktátem podílejí na acidóze. •Podání glukagonu nezvyšuje glukózu, ale laktát. •Galaktóza, fruktóza a glycerol taktéž vyžadují pro přeměnu v glukózu jaterní G-6-Pázu → podání sacharózy a laktózy vede • k hyperlaktacidémii s pouze malým vzestupem hladiny glukózy v krvi. •Zpomaluje se růst a puberta se opožďuje. •V dospělosti se mohou objevit xantomy, nefromegalie a s ní související poruchy ledvin s hypertenzí, dna, adenomy v játrech. Laboratoř •hypoglykémie nalačno (časté jen u kojenců a batolat) •hyperlipidémie a hyperlaktacidémie, která blokuje vylučování kys. močové a podmiňuje hyperurikémii Diagnostika •UZ: hepatomegalie a nefromegalie, v játrech mohou být adenomy •Biopsie jater: steatóza a zmnožení glykogenu Terapie Cílem je zabránit stavům těžké hypoglykémie a MAc •dietní terapie – frekventní podávání výživy s omezením živočišných tuků, laktózy, sacharózy a fruktózy •Kalorickou potřebu hradíme hlavně maltodextriny a škroby. •Od batolecího věku podáváme po každém jídle kukuřičný škrob. •V noci je vhodná kontinuální výživa nazogastrickou sondou tak, abychom 30 % denního příjmu podali v noci. •Při akutním metabolickém rozvratu s laktátovou acidózou během infekcí musíme podávat i.v. glukózu. •Podpůrná farmakoterapie: podávání inhibitoru xantinoxidasy k prevenci dny a urátové nefropatie • (protože je však kys. močová silný antioxidant, je snaha udržet její hladinu v krvi na horní hranici normálního rozmezí); • při závažné hypertriacylglycerolémii – kys. nikotinová a fibráty (ke snížení rizika cholelithiázy a pankreatitidy). Komplikace Jaterní adenomy, osteopenie, anémie, polycystická ovaria, plicní hypertenze, deprese (vyčerpávající léčba). Prognóza V dětství je dobrá, v dospělosti hrozí rozvoj jaterních, renálních a kardiovaskulárních komplikací. 593_patobiochemie-sacharidy 603_patobiochemie-sacharidy 613_patobiochemie-sacharidy 623_patobiochemie-sacharidy 2) Glykogenóza typ Ib • Defekt glc-6-P translokasy (transportér glukosa-6-fosfátu přes membránu ER). • Klinický obraz Je neodlišitelná od Ia. • Mezi příznaky patří – neutropenie s dysfunkcí neutrofilů → časté infekce respiračního traktu, močových cest a kůže. • Většina pacientů má projevy nespecifického střevního zánětu (protrahované průjmy). • Farmakoterapie • Profylaxe s cotrimoxazolem; podávání GCSF (granulocyte colony-stimulating factor, faktor stimulující tvorbu granulocytů) → dlouhodobě však vede k hypersplenismu, karcinomu ledvin, AML. 633_patobiochemie-sacharidy Glykogenóza typ II (generalizovaná, Pompeho choroba) V roce 1932 popsal tuto chorobu holandský patolog dr. J. C. Pompe[2]. Jedná se o AR dědičné onemocnění způsobené mutací genu pro lysozomální kyselou α-1,4-glukosidázu (GAA). Gen pro GAA byl lokalizován na dlouhém raménku 17. chromozomu (17q23)[2]. Následkem deficitu nebo nedostatečné aktivity enzymu GAA dochází k akumulaci lysozomálního glykogenu v mnoha tkáních, především v kosterních svalech a u kojenců i v myokardu, v menší míře také v endotelu cévního systému, v CNS (především v astrocytech), v játrech a ledvinách[2]. Incidence: 1:40 000, v ČR jsou v současnosti diagnostikováni 4 pacienti (předpokládá se ale značné poddiagnostikování této choroby díky nedostatečnému novorozeneckému screeningu)[2]. Prenatální diagnostika je možná – nález abnormálních lyzosomů v amniocytech. Klinický obraz Klasická infantilní forma (IIa) Postihuje kojence (enzymopatie) − vždy letální. Během týdnů a měsíců se dítě stane zcela hypotonickým – chabě saje (→neprospívání), dýchá povrchně (→ náchylnost k respiračním infekcím a spánkové apnoe). Zřetelná kardiomegalie, na EKG vysoké P, zkrácený PQ a převodové poruchy. Játra mírně zvětšená, popsána také makroglosie. Vědomí není porušeno, intelekt také ne. Časté aspirační pneumonie s atelektázami Smrt kolem 2 let na respirační selhání. Laboratorní nález Zvýšená hladina jaterních a svalových enzymů v krvi (ALT, AST, LDH, CK). V moči přítomnost oligosacharidů. 643_patobiochemie-sacharidy 653_patobiochemie-sacharidy 663_patobiochemie-sacharidy Pozdní typ − juvenilní a adultní forma (IIb) • Postihuje starší děti a dospělé (enzymopenie) • Klinicky heterogenní (dáno množstvím různých mutací, které se mohou v genu pro GAA vyskytovat; bylo jich popsáno již přes 200) → závažnost je dána zbytkovou aktivitou enzymů. • kardiomegalie je menší, EKG normální, často arytmie. • Smrt obvykle okolo 30. až 40. roku života (podle věku manifestace). Někdy nemusí zkracovat délku života, umožňuje sedavé zaměstnání. • Příznaky • Dominuje postižení svalů (svalová slabost, hypotonie) pánevního pletence (obtížné vstávání) a faryngu (problémy s příjmem potravy), zasaženo je také respirační svalstvo (apnoické pauzy ve spánku, dušnost) → nejčastější příčinou smrti je respirační selhání; myokard však postižen nebývá. • Diagnostika Klinické vyšetření. • Laboratorní nález snížené aktivity GAA v leukocytech nebo fibroblastech. • Molekulárně-biologicky zjištěná mutace genu pro daný enzym. • Průkaz depozit glykogenu v bioptickém vzorku (svalu). • Biopsie kůže – elektronovým mikroskopem zjistitelná abnormalita lysosomů. • Léčba • Pouze zpomaluje progresi; enzymová substituční terapie (ERT – enzyme replacement therapy) preparátem Myozyme® (infuzní formou), obsahuje prekurzor GAA α-glukosidázu, která je kyselým prostředím v lysosomech přeměněna na aktivní enzym; symptomatická terapie (rehabilitace, podpůrná medikace, balneoterapie). 673_patobiochemie-sacharidy Glykogenóza typ III (Coriho nemoc, Forbesova nemoc) • Vzácné AR dědičné onemocnění. Jedná se o poruchu enzymů odbourávajících větvení glykogenu (debrancher amylo-1,6-glukosidasy a oligo-1,4glukantransferasy). Vyvolává podobný obraz jako GSD I, má ale mírnější průběh. 683_patobiochemie-sacharidy Glykogenóza typ IV (Andersenova choroba) • Vzácné AR dědičné onemocnění, dosud popsáno asi 10 případů. Defektní enzym je amylopektinosa (větvící enzym) → hromadění polysacharidu bez větvících bodů. • Infantilní typ • Projevy • Těžké postižení jater (cirhóza, hepatosplenomegalie, portální hypertenze) a srdce, ascites; rychle progredující, s infaustní prognózou (smrt nastává obvykle následkem srdečního nebo jaterního selhání v 1. roce života) • Juvenilní, adultní forma • Atypická, manifestace je generalizovaná. 693_patobiochemie-sacharidy Glykogenóza typ V (McArdlerův syndrom) • Deficit myofosforylasy → svaly mají zvýšený obsah glykogenu, který tvoří vakuoly (až 4 %). • Projevy Snížená tolerance tělesné námahy. 703_patobiochemie-sacharidy • Glykogenóza typ VI (Hersova choroba) • Deficit jaterní fosforylasy. • Glykogenóza typ VII (Taruiova choroba) • Deficit fosfofruktokinasy ve svalech a erytrocytech. • Projevy • Snížená tolerance tělesné námahy, zvýšený obsah glykogenu ve svalech. Mohou se vyskytovat i hemolytické anémie. • Glykogenóza typ IX • Deficit kinasy fosforylasy. 713_patobiochemie-sacharidy 4A) Poruchy metabolismu fruktózy • Nadbytek obsažené glukózy tento fenomén zesiluje. • Fruktóza pocházející ze sacharózy může být u lidí přeměněna na glukózu a laktát ještě před vstupem do portálního oběhu. Společně s glucitolem je fruktóza obsažena v lidské čočce, kde se může hromadit při diabetu a způsobit vznik diabetické katarakty. Je také obsažena v seminální plazmě a secernována do fetálního oběhu kopytníků a kytovců, kde funguje jako významný zdroj energie. Po užití velkého množství sacharózy (řepného či třtinového cukru) dojde po jejím následném rozkladu k zvýšené hladině fruktózy. Fruktóza je glykolýzou v játrech rozložena podstatně rychleji než glukóza, což má za následek rychlý průtok některými jaterními metabolickými drahami, a následně dojde k zvýšené tvorbě mastných kyselin, jejich esterifikaci, a sekreci VLDL − může dojít k vzestupu hladiny triacylglycerolů v séru. 72 3_patobiochemie-sacharidy Z počátku není odbourávání fruktózy závislé na glukóze, následné metabolické kroky mohou vstupovat do glykolýzy. Možnou komplikací je hereditární intolerance fruktózy zapříčiněna nepřítomností jaterní aldolázy B, která metabolizuje fruktóza-1-fosfát na glyceral a glyceron-3-fosfát, či defekt fruktóza-1,6-bifosfatázy, která způsobuje hromadění fruktózo-1-fosfátu vedoucí k inhibici glykolýzy a glykogenolýzy, následně vede k hypoglykémii. Ačkoli dochází k fosforylaci fruktózy, buňka nemá dostatek ATP a fosfátu a nemůže se dále odbourávat. Při chronickém příjmu fruktózy může dojít k ireverzibilní destrukci jater. Léčba spočívá v dietním režimu se sníženým obsahem fruktózy. 73 Poruchy metabolismu fruktózy 1) Esenciální fruktosurie (deficit fruktokinásy) 2) Hereditální intolerance fruktosy (deficit aldolázy B) 3) Hereditální deficit fruktoso 1,6-bisfosfatásy 3_patobiochemie-sacharidy TEST 74 1) Esenciální fruktosurie (deficit fruktokinásy) 2) Hereditální intolerance fruktosy (deficit aldolázy B) 3) Hereditální deficit fruktoso 1,6-bisfosfatásy 3_patobiochemie-sacharidy Poruchy metabolismu fruktózy 1) Esenciální fruktosurie Benigní fruktosurie deficit fruktokinázy, fruktóza resorbovaná střevem nemůže být v organismu nijak metabolicky užita a vylučuje se močí bez klinických příznaků 2) Hereditární intolerance fruktózy AR dědičné onemocnění, 1:40 000, deficit E fruktosa-6P aldolasy B v játrech patogeneze: fruktóza-6-P se hromadí v játrech, působí kompetitivní inhibici fosforylázy a brání štěpení glykogenu na glukózu, což vyvolává těžkou hypoglykémii, příznaky po narození, shodné s klasickou galaktosémií 753_patobiochemie-sacharidy 763_patobiochemie-sacharidy 773_patobiochemie-sacharidy 3) Hereditální deficit fruktoso 1,6-bisfosfatásy 783_patobiochemie-sacharidy 793_patobiochemie-sacharidy 4B_Poruchy metabolismu galaktosy 4B_Poruchy metabolismu galaktosy • Galaktosémie je zvýšení koncentrace galaktózy v krevním séru. Galaktosémie může být způsobena defekty těchto enzymů: • galaktosa-1-fosfát-uridyltransferázy, uridyldifosfátgalaktosa-4-epimerázy a galaktokinázy. 80 3_patobiochemie-sacharidy Poruchy metabolismu galaktózy Galaktosémie - zvýšení koncentrace galaktózy v séru - defekty : galaktosa-1-fosfát-uridyltransferázy, uridyldifosfátgalaktosa-4-epimerázy galaktokinázy. 1) Klasická galaktosémie AR dědičné onemocnění, 1:50 000, deficit galaktózy-1-fosfát-uridyltransferázy, která metabolizuje galaktóza-1-fosfát Patogeneze: galaktóza-1-fosfát se hromadí v játrech, ledvinách, mozku a v oční čočce; alternativní cestou se metabolizuje na galaktitol, který působí toxicky, příznaky po narození, hepatomegalie, progredující ikterus, letargie, křeče, příznaky připomínají akutní septické onemocnění s jaterním a ledvinným selháním, u neléčených - edém mozku a často oboustranná katarakta 2) Deficit galaktokinázy AR dědičné onemocnění, 1:200 000, deficit galaktokinázy, která katalyzuje přeměnu galaktosy na galaktosa-1-fosfát Patogeneze: galaktóza a galaktitol se hromadí v oční čočce a způsobují její osmotický edém, bilaterální katarakty, pseudotumor cerebri 3) Deficit uridyldifosfátgalaktosa-4-epimerázy AR dědičné onemocnění, deficit uridyldifosfátgalaktosa-4-epimerázy, připomínající klasickou galaktosemii, psychomotorická retardace 813_patobiochemie-sacharidyTEST 1) Klasická galaktosémie • Závažné AR dědičné onemocnění, incidence 1:50 000 • Příčina: chybění galaktóza-1-fosfát-uridyltransferázy, která metabolizuje galaktóza-1- fosfát • Patogeneze: galaktóza-1-fosfát se hromadí v játrech, ledvinách, mozku a v oční čočce; alternativní cestou se metabolizuje na galaktitol, který působí toxicky Klinický obraz: příznaky začínají mezi 4.– 9. dnem AR dědičné onemocnění, 1:50 000, deficit galaktózy-1-fosfát-uridyltransferázy, která metabolizuje galaktóza-1-fosfát Patogeneze: galaktóza-1-fosfát se hromadí v játrech, ledvinách, mozku a v oční čočce; alternativní cestou se metabolizuje na galaktitol, který působí toxicky, příznaky po narození, hepatomegalie, progredující ikterus, letargie, křeče, příznaky připomínají akutní septické onemocnění s jaterním a ledvinným selháním, u neléčených - edém mozku a často oboustranná katarakta, zvracení, hepatomegalie, progredující ikterus, letargie nebo křeče – Příznaky připomínají akutní septické onemocnění s jaterním a ledvinným selháním – U neléčených se vyvíjí edém mozku a často oboustranná katarakta – U NNPH se projevy objeví až po převedení na mléčnou stravu • Diagnóza: průkaz zvýšené koncentrace galaktitolu v moči a galaktóza-1-fosfátu v erytrocytech , Nutné je ale vždy potvrzení na enzymatické a molekulární úrovni • Terapie: při vyslovení podezření ihned vysazujeme mléčnou stravu – Při potvrzení diagnózy je indikována celoživotní bezlaktózová strava • Prognóza: nemusí být příznivá ani u včas rozpoznaných, protože dítě bylo galaktóze vystaveno již intrauterinně – Nejčastěji pak vzniká porucha řeči a u dívek hypergonadotrofní hypogonadismus 82 2) Deficit galaktokinázy • Vzácné AR dědičné onemocnění, incidence 1:200 000 • Příčina: chybění galaktokinázy, která katalyzuje přeměnu galaktosy na galaktosa-1-fosfát • Patogeneze: galaktóza a galaktitol se hromadí v oční čočce a způsobují její osmotický edém • Klinický obraz: obvykle bilaterální katarakty, pseudotumor cerebri • Terapie: onemocnění je léčitelné dietou s omezením laktátu, katarakty mohou vymizet[1] 833_patobiochemie-sacharidy 3) Deficit uridyldifosfátgalaktosa-4-epimerázy • Vzácné AR dědičné onemocnění • Příčina: chybění uridyldifosfátgalaktosa-4-epimerázy • Klinický obraz: – Mírná forma: částečný deficit enzymu, benigní – Těžká forma: zvracení, neprospívání, hepatopatie u novorozenců připomínající klasickou galaktosemii, psychomotorická retardace 843_patobiochemie-sacharidy 5_Dědičné metabolické poruchy komplexních molekul • [2] jsou geneticky podmíněné poruchy syntézy, transportu nebo katabolismu makromolekul. • Postihují buněčné organely, v nichž dochází k jejich syntéze či degradaci, jako jsou lyzosomy a peroxizomy, případně transportní proteiny a manifestují se pak jako poruchy buněčného transportu a zpracování. • Často se jedná o choroby střádavé. • Mezi makromolekuly, jejichž metabolizmus může být postižen, patří sfingolipidy, glykosaminoglykany (mukopolysacharidy), • oligosacharidy, myelin, mastné kyseliny s velmi dlouhým řetězcem, eterfosfolipidy (plazmalogeny), fytanát a další. • Glykoproteinózy • Mukopolysacharidózy 853_patobiochemie-sacharidy http://www.wikiskripta.eu/index.php/Mukopolysacharid%C3 %B3zy TEST • dědičné poruchy aktivity lyzosomálních enzymů (částečné odbourávání buněčných metabolitů, kt. se hromadí intracelulárně + působí toxicky na orgánové systémy: CNS, oko, skelet, viscerální orgány) • typické disproporční poruchy růstu s deformitami skeletu • mukopolysacharidy se ukládají v hepatocytech a Kupfferových buňkách, zvětšená játra, Játra jsou zvětšená. Fibróza ani cirhóza nejsou vzácné. Mukopolysacharidóza I. typu (syndrom Hurlerové, gargoylismus) deficit α-L-iduronidasy, exoglykosidasy, která odštěpuje IdUA z neredukujícího konce Dermatansulfátu, Heparasulfátu, hromadění dermatansulfátu, AR dědičnost, zvětšení lebky, silné vlasy, výraz „chrliče“ (nízké čelo, široký nos, zvětšené rty), slepota, hluchota, výrazná mentální retardace, deformity hrudníku, hepatosplenomegalie, Mukopolysacharidóza II. typu (Hunterův syndrom) deficit enzymu L-iduronosulfátsulfatasy, hromadění heparansulfátu (GR dědičnost, muži) těžká forma : rychlejší progresi a úmrtnost do 15.roku života, srdečního selhání, makrocefalus, malformace zubů, hepatosplenomegalie poruchy sluchu, demence, kardiomegalie, zúžení koronárních cév lehká forma: postižení se mohou dožít i 50 let, zpomalený růst, flekční držení prstů rukou, retinitis pigmentosa, normální intelekt, častá nedoslýchavost Mukopolysacharidóza III. typu (Sanfilipův syndrom) hromadění heparansulfátu, dominuje postižení CNS, mentální retardace, hyperaktivita, agresivita Mukopolysacharidóza IV. typu (Morquiův syndrom) hromadění keratansulfátu a chondroitinsulfátu významné postižení skeletu Mukopolysacharidóza V. typu (dříve Scheieův syndrom) mírné skeletální projevy Mukopolysacharidóza VI. typu (Marotauxův-Lamyho syndrom) hromadění dermatansulfátu, nízký vzrůst, systémové orgánové postižení, skeletální deformity Mukopolysacharidóza VII. Typu AR dědičnost, mutace β-glukuronidasy Mukopolysacharidózy 86 TEST Glykoproteinózy • zpravidla AR dědičnost • příznaky jsou podobné jako u mukopolysacharidos, avšak nedochází ke střádání mukopolysacharidů ani k mukopolysacharidurii • v moči jsou přítomny fragmenty glykoproteinů • dochází k lysosomální distenzi a sekundárně indukované zvýšené aktivitě lyzosomálních enzymů 873_patobiochemie-sacharidy Glykoproteiny • jsou bílkoviny, které mají na centrální řetězec kovalentně navázané oligosacharidy • váhový podíl sacharidů v molekule je 1% až 85% • sacharidové jednotky se na rozdíl od glykosaminoglykanů nestřídají pravidelně • mají převážně neutrální charakter • velmi častými sacharidy jsou fukóza a sialová kyselina • mají různé funkce, například jako antigeny, enzymy • jsou standardní součástí membrán, mají katalytické funkce, jsou nositely imunologické specifity, jsou součástí hlenu a taky extracelulární matrix proteinový nosič je syntetizován na drsném ER, v GA jsou na něj navazovány sacharidy dvojím způsobem: O-glykosidovou vazbou na OH skupinu Serinu nebo Threoninu proteinu pomocí N-acetylglukosaminu sacharidového řetězce N-glykosidovou vazbou na NH2 skupinu Asparaginu proteinu pomocí Nacetylglukosaminu, na který byl sacharidový řetězec přenesen z dolicholpyrofosfátového nosiče degradace v lyzosomech endoglykosidasami (fukosidasa, aspartylglukosaminidasa) a exoglykosidasami (galaktosidasa, neuraminidasa, hexosaminidasa, mannosidasa) 88 893_patobiochemie-sacharidy Vrozené poruchy glykosylace dědičné poruchy metabolismu cukrů Onemocnění způsobená defekty syntézy N-glykanů Vrozené poruchy glykosylace (CDG, congenital disorders of glycosylation) jsou onemocnění, jejichž příčina leží v defektech enzymů zúčastněných při syntéze oligosacharidových řetězců glykoproteinů. Tato onemocnění zahrnují nemoci s poruchou N-glykosylace, O-glykosylace, kombinované poruchy N-a O-glykosylace, i poruchy glykosylace lipidů. Nejčastější příčinou CDG je defektní syntéza N-glykanu. Dosud je známo 21 enzymů v syntéze N-glykanu, které mohou být defektní. Termín N-glykan se používá pro N-vázané oligosacharidy i polysacharidy. • Zatím bylo objeveno přes dvacet typů vrozených poruch glykosylace. • Předpokládá se, že většina CDG bude teprve objevena. Kongenitální poruchy glykosylace • jsou rozděleny do dvou skupin – I a II, podle defektu biochemické cesty. • Každá z těchto dvou skupin obsahuje ještě podskupinu, podle defektního enzymu. • Typ I CDG – porucha assemblace včetně poruch tvorby dolicholfosfátu • Typ II CDG – porucha transportu (processing) 903_patobiochemie-sacharidy 913_patobiochemie-sacharidy 923_patobiochemie-sacharidy Deficit glukózo-6-fosfát dehydrogenázy Deficit glukózo-6-fosfát dehydrogenázy (deficit G6PD) neboli fabismus či favismus celosvětově patří mezi nejčastější enzymatické defekty. Deficit G6PD zvyšuje citlivost erytrocytů vůči oxidačnímu stresu. Klinicky se projevuje novorozeneckou žloutenkou, akutní hemolýzou a vzácněji chronickou hemolytickou anémií. Lidé s tímto onemocněním mohou být i asymptomatičtí. Jedná se o X-vázané dědičné onemocnění, které se vyskytuje především v Africe, Asii, Středomoří a Středním Východě. Počet postižených se odhaduje na 400 miliónů lidí. Jsou známy různé typy genetické mutace v genu G6PD (Xq28, OMIM: 305900) zodpovědné za různé typy G6PD s různě závažnými klinickými projevy.[1][2] 93 Patofyziologie Glukózo-6-fosfát dehydrogenáza (G6PD) katalyzuje redukci NADP+ na NADPH v pentózovém cyklu. NADPH chrání buňky před oxidačním stresem. Protože erytrocyty nedokáží produkovat NADPH jiným způsobem, jsou ve srovnání s jinými buňkami citlivější vůči oxidativnímu stresu. V důsledku oxidačního stresu dochází ke změně buněčné struktury erytrocytů, hemoglobin precipituje za vzniku Heinzových tělísek (denaturovaný hemoglobin), což následně vyvolá rozpad erytrocytů (hemolýzu).[1][2] Protože se NADPH účastní reakcí tzv. respiračního vzplanutí fágů (konkrétně reakce katalyzované NADPH-fagosom oxidázou), vede nedostatek NADPH také k imunodeficitu. Je snížená schopnost fagocytů destruovat pohlcený materiál[3]. 3_patobiochemie-sacharidy 943_patobiochemie-sacharidy • Mukolipidosa I (Sialidosa) • deficit sialidasy (neuraminidasa) • Normosomatická forma • masivní myoklonie (křečovité záškuby svalů) indukované emocí a pohybem , červené skrvny na očním pozadí • Dysmorfická forma • dysmorfie hurleroidního typu • Mukolipidosa II (Inklusní choroba, I-cell disease) • mutace GlcNAc-fosfotransferasy • nedochází k normálnímu přenosu GlcNAc-1-fosfátu na nově syntetizované lyzosomální enzymy a tím těmto enzymům chybí Man-6-fosfát, který by je adresoval do lyzosomů • v lyzosomech chybí hydrolasy, hromadí se v nich materiál, což dává vznik inklusním tělískám ;klinická manifestace jako dysmorfie hurleroidního typu • Mannosidosa • deficit kyselé α-mannosidasy • výrazná dysmorfie obličeje • neprůhlednost čočky, paprsčitý zákal čočky • poruchy skeletu • Fukosidosa • deficit α-L-fukosidasy • klinicky se manifestuje po prvním roce iniciální hypotonií, mentální a motorickou retardací ;končí decerebrační rigiditou často před 6. rokem života • mírná dysmorfie obličeje 95 3_patobiochemie-sacharidy Inzulin • Inzulin je syntetizován v β-buňkách pankreatu nejprve ve formě preproinsulinu. Syntéza probíhá na • drsném ER a produkt je zaváděn pomocí hydrofobního vodícího peptidu do ER. Zde je vodící • sekvence o délce 23 aminokyselin odstraněna a v cisternách ER vzniká proinzulin. V jeho struktuře se • vyskytují 3 disulfidové můstky. Proinzulin je přenášen do cisteren GA a zde je štěpením pomocí • několika hydrolytických enzymů přeměněn na inzulin, který je tvořen dvěma nestejně dlouhými • polypeptidovými řetězci A (21 aminokyselin) a B (30 aminokyselin). Při štěpení se zbylá část • molekuly uvolňuje ve formě C-peptidu. Oba produkty jsou v buňce uchovány v sekrečních granulích. • Exocytosou se inzulin i C-peptid uvolňují do krve. Stanovení C-peptidu se v klinické biochemii • využívá jako indikátor produkce endogenního inzulinu. • Uvolňování inzulinu je regulováno především hladinou glukosy v krvi. Je modulováno i signály • z CNS (somatostatin) a GIT (např. cholecystokinin a GLP-1, viz dále). Uvolnění inzulinu může být • stimulováno i některými aminokyselinami, avšak v menší míře než glukosou. Adrenalin snižuje • uvolňování inzulinu. 3_patobiochemie-sacharidy 96 • U zdravých lidí je inzulin secernován v pulsech, periodicitou 11–15 min. Stimuly sekrece zvyšují frekvenci a amplitudu těchto pulsů. Inzulin je secernován do portální krve a musí tedy projít játry předtím než se dostane do systémového oběhu. Přibližně polovina inzulinu je metabolizována při • prvním průchodu játry. Koncentrace inzulinu nalačno je v rozmezí 20–100 pmol/l a je stanovována imunochemickými metodami. Po typickém jídle stoupá hladina inzulinu na hodnoty 350–580 pmol/l. Poločas inzulinu aplikovaného do periferní žíly je 2–6 minut, přičemž převážná jeho část je vychytána • játry, zbytek ostatními tkáněmi majícími inzulinové receptory. • Účinky inzulinu na metabolismus jater, tukové tkáně a svalů shrnuje tabulka. Metabolismus glukosy • v mozku a erytrocytech je na inzulinu nezávislý. 3_patobiochemie-sacharidy 97 Glukosa vstupuje do β-buněk pankreatu pomocí GLUT 2 přenašečů a je fosforylována glukokinasou (GK) přítomnou v buňkách. Zvýšená hladina glukosy v krvi tak zvyšuje intenzitu glykolýzy a citrátového cyklu. Výsledkem je zvýšená syntéza ATP. Zvýšená produkce ATP inhibuje ATP-senzitivní K+kanály a vyvolává depolarizaci membrány. Důsledkem je influx Ca2+ kanály závislými na membránovém potenciálu. Zvýšená hladina Ca2+ stimuluje exocytózu inzulinu. Adrenalin a noradrenalin blokují uvolňování inzulinu. Pankreatická GK tak zprostředkovává spojení mezi zvýšenou hladinou glukosy a uvolněním inzulinu β-buněk pankreatu a je proto Glukagon • Glukagon je polypeptidový hormon syntetizovaný v α-buňkách pankreatu. Je syntetizován jako část velké prekursorové bílkoviny – proglukagonu. Proglukagon je syntetizován v αbuňkách pankreatu a L-buňkách tenkého střeva. Obsahuje několik tandemově zařazených peptidů: glycentinu podobný peptid (GRPP glycentin relativ pancreatic polypeptide), glukagon, glukagonu podobný peptid-1 (GLP-1 glukagon-like peptide) a glukagonu podobný peptid-2 (GLP-2). Proteolytické štěpení proglukagonu poskytuje různé kombinace peptidů. Glukagon je z proglukagonu odštěpen v pankreatu. Stimulem je nízká hladina glukosy a vysoká hladina některých aminokyselin. • GLP-1 se uvolňuje během jídla z tenkého střeva, váže se na receptory v pankreatických βbuňkách a vyvolává uvolnění inzulinu v přítomnosti glukosy. Naopak glukagon uvolňovaný z αbuněk pankreatu při nízké hladině glukosy se váže na receptory v β- a δ-buňkách pankreatu. Z δ-buněk se uvolňuje somatostatin. Vazba somatostatinu na β-buňky inhibuje uvolnění inzulinu. • Glukagon působí převážně v játrech, především proto, že v portální krvi je jeho koncentrace nejvyšší. • Dále působí na tukovou tkáň a aktivuje v ní lipázu štěpící triacylglyceroly. Nemá vliv na • metabolismus svalu, poněvadž svalové buňky neobsabují receptory pro glukagon. Pankreatický glukagon má poločas 3–6 min a je odstraňován převážně játry a ledvinami. Jeho metabolické účinky shrnuje následující tabulka. (pdf glukosa v krvi) 3_patobiochemie-sacharidy 98