Deregulace cytokinetiky Rizika vyplývající ze změněné frekvence příjmu potravy A. Kozubík, J. Hofmanová ytokinetiky fliofyzikólní úslov AVČR, URNO Z hlediska zachování homeostázy na úrovni celého organismu je důležité - Množství - Kvalita - Časové rozložení příjmu potravy I Cíle prezentace Ukázat, jak významnou roli muže sehrát posledně jmenovaný faktor laboratoř ytokinetiky Biofyzikálni ústav flVČft, MINO building blocks of the cell SUGARS FATTY ACIDS AMINO ACIDS NUCLEOTIDES larger units of the cell I POLYSACCHARIDES | FATS, LIPIDS, MEMBRANES PROTEINS NUCLEIC ACIDS figure 2-17. Molecular Biology of the Cell, 4th Edition. Biofyzikálni ústav AVČR, ARNO Obr- 15-3 Složité metabolíty, jako jsou sacharidy, lipidy a proteiny, jsou nejprve degradovány na své monomerní jednotky, hlavně glukosu, mastné kyseliny a aminokyseliny, a dále na společný meziprodukt — acetyJ-CoA. ■ Acetylová skupina je poté oxidována kyslíkem na oxid uhličitý přes citrátový cyklus za současné redukce NAD+ a FAD| Reoxidace těchto koenzymů přes řetězec přenosu elektronů a oxidační fosforylaci vede ke vzniku vody a ATP. Obr. 25-2 Vzájemné metabolické vztahy mezi mozkovou, svalovou, tukovou a jaterní tkání. Červen^JiQk^ znázorňují dráhy, které převazuji za stavu sytosti, kdy jsou glukosa, aminokyseliny a mastné kyseliny přímo dostupné ze zažívacího traktu. mozek tuková tkáň mastné kyseliny triacylglyceroly ~ glyccro] glukosu sval C02 + H20 mastne kyseliny ketonové látky r játra ketonové látky r t acetýi-CoA ^ ♦ \ mastné kyseliny ti triacylglyceroly > giyccrul- C {alanin + glutamin t aminokyseliny ti proteiny pyruvát ^-^-amin inokyseliny*, glukosa A glykogen proteiny glykogen CL oborcitoř Vtokinetiky niofyzikální úslov AVČfl, ARNO pyruvát aminokyseliny Acetyl-CoA as p art át fenylalanin ty r os i n M glukosa oxaiacetáí \ m a lát / fumarát \ sukcinát sukcinyl-CoA porfyriny mastné kyseliny citrát isocitrát 2-oxoglutarát ~" X aminokyseliny isoleucin methionin valin mastné kyseliny s lichým počtem C Diagram ritrótnvĚhn ryk in s vyznačenými místy, ze kterých jsou odčerpávány interrnedióty pro využití v anabolickvch drahách f červené ĚiokvY a místy, kde anaplerotické reakce nahrzují odčerpané intermediáty cyklu (zelené šipky). Reakce účastnící se transaminací aminokyselin a deaminací jsou reverzibílní a jejich směr je určován metabolickou potřebou Deregulace cytokinetiky Rizika vyplývající ze změněné frekvence příjmu potravy m. oboroloř ytokinetiky niofyzikalnr ústav HVČR, BHNO Biofyzikálni ústav ItVČA, flRNO Intermitentní krmení Změny regulace CNS, aktivace nespecifických mechanismů adaptace (osy hypofyza-nadledvinka) Zvýšená resorpce tuků a glycidů < Periodická hyperfagie Adaptace trávicího \ ústrojí Omezení pohybové aktivity - Hypertrofie žaludku -Adaptace enzymových systémů ve střevní sliznici Zvětšení resorpční plochy * střeva | ' \ Periodicky zvýšený přívod živin tkáním, včetně zvýšeného přívodu glukosy portální krví do jater Zvýšené vyplavování insulinu z buněk Zvýšená aktivita jaterní ; hexokinasy, akcentovaná fosforylace glukosy na j glukosa-6-fosfát J3U a) Zvýšená růstová a migrační aktivita explantovaných tkání in vitro b) Zvýšená repopulační aktivita buněk obnovných krvetvorných populací u adaptovaných zvířat (in vivo) Adaptaceglycidového A. a lipidového / ._ . metabolismu____________\_ Zvýšená metabolická aktivita tkání "íprpjevujícící se též vyšší tkáňovou respirací Celkově zvýšená utilizace GLUKOSY Zvýšená syntéza GLYKOGENU Zvýšená konverze glycidů na TUK Adaptace tkáňových enzymových systémů L Vyšší bazálni metabolismus adaptovaného zvířete Nižší celkový / metabolismus adaptovaného zvířete upraveno podle: Petrásek R. et al., 1970 ciboroloř ytokinetiky Biofyzikálni ústav ftVČft, HANO nioFvxíkalni ÚEfeciv nVČnF UNO O H-SCoA CH3-C-SCoA -+- H-SACP acety i - Co A acetyl-CoA-ACP-transacylasa CO 2 O I II CHa-C-SCoA ■+- II-SACP ni alonyl-CoA 11-SCoA 2*> ^ malonyl-CoA-"~ ACP-transacylasa CH3-C-SACP acctyl-ACP co2 o I II CH2-C-SACP malonyl-ACP H—S —E H-SACP C02+ H-S-E P-oxoacyl-ACP-synthasa ** (kondenzační enzym) O II CH3-C-CH2-C-SACP acetoacetyl-ACP NADPH NADP p-oxoacyl-ACP-reduktasa OH O I II CH3 — C-CH2-C-SACP I H D - 3 hydroxybutyry I -ACP ^ ^ P~ny^roacy*~ AÍ~'^>~cJehyc^ratasa H O I II CH.,-C = C- C-SACP 1 I CX, f±-trans-\y utenoy i - ACP -I- NADPH - NADP enoyl-ACP-reduktasa O CH:í—CH2-CH2— C-SACP hutyryl-ACP CH3CH opakování reakcí 2-6 šestkrát O II -C-SACP (CH2)13-palmitoyl-ACP H20-palmitoylthioesterasa O II C H SACP pal mi tát Obr. 23-26 Pořadí reakcí při biosyntéze mastných kyselin. Při tvorbě palmitátu se opakuje sedm cyklů prodloužení řetězce o C2. načež následuje finální hydro-lytický krok. (%) 10000 8000 6000 4000 LIPOGENESE V TUKOVÉ TKÁNI (IN VITRO) LIPOGENESE V JÁTRECH (IN VITRO) 2000 ifezi 1 2 4 6 8 12 16 20 28 32 TÝDNY ADAPTACE upraveno podle: Petrásek R. et al., 1970 ciborciloř ytokinetiky Aiofyzikčlní ústav AVČA, AANO Pronikavá radiace jako výrazný rizikový faktor ■ laboratoř ylokinelik y Biofyzikálni ústav AVČA, AANO Tabulka 5 . ENERGIE A DRUH ZÁŘENÍ RBÚ rtg 1 gama <4r *** 1 ba la (1 WeV) 1 beta (0,1 MeV) 1,08 tepelné neutrony 2-5 protony (1 MeV) 8,5 protony (0,1 UeV) 10 rychlé neutrony (1-10 MeV) 10 alfa\(5 MeV) 15 alfa (1 MeV) 20 Kataraktogenní účinek různých druhu záření vyjádřený faktory relativní biologické účinnosti (RBÚ) Cwciborcitoř ytokinetiky Biofyzikálni ústav AVČA, AANO f Č ( Jestliže dojde k celotělové expozici organismu ionizujícím zářením, může dojít k rozvoji tzv. nemoci ozáření - manifestaci tzv. RADIAČNÍHO SYNDROMU. t Jeho průběh závisí na dávce ozáření P ■ laboratoř ylokinelik y Biofyzikálni ústav IWČA, ORNO průběh RADIAČNÍHO SYNDROMU ^1 . - závisí na dávce ozářeni vtok in etik v ftiofyzikální ústav IIVČR, AANO Formy nemoci z ozáření (myš) dávka hlavní oblasti postižení Dřeňová forma.................0.1- 6 Gy.......Kmenové buňky K.D. Střevní forma..................5-10 Gy.......Epitely, zejména střeva Centrálně nervová forma....100 Gy.........Viz výše včetně C.N.S. Důsledky: silné poškození intenzívně proliferujících populací, organismu, imunitních funkcí a celého systému: proliferativní choroby, leukémie, smrt. m. voberaloř ylokinetiky ftlorvzikolmr Ostav OVČR, BAŇO Využití ozáření jako modelu pro studium regenerace krvetvorných funkcí Princip, volba dávky, volba druhu laboratorního zvířete (myš) Metoda CFU-S * vcibercileř ylokinelik y Biofyzikálni ústav I1VČR, ARNO WEEKS OF ADAPTATION Kozublk A.. Sedláková A., Pospíšil M„ Petrásek R.: In vivo studies of the relationship between the activation of lipid metabolism, postirradiation bone marrow cell proliferation and radioresistance of mice. General Physiology and Biophysics 7, 293-302, 1988 NO 0.201 0.19- o 0.18- £ 0.17 o z 0.16 en ■o ± 0.15-1 LO ^ o.u 0.13- EXPERIMENT I r0.17 bb t EXPERIMENT I o-—-o i-1-r 0 1 2 3 A 5 6 WEEKS OF ADAPTATION i-1 0.16 h0.15 1-0.14 Kozubík A.t Sedláková A., Pospíšil M., Petrásek R.: In vivo studies of the relationship between the activation of lipid metabolism, postirradiation bone marrow cell proliferation and radioresistance of mice. General Physiology and Biophysics 7, 293-302, 1986 ciborcitoř nvcnr mno Kozubik, Pospíšil: Intermittent fasting and resistance C 57 BL/ 10 Í 87 Gy 15 20 25 30 100-1 > 50 d > P< 0001 1 nl Kozubfk A., Posplsil M.: Protective effect of intermittent fasting on the mortality of gamma-irradiated mice. Strahlentherapie 158, 734-738t 1982 C IF,1F2IF3IF4 IF6 , H" i 87 Gy o ■I 50-J 10 15 20 —r— 25 30 100 ■ •i 50 Iff n : p< 0,001 JU p< o,oi ILd C IF-| IF2 tF3 tF4 1F6 í CBA xC57 BL/10ÍF-, i 9.5 Gy 100 ■ SO- 10 15 20 25 days after irradiation 100 q o > 50- P< 0.001 P< 0.01 1 P< 0.05 |Ft IF; IF3IFCIFS 00) Figure 1. Influence of the extent of intermittent feeding regimen on the survival of mice irradiated after 24 h realim en union. C * controls, IF| - IF6 = animals adapted to intermittent fasting for a period ofl to 6 weeks. 20 to 40 animals per group were used. The informations on statistical significance refer to differences between control and experimental groups. POSTIRRADIATION RECOVERY OF PROLIFERATIVE ACTIVITY OF BONE MARROW CELLS PREIRRADIATION FATTY ACID BIOSYNTHESIS RADIORESISTANCE ■ v ciborcitoř ylokinelik y Biofyzikálni ústav AVČA, AANO K zhciborotoŕ ylokinelik y Biofyzikálni ústav AVČR, AANO K voborotoŕ ylokinelik y Biofyzikálni ústav IWČA, ARNO p-oxoacyl-ACP-synthasa malonyl-CoA-ACP-transacetylasa acetyl-CoA-ACP transacetylasa p-hydroxyacyl-ACP dehydratasa enoyl-ACP-reduktasa N palmitoyl-thioesterasa p-oxoacyl-ACP reduktasa H H ?H O O O pantothenová kyselina O H? H H O-ř-O^YW^SH prenasec acylových skupin pantothenová kyselina palmitoyl-thioesterasa 0_ Cys—SH prenasec acylových skupin (ACP) P-oxoacyl-ACP-reduktasa enoyl-ACP-reduktasa p-hydroxyacyl-ACP dehydratasa acetyl-CoA-ACP-transacetylasa malonyl-CoA-ACP-transacetylasa P-oxoacyl-ACP-synthasa N' Obr. 23-27 Schematické znázornění asociace "hlava k patě" dvou vícefunkčních podjednotek živočišné synthasy mastných kyselin za vzniku aktivního dimeru.