Deel II Cursus Prof. E. Waelkens 3. Hoofdstuk 1: Het transport van vetten Lipoproteïnen en apolipoproteïnen 3

Realisatie: Godfried Verheyen [email protected]

VOORWOORD Het is december 2004 als ik eindelijk de laatste hand leg aan deze cursus. Vele weken hard werk zijn hierin gekropen, maar het resultaat mag er zijn; een half centimeterke metabolisme (als je alle bladen afdrukt en op elkaar legt) met daarin alle kennis nodig om de 2de kandidatuur arts; vak Metabolisme en metabole regeling – deel Waelkens tot een goed einde te brengen. Natuurlijk is deze cursus nooit helemaal compleet, of sloop er hier en daar nog een foutje in. Daarom zou ik het leuk vinden af en toe eens een mailtje in mijn mailbox te vinden, met suggesties ed. om deze cursus nog beter te maken naar de toekomst toe. Bij deze wil ik ook de mensen bedanken van wie ik extra nota’s, vragenlijsten en cursusmateriaal heb gekregen. Bedankt Griet, Titia, Katja en AnneSophie voor alle hulp! Afsluitend wil ik graag aan iedereen een fijne en succesvolle blok toewensen!

Godfried

INHOUDSTAFEL Deel II – Cursus Prof. E. Waelkens__________________________________________________ 3 Hoofdstuk 1: Het transport van vetten _____________________________________________ 3 1.

Lipoproteïnen en apolipoproteïnen __________________________________________ 3

2.

Exogeen transport van vetten (=voeding) ____________________________________ 4

3.

Endogeen transport van vetten _____________________________________________ 5

4.

De LDL-receptor ________________________________________________________ 6

5.

Enkele ziektebeelden; wat is de rol van cholesterol? ____________________________ 8

6.

Mogelijke examenvragen over dit hoofdstuk__________________________________ 16

Hoofdstuk 2: Detoxificatiereacties________________________________________________ 16 1.

Inleiding______________________________________________________________ 16

2.

Het mono-oxygenasecomplex in het ER van de hepatocyten (lever) _______________ 17

3.

De fase 1 detoxificaties (examen)__________________________________________ 17

4.

De fase 2 detoxificaties (examen)__________________________________________ 19

5.

Algemene kenmerken van detoxificatiereacties _______________________________ 21

6.


Hoofdstuk 3: Hormonen _______________________________________________________ 23 1.

Inleiding______________________________________________________________ 23

2.

Het maag-darmstelsel ___________________________________________________ 24

3.

De pancreas___________________________________________________________ 26 1


4.

De schildklier (glandula thyroidea) _________________________________________ 32

5.

De bijnier _____________________________________________________________ 38

6.

De hypofyse___________________________________________________________ 51

7.

Hormoonachtige stoffen _________________________________________________ 57

8.


Hoofdstuk 4: Vitaminen________________________________________________________ 62 1.

Inleiding______________________________________________________________ 62

2.

Wateroplosbare vitaminen: een overzicht ____________________________________ 62

3.

Vetoplosbare vitaminen: een overzicht ______________________________________ 71

4.


Hoofdstuk 5: Bloedmetabolisme _________________________________________________ 77 1.

Porfyrines ____________________________________________________________ 77

2.

Galzouten ____________________________________________________________ 83

3.

AZ en derivaten als mediatoren van cerebrale NT’s ____________________________ 86

4.


Hoofdstuk 6: Sfingolipiden en stapelingsziekten _____________________________________ 96 1.

Sfingolipiden __________________________________________________________ 96

2.

Afwijkingen in het katabolisme van Phe Æ stapelingsziekten ____________________ 101

3.

Mogelijke examenvragen over dit hoofdstuk_________________________________ 103

2


Deel II – Cursus Prof. E. Waelkens Hoofdstuk 1: Het transport van vetten 1. Lipoproteïnen en apolipoproteïnen De lipoproteinen: Lipiden

(cholesterol,

cholesterylesters,

triglyceriden,

fosfolipiden,

vrij

en

veresterde

vetzuren) zijn zelf onoplosbaar in water, maar moeten toch in het lichaam getransporteerd worden. Vrije vetzuren binden aan de albumine op voorwaarde dat ze niet te lang zijn en in de vrije-vetzuurvorm voorkomen (dus geen TG’s), terwijl de andere lipiden in combinatie met proteinen als in wateroplosbare lipoproteinen getransporteerd worden. Lipoproteinen zijn

submicroscopisch

kleinde

deeltjes, bestaande uit een kern van hydrofobe

lipiden

(cholesterolesters

en triglyceriden) en een schil van meer polaire lipiden (fosfolipiden en cholesterol) en eiwitten. Deze schil zorgt ervoor dat de hydrofobe kern opgelost

blijft

in

het

plasma.

De

eiwitten, apo(lipo)proteinen genaamd, staan niet alleen in voor de vorming van de lipoproteinen, maar bepalen bovendien waar het deeltje naartoe gaat en wat er mee gebeurt. De verschillende soorten lipoproteinen hebben een gelijkaardige bouw maar verschillen in grootte en dichtheid, en in de samenstelling van hun lipiden- en proteinendeel. Naarmate het lipidengehalte van een lipoproteine groter is, zal het soortelijk gewicht evenredig lager zijn: CM > VLDL > LDL > HDL. •

• • •

Chylomicronen: o Zijn het grootst; amper mantel; zeer veel lipiden o Chylus, inhoud chylevaten; o Geproduceerd door darmepitheel o Liggen op het bloed als een soort bierkraag (-> daarom testen op NUCHTERE patiënten; anders chylomicronen in het bloedstaal) Very Low Density Lipoproteins: o Triglyceriderijke lipoproteinen; o Geproduceerd door lever. Low Density Lipoproteins: o Cholesterolrijk; o 2/3 van plasmacholesterol. High Density Lipoproteins: o Zijn het zwaarst; o Relatief weinig cholesterol; o Veel eiwitten.

De apolipoproteinen: 3


Apolipoproteine

Lipoproteine%apoproteine

Bron

Functie

ApoA-I

HDL > CM

Lever, darm

Activatie LCAT

ApoA-II

HDL > CM

Lever, darm

ApoB-48

CM

Darm

ApoB-100

LDL > IDL, VLDL

Lever

ApoC-I

HDL > VLDL > IDL

Lever

ApoC-II

HDL > CM, VLDL > IDL

Lever

Ligand LDL-R

Activatie lipoproteine lipase

ApoC-III

HDL > VLDL, IDL, LDL

ApoD

HDL

ApoE

HDL > VLDL, CM

Lever

Lever

Ligand B48:E-R en LDL-R

2. Exogeen transport van vetten (=voeding) Het transport van exogene lipiden gebeurt door de chylomicronen. Na opname van de vetzuren en glyceriden, worden deze weer tot triglyceriden versmolten t.h.v. de darmmucosa. Ook de opgenomen cholesterol wordt veresterd o.i.v. LCAT. Vervolgens zullen zij onder vorm van chylomicronen vanuit de darmmucosa in de lymfevaten worden gesecreteerd via de ductus thoracicus. Het ApoB48 eiwit is een noodzakelijk structuurelement bij de vorming van de natieve chylomicronen in de dunne darm. Zonder dit eiwit kunnen de darmen geen chylomicronen aan de lymfevaten afstaan. Verder zullen de chylomicronen gedurende hun maturatie nog ApoA, ApoC en ApoE inbouwen. De chylomicronen komen via de lymfe in de bloedsomloop waar ze ApoC en ApoE opnemen afkomstig van het HDL. ApoC wodt uitsluitend door de lever gevormd. Een varient ervan, ApoC-II, is een krachtige activator van het lipoproteinelipase. Dit lipoproteinelipase bevindt zich in de epitheellaag van de bloedcapillairen, in het bijzonder van de spier en vetweefsel. Tijdens het transport door het lichaam worden de triglyceriden van de chylomicronen door herhaalde inwerking van lipoproteinelipase steeds verder afgebroken. De vetzuren die hierbij ontstaan gaan naar de spieren, waar ze energie opleveren, en naar het vetweefsel, waar er nieuw vet uit gevormd wordt. De chylomicronen worden dus steeds kleiner. Het ApoC en ApoA wordt opnieuw opgenomen door het HDL. Zo ontstaan uiteindelijk de relatief cholesterolrijke restanten van de chylomicronen die snel weggevangen worden door de lever. De lever beschikt immers over specifieke receptoren welke het nog aanwezige ApoE herkennen. 4


3. Endogeen transport van vetten

° Van de lever naar de weefsels Endogeen vet wordt in de lever gesynthetiseerd. Bij de synthese van triglyceriden kunnen de benodigde vetzuren afkomstig zijn van het vetweefsel of ter plaatse gevormd worden uit koolhydraten. Kort na de voeding kan men in het bloed ook medium-chain-length vetzuren aantreffen die direct vanuit de darmen in het bloed gekomen zijn. Uiteraard kuunnen ook deze gebruikt worden bij de synthese van nieuw vet. De gevormde vetten worden in de vorm van VLDLdeeltjes gesecreteerd. Het ApoB100 is essentieel bij de vorming en secretie van het VLDLdeeltje. Het pasgevormde VLDL zal ApoC en ApoE opnemen van het HDL-deeltje. De afbraak van VLDL verloopt precies zoals die van de chylomicronen, maar een verschil is wel dat de restanten van de VLDL-kern veel langer blijven circuleren. De VLDLdeeltjes worden afgebroken door een lipase op de plaats waar ze “aangemeerd” liggen. Bij hun passage door

de

bloedbaan

langs

het

vaatwandepitheel

verliezen ze geleidelijk steeds meer triglyceriden en worden

alsmaar

teruggegeven

kleiner.

worden

aan

Ook het

zal

het

ApoC

HDL-deeltje.

Zo

onstaan de VLDL-restanten die IDL (Intermediate Density Lipoproteins) genoemd worden. De IDL-deeltjes zijn een tussenstadium en hieruit ontstaan tenslotte, bij verdere verkleining, de LDL-deeltjes die het ApoB bevatten. De

LDL-deeltjes

worden

gebonden

aan

specifieke

receptoren

gelegen

t.h.v.

het

celoppervlak. Deze receptoren herkennen ApoB en ApoE. Door de receptor-gemedieerde endocytose kunnen de LDL-deeltjes na binding aan de receptor opgenomen worden in de cel o.v.v. endosomen. In eerste instantie zijn de receptoren er nog aan gebonden. Deze receptoren komen nu los van de LDL-deeltjes en worden teruggevoerd naar het celoppervlak (recycling). Anderzijds wordt het achtergebleven LDL afgebroken door fusie van de endosomen met lysosomen. Hierbij wordt het cholesterol beschikbaar gesteld voor de cel. De lichaamscellen hebben cholesterol nodig als bouwsteen voor de opbouw van de cellulaire membranen. Deze cholesterol maken ze deels zelf, maar voor een ander deel ontrekken ze dit aan het bloed via endocytose van LDL.

5


° Van de weefsels naar de lever HDL-deeltjes vooral

bevatten

apoproteinen

kernlipiden

als

en

oppervlaktecomponenten

ook

cholesterylesters

cholesterol, en

met

triglyceriden.

als HDL-

deeltjes worden door de lever gevormd en aan het circulerende bloed afgestaan o.v.v. het natief HDL dat alleen vrij fosfolipiden en cholesterol bevat en waarvan het eiwitgedeelte voornamelijk bestaat uit ApoA1 en ApoA2. ApoA1 is een activator van LCAT, een enzym dat door de lever gesecreteerd wordt en dat instaat voor de verestering van het cholesterol. Uit natief HDL ontstaan HDL3 en HDL2 die bij de opname van cholesterol uit andere lipoproteinen zoals chylomicronen en VLDL een rol spelen. Nota: we hebben in de les gezien dat HDL, zonder veresterde cholesterolmoleculen in zich, lijkt op een schijfje qua bouw. Als het HDL dan vervolgens cholesterol gaat opzuigen om zo terug te transporteren naar de lever, kun je dit best vergelijken met een voetbal die zichzelf oppompt (dankzij LCAT).

HDL geeft ApoC en ApoE af aan chylomicronen en VLDL, en nemen ApoA en ApoC uit chylomicronen en ApoC uit VLDL. HDL-deeltjes kunnen ook cholesterol opnemen uit de plasmamembraan van cellen. O.i.v. LCAT wordt de cholesterol aan de buitenkatn van het HDL-deeltje veresterd (HDL zuigt het cholesterol uit de andere componenten, waarna LCAT hen

verestert).

De

gevormde

cholesterolesters

zullen

zich

vervolgens

gedeeltelijk

verplaatsen naar de kern van het deeltje. Dit komt omdat de veresterde cholesterol moleculen lipofieler zijn geworden. Het HDL-deeltje wordt uiteindelijk in de lever weer afgebroken. De choleserol die hierbij vrijkomt kan gebruikt worden voor de aanmaak van galzuren.

4. De LDL-receptor De LDL-receptor weegt 115 kD en bestaat uit 5 regio’s: •

De eerste regio bestaat uit een lus, die zeer sterk negatief geladen is. Dit wijst erop dat er veel glutamaat en aspartaat AZ in de keten zullen zitten. Deze polariteit is nodig om het LDL te binden. Daarom noemen we deze regio ook het LDLbindingsdomein. Naast LDL kan ook Ca2+ hier binden. Bovendien bevindt zich hier de aminoterminus van de LDL-receptor en zitten er nog veel cysteine-AZ in de keten.

•

De tweede regio is homoloog met een EGF-domein. Hier komen vooral veel N-suikers in voor

•

De

derde

regio

bestaat

voornamelijk uit O-suikers en is Thr/Ser-rijk. Deze regio lijkt noodzakelijk

om

de

LDL-

receptor rechtopstaand te houden op het plasmamembraan.

6


•

De vierde regio, die het plasmamembraan overbrugt, bestaat uit 22 hydrofobe residu’s, juist nodig om doorheen dit membraan te geraken.

•

De laatste regio bezit 50 residu’s. Dit is ook de carboxyterminale zijde van de LDLreceptor.

Hierboven zie je in een schema de endocytose van chosterol. Merk op dat cholesterol de cel binnenkomt en dan twee keuzes heeft. Ofwel kiest het ervoor om ingebouwd te worden in de membranen (het PM wordt vloeibaarder), ofwel wordt het opgeslagen in speciale ‘storages’ na eerst te zijn veresterd door het ACAT.

7


5. Enkele ziektebeelden; wat is de rol van cholesterol?

° Inleiding Uit Biochemistry, 4e editie

The results of Brown and Goldstein's pioneering studies of familial hypercholesterolemia revealed the physiologic importance of the LDL receptor. The total concentration of cholesterol and LDL in the plasma is markedly elevated in this genetic disorder, which results from a mutation at a single autosomal locus. The cholesterol level in the plasma of homozygotes is typically 680 mg dl-1, compared with 300 mg dl-1 in heterozygotes (clinical assay results are often expressed in milligrams per deciliter, which is equal to milligrams per 100 milliliters). (Noot: wij hebben deze getallen ook gezien, waarbij we opmerken dat een homozygoot vrij snel zal sterven)

A value of < 200 mg dl-1 is regarded as desirable, but many people have higher levels. In familial hypercholesterolemia, cholesterol is deposited in various tissues because of the high concentration of LDL cholesterol in the plasma. Nodules of cholesterol called xanthomas are prominent in skin and tendons. (Noot: ook dit hebben wij gezien. Herinner je maar die foto van die gast met die witte bolletjes onder zijn ogen)

Of particular concern is the oxidation of the excess blood LDL to form oxidized LDL (oxLDL). The oxLDL is taken up by immune-system cells called macrophages, which become engorged to form foam cells. These foam cells become trapped in the walls of the blood vessels and contribute to the formation plaques

of

atherosclerotic

that

cause

arterial

narrowing and lead to heart attacks.

In

fact,

most

homozygotes die of coronary artery disease

in

childhood.

The disease in heterozygotes (1 in 500 people) has a milder and

more

variable

clinical

course. A serum esterase that degrades

oxidized

lipids

is

found in association with HDL. Possibly,

the

HDL-associated

protein destroys the oxLDL, accounting for HDL's ability to protect against coronary disease. The molecular defect in most cases of familial hypercholesterolemia is an absence or deficiency of functional receptors for LDL. Receptor mutations that disrupt each of the stages in the endocytotic pathway have been identified. Homozygotes have almost no functional receptors for LDL, whereas heterozygotes have about half the normal number. Consequently, the entry of LDL into liver and other cells is impaired, leading to an increased 8


plasma level of LDL. Furthermore, less IDL enters liver cells because IDL entry, too, is mediated by the LDL receptor. Consequently, IDL stays in the blood longer in familial hypercholesterolemia, and more of it is converted into LDL than in normal people. All deleterious consequences of an absence or deficiency of the LDL receptor can be attributed to the ensuing elevated level of LDL cholesterol in the blood.

° Atherosclerose Atherosclerose is een ziekte met een hoge mortaliteit in onze Westerse wereld. Zelfs kanker komt minder vaak voor dan ‘aderverkalking’. Bovendien heeft de ziekte ook een hoge

morbiditeit,

hartinfarct

want

overleefd

zelfs als

als

je

gevolg

een van

atherosclerose, blijf je zeer vaak zorgbehoevend achteraf. Om te begrijpen hoe atherosclerose kan ontstaan, hebben we eerst een inzicht nodig in de bouw van onze bloedvaten. (cfr. tekening hiernaast). Er zijn verschillende oorzaken voor atherosclerose, die allemaal duidelijk kunnen teruggebracht worden tot één enkele basisfactor: agressie t.o.v. het endotheel van de vaatwand. Men onderscheidt: •

Hemodynamische agressie Dit is een mechanische agressie tegenoverstaande van het endotheel.

Een

voorbeeld

hiervan

vomen

de

voorkeurplaatsen voor atherosclerotische letsels, zoals de bifurcatie van de aorta waar een verhoogde turbulentie (op het schema voorgesteld door kracht F) en een verhoogde tangentiële druk op de vaatwand bestaat. Zo kan je natuurlijk ook begrijpen dat hypertensie een extra nadelige invloed

heeft

op

het

ontstaansmechanisme

van

atherosclerose. •

Chemische agressie

Voorbeelden van chemische agressies zijn het CO (rokers), immuuncomplexen (bv. bij transplantaties) en een verhoogde cholesterolconcentratie. Specifiek voor cholesterol is dit ook gemakkelijk te begrijpen. Cholesterol neigt immers zich in het plasmamembraan te vestigen, waardoor deze vloeibaarder worden en zodus wordt het endotheel kwetsbaarder tegen de mechanische druk van de bloedsstuwing.

9


•

Het ontstaan van atherosclerose

Bij het herstel van beschadigd endotheel vervullen de bloedplaatjes een essentiële rol. Zij zullen zich hechten ter hoogte van het endotheeldefect en instaan voor de vorming van mitogene factoren. Hierdoor zal het endotheel weer dichtgroeien terwijl ook andere cellen in het subendotheliale weefsel tot groei gestimuleerd worden. Het pasgevormde endotheel vertoont bovendien een verhoogde doorlaatbaarheid voor de plasmalipoproteïnen. De lokale hyperplasie en opname van lipiden veroorzaken dus een lokale verdikking van de intima, een letsel dat sterk gelijkt op een beginnende atherosclerose. Zo kunnen we verstaan dat aspirine, dat een remmende invloed heeft op de synthese van bloedplaatjes, een interessant medicijn is in de strijd tegen atherosclerose. Ook mensen die lijden aan de ziekte van Von Willebrand (bloedplaatjes-insuffiëntie) hebben een verminderd risico op atherosclerose. •

Invloed van cholesterol op de bloedvatwand

Cholesterol en cholesterylesters zijn van essentieel belang voor de gezondheid van het organisme omdat ze een vitale rol vervullen: ze herstellen beschadigde weefsels en worden voor de productie van hormonen gebruikt. Daarom is een daling van de bloedspiegel van cholesterol onder de 150 mg per 100 ml ongewenst. Bij patiënten met een abnormaal hoge cholesterolspiegel worden vaak afzettingen in de intima van de slagaders gevonden. Daarom is een cholesterolspiegel van meer dan 250 mg per 100 ml al even ongewenst. •

Lipidenfiltratie van de vaatwand

Plasmacholesterol wordt vooral onder vorm van linoleïnezuuresters door LDL gedragen. De LDL zijn in staat zich te fixeren op specifieke cellulaire receptoren waarvan de aanwezigheid werd aangetoond aan de oppervlak van verschillende soorten cellen: gladde spiercellen, fibroblasten, lymfocyten, … De gestapelde cholesterylesters in de vaatwand kunnen ook voortkomen in de degradatie van de VLDL en chylomicronen. Na absorptie door de laag polysacchariden die het endotheel bedekt, zouden deze lipidedeeltjes de invloed ondergaan van een lipoproteinelipase. Dit zou resulteren in het vrijkomen van residu’s rijk aan cholesterylesters. Deze zouden in het geval van beschadiging van de endotheliale barrière in de vaatwand doordringen. •

Het zuiveringseffect van HDL en LCAT

Een kleine fractie van in het plasma aanwezige choleserol wordt ook door de HDL getransporteerd. De HDL remmen het binnendringen van LDL in fibroblasten doordat ze competitief zijn voor een gemeenschappelijke receptor. Bovendien kunnen ze vrij cholesterol aan de oppervlak van deze cellen opnemen. HDL kan de cholesterol vanuit de weefsels tot in de lever brengen, waar ze dan gerecycleerd kan worden of via de gal uitgedreven.

Dit

proces

is

afhankelijk

van

de

werking

van

het

LCAT,

een 10


plasmaglycoproteine met een selectieve affiniteit voor de HDL. Dit enzym zorgt voor verestering van cholesterol, waardoor de cholesterol dieper in het HDL-deeltje gaat en waarvan de oppervlakte verder in staat blijft andere vrije cholesterolmoleculen te fixeren. •

Het gevolg van atherosclerose

Het gevolg van atherosclerose is dat de endothele vaatwand wordt beschadigd en wordt opgevuld met vetten (cholesterol). Deze opstapeling kunnen dan steeds vergroten tot een atheroom, die op de cruciale plaatsen in het bloedvat het bloed gaan opstoppen en zo bv. in kransslagaders die het hart met zuurstof bevoorraden een lokale ischemie veroorzaken. Dit kan dan mogelijkerwijs leiden tot een hartinfarct of hartfalen. •

De rol van lipiden m.b.t. atherosclerose

C20:4 (Arachidonzuur)

Prostacycline I2 (PGI2) remt activiteit v/d bloedplaatjes Thromboxaan A2 (TXA2) stimulatie activiteit v/d bloedplaatjes

Evenwicht tussen beiden is noodzakelijk voor de goede gezondheid!

C20:5 (Eicosapentaeenonzuur) – bv. in vissen

Prostacycline I3 (PGI3) remt activiteit v/d bloedplaatjes Thromboxaan A3 (TXA3) stimulatie activiteit v/d bloedplaatjes

Prostacycline I3 (PGI3) is analoog qua activiteitsniveau aan het prostacycline I2 (PGI2), maar het grote verschil zit hem er in, dat het thromboxaan A3 (TXA3) veel minder efficiënt werkt dan het thromboxaan A2 (TXA2). Dit is ook de reden waarom eskimo’s veel minder kans hebben om atherosclerose te krijgen dan wij. Ook interessant om te weten is dat ons lichaam cholesterol gebruikt voor de aanmaak van TXA2 , naast het gebruik van cholesterol voor het opbouwen van PM en de aanmaak van galzouten. We verstaan nu ook waarom HDL ‘de goede cholesterol’ wordt genoemd. Zij is immers verantwoordelijk voor het transport van het overtollig cholesterol naar de lever, en heeft zo een remmende werking op de vorming van atherosclerose.

11


•

Beïnvloeding van HDL en LDL spiegels LDL-spiegel hoger: -

consumptie verzadigde vetzuren

-

overgewicht

HDL spiegel lager: -

mannelijk

-

vetzucht

-

hypertriglyceridemie, hyperglycemie, diabetes

-

roken

-

gebrek aan activiteit

-

voeding met een laag vet- en een hoog KH-gehalte

HDL spiegel hoger: -

duursporten (uithouding is belangrijk!)

-

alcohol (matig)

º Mogelijke pathologiën i.v.m. afwijkingen m.b.t. lipoproteïnen Als we bloed trekken bij de patiënt, dan bestaat dit bloed uit 2 componenten. Een plasmacomponent en een component met daarin alle BC. Voor sommige analyses echter, hebben we enkel het serum nodig. Dit is [plasma]-[stollingsfactoren]. Als we dan dit serum gaan onderwerpen aan een gel-electroforese en vervolgens een kleuring toepassen op eiwitten krijgen we volgend resultaat:

γ-globulines

β2

β1

α2

α1

albumine

Indien het dezelfde staal wordt aangekleurd voor lipiden; krijgen we dit resultaat:

chylomicronen

VLDL (pre β) HDL (α)

VVZ

LDL (β) Noteer wel dat chylomicronen; IDL en VLDL niet zichtbaar zijn bij nuchtere patiënten. (VLDL halfwaardetijd van 4h). Indien ze wel aanwezig zijn bij nuchtere patiënten wijst dit op een mogelijke pathologie. Daarom is het belangrijk om steeds nuchtere mensen te testen, anders kan dit aanleiding tot foutieve testresultaten.

12


•

Te weinig chylomicronen – Basser-Kornzweig disease Oorzaak

ApoB48 disfunctioneel

Sympto(o)m(en)

Ernstige buikpijn bij vetrijke maaltijden

Behandeling

Aangepast dieet met MCT’s. Enkel voedsel met TG’s C12 of kleiner.

•

Te weinig β (op de lipidenband) -

Geen β (àβ) Geen LDL Æ Vrij snel overlijden, want er is geen cholesterol voor de inbouw in de PM’s van de cellen. Zo krijgen RBC’s een stervormig uitzicht (acantocyten) en verliezen ze wat van hun mogelijkheden om O2 te binden. Bovendien gaat deze ziekte gepaard met enkele zware neurologische stoornissen.

-

Weinig β [LDL]c op 10-50% van de normale waarde Æ Personen zijn meestal perfect gezond en vertonen zelfs minder kans op atherosclerose.

•

Te weinig α (op de lipidenband) – Tangier disease Oorzaak

LCAT deficiëntie

Sympto(o)m(en)

* Cholesterol is erg laag * [TG]c is erg hoog, want shuttlewerking cholesterol is weg * Zwelling van de lymfereticulaire weefels (lever, nier, ...), want LDL blijft achter in de weefsels. Er is immers geen HDL om de LDL’s terug naar de lever te brengen

•

Te veel chylomicronen – Frederickson disease (1965) – Type I ziekte Oorzaak

Lipoproteïnelipase werkt slecht -

Defect in eiwit zelf

-

Apo C2 defect

De ziekte wordt dus autosomaal doorgegeven. Sympto(o)m(en)

Opstapeling van TG’s op plaatsen waar het niet moet Æ vorming van xanthomen (vetbolletjes)

Behandeling

Aangepast dieet met MCT’s. Enkel voedsel met TG’s C12 of kleiner.

13


•

Te veel β –Type II ziekte Teveel LDL Oorzaak

Stoornis in de functie van de LDL-receptor -

Defect in eiwit zelf (cfr. inleiding)

-

Apo B100 defect

Door de dubbele oorzaak maakt men een onderscheid tussen twee types: -

Type IIa ziekte [LDL]c Defect in de LDL-receptor zelf. Dit is een genetische en aangeboren vorm. (cfr. inleiding)

-

Type IIb ziekte [LDL]c [VLDL]c Deze variant kan ook genetisch zijn, maar evengoed een secundaire toestand van een ander type.

•

Te veel pre-β –Type III ziekte Oorzaak

ApoE mutatie (genetische oorsprong)

Sympto(o)m(en)

[VLDL]c Pre-β-band is ten eerste zichtbaar bij nuchtere patiënten en ligt bovendien rechtstreeks naast de β-band, zodat de β-band veel breder lijkt dan ze zou moeten zijn. Daarom spreken we soms ook over de broad-β-disease.

•

Pre-β-band zichtbaar –Type IV ziekte Oorzaak

Sympto(o)m(en)

Secundaire toestand van: -

Alcoholisme

-

Obesitas

-

Diabetes

[VLDL]c Pre-β-band is zichtbaar bij nuchtere patiënten, maar ligt niet naast de β-band. Deze ziekte komt vrij veel voor.

14


Te veel TG’s – Type V ziekte Oorzaak

Secundaire toestand van:

Sympto(o)m(en)

-

Alcoholisme

-

Obesitas

-

Diabetes

[TG]c Chylo [VLDL]c Deze ziekte is vrij zeldzaam.

•

Familiale gecombineerde hyperlipidemie – Type VI ziekte Dit is een mix van type IIb en type V. Je zou dit kunnen vergelijken met het tiltslaan van de lever; die zonder reden massaal veel VLDL begint te secreteren.

De behandeling van cholesterolproblemen in België beslaat een drietal luiken. Eerst en vooral moet men op zoek gaan naar de primaire oorzaak. Eens men die gevonden heeft MOET men eerst een dieet voorstellen aan de patiënt, erop gericht om cholesterolintake, VZZ-intake en calorie-intake te verlagen en pectine-intake te verhogen. Deze pectines, die bv. rijkelijk aanwezig zijn in appels, binden met lipiden en vermijden zo dat ons lichaam deze lipiden opneemt. Een derde luik in de bestrijding van overtollig cholesterol zijn de farmaca. We hebben een vijftal chemische stoffen die helpen in de afbouw van cholesterol. Zo is er: 1. Nicotinezuur (≠ nicotine) Dit inhibeert VLDL-synthese en –secretie door de lever. Dit is een zeer ZEER EFFICIËNT!

efficiënt geneesmiddel om VLDL én LDL concentraties te verlagen, met dien verstande dat om een verschil te zien in LDL-concentraties men enige tijd (paar weken) moet wachten, vanwege de hoge halfwaardetijd van LDL. 2. Clofibraat Dit zorgt voor een stimulatie van het lipoproteïne lipase 3. Anionuitwisselaars (bv. Questran ®) Dit zijn cholesterol- en galzoutbindende harsen 4. HMG-CoA-reductase inhibitoren; “statines”

ZEER EFFICIËNT!

Bv. ZOCOR ® 5. Andere 15


6. Mogelijke examenvragen over dit hoofdstuk •

Bespreek het transport van vetten.

•

Welke rol kunnen cholesterol, LDL, HDL en LCAT spelen in de pathogenese van atherosclerose?

•

Waarom zijn omega-3 vetzuren zo gezond? (Wat zijn omega-3 vetzuren?)

•

Op welke pathologiën kan een teveel aan LDL/VLDL/... wijzen?

•

Bespreek de aangeboren stoornissen ivm lipoproteïnen.

Hoofdstuk 2: Detoxificatiereacties 1. Inleiding De manier van opnemen van bepaalde toxische stoffen is afhankelijk van een tweetal factoren. Allereerst heb je de fysische toestand waarin het product zich bevindt. Is het agens opgelost in waterig midden, dan zal de opname sneller gebeuren, dan wanneer het agens in olie is opgelost (bv. sommige medicatie). Soms kan het product ook in vaste vorm worden opgenomen; dan komt de snelheid van opname grotendeels overeen met de oplosbaarheid van het product. Een tweede factor die een rol speelt m.b.t. tot de snelheid van opname is de toegangspoort langswaar een toxische stof het lichaam binnentreedt. Enkele voorbeelden: -

per os: opnamesnelheid variabel

-

intraveneus (IV): onmiddellijk

-

subcutaan (SC): onmiddellijk

-

intramuscuslair (IM): onmiddellijk op voorwaarde dat het gaat om een waterige oplossing. (anders fel vertraagd)

-

sublinguaal (SL): onmiddellijk (bv. nitroglycerine)

-

rectaal: opnamesnelheid variabel en niet compleet (er gebeuren meteen detoxificatiereacties door de lever)

-

huis: efficiënte snelle opname (bv. cortisone-zalfjes)

In ons lichaam zijn er een viertal plaatsen waar ons detoxificatiesysteem actief is. Dit zijn de longen, de lever, de maag en de nieren. Deze organen gaan proberen alle toxische stoffen meer polair te maken a.h.v. zogenoemde detoxificatiereacties. Deze polariteit zorgt ervoor dat het toxisch agens zeer goed wateroplosbaar wordt en zo dus rapper kan worden afgevoerd door ons lichaam.

16


Detoxificatiereacties zijn doorgaans in te delen in een tweetal fases: fase I en fase II. De fase I detoxificatiereacties omvatten o.m. de oxidatie, de reductie en hydrolyse van chemische stoffen. Langs de andere kant omvatten fase II detoxificaties alle conjugaties. (toxisch molecule koppelen met een molecule dat per definitie polair is)

2. Het mono-oxygenasecomplex in het ER van de hepatocyten (lever) Oxidatie gebeurt in ons lichaam door verschillende mechanismen. Zo bezitten onze cellen bv. het amine oxidase, het xanthine oxidase, het haem peroxidase en het al wat beter gekende

alcohol

(aldehyde)

dehydrogenase. In de lever echter

werkt

er

een

heel

specifiek oxidasecomplex; dat we het cytochroom P450-monooxygenasecomplex Dit

complex

flavoproteïne

noemen.

gebruikt FADH2

het

samen

met de enzymes cytochroom P450

en

cytochroom

reductase

om

P450

toxische

substraten te oxideren. (cfr. schema)

3. De fase 1 detoxificaties (examen) Hoewel deze reacties frequent een minder actief metaboliet opleveren, kunnen de fase-I metabolieten soms ook actiever zijn, even actief of anders actief dan het oorspronkelijke molecule. Veelal dienen de fase-I-reacties ter voorbereiding van de fase-II-reacties waar een conjugeerbare groep zal worden aangebracht. •

Oxidaties

Een eerste oxidatie is de typische

hydroxylatiereactie

die je hiernaast ziet afgebeeld. Enkele

voorbeelden

maken

duidelijk hoe bv. ons lichaam barbituraten

(slaapmiddelen)

neutraliseert. Een

tweede

oxidatie is het

omzetten van methylgroepen in alcoholgroepen,

zoals

op

de

tekening hier links afgebeeld. 17


Een derde oxidatie is de

deaminatie-oxidatie

van aminogroepen. Dit is de afsplitsing van een aminogroep

zowel

bij

alifatische

als

bij

aromatische stoffen.

via

R – NH – CH2

Aan de linkerzijde zien

OH

we de vierde oxidatie, namelijk de dealkylatie verschijnen die in twee vormen bestaat: de N-

R-O-R’ Æ R-NH2

dealkylatie

en

de

O-

dealkylatie.

De vijfde oxidatie besproken in de les was de vorming van sulfoxides. Een goed voorbeeld hiervan is de detoxificatie van chlorpranazine. De zesde oxidatie besproken in de

les,

alcoholen

was en

de

oxidatie

aldehyden

van naar

carbonzuren. Zo hebben we het voorbeeld gezien van de detoxificatie van methanol. Deze reactie loopt in feite verkeerd in ons lichaam, want methanol is niet rechtstreeks schadelijk en wel wateroplosbaar. Het is juist door onze detoxificatie-enzymen dat er uit methanol, formol en mierenzuur zullen onstaan. Dit zijn 2 toxische stoffen die dan gaan inwerken op onze ganglia en onze retina; de cellen zullen ontsteken en daarna afsterven. Het is dan ook niet moeilijk te begrijpen dat na inname van 15 ml methanol blindheid al kan optreden. (behandeling; based op competitieve inhibitie; want affiniteit van alcohol dehydrogenase is 100x groter voor ethanol, dan voor methanol) •

Reducties (d.m.v. cyt P450 reductase)

Een eerste reductie is de reductie van aldehyden tot ethanolen.

Een

bekend

voorbeeld

hiervan

is

de

detoxificatie van choral (een sterk anestheticum). Een tweede reductie is de nitroreductie. Hiervan hebben we het dinitrofenol als voorbeeld gezien, dat wordt gereduceerd tot het amino-nitro-fenol

18


Een derde reductie is de azoreductie. Bijvoorbeeld: azobenzeen Æ 2x aniline De

vierde

reductie

gezien

in

de

les

is

de

dehalogenatie. Dit gebeurt o.m. met het toxische DDT. •

Hydrolyse (gebeurt over het hele lichaam)

Als eerste hebben we de hydrolyse van esters.

Dit

procaïne.

vinden (een

we

terug

anestheticum

bij

bv. voor

plaatselijke verdoving). Verder

kunnen

gehydrolyseerd afgebeeld

ook worden,

hiernaast.

Een

amides zoals bekend

voorbeeld is het lidocaïne, dat zoals zijn homoloog, ook een verdovingsmiddel is dat plaatselijk wordt gebruikt.

4. De fase 2 detoxificaties (examen) Deze reacties grijpen meestal plaats na voorafgaandelijke structuurverandering van fase-I; ze

beogen,

naast

een

activiteitsvermindering,

meestal

een

toename

van

de

wateroplosbaarheid om zodoende de excretie te bevorderen via conjugatie van een ander polair molecule. Conjugatiereacties kunnen gebeuren met: •

glucuronzuur + UDP (de belangrijkste)

•

acetaat (acetylatie) + S~CoA – neutralisatie van anti-TBC-antibiotica

19


•

glycine (substraat wordt zelf eerst geactiveerd door CoA)

•

sulfaat + PAP (bv. dikwijls bij fenolen en steroïdhormonen) S is onstabiel geworden en kan worden overgedragen

•

methylgroep (methylatie) (uit 5-adenosyl-methionine)

20


•

cysteïne + acetaat (ontstaan van mercaptiden) m.b.h. S~CoA

Het verder verloop van de detoxificatiereacties hangt dan af van het moleculair gewicht van de reactieproducten. Is het MG < 300? Æ urine. Is het MG > 500? Æ gal Æ faeces. Bij een waarde hiertussen kunnen de reactieproducten verschillende richtingen uit. (zelfs naar het hoofdhaar en/of huidschilfers)

5. Algemene kenmerken van detoxificatiereacties •

Aspecificiteit

Het aspecifiek karakter van deze reacties blijkt uit de meerdere detoxificatiemogelijkheden per product. Bijvoorbeeld benzoaat kan gehydroxyleerd worden en op zijn carboxylgroep zowel met glycine als met glucuronzuur geconjugeerd worden. •

Competitie

Wegens het aspecifiek karakter van het detoxificatieproces komt het frequent voor dat uiteenlopende geneesmiddelen in competitie staan voor dezelfde detoxificatiereactie; de werking van beide producten zal dus sterker zijn en vooral langer duren. Bijvoorbeeld kan er

competitie

optreden

tussen

tolbutamide

(antidiabeticum)

en

fenylbutazone

(antireumaticum), chloramfenicol (antibioticum) en dicoumarol (anticoagulerend middel). •

Soortverschillen

Er komen opvallende soortverschillen voor zowel wat betreft het type detoxificatie voor een bepaald product als voor wat betreft de snelheid van detoxificatie. -

Type

Bijvoorbeeld bij de mens wordt bilirubine gedetoxificeerd door glucuronidatie, terwijl de hond gebruik maakt van conjugatie met glucose of xylose. -

Snelheid

Bijvoorbeeld bij de mens wordt fenylbutazone traag gemetaboliseerd (T ½ = 2 dagen), maar veel vlugger bij vele andere dieren (T ½ = 3-6 uur). •

Leeftijdsverschillen

De reden dient hiervoor gezocht te worden in de immaturiteit van de detoxificerende enzymen bij de geboorte die pas later een maturatie zullen ondergaan. 21


Bijvoorbeeld chloramfenicol wordt bij baby’s 5x trager gedetoxificeerd (door conjugatie met glucuronzuur, naast reductie) dan bij volwassenen. Daarom is het zo gevaarlijk bij vrouwen in de laatste maanden van de zwangerschap, zomaar een antibioticum voor te schrijven. Als de vrouw immers bevalt en de navelstreng wordt afgeknipt; kan de neonatus het antibioticum niet meer tijdig detoxificeren, en heeft het enorm schadelijke gevolgen. •

Interindividuele verschillen

Bijvoorbeeld belangrijke interindivuele verschillen in de afbraaksnelheid van dicoumarol. (7h-74h) d.i. belangrijk voor het op punt stellen van anticoagulantia-therapie. •

Inductie

Chronisch

gebruik

van

bepaalde

geneesmiddelen

kan

leiden

tot

inductie

van

de

detoxificerende enzymenset. Deze inductie ligt aan de basis van tolerantie en crosstolerantie van geneesmiddelen. Gelukkig is dit een reversibel proces -

Tolerantie

Bijvoorbeeld

chronisch

slaapstoornissen

te

gebruik

verhelpen,

van

barbituraten,

in

wordt

gekenmerkt

door

de een

ijdele

hoop

progressief

verminderend slaapverwekkend effect. (Ander voorbeeld is DDT bij vogels. Vogels

eten

insectenDDT

detoxificatiesysteem zo’n

Æ

vogelsDDT.

hoge

[DDT]c

tolerantie

zo

hoog

dat

vogelsDDT’s

heeft, dat vogelsDDT hun eigen

geslachtshormonen beginnen af te breken.) -

Cross-tolerantie

Bijvoorbeeld indien, na het op punt stellen van een dicoumarol-behandeling, na enige

tijd

dicoumarol

barbituraten sneller

worden

worden

genomen,

afgebroken

kan

door

(gebrekkige

aspecifieke

inductie

antistollingstherapie).

Omgekeerd, bij het stopzetten van het gebruik van barbituraten tijdens een dicoumarol-behandeling, zal het dicoumarol trager worden gemetaboliseerd (risico op bloedingen). •

Activatie

Voorbeeld: fenylbutazone (cyt P450 afhankelijk)

•

-

gehydroxyleerd op een aromatische ring: inflammatoire eigenschappen

-

gehydroxyleerd op alifatische keten: stimulering van urinezuur-secretie

Toxificatie

Bijvoorbeeld fenacetine kan door “mislopen” van detoxificaties omgezet worden tot hepatoof nefrotoxische derivaten.

22



Bespreek de fase-1 detoxificatie-reacties. Illustreer met enkele voorbeelden

•

Bespreek de fase-2 detoxificatie-reacties. Illustreer met enkele voorbeelden

•

Bespreek de algemene kenmerken van de detoxificatiereacties + bespreek MAO

Hoofdstuk 3: Hormonen 1. Inleiding Hormoneninteracties kunnen in ons lichaam op verschillende manieren gebeuren. Zo heb je bv. endocriene (cel -> bloed -> cel), paracriene (cel -> cel), autocriene (cel op zichzelf) en juxtacriene (in synapsen) interacties. Wat betreft de indeling van hormonen kun je allereerst een indeling maken op basis van al dan

niet

wateroplosbaar.

Zo

zullen

vetoplosbaarbare hormonen, zoals steroïden en schildklierhormoon, transporteiwitten nodig hebben

(albumine

of

een

ander

specifiek

transporteiwit) om vervoerd te kunnen worden langs de bloedbaan. Dit feit zorgt er dan ook voor

dat

bij

toediening

van

vetoplosbare

hormonen, het langer gaat duren alvorens zij in de cel zijn opgenomen. Deze hormonen moeten immers eerst door het PM om in het cytosol dan actief te zijn. Wateroplosbare hormonen (bv. peptidehormonen of prostaglandines) worden dan wel sneller opgenomen; omdat zij vaak binden aan een extracellulaire receptor op het PM en dus minder afstand moeten overbruggen. Een tweede indeling die kan gebeuren, is een biochemische indeling. Zo kan men hormonen indelen in een viertal verschillende categoriën. Zo zijn er de hormonen die gewoon bestaan uit ketens van AZ (bv. encephalines). Ten tweede heb je nog de hormonen die gebaseerd zijn op één enkel AZ-derivaat. (bv. schildklierhormoon is afgeleid van tyrosine cfr. Sciot). Ten derde is er een speciale klasse van hormonen die worden gevormd uit de eicosanoïden. Voorbeelden hiervan zijn de prostaglandines, de thromboxanen en de leukotriënen, en tenslotte heb je nog de groep hormonen die ontstaan als derivaten van cholesterol (bv. steroïden). Wat betreft de vorming van hormonen kunnen we vrij kort zijn. Een hormoon ontstaat als preprohormoon (het pre-stukje is vaak een signaalpeptide) Æ prohormoon Æ hormoon. Het nut van zo’n mechanisme is dat er meerdere hormonen uit 1 preprohormoon kunnen ontstaan, bv. prosomastatine (proSS) Æ SS28 en SS14

23


2. Het maag-darmstelsel De belangrijkste hormonen die voorkomen in het maagdarmstelsel op een rijtje •

Secretine (lijkt op glucagon Æ men spreekt soms van de secretine/glucagon-familie)

Secretine bestaat slechts onder 1 vorm, nl. die van 27 AZ en wordt afgescheiden door: -

Het slijmvlies van het duodenum (S-cellen); dit wordt uitgelokt door de doorgang van zure spijsbrij.

-

Het proximaal deel van de dunne darm.

Secretine stimuleert de secretie van een bicarbonaatrijke vloeistof door het pancreas.

•

-

pH↓ → secretine↑ → pancreas-activiteit↑ → HCO3-↑

-

HCO3- is basisch en neutraliseert het maagzuur → pH↑ → signaal valt weg.

Gastrine (prepro: 101 AZ)

Naargelang het aantal AZ, spreekt men van gastrine 14, 17 en 34. -

G14 is biologisch actief.

-

G17 wordt gesecreteerd door de mucosa van de maagpylorus (G-cellen). (dit is de populairste gastrine)

-

G34 wordt gesecreteerd door de mucosa van het proximaal deel van het GIstelsel (GI-cellen).

Gastrine stimuleert (functie van gastrine): -

de secretie van het maagzuur en pepsine door de maagmucosa;

-

de maagmotiliteit;

-

de celproliferatie van de maagmucosa.

De afscheiding van gastrine wordt uitgelokt door: -

mechanische uitzetting;

-

vagale impulsen;

-

secretagogen (peptiden, ethanol, caffeïne);

-

histamine Æ anti-histaminica tegen te hoge maagsecretie (reisziekte)

De secretie wordt geïnhibeerd door: -

de zuurtegraad van de maag;

Wanneer de pH te laag wordt, stopt de gastrine-productie = negatieve feedback. Een ander hormoon dat de gastrine-productie kan doen stoppen is het somatostatine. Dit hormoon wordt zowat beschouwd als de off-switch van elk hormoon in ons maagdarmstelsel. •

Cholecystokinine (CCK)

Van dit hormoon bestaan er verschillende vormen nl. CCK58,

39, 33, 8

waarvan CCK33 de

meest populaire is. Dit CCK33 bestaat uit 33 aminozuren, en kun je eigenlijk functioneel opdelen in twee delen; een stukje 28AZ + 5AZ (dit is de CCK5-sequentie, die ook aan gastrine wordt aangekoppeld ter bescherming tegen proteolytische activiteit) Het preproCCK bestaat uit 115 AZ. Het carboxyterminaal uiteinde is zoals gezegd identisch aan dat van 24


gastrine, met als gevolg dat de effecten van CCK en gastrine vrij gemeenschappelijk zijn. Het aminoterminaal uiteinde is verantwoordelijk voor de specifieke eigenschappen van CCK. CCK-secretie wordt getriggerd door de aanwezigheid van halfverteerde vetten in de dunnedarm en ook door de n. vagus. Vervolgens wordt CCK afgescheiden door de intestinale mucosa (proximaal deel van dunnedarm; I-cellen). CCK stimuleert: -

secretie van enzymen

-

secretie van HCO3- door pancreas

-

contractie van de galblaas Æ galzouten komen vrij Æ afbraak vetten

-

lediging van de maag (dit veronderstelt een feedbacksysteem; anders zou dit aan de gang blijven)

Gezien het effect op de voedselvertering, grijpt er een positieve feedback plaats. •

Gastric Inhibitory Peptide (GIP)

GIP is een polypeptide bestaande uit 42 AZ waarvan de structuur gelijkt op die van glucagon en secretine. GIP wordt gesecreteerd door de K-cellen van de mucosa van het duodenum en het proximaal deel van de dunnedarm. De secretie van GIP wordt gestimuleerd door intraluminale KH en lipiden. GIP veroorzaakt een verhoogde glucosegeïnduceerde insulinereactie bij verhoogde plasmaspiegel, en stimuleert aldus de secretie. (cfr. schema hieronder) •

Glucagonlike peptide 1 (GLP1) (amide)

Dit enzyme wordt aangemaakt en vrijgesteld door de L-cellen van het duodenum o.i.v. van het GIP. Het hormoon target de β-cellen van de pancreas; die gestimuleerd zullen worden en

waardoor

de

insulineproductie dus zal stijgen.

insuline •

Somatostatine 28 (SS28)

Dit hormoon is een beetje de “off-switch” van ons gastro-intestinaal stelsel. Zijn functie is drieledig: het remmen van de maagfunctie, het remmen van de enzymesynthese door de pancreas en het remmen van de secretie van pancreasenzymen. (glucagon en insuline) Het hormoon staat volledig onder controle van het CZS. We spreken van een neurogene regeling: o.i.v. orthosympatische vezels, secretie ; o.i.v. n. vagus, secretie

25


•

Vasoactive intestinal polypeptide (VIP)

VIP is aanwezig in de neuronen van de dunnedarm en het CZS. Het heeft een drieledige werking:

•

-

een vasodilaterende werking;

-

een relaxerende werking op de gladde spieren en sfincters van het GI-stelsel;

-

een stimulerend effect op de secretie van het pancreasvocht.

Enteroglucagon

Het enteroglucagon wordt afgescheiden door: -

de speekselklieren; de maag; de dunnedarm; het colon; de hersenen.

De structuur is niet gekend, maar wordt afgeschreven van dezelfde genstructuur als het pancreatisch glucagon. De functie van het enteroglucagon is zwakker dan dat van glucagon. Naast deze hormonen zijn er nog vele andere hormonen die een rol spelen in het gastrointestinaal systeem, bijvoorbeeld substance P, neurotensine, motiline, enz...

3. De pancreas De pancreas is een erg belangrijk orgaan voor ons lichaam. Het maakt onder meer volgende hormonen-set aan:

•

-

insuline (β-cellen in de eilandjes van Langerhans)

-

glucagon

-

SS14 (δ-cellen); dit zijn de laatste 14AZ van het SS28

-

pancreatisch polypeptide (PP) (geproduceerd door de PP-cellen)

PP (º pancreas); pancreasenzymen

PYY (º colon); maagsecretie en –motiliteit

NPY (º maagdarm en hersenen); vasoconstrictie en secretie ACh

Insuline (51AZ)

De vorming van insuline is geïllustreerd op deze tekening hier:

26


De eigenlijke synthese van insuline verloopt over het prepro-insuline met een MG van 11500 kDa. Door afsplitsing van het signaalpeptide (23 AZ) na doorgang in het ER, wordt prepro-insuline omgezet in pro-insuline, dat op zijn beurt door verwijdering van het connecting peptide aanleiding geeft tot insuline. Het hormoon wordt gevormd ter hoogte van het ER als pro-insuline, omgezet tot insuline in het Golgi-apparaat en opgestapeld, geassocieerd met 2 zinkatomen, als een hexameer door associatie van 3 dimeren, in de βgranulen. De β-granulen, allen omgeven door een membraan, bewegen zich naar de celmembraan door contractie van het microtubulair systeem, en hun inhoud wordt door exocytose in de extracellulaire ruimte gestort. De β-cellen van het pancreas secreteren dus insuline, pro-insuline en C-peptide (dit laatste in equimolaire hoeveelheden als insuline). Elke dag wordt er door de pancreas ongeveer 1,5 à 2 mg insuline geproduceerd. De halfwaardetijd van insuline bedraagt ongeveer 15 minuten. Dit is het gevolg van een snelle en intensieve afbraak ter hoogte van de lever en de nier. Deze organen beschikken over een arsenaal

van

afbraakmogelijkheden

nl.

het

glutathion-insuline-dehydrogenase,

het

insuliniase en een mechanisme om S-S-bruggen te verbreken. Insuline heeft in de eerste plaats een groeifunctie. Natuurlijk speelt het ook een rol in de regeling van het bloedsuiker; zoals we allemaal wel weten. De regeling van insuline ziet er ongeveer als volgt uit:

27


De werking van insuline is vijfledig: -

De opname van glucose verbeteren. Om dit goed te begrijpen moet je weten dat elk PM al GLUT1-transporters heeft om in beperkte mate glucose op te nemen. Insuline gaat nu in grote mate GLUT4-transporters rekruteren naar het PM om zo sneller glucose te kunnen opnemen in spieren vetweefesel. Noot: In de lever zal insuline de influx van glucose langs een concentratiegradiënt door diffusie onrechtstreeks stimuleren door inductie van glucokinase. Door de verhoogde glucokinase-activiteit en de omzetting van glucose-6-P wordt de intracellulaire concentratie glucose zeer laag, en de membraan is vrij permeabel voor glucose, waardoor glucose gemakkelijk naar binnenstromen kan. De lever is de belangrijkste receptororgaan voor insuline dat de glycolyse, de glycogeen-synthese en het glucose-transport binnen enkele minuten beïnvloedt. Als gevolg van de intake van insuline zullen er fosforylatie/defosforylaties optreden met als gevolg dat de lever minder glucose zal afgeven. => Insuline heeft een effect op het koolhydratenmetabolisme.

-

Insuline stimuleet de omzetting van koolhydraten in vetten, zowel in de lever als in de extrahepatische weefsels. Zowel de pyruvaat dehydrogenase- als de acetyl-CoA carboxylase-activiteit is gestegen, respectievelijk door een verhoogde defosforylatie en fosforylatie. De pentosecyclus is gestimuleerd door een verhoogde glucose-6-P-dehydrogenase-activiteit, en dit is noodzakelijk voor de synthese van vetzuren. Daarenboven is er een verminderde triglyceride-lipase-activiteit door de inwerking van lipolytische hormonen zoals catecholaminen en glucagon. Insuline heeft ook een gunstig effect op de cholesterolemie, door de vorming van VLDL en LDL te beïnvloeden. => Insuline heeft een effect op het vetmetabolisme.

-

De proteïnesynthese aanwakkeren. Dit komt omdat insuline de opname van vrije AZ bevordert en zo de translatie op volle kracht kan draaien zonder stil te vallen door gebrek aan AZ. Bovendien kan insuline een aantal ribosomale proteïnen fosforyleren (in dit geval actiever maken) en heeft insuline ook een remmend effect op de proteolyse. De mRNA-synthese, met als gevolg de aanmaak van specifieke proteënen en enzymen, wordt gestimuleerd op lange termijn. => Insuline heeft een effect op het proteïnenmetabolisme.

-

De celdeling stimuleren. Insuline heeft immers een stimulerend effect op verschillende groeifactoren; nl. EGF; EFGF en het PDGF en op de signaaltransductie-cascade geïnitieerd door de receptor tyrosine kinase (RPTK)

-

Insuline zorgt ook nog voor een verhoogde K+-opname.

Het werkingsmechanisme Insuline regelt het metabolisme op 2 manieren: -

Het hormoon beïnvloedt het transport van substraten in de cel;

-

Het hormoon regelt, door verandering van enzym-activiteit, de intracellulaire modificatie van deze substraten.

De insuline-receptor is een transmembranair insuline-afhankelijke tyrosine kinase. En bestaat uit 4 subeenheden. Het zijn glycoproteinen verbonden door disulfidebruggen. Insuline bindt aan de 2 centrale α-subeenheden (125 kDa) die aan de buitenkant van de membraan gelegen zijn. Het cytoplasmatisch deel van de 2 daaraan gebonden βsubeenheden

(95

kDa)

vertonen

tyrosine-kinase-activiteit.

De

insuline-gemedieerde

28


autofosforylatie van tyrosine-residu’s op de β-subeenheid resulteert in de productie van een actieve insuline-onafhankelijke RPTK. Na de binding van insuline met de membraanreceptor is

er

een

verhoogd

transmembranair transport van

glucose.

mechanisme is

nog

Dit niet

gekend.

Als gevolg van de binding van

insuline

receptor,

aan

verandert

configuratie

van

zijn de de

receptor, die nu tyrosineactiviteit

vertoont

en

autofosforyleert. De receptoren associëren met elkaar, en er grijpt een internalisatie plaats waardoor de turnover en de concentratie van de receptoren gecontroleerd wordt (= down-regulation). Het signaal wordt doorgestuurd door de tyrosinekinase-activiteit en het docking-effect. De actieve receptor fosforyleert onder meer de insuline receptor substraat-1 (IRS-1) dat bindt aan de SH2 domeinen van PI3-kinase, GRB2,… Hierdoor worden Thr/Ser PK, zoals MEK, MAPkinase, … geactiveerd en dit resulteert in een complexe regeling van enzymen. Wanneer de concentratie van cAMP vooraf reeds gestegen is, veroorzaakt insuline een vermindering van de concentratie cAMP. Een groot aantal eiwitten worden in verhoogde mate aangemaakt door de regeling van mRNA-transcriptie. Het effect van insuline op de gen-transcriptie ligt ook aan de basis van de embryogenese, differentiatie, celgroei en proliferatie. Daar waar in de lever de influx stijgt door diffusie langs de gradiënt veroorzaakt door de verhoogde glucokinase-acitiviteit, zal het in de spieren vetweefsel de carrier-gemedieerde gefaciliteerde diffusie gestimuleerd worden. Pathologieën o

te weinig insuline

Een tekort aan insuline leidt tot een hyperglycemie (150-200mg%). Dit geeft vrijwel onmiddellijk aanleiding tot glucusurie (suiker in de urine). Andere symptomen zijn polyurie (veel plassen), polydypsie (veel drinken om de vochtbalans in evenwicht te houden) en polyfagie (veel eten). Een ander zeer belangrijk gevolg van hyperglycemie is dat het 29


lichaam een verhoogde activiteit zal tonen van de lipolyse. Hieruit volgt dat de [VVZ]c (Æ [VLDL]c ) en de [acetyl-CoA]c zal stijgen in de lever, met hogere levels van ketonlichamen (acetoacetaat,

β-hydroxybutyraat

en

aceton)

tot

gevolg.

Dit

leidt

tot

ketonemie

(ketonlichamenconcentratie in het bloed verhoogd) en zelfs verder tot ketonurie (in de urine).

Ketonemie

is

een

potentieel

gevaarlijke

situatie;

aangezien

de

verhoogde

concentratie ketonlichamen de pH van het bloed kan doen dalen, zo ver zelfs dat het lichaam in metabole acidose gaat. Dit geeft rechtstreeks aanleiding tot coma. Dit is het eerste gevolg. Als de hyperglycemie nu meer dan vier tot zes weken aansleept; dan zal de α-keten van het Hb gemodificeerd worden. Er wordt een glucosemolecule aan het Hb gehangen. Dit nieuwe Hb draagt de naam HbA1C, en kan men therapeutisch gaan opsporen. Een derde gevolg is dat het katabolisme van eiwitten zeer intens zal doorgaan. Een woordje meer over diabetes Diabetes komt voor in twee vormen: diabetes mellitus (honing) en diabetes insipidus. We bespreken enkel diabetes mellitus. Diabetes mellitus of suikerziekte is een tamelijk frequent voorkomende ziekte en komt voor onder twee types: type I en type II. Type I (insuline-afhankelijke vorm) -

Een absoluut gebrek aan insuline. Ontstaat door een auto-immuunrespons van het lichaam tegen de β-cellen. 5-10% van de gevallen. Wordt vrij vroeg in het leven gediagnosticeerd. (vrij snel ketonurie)

Type II (non-insuline-afhankelijk – slechte naam want op termijn ook insulinenood) -

Een relatief gebrek aan insuline. Dit is vaak te wijten aan een slechte productie door de β-cellen en/of een perifere resistentie t.h.v. de weefsels aan het insuline (bv. glucokinase in lever). 90-95% van de gevallen. Deze variant is gevaarlijker, omdat de symptomen bij een tekort aan insuline minder uitgesproken zijn, maar ondertussen er al wel veel VLDL in het lichaam is gekomen (via VVZ). Dit VLDL geeft dan aanleiding tot hoge LDL-levels, die dan (vooral kleinere) aders gaan vervetten. Zo kan je begrijpen dat diabetes mellitus type II het risico op atherosclerose fel verhoogt. Daarnaast zijn ook blindheid en nierproblemen zeer frequent voorkomende aandoeningen te wijten aan die vervettingen.

o

te veel insuline

Deze toestand is gewoonlijk te wijten aan tumoren van de B-cellen en is gekenmerkt door een neiging tot hypoglycemie. Hyperinsulinisme veroorzaakt een gevoel van vermoeidheid en verwarring, dat verbetert na het innemen van voedsel. Deze afwijking evolueert naar een

toestand

gekenmerkt

door

verwardheid,

angst,

zweten,

spraakmoeilijkheden,

tachycardie, duizeligheid, en zelfs coma indien niet behandeld. Glucose is immers het enige substraat dat vlug genoeg doorheen de bloed-hersen-barrière kan getransporteerd worden 30


als doeltreffende energiebron voor het centraal zenuwstelsel. Aangezien de kleine voorraad glycogeen in de hersenen, zullen symptomen van hypoglycemie vlug hun uiting vinden ter hoogte van het centraal zenuwstelsel. •

Glucagon

Glucagon wordt afgescheiden door de α-cellen van de pancreas, en ook door α-cellen gevonden in de maagfundus en dit in antwoord op dezelfde stimuli als van pancreatisch glucagon. Glucagon is een polypeptide samengesteld uit 29 AZ, zonder Cys-residu’s (+/- 4 kDa). De precursor van glucagon is 9 kDa zwaar, wat enorm groot is. Glucagon wordt gevormd als: preproglucagon → proglucagon → glucagon. Ongeveer een derde van het immunoreactief glucagon is biologisch actief en afkomstig van de pancreas. De regeling zou als volgt kunnen worden voorgesteld:

Bij vasten stijgt de secretie van glucagon gedurende de eerste dagen, om opnieuw te dalen waneer de vetzuren en ketonlichamen een belangrijke vorm van energie worden. Insuline inhibeert de secretie van glucagon, maar bij lage insulinewaarden grijpt het omgekeerde plaats. De functie van glucagon is in feite een tweeluik. Eerst en vooral heb je de postprandiale rol van glucagon. Daarnaast speelt glucagon ook een voorname rol bij vasten. De postprandiale rol van glucagon houdt in dat glucagon zorgt voor een postprandiale amplificatie van de insuline-secretie door het feit dat onder meer CCK en AZ de secretie van glucagon en dus deze van insuline stimuleren. Werking: Glucagon stimuleert de secretie van insuline door de β-cel. Op de plasmamembraan van de β-cel is er een specifieke receptor (GPCR) voor glucagon. Hierdoor wordt adenylaat-cyclase gestimuleerd, waardoor insuline vrijgemaakt wordt. In dit geval wordt de verhoogde Ca2+ concentratie bekomen door de intracellulaire translocatie van de ionen. 31


De rol van glucagon bij energienood houdt anderzijds in dat glucagon zorgt voor een mobilisatie van metaboliseerbare substraten door glycogenolyse, gluconeogenese, lipolyse en ketogenese bij hoge energienood. De verhouding tussen de concentraties van de insuline en glucagon is hierin zeer belangrijk. Werking: Glucagon is agonist van een GPCR. Dit hormoon verwekt hyperglycemie door glycogenolyse in de lever ten gevolge van de activatie van adenylaat-cyclase (van de lever, niet van de spier). Andere effecten zijn ook dat de activiteit van glycogeensynthase in de lever is ook verminderd. Verder stimuleert glucagon eveneens de lipolyse door een verhoogde lipase-activiteit. De stimulatie van de ketogenese is ook een fysiologisch effect van glucagon.

4. De schildklier (glandula thyroidea) De

schildklier

is

een

orgaantje

gelegen aan de bovenkant van de trachea. Het weegt ongeveer 10-30 g. Anatomisch gezien zie je in het midden de isthmus, en valt het op dat

de

schildklier

enorm

goed

gevasculariseerd is. De doorstroming van het bloed bedraagt dan ook 5 ml/g/ms. Histologisch gezien bestaat zij hoofdzakelijk uit schildklierfollikels (+/- 1.000.000) die samengehouden worden door bindweefsel.

Deze follikels zijn begrensd door een enkelvoudige laag cellen en bevatten een viskeus materiaal: de colloïde stof. De

schildklieractiviteit

wordt

niet

alleen

gekenmerkt door de diameter van de follikels en het uitzicht van

de

cellen,

hen

maar

begrenzende ook

door

de

pinocytose, de aanwezigheid van reabsorptie

lacunen in

het colloïd en van vacuolen in de cellen; zoals je kan zien op deze histologische coupes.

32


De synthese van schildklierhomoon gebeurt in een tweetal stappen: •

Opname van jodium via de “jodide-trap”

Bij een optimale jodium-opname van 150 tot 270 µg jodide met de voeding, wordt 10-40% van het jodium uit de circulatie opgenomen door de schildklier. Een zekere hoeveelheid Iwordt ook geconcentreerd door andere epitheliale structuren zoals speeksel- en melkklier en de maag- en darmmucosa. Het I- wordt opgenomen in de schildklier door de I- pomp: de jodide-trap, een ATP gebruikend, actief transportmechanisme dat simultaan de influx van K+ en efflux van Na+ beïnvloedt. Een kleine hoeveelheid I- diffundeert door de membraan, en intracellulair I-, dat geïncorporeerd wordt in MIT of DIT, kan op die manier de cel verlaten. De jodide-trap wordt geïnhibeerd door cardiotonische glucosiden. •

Synthese van de schildklierhormonen

In de schildklierfollikel worden de jodide-ionen tot een “actieve” vorm geoxideerd, onder invloed van thyroperoxidase, met H2O2 als elektronen-acceptor. Dit H2O2 wordt gevormd uit O2 en NADPH dankzij een microsomale reductase. Deze oxidatie wordt geïnhibeerd door thio-ureumderivaten (= antithyroïde geneesmiddelen). Vervolgens wordt dit “actief” jodide binnen enkele seconden aan tyrosine gehecht. Hierdoor wordt, dichtbij de apicale membraan, eerst monojodotyrosine (MIT) en vervolgens dijodotyrosine (DIT) gevormd. Er bestaat geen tRNA voor MIT of DIT. De jodinatie van tyrosine gebeurt slechts in het prethyroglobuline juist vóór de secretie in het lumen van de schildklierfollikel. Vervolgens gebeurt een oxidatieve koppeling tussen 2 dijodotyrosines of tussen dijodotyrosine en monojodotyrosine, terwijl deze steeds vastgehecht zijn in de peptideketen. Deze reacties worden ook geïnhibeerd door thio-ureumderivaten. MIT + DIT

→

T3

DIT + DIT

→

T4

Het peroxidase speelt een belangrijke rol, zoniet de eigenlijke rol in de koppelingsreactie. Mogelijk gebeurt de synthese van T3 en T4 in de follikelholte onder controle van enzymen die door de schildkliercellen in het lumen gesynthetiseerd woden. Anderzijds is de synthese van schildklierhormonen mogelijk in het foetaal weefsel, nog vóór de vorming van de follikelholten. De schildklierhormonen zijn vastgehecht in het thyroglobuline (660 kDa) dat zelf inactief is. Eenmaal de synthese is afgerond, kunnen de schildklierhormonen gesecreteerd worden. Schildklierhormonen worden vrijgemaakt uit thyroglobuline door proteolyse. Thyreotroop stimulerend hormoon (TSH) stimuleert de endocytose ter hoogte van de apicale membraan. De opgenomen colloïddruppels versmelten met de lysosomen, waarna de proteolytische enzymen van deze laatste het thyroglobuline hydrolyseren. De lysosomen zijn dus fagosomen geworden. De hydrolyse van thyroglobuline wordt geïnhibeerd door I-. Het jodium van het vrijgekomen MIT en DIT wordt onmiddellijk afgesplitst door microsomale dehalogenasen die NADP+ gebruiken.

33


Het vrijgekomen thyroxine en trijodothyronine gaan over in het bloed door diffusie langsheen de concentratiegradiënt. Per dag wordt ongeveer 90 µg T4, 30 µg T3 en 30 µg rT3 (reversed T3) gesecreteerd door de schildklier.

Een woordje meer over de regulatie. De synthese en secretie van thyroxine is alleen mogelijk in aanwezigheid van de hypofyse. Het actief molecule afgescheiden door de voorkwab van de hypofyse is het thyreotroop hormoon (TSH: Thyroid Stimulating Hormone). De secretie van TSH is het resultaat van een fijne feedback-controle, en wordt beïnvloed door het gehalte aan schildklierhormonen, vooral T4 ter hoogte van de hypofyse 34


én hypothalamus, en T3 enkel ter hoogte van de hypofyse. De schildklierhormonen inhiberen de secretie van TSH door een rechtstreekse inwerking op de hypofyse-voorkwab, gedeeltelijk door een reductie van het aantal receptoren voor TRH (= Thyrotropin Releasing Hormone) en misschien via de hypothalamus door inhibitie van de secretie van TRH. Een verlaging van de temperatuur zou eveneens de thyroxine-secretie stimuleren langs de hypothalamus. Het somatostatine inhibeert de TSH-secretie. TRH wordt vlug geïnactiveerd in het plasma door een protease. Anderzijds worden o.i.v. TSH worden talrijke metabole reacties in de schildklier versneld: -

productie van cAMP en IP3;

-

activatie van fosforylase;

-

transport van jodide;

-

jodinatie van tyrosine in het pre-thyroglobuline;

-

synthese van thyroxine;

-

…

Eenmaal de schildklierhormonen gesynthetiseerd zijn komen ze in het bloed terecht. T4 en T3 zijn echter niet wateroplosbaar. Daarom komt slechts 0.03% van het thyroxine en 0.3% van het T3 onder vrije vorm voor in het plasma. Vrij schildklierhormoon staat in voor de controle van het celmetabolisme en de afscheiding van TSH. De binding van T4 en T3 aan plasmaproteïnen belet het verlies met de urine en kan ook beschouwd

worden

als

een

buffermechanisme.

In

het

plasma

worden

de

schildklierhormonen omkeerbaar gebonden aan 2 proteïnen, specifiek voor het transport van thyroxine: -

TBG (50 kDa):

thyroxine-binding-globulin

-

TBPA (55 kDa):

thyroxin-binding-pre-albumin

-

Kleine hoeveelheid thyroxine en T3 gebonden aan een albumine-fractie.

TBG is een glycoproteine met een hoge bindingsaffiniteit voor T4 (70%) en T3 (30%). Het heeft 1 bindingsplaats voor thyroxine per molecule. TBPA komt in een hogere concentratie voor dan TBG, maar heeft veel lagere affiniteit voor schildklierhormonen T4 (10%) en T3 (27%). Verder bindt het TBPA ook MIT en DIT. Trijodothyronine wordt veel minder gebonden aan proteinen van het plasma. Dit legt uit waarom T3 meer en vlugger werkzaam is dan thyroxine. Om dezelfde reden wordt trijodothyronine sneller gekataboliseerd en uit het bloed verwijderd dan thyroxine. De T ½ van thyroxine = 6-7 dagen tegenover de T ½ van T3 = < 2 dagen. Thyroxine gaat vrij gemakkelijk doorheen talrijke membranen, en wordt ook gemakkelijk geabsorbeerd uit het darmkanaal. Zeer weinig thyroxine gaat door de bloed-hersenbarrière. Een factor die belangrijk is in de opname van thyroxine door de weefsels, is de aanwezigheid van thyroxine-bindende proteinen in de cel. De afbraak (katabolisme/detoxificatie) van T3 en T4 in de weefsels kan gebeuren omdat de jodothyronines omgezet worden tot andere derivaten die ofwel inert zijn, ofwel onder sommige omstandigheden meer actief. T3 wordt voor ongeveer 80% gevormd uit T4 35


buiten de schildklier. Thyroxine wordt voor 45% omgezet in reverse trijodothyronine of rT3. 35% wordt omgezet in trijodothyronine of T3 en de rest kan ofwel nog worden gedeamineerd tot TETRAC (3, 5, 3’, 5’ tetra-jodothyro-azijnzuur) ofwel gecarboxyleerd worden of de difenyl-ethylether-brug wordt verbroken. T3 kan door deaminatie omgezet worden in TRIAC (3, 5, 3’-tri-jodothyro-azijnzuur). Verdere dejodinatie is mogelijk, alsook conjugatie met glucuronzuur of zwavelzuur ter hoogte van de fenolgroep. Deze conjugaten worden verwijderd langs de gal, maar kunnen in de darm opnieuw gehydrolyseerd worden. Laten we nu wat meer vertellen over de activiteit en de werking van het schildklierhormoon. Voor thyromimetische activiteit is het absoluut noodzakelijk dat er een zijketen is met een carboxylgroep, 2 aromatische ringen verbonden door een ether of thio-ethergroep, en een fenolhydroxylgroep in para-positie op de tweede ring. Voor de activiteit zijn de jodiumatomen in positie 3 en 5 noodzakelijk, maar vervanging door andere halogenen en zelfs door methylgroepen is mogelijk. Deze substitutie fixeert inderdaad de houding van de tweede aromatische ring in een vlak loodrecht op het vlak van de eerste ring. Aangezien de etherbrug een hoek maakt van 120° zijn de posities 2’ en 3’ niet equivalent aan de posities 5’ en 6’. Ogenschijnlijk is de sterische verhouding tussen de 2 ringen welke de posities 3 en 5 bepaalt belangrijker dan de natuur van de substituties. Aldus is het 3’-isopropylderivaat meer actief dan thyroxine. Bij substitutie in de 5’-positie vermindert de activiteit. Thyroxine is dus minder actief dan 3’,3, 5-trijodothyronine. De werking van schildklierhormonen bestaat eruit dat T4 en T3 circuleren in het plasma en gaan door de plasmamembraan enerzijds door passieve diffusie, anderzijds m.b.v. specifieke carriers. T4 wordt in de cel omgezet in T3 door een dejodinase. De T3-receptoren binden aan DNA ter hoogte van het T3-Response element (TRE) op een drietal verschillende manieren. Eerst en vooral heb je een specifiek Zn-finger-motief. Ten tweede zijn er specifieke leucine-zippers aanwezig om de binding nog meer te verstevigen (cfr. Celbiologie I). Tenslotte

zijn

er

nog

een

aantal

homeodomeinen aanwezig. De werking hiervan kan je best vergelijken met een anker (bindend op de major groove) en daaraan een vishaak (bindend met de minor groove) Het actief schildklierhormoon heeft zeer veel verschillende effecten. We zetten ze even op een rijtje: •

Basaal metabolisme en warmteproductie

Voor het effect van schildklierhormonen is de aanwezigheid van catecholaminen vereist. Verhoging van zuurstofconsumptie in de hartspier. Verder is er een stimulatie van de mitochondriale ademhalingsketen door thyroxine.

36


•

Metamorfose en ontwikkeling

Thyroxine is noodzakelijk voor de groei en ontwikkeling van de meeste weefsels, en dit in samenwerking met de andere hormonen en groeifactoren. Daarbij is het schildklierhormoon absoluut noodzakelijk voor de differentiatie en maturatie van de groeikraakbeenschijven. (=> schildklierhormoon is verantwoordelijk voor de metamorfoses in het dierenrijk) In de ontwikkeling van het CZS zal een tekort aan het schildklierhormoon een misvorming eerder dan een vertraagde groei veroorzaken. Deze irreversibele misvorming is gekenmerkt door een vertraagde myelinisatie en een minder uitgesproken vertakking van de dendrieten. •

Centraal zenuwstelsel

Hyperfunctie van de schildklier is gekenmerkt door verhoogde prikkelbaarheid, onrust en emotionele instabiliteit. Hypofunctie is gekenmerkt door een vertraagde verstandelijke activiteit, geheugenverlies en slaperigheid. •

Cardiovasculair stelsel

Thyroxine heeft een uitgesproken inotropisch en chronotropisch effect op de hartspier. De reden hiervoor is drievoudig: ten eerste zal schildklierhormoon de expressie van βadrenerge receptoren laten toenemen. Ten tweede verandert er iets in de structuur van de α en β-ketens van myosine. Tenslotte zorgt het schildklierhormoon er ook voor dat de expressie toeneemt van de Ca2+ gevoelige ATPase. •

Proteinemetabolisme

De schildklierhormonen bevorderen de synthese van enzymen en proteinen. Bij hoge dosis thyroxine leidt tot stimulatie van het proteinekatabolisme t.h.v. spierweefsel. •

Koolhydratenmetabolisme

De schildklierhormonen verhogen de absorptie van glucose en galactose uit de darm en stimuleren bovendien het perifeer gebruik van glucose t.g.v. een verhoogd metabolisme, alsook de glycogenolyse in lever, hart en spierweefsel. •

Vetmetabolisme

Thyroxine en trijodothyronine vertonen een uitgesproken lipolytische inwerking op de vetreserves. (Cave: misbruik bij behandeling van obesitas Æ slecht idee!) •

Water en ionenmetabolisme

Thyroxine heeft een uitgesproken diuretisch effect, met eventueel ionenverlies. Mogelijke pathologiëen •

Tekorten aan schildklierhormoon -

Bij kinderen: cretinisme. (cfr. Sciot) Dit is een genetische aandoening die zich vooral uit in een vertraging van het groeiproces.

37


-

Bij volwassenen: myxoedeem. De oorzaak hiervan is meestal verworven, maar kan ook genetisch zijn. Mogelijke oorzaken zijn de ressectie van de schildklier; een infectie van de schildklier of problemen (secundair/tertiair) met de TSH en TRHproductie/secretie. Het voornaamste symptoom is een papperig uitzicht (kwabben die niet wegduwbaar zijn Æ geen H2O aanwezig) veroorzaakt door de opstapeling van eiwitten, KH en chondrotinesulfaten. Bovendien krijgt de persoon een geelachtig uitzicht (β-caroteen).

•

Teveel aan schildklierhormoon -

Exofthalmische krop (-> uitpuilende ogen) Veroorzaakt door de ziekte van Graves en Basedow.

-

Toxisch adenoom Een andere mogelijke aandoening is de aanwezigheid van allerlei kleine lokale gezwelletjes ter hoogte van de schildklier. Noot: er bestaat ook zoiets als een endemische krop. Hiervan is er sprake als de schildklier is vergroot zonder dat de T3/T4-productie daarom gestoord is. Deze aandoening komt vooral voor in een jodium-arm milieu (bergstreken!)

5. De bijnier De

bijnier

is

een

orgaantje

gelegen

net

boven

de

nieren

verantwoordelijk voor de synthese van 2 grote groepen hormonen: de steroïdhormonen en de catecholamines. De eerste groep wordt geproduceerd door de bijnierschors en is van vitaal belang in ons

lichaam.

De

tweede

groep

wordt

gesynthetiseerd

in

de

bijniermedulla en is NIET van levensbelang. Dit brengt ons bij de anatomie van de bijnier. De bijnier bestaat, ruw geschetst, uit 2 delen: de bijniercortex en de bijniermedulla. De cortex is verder opgedeeld in een drietal zona’s: zona glomerulosa (11% cortex), zona fasciculata (50% cortex) en een zone reticularis. Soms zijn ook nog de resten van de foetale bijniercortex zichtbaar.

1. Bijniermedulla 2. Zona fasciculate 3. Zona glomerulosa 4. Cortexkapsel

38


Als je weet dat steroïdhormonen (cortex) hormonen zijn op basis van cholesterol; dan kan je ook begrijpen dat een bijnier zeer veel LDL-receptoren heeft. Dit cholesterol wordt door de

LDL-receptor

(cfr.

hoofdstuk

over

cholesterol) opgenomen in de vorm van cholesterolesters. Een esterase (cAMP en ACTH-dependant) zorgt ervoor dat het cholesterol vrijkomt. Dit cholesterol (27C) wordt in de eerste plaats gemodificeerd door en 20,22 lyase en een 20,22 hydroxylase in de mitochondria. Hierna volgt de cruciale stap: de omzetting naar het

pregnenolon

desmolase.

(met

(21C) behulp

door van

een O2

en

NADPH). (Bijlage 2 voor ander schema) Dit is het verder verloop v/d synthese

desmolase

3 β-OH-steroïd dehydrogenase

17-alphahydroxylase

progesterone

17-alphahydroxylase 3 β-OH-steroïd dehydrogenase

17,20 lyase

+ 18 OH-steroid DH

Ter verduidelijking -

Het 3 β-OH-steroïd dehydrogenase zorgt ervoor dat de OH-groep op C3 wordt omgezet naar een keto-functie.

-

Het DOC is het 11-deoxycorticosterone.

-

Het 18 OH-steroïd dehydrogenase is specifiek voor de zona glomerulase. De andere zona’s gebruiken het pad naar cortisol vertrekkende vanuit progesterone. 39


Steroïdhormonen zijn derivaten van cholesterol en hebben dus een gemodificeerde cyclopentaan-perhydrofenantreen kern. Daarop zijn verschillende functionele groepen (-H, CH3, -OH, =O) vastgehecht boven (β) of onder (α) het vlak van de ringstructuur. Men onderscheidt: •

de 21C steroïden met 2C vastgehecht aan C17 waaronder de glucocorticoïden, de mineralocorticoïden en progesteron thuishoren;

•

de 19C steroïden, welke de androgenen bevatten;

•

-

C3 draagt een ketogroep;

-

Een dubbele binding tussen C4 en C5;

-

Hydroxyl- of ketogroep op C17.

de 18C steroïden, welke de oestrogenen omvatten. -

De A-ring is aromatisch;

-

C3 draagt een hydroxylgroep.

De belangrijkste steroïden (afgescheiden door de bijnierschors) zijn: -

Cortisol

-

Corticosteron

-

Deoxycorticosteron

-

Aldosteron

Volgende hormonen worden enkel door de bijnier afgescheiden onder pathologische omstandigheden: -

Progesteron

-

Testosteron

-

Oestradiol

•

Regeling van mineralocorticoïden (RAAS)

Alhoewel ACTH in zekere mate de productie van aldosteron kan stimuleren, blijft deze secretie relatief onafhankelijk van de hypofyse. Angiotensine II (octapeptide) wordt gevormd uit inactief angiotensine I (decapeptide) o.i.v. het ACE (=Angiotensin Converting Enzym) dat aanwezig is in het plasma en talrijke weefsels: een hoge ACE-activiteit is gelokaliseerd in de longcirculatie. Angiotensine II is eerst en vooral een sterke vasoconstrictor. Daarenboven stimuleert angiotensine II de secretie van aldosteron (door fosforylatie van het desmolase Æ actiever), dat de retentie van Na+ en H2O bevordert. Hierdoor vermeerdert de extracellulaire vloeistof en tevens de arteriële druk. Angiotensine II inhibeert de vrijmaking van renine, stimuleert de secretie en synthese van vasopressine. Angiotensine II stimuleert ook de reseorptie van Na+ ter hoogte van de distale tubulus. Angiotensine II wordt door een aminopeptidase omgezet tot angiotensine III (7 AZ), een selectieve stimulator van de aldosteronsecretie. De concentratie van angiotensine III is 4x lager dan de concentratie van angiotensine II. Vandaar dat het effect van angiotensine II fysiologisch belangrijker is dan het angiotensine III, dat daarenboven snel vernietigd wordt door angiotensinasen. 40


Angiotensin III

Noot: sartanen en ACE-inhibitors worden voorgeschreven in huisartsenpraktijken als middelen tegen een hoge bloeddruk. Zoek misschien eens op wat de functie is van beiden en verklaar waarom men verkiest eerst een sartaan te gebruiken en dan pas een ACEinhibitor. •

Regeling van glucocorticoïden (hypothalamische controle)

De secretie van coritsol en corticosteron door de bijnierschors wordt geregeld door de hypofyse bij middel van ACTH (= AdrenoCorticoTroop Hormoon). De verhoogde secretie van glucocorticoïden onder invloed van ACTH is het gevolg van een verhoogde aanmaak van deze

hormonen.

De

simultane

vermindering

van

de

concentratie

cholesterol

ascorbinezuur

in

en de

bijnierschors is een maatstaf van de ACTH-activiteit. ACTH -

concentratie glucocorticoïden in het plasma;

is een polypeptide van

39

AZ, met een MG van 4500. en

-

stress

wordt gevormd uit het pro-

-

ADH

opiomelanocortine (POMC) en wordt snel geïnactiveerd (T ½ = 10 min). Glucocorticoïden inhiberen de secretie van ACTH. Deze

feedback-controle

gebeurt ter hoogte van de hypofyse en hypothalamus. 41


•

Transport van steroïdhormonen

Cortisol is voor het grootste gedeelte (90%) gebonden aan transcortine of Corticosteroid Binding Globulin (CBG) en in mindere mate aan albumine (bij lage plasma-concentratie die verzadigend zijn voor transcortine). Ook andere steroïdhormonen zijn gebonden aan plasmaproteinen (hoewel dat voor aldosterone niet altijd nodig is Æ het is een vrij wateroplosbaar molecuul); bv. androgeen—TEBP (testosterone estrogen binding protein). Transcortine is een 52 kDa-globuline, met éénenkele bindingsplaats voor cortisol per molecule. Het wordt in de lever gesynthetiseerd. Aangezien het niet-gebonden cortisol actief is, en er slechts een kleine reserve aan cortisol bestaat ter hoogte van de bijnierschors, vervult het transcortine-cortisol-complex een belangrijke bufferfunctie. •

Afbraak van steroïdhormonen

Het katabolisme berust op fase-I en/of fase-II detoxificatiereacties. Alle gluco- en mineralocorticoïden hebben een dubbele binding tussen C4 en C5, en een ketogroep op C3. Oxidatie van de dubbele binding kan gebeuren in de lever en in de extrahepatische weefsels. De reductie van de 3-ketogroep tot een 3-hydroxylgroep gebeurt alleen in de lever. -

Het katabolisme van de glucocorticoïden Oxidatie van de 11- en 21-hydroxylgroep, reductie van de 20-ketogroep en oxidatie van de 17-hydroxylgroep met verlies van een 2C-fragment, komen eveneens voor. De metabolieten worden afgescheiden langs de urine als conjugaten met glucuronzuur of met zwavelzuur.. De T ½ van cortisol: 50-90 min.

-

Het katabolisme van de mineralocorticoïden Aldosteron wordt voor 50% in de lever gereduceerd in de A-ring tot tetrahydro-aldosteron, dat geconjugeerd wordt op C3 met glucuronzuur. Een ander gedeelte wordt zonder reductie gekoppeld aan glucuronzuur. De conjugatie van de steroïdhormonen-derivaten gebeurt vooral ter hoogte van C3 en C21. Ze worden dan afgescheiden langs de urine als conjugaten met glucuronzuur of zwavelzuur, die praktisch niet gebonden worden aan plasmaproteinen, wat hun vlugge eliminatie verklaart. De T ½ van aldosteron: 15-25 min. Androgenen worden geëxreteerd als 17-ketoderivaten (voorbeeld DHEA = dehydro-epiandrosteron-sulfaat), androsteendion en de metabolieten ervan. Testosteron is geen 17-ketoderivaat, maar wordt in de lever voor 50% omgezet in 17-ketoderivaten androsteron en etiocholanolon.

42


•

Werking van steroïdhormonen -

Werking van mineralocorticoïden

De vlugge veranderingen in de Na+ uitwisseling ter hoogte van de distale tubulus en de verzamelbuisjes van de nier zijn niet evenredig met veranderingen in de aldosteronsecretie; aldosteron maakt het dus mogelijk voor de nier de elektrolietenbalans te regelen en Na+ te weerhouden. Aldosteron verwijdert ook K+, H+ en NH4+ langs de nier en beïnvloedt het ionentransport ter hoogte van andere weefsels. RNA- en eiwitsynthese zijn noodzakelijk vor het effect van aldosteron, dat kan gelokaliseerd worden ter hoogte van de kern vooraleer een hormonaal effect waargenomen wordt. Aldosteron moduleert de productie, de gentranscriptie en de synthese van mRNA. -

Werking van glucocorticoïden

Glucocorticoïden hebben een drieledig effect op ons organisme: ¾

Effect op glucose-huishouding verhoogde glucoseproductie ten koste van perifere eiwitten. stimulatie van glycogeensynthese (in de lever) door activatie van de glycogeen-synthase-activiteit. stimulatie van de lipolyse van acra en van de lipogenese ter hoogte van het aangezicht en de romp.

¾

Effect op de regeling v/e ontsteking anti-inflammatoir effect van glucocorticoïden door: reductie van aantal mastcellen; verminderde vrijstelling van histamine; gereduceerde fagocytose van leukocyten en monocyten ...

¾

dalende immuunrespons: onderdrukking van de immuunreactie. De veroorzaken een specifieke lysis van lymfocyten.

•

glucocorticoïden

Relaties werking-structuur

De werking van steroïdhormonen brengt ons noodgedwongen tot een paragraaf over de relatie tussen de werking van het hormoon en de structuur. Eerst en vooral wil ik onderstrepen dat de dubbele binding tss C4 en C5 én de ketogroep op C3, absolute voorwaarden zijn voor het bestaan van dit molecuul. Vervolgens zijn er een vijftal modificaties die een invloed hebben op de werking van het hormoon: (I) een dubbele binding tussen C2 en C1 verhoogt de activiteit van glucocorticoïden; (II) net als de OH-atie van C11 in de C-ring. (III) OH-atie van C22 (origineel cholesterol) zorgt dan weer net voor een verhoging van de mineralocorticoïde-activiteit. (IV) Methylatie of OH-atie van C16 in de D-ring

verlaagt

de

activiteit

van

de

mineralocorticoïden.

(V)

Tenslotte

zorgt

de

halogenisatie (meestal F) van C9 in de B-ring voor een algemene activiteitsverhoging! Dit verklaart bv. waarom je nooit een fluorcortisonepreparaat voor aangezichtsaandoeningen gebruiken mag. 43


•

Mogelijke pathologiëen -

Syndroom van Cushing: een teveel aan glucocorticoïden. Oorzaken Lokaal probleem t.h.v. de bijnier: Adenoom Hyperplasie van het bijnierweefsel Carcinoom Perifeer probleem: Te hoge ACTH van hypofyse (vb tumor van hypofyse) Perifere ACTH producerende tumoren Symptomen Moonface (herverdeling vetweefsel) Onderhuidse bloeding Zwangerschapsstriemen Spieren worden dun en slap Lymfatisch weefsel is aangetast (risico op infecties)

-

Hyperaldosteronisme Primair hyperaldosteronisme (syndroom van Conn): adenoma van glomerulosacellen Hypernatremie Hypokaliëmie Alkalose met afscheiding van zuur urine Secundaire hyperaldosteronisme: extrarenale factoren liggen aan de oorsprong Stenose van de nierarterie Verminderde nierperfusie Hyperplasie en hyperfunctie van juxtaglomerulaire cellen Verhoogde concentraties van renine en angiotensine II

-

Adrenogenitaal syndroom Verschil van secundaire geslachtskenmerken (congenitaal of verworven). De productie

van

cortisol

daalt,

waardoor

de

hypothalamus

meer

ACTH

produceert. De symptomen zijn niet geweldig: Beperkte toename van cortisol Vooral toename van nevenproducten De oorzaak is meestal een stoornis t.h.v. het 21-hydroxylase (in 90% van de gevallen).

44


Mascularisatie bij de man Vroege puberteit, maar pseudopuberteit Geen echte testikelgroei en –rijping Mascularisatie bij de vrouw Snor, baardgroei, zware stem Ontwikkelen aminogeen Oorzaak: 11-hydroxylase + sterke hypertensie -

Ziekte van Addison: primaire bijnierinsufficiëntie Deze bijnierschorsinsufficiëntie wordt veroorzaakt door: Idiopatische atrofie Kanker Tuberculose De symptomen zijn: Asthenie Vermoeidheid Hypoglycemie Gele tot bronskleurige pigmentatie Gewichtsverlies GI-afwijkingen …

-

Acute bijnierinsufficiëntie Oorzaken zijn: abrupt stoppen van glucocorticoïd-therapie. bloeding t.h.v. bijniercortex (stollingsdefect/Waterhouse-Friederickson) De symptomen zijn: hypoglycemie overgevoeligheid aan insuline intolerantie aan stress … Verschil met ziekte van Addison: geen hyperpigmentatie

Tot zover het deel over de steroïdhormonen die gesynthetiseerd worden door de cortex. Het binnenste deel van de bijnier is de medulla. Zij is verantwoordelijk voor de synthese van de catecholamines waartoe adrenaline en noradrenaline behoren. De medulla bestaat uit matrix met daarin een heel

pak

chromafiene

cellen

waarin

de 45


catecholamines in kleine vesikels liggen opgeslagen. Experimenteel kunnen we stellen dat de rondere chromafiene cellen verantwoordelijk zijn voor de secretie van het noradrenaline, terwijl de rechthoekigen eerder adrenaline zullen aanmaken. •

Synthese van de bijniermerghormonen

46


De inwendige afscheiding van het bijniermerg bestaat uit adrenaline (epinefrine) en noradrenaline (norepinefrine), samen gegroepeerd onder de benaming catecholaminen. Adrenaline wordt bekomen door de methylatie van noradrenaline, dat het resultaat is van de volgende metabole omzettingen:

tyrosine → DOPA → dopamine → noradrenaline → adrenaline

Het gebrek aan specificiteit laat verschillende synthesemogelijkheden toe. Tyrosine wordt onder meer gevormd ter hoogte van de lever uit fenylalanine en wordt opgenomen in de cellen van het bijniermerg dakzij een actief transportmechanisme. Het eindproduct van de synthese is in sommige weefsels (longen, darm, lever) dopamine, dat lokaal werkzaam is. Hoge concentraties dopamine komen voor in het corpus striatum, waar deze amine een belangrijke neurotransmitter is. -

Tyrosine hydroxylase

De hydroxylatie van tyrosine met vorming van dihydroxyfenylalanine (DOPA) grjipt plaats in de partikelfractie en in het cytosol, en is de snelheidsbeperkende stap (negatieve feedback van catecholamines). Het enzym is een oxidoreductase dat tetrahydropteridine gebruikt als cofactor. In tegenstelling tot de catecholaminen, gaat L-DOPA (Levodopa) door de bloedhersen-barrière, zodat het kan gebruikt worden bij de defecte synthese van dopamine in de ziekte van Parkinson. -

DOPA decarboxylase

DOPA wordt gedecarboxyleerd tot dopamine o.i.v. DOPA-decarboxylase in het cytoplasma. -

Dopamine β-hydroxylase

Dopamine komt in de granulen waar de verdere omzetting tot noradrenaline geschiedt o.i.v. dopamine-β-hydroxylase. -

Fenylethanolamine-N-methyltransferase

Noradrenaline verlaat op zijn beurt de granulen en wordt in het cytoplasma tot adrenaline gemethyleerd door het fenylethanolamine-N-methyltransferase (PNMT). De methylatie van noradrenaline gebeurt met S-adenosylmethionine als donor van de methylgroep. Adrenaline wordt dan opnieuw opgenomen door een andere groep cellen. •

Secretie van de bijniermerghormonen

Wanneer de cellen secreteren, wordt de inhoud van de granulen afgescheiden door een exocytoseproces. De secretie van de catecholaminen gebeurt o.i.v. Ca2+. Dit proces van exocytose wordt gewoonlijk gestimuleerd door cholinergische en β-adrenergische agonisten, en geïnhibeerd door α-adrenergische agonisten. De secretie van adrenaline of noradrenaline wordt gestimuleerd door fight-flight-reacties zoals bij verhoogde stress/fysieke inspanning/hartinfarct/... 47


•

Katabolisme van de bijniermerghormonen: Minder dan 5% adrenaline wordt an sich met de urine verwijderd. Adrenaline, noradrenaline en dopamine worden in de verschillende weefsels gemetaboliseerd door een catechol-O-methyltransferase (COMT) en door een mono-amino-oxidase (MAO). (Ook fase 2-detoxificatiereacties zijn mogelijk)

In de urine: 2-5% catecholaminen komt ongewijzigd voor (grootste deel: noradrenaline); 50% metanefrine; 35% normetanefrine; 30-50% 3-methoxy-4hydroxymandelzuur.

•

Transport van catecholaminen:

Adrenaline in het plasma is voor het grootste gedeelte, maar zonder hoge affiniteit, gebonden aan albumine. Noradrenaline is niet zozeer gebonden. De T ½ van adrenaline en noradrenaline = 20 sec. •

De regeling van de catecholamines

De catecholaminen zijn niet alleen de neurotransmitters voor de adrenergische zenuwen, maar ze hebben daarenboven duidelijke effecten op het metabolisme. Ze worden aangemaakt ter hoogte van het bijniermerg en van het zenuwstelsel. De synthese ervan wordt gestimuleerd ter hoogte van het Tyrosine hydroxylase (TH) door inductie en door inwerking van cAMP-afhankelijke kinase (PKA), en ter hoogte van het dopamine-βhydroxylase (DBH) en van het fenylethanolamine-N-methyltransferase door inductie. De aanpassing aan stress wordt bepaald door neuronale factoren (TH- en DBH-inductie) en door endocriene factoren (PNMT-inductie). •

De functies van de catecholamines -

Bloedsomloop Het toedienen van een kleine dosis adrenaline veroorzaakt vasodilatatie van de bloedvaten in spieren en hart, terwijl noradrenaline vasoconstrictie verwekt in de bloedvaten van spieren, huid en ingewanden. 48


-

Ademhalingsstelsel Adrenaline verwekt relaxatie van de gladde spieren van de bronchi en vasoconstrictie in de mucosa, wat leidt tot verdunning van de mucosa en vermindering van de secreties.

-

Andere gladde spieren De

werking

van

adrenaline

stemt

hier

overeen

met

deze

van

de

orthosympatische bezenuwing: Relaxatie van gladde spieren van maag, darmen, bronchi, blaas; Constrictie van sfincter van blaas, ileocaecale sfincter en pylorus; Pupildilatatie en contractie van pilomotoren. -

Skeletspieren Adrenaline verlengt de samentrekking van de spier die tetanisch geprikkeld wordt. Een vermoeide spier vertoont opnieuw sterkere contracties o.i.v. adrenaline.

-

Metabolisme ¾

Koolhydraten Stijging van glucosegehalte in bloed Glycogenolyse tengevolge van activering van fosforylase in spier en lever Gluconeogenese in lever

¾

Lipiden Verhoogde lipolyse in vetweefsel

¾

Proteinen Inhibitie van incorporatie van AZ in proteinen (spier, lever, vet)

¾

Totaal metabolisme en zuurstofverbruik Vlugge stijging van metabolismeactiviteit Trage stijging van zuurstofverbruik veroorzaakt door oxidatie van melkzuur in lever.

-

Andere werking Secretie van ACTH, TSH en gonadotrope hormonen wordt verwekt Speeksel-, traan- en zweetsecretie wordt versterkt …

•

De catecholaminereceptoren

De catecholaminereceptoren behoren tot de groep van de G-bindende proteinen. α1-receptor

postsynaptische membranen van gladde spieren kliercellen. zeer gevoelig voor fenylefrine (adrenaline = noradrenaline)

α2-receptor

zenuwuiteinden even gevoelig isoproterenol)

voor

adrenaline

en

noradrenaline

(niet

49


β1-receptor

vooral in hart meest gevoelig noradrenaline)

β2-receptor

aan

isoproterenol

(minder

adrenaline

en

gladde spieren en kliercellen gevoelig voor isoproterenol en adrenaline (niet noradrenaline)

•

Relaties werking-structuur

De basisstructuur voor sympaticomimetische activiteit (β-fenylethanolamine) bestaat uit een benzeenring en een ethanolamine zijketen. De hoogste sympaticomimetische activiteit wordt vastgesteld wanneer de benzeenkern en de aminogroep gescheiden zijn door 2C, en een hydroxy-substitutie in positie 3 en 4 van de benzeenring. Bij

α-receptoractiviteit:

aanwezigheid

een

alkylgroep op de N ziet men een

•

maximaal bij adrenaline;

•

minder bij noradrenaline;

•

praktisch afwezig bij isopropyl-noradrenaline

vermeerdering

van

β-

de omvang van deze alkylgroep. gaat

receptoractiviteit

β-receptoractiviteit:

de

receptoractiviteit bij toename van Daarentegen

•

van

de

α-

over

een

maximum bij aanwezigheid van de

omgekeerd dan α-receptoractiviteit

methylgroep. Bij afwezigheid van 1 of beide –OH-groepen van de catecholring vermindert zowel de α-als de β-receptoractiviteit, maar vooral de β-receptoractiviteit. Hydroxylatie van de 3- en 5posities op de catecholring zullen de β2-receptorspecificiteit in de hand werken. Een

onaangetaste

catecholkern

is

noodzakelijk

voor

de

inwerking

op

het

koolhydratenmetabolisme, terwijl voor het vrijmaken van de vetzuren vooral de para-OHgroep

noodzakelijk

receptoractiviteit

is.

maar

Substituties vooral de

op

de

aromatische

β-receptoractiviteit

en

ring

verminderen

kunnen

de

α-

zelfs β-receptoren

blokkeren. Dan is het ook logisch dat bij vervanging van de benzeenring door een alifatische keten of door een gesatureerde ring, meestal de β-receptoractiviteit vermindert. •

Mogelijke pathologieën -

Hyperfunctie van de bijniermerg

Feochromocytoma is een zeldzaam kwaadaardige tumor van chromaffiene cellen, hetzij in bijniermerg, hetzij in ander catecholamine-secreterend weefsel. Deze tumoren secreteren grote hoeveelheden adrenaline en noradrenaline (gewoonlijk meer noradrenaline). Deze pathologie heeft een grote mortaliteitswaarde bij het onbehandeld blijven. Symptomen zijn o.a. overvloedig zweten, verhoogd basaal metabolisme, constipatie, gewichtsverlies, verhoogde bloeddruk, etc. -

Hypofunctie van de bijniermerg

Geen enkel medisch probleem. 50


6. De hypofyse De hypofyse is een endocriene klier

die

ontstaat

samensmelten verschillende eerste

deel

uit

het

van

twee

systemen.

Een

van

de

hypofyse

ontstaat uit het orale ectoderm (spijsvertering)

als

zakje

van

Rathke. Dit gaat dan vergroeien met

een

uitstulping

(infundibulum)

uit

het

diencephalon (neuraal ectoderm), ter vorming van pars tuberalis. Deze twee verschillende soorten weefsel kan je histologisch nog altijd hebben

onderscheiden. ze

ook

Daarom

verschillende

benamingen

gekregen:

voorste

luistert

naam

deel

naar

adenohypofyse;

het de het

achterste stuk is de neurohypofyse. Beiden hebben een zeer verschillende histologische constitutie die toelaat om een heel eigen set van hormonen te produceren. De adenohypofyse bestaat uit acidofiele en basofiele cellen (actief) en kunnen worden omgezet naar chromofobe cellen (inactief) en weer terug. Voor meer informatie over de histologie: cfr. Sciot. •

Synthese en regeling van hypofysehormonen - OVERZICHT

51


•

De hormonen van de adenohypofyse -

Het POMC

Een aantal verwante peptiden geïsoleerd uit de adenohypofyse en de pars intermedia van de hypofyse komen voort uit een gemeenschappelijke lineaire peptide, het ‘big’ ACTH of het pro-opiomelanocortine (POMC), bestaande uit 134 AZ. (pre-POMC bestaat uit 285 AZ)

CLIP = corticotropine-like-intermediate-peptide

De expressie van het POMC-gen gebeurt zowel in het voorste als in het intermediair gedeelte van de hypofyse. POMC of verwante producten worden geproduceerd in meerdere weefsels, waaronder de hersenen. Het POMC-proteine wordt op een verschillende manier gemetaboliseerd in de pars intermedia dat in het voorste en functioneel meer belangrijke gedeelte (pars distalis) van de adenohypofyse. In andere weefsels benadert de verwerking van POMC in de hormonen die van het pars intermedia. Het oorspronkelijke polypeptide, met inbegrip van de signaalpeptide, bestaat uit 265 AZ. De proteolytische splitsing is mogelijk door de herkenning van de basische dipeptidestructuren door proteasen. -

Peptiden afgeleid van POMC ACTH (39 AZ)

De AZ 1 t.e.m. 13 omvatten het minimum noodzakelijke voor ACTH-activiteit. ACTH kan aanleiding geven tot α-MSH en CLIP, dat trofische activiteit vertoont t.h.v. de β-cellen en de secretie van insuline stimuleert in samenwerking met glucose.

52


MSH α-MSH is een gedeelte (1-13) van ACTH dat geacetyleerd is; identisch van diersoorten. β-MSH vindt zijn oorsprong in de eerste helft van POMC; verschillend van diersoorten. Door de similariteit van de sequenties van α-MSH en β-MSH met dit van het aminoterminaal gedeelte van ACTH kunnen receptoren voor MSH door ACTH gestimuleerd worden. Lipotrofinen β-lipotrofine kan aanleiding geven tot: β-MSH, α-, β- en γ-endorfine en γlipotrofine. De hormonale rol van deze factoren wordt nog betwist. Endorfinen en enkefalinen Enogene morfinen zijn peptiden die binden aan de opiaatreceptoren van de hersenen. Deze peptiden in de hypofyse zijn geacetyleerd, en dus inactief in dit weefsel, i.t.t. de situatie in het CZS en de neuronen waar zij optreden als neurotransmitters. -

Glycoproteïnehormonen TSH (28.3 kDa glycoproteine)

Afgescheiden door basofiele cellen en bestaat uit 2 polypeptideketens: TSH-α (89 AZ lang) en TSH-β (112 AZ lang). Het hormoon bevat 11 disulfidebruggen (geenenkele tussen beide ketens) en bevat 13% koolhydraten, maar geen siaalzuur. FSH (32 kDa glycoproteine) Afgescheiden door basofiele cellen en bestaat ook uit 2 polypeptideketens FSH-α (89 AZ) en FSH-β (115 AZ). Het hormoon bevat 18% koolhydraten, met relatief veel siaalzuur. LH (30 kDa glycoproteine) Afgescheiden door basofiele cellen en bestaat ook uit 2 polypeptideketens: LH-α (89 AZ) en LH-β (115 AZ). Dit hormoon bevat 16% koolhydraten en wordt bij mannen ICSH genoemd = Interstitiële Cellen Stimulerend Hormoon. -

Somatomammotrofinen GH (21.5 kDa en 191 AZ)

Dit is een lineair polypeptide dat 2 interne disulfidebruggen bevat. Er zijn 2 verschillende genen voor GH t.h.v. chromosoom 17. PRL (22 kDa en 191 AZ) Ook dit is een lineair polypeptide met interne disulfidebruggen, maar er is slechts 1 gen voor PRL t.h.v. chromosoom 6

53


-

Het GH De groeihormoon-receptor O.i.v. het GH vormt de 70 kDa transmembranaire receptorproteine een dimeer waardoor een geassocieerde proteine-tyrosine-kinase (Janus-kinase2 = Jak2) geactiveerd wordt. Zowel de receptor als Jak2 worden gefosforyleerd op tyrosineresidu’s. Dit heeft voor gevolg dat een aantal signaaltransducties gestimuleerd worden, afhankelijk van het specifiek weefsel. Het biologisch effect zal dus afhankelijk zijn van een complexe weefselspecifieke cross-talk in de signaaltransductie. Biologische effecten van GH Alhoewel GH rechtstreekse effecten heeft op het metabolisme van de koolhydraten, lipiden, eiwitten en beenvorming, moeten de anabole effecten van stimulatie van de celgroei toegeschreven worden aan indirecte factoren, de somatomedinen of de IGFs (Insulin-like Growth Factors). Productie van IGF-1 en IGF-2 Groeifactoren staan gedeeltelijk in voor de non-suppressible insulin like activity (NSILA), en de structuren van insuline, IFG-1 en IGF2 zijn trouwens vrij analoog: hun aminozuursamenstelling is voor een groot gedeelte gelijkaardig, maar binden wel elk aan een specifieke receptor.

In het plasma zijn IGF-1 en IGF-2 gebonden aan specifieke bindingsproteinen (IGFBP) die een modulerende activiteit uitoefenen op de werking van de IGFs. Een ander aspect is dat IGF-2 meer insulin-like-activity heeft dan IGF-1, maar IGF-1 is meer GH-afhankelijk en heeft meer growth-factor-activiteit. Werking van GH Proteinemetabolisme bevordering van synthese van DNA, mRNA en tRNA verhoging van activiteit van ribosomen versnelling van transport van AZ doorheen membranen Metabolisme van de koolhydraten De productie van glucose in de lever stijgt Het perifeer gebruik van glucose daalt Metabolisme van de lipiden VVZ worden vrijgesteld uit vetdepots De VVZ-concentratie in het plasma stijgt Shift van glucose naar VVZ als energiebron 54


Beenvorming GH stimuleert retentie ionen; fosfaten in het bijzonder Æ stimulatie van de beenvorming Mogelijke pathologie TEVEEL:

op jonge leeftijd

Æ reuzegroei

op volwassenleeftijd Æ acromegalie (handen, voeten) TE WEINIG:

Æ dwerggroei

Niet alleen blijkt dat de secretie van GH op een zeer precieze wijze geregeld wordt nadat het groeiproces voltooid is, maar terzelfdertijd kan men alleen maar vaststellen dat GH zowel bij het kind als bij de volwassene een brede waaier van functies vervult. Niet zonder reden is het potentieel misbruik van GH een probleem, bv in de competitiesport en bij obesitas, of in andere woorden bij poging om de spiermassa te verhogen en de hoeveelheid vet te verminderen. Medisch gezien mag GH slechts gebruikt worden onder nauwgezette supervisie en in een beperkt aantal omstandigheden, zoals in geval van groei-achterstand door gebrek aan GH of bij behandeling van het syndroom van Turner. De mogelijke neveneffecten, die men trouwens kan terugvinden als acromegalie, kunnen duidelijk niet genegeerd worden. Om die redenen is het opportuun te stellen dat ‘somatotroop hormoon’ een betere benaming is voor het GH. •

De hormonen van de neurohypofyse De 2 hormonen van de neurohypofyse zijn het antidiuretisch hormoon

(ADH),

ook

vasopressine

genoemd,

en

het

oxytocine. Beide hormonen bezitten 9 AZ (1 S-S), en van deze 9 zijn er 7 gemeenschappelijk. De hormonen van de neurohypofyse worden aangemaakt in de hypothalamus door de supra-optische (vooral ADH) en paraventriculaire (vooral oxytocine) kernen. De beweging van de secretoire granulen, die vasopressine en oxytocine bevatten, van het cellichaam

in

de

hypothalamus

naar

de

neurohypofyse,

duurt

ongeveer

10u

(axoplasmatische flow). prepro-vasopressine +

NH3 -- Signaalpeptide – ADH -- Neurofysine-II -- Glycoproteine-rest -- COOprepro-oxytocine: NH3+ -- Signaalpeptide – Oxytocine -- Neurofysine-I -- Glycoproteine-rest -- COOUit bovenstaand kader leren we dat de hormonen zijn geassocieerd aan neurofysinen. Zo is het neurofysine I (19 kDa) aan oxytocine geassocieerd. Neurofysine II (21 kDa) associeert met vasopressine.

55


-

Regeling van neurohypofysehormonen Vasopressine (4)

Er zijn osmoreceptoren speciaal gevoelig aan veranderingen in de extracelullaire elektrolytenconcentratie in de supra-optische kernen. Cardiale

baroreceptoren

of

volumereceptoren (stretch-receptoren) voor zowel de arteriële als de veneuze druk in de grote bloedvaten zouden eveneens bijdragen tot de regeling van de secretie van ADH, en stimulatie door psychische en fysische stress, pijn, farmaca (Ach, morfine, nicotine, barbituraten) zijn ook effectief. Zo wordt de secretie van ADH geregeld door een fijn feedback-mechanisme waarbij een verhoogde osmotische druk van het plasma of een verminderd plasmavolume de secretie van het hormoon stimuleert, met als gevolg een retentie van water, een verminderde osmotische druk en een verhoogd plasmavolume. ADH wordt ook rechtstreeks gestimuleerd door angiotensine-II. O.i.v. alcohol of adrenaline vermindert de afscheiding van ADH. Oxytocine (3) De neuronale impulsen die het resultaat zijn van de prikkeling van de tepels zijn de primaire stimulus voor het vrijmaken van oxytocine. De dilatatie van de vagina en uterus stimuleren ook, zij het in mindere mate. Estrogenen stimuleren ook de productie van oxytocine en neurofysine-I, terwijl progesteron hun productie inhibeert. PRL wordt ook vrijgemaakt o.i.v. dezelfde stimuli. De functie van het oxytocine is het veroorzaken van contracties van het spierweefsel van de uterus op het einde van de zwangerschap, alsook van de melkgangen na de geboorte. Er is een positief feedback systeem voor oxytocine (oxytocine stimuleert hypothalamus voor afgave precursor hypofysiair oxytocine). Dit verklaart waarom moeders zolang borstvoeding kunnen geven als ze willen en waarom moeders pijn vgl. met weeën hebben bij het geven van borstvoeding. -

Pathologie m.b.t. neurohypofysehormonen Teveel ADH Æ oedeemvorming (men houdt teveel vocht op) Dit kan meerdere oorzaken hebben: een inhibitie van de detoxificatiereacties door bv. een slecht functioneren van de lever, of een tumor (niet ter hoogte van de hersenen) Te weinig ADH Æ diabetes insipidus Symptomen zijn een massieve urineproductie en een ongelooflijke dorst. Oorzaken zijn vaak ofwel: een hypofyseletsel; infectie of een nierletsel (in dat laatste geval is ADH niet verantwoordelijk voor het ziektebeeld, maar wel een genetische afwijking) Oxytocine (snelle geboorte) Dit hormoon kan worden gebruikt om de bevalling te induceren alsook de melkejectie. 56


7. Hormoonachtige stoffen •

Melatonine -

Bespreking

Melatonine (N-acetyl-5-methoxytryptamine) wordt afgescheiden door de epifyse (pineaal orgaan) en wordt gevormd uit serotonine door een acetylering o.i.v. N-acetyltransferase, gevolgd door een methoxylering. Hydroxy-indole-O-methyltransferase (HIOMT), het enzym nodig voor deze laatste omzetting, bevindt zich slechts in de epifyse. Het grootste gedeelte van melatonine wordt geïnactiveerd door een hydroxylase, alhoewel ringopening eveneens mogelijk is. (Bijlage 1) De geslachtsfuncties worden beïnvloed door het licht langs de epifyse om. De HIOMTactiviteit in de epifyse vermindert o.i.v. het licht. O.i.v. het licht verandert ook de concentratie aan serotonine (hoogst rond de middag). Het tegenovergestelde grijpt plaats bij duisternis. -

Pathologie

Een overproductie veroorzaakt door tumoren zorgen voor het laattijdig optreden van de puberteit. Destructie van het pineaal orgaan leidt daarentegen tot het vroegtijdig optreden van de puberteit. Melatonine wordt ook vaak gezien als wondermiddel om de jeugdige leeftijd te behouden (maar d.i. irrealistisch…). •

Erythropoietine (EPO)

Menselijk erythropoietine (EPO) is een 34 kDa glycoproteine bestaande uit 166 AZ. EPO is de belangrijkste groeifactor in de erythropoiesis, en wordt vooral ter hoogte van de nier gevormd o.i.v. zuurstofgebrek. EPO werkt in op een specifieke receptor (EPO-R) in het beenmerg, die gefosforyleerd en geactiveerd wordt door PTK na de ligand-binding. EPO staat in voor een versnelde proliferatie en differentiatie van EPO-gevoelige progenitor-cellen van de erythrocyten: de BFU-E (Burst-Forming-Unit Erythrocyt) en CFU-E (Colony-FormingUnit-E). De productie van EPO is verhoogd bij chronisch zuurstofgebrek (op grote hoogten) en verminderd bij chronische nieraandoeningen. Recombinant EPO is beschikbaar voor therapie van anemische toestanden, maar kan ook misbruikt worden in de competitiesport. •

Platelet-Activating-Factor (PAF)

Platelet-Activating Factor (PAF) is een alkylfosfolipide dat, zoals de eicosanoïden, niet opgestapeld wordt in de cellen maar gesynthetiseerd wordt wanneer nodig. De precursor van PAF is het 1-O-alkyl-2-acyl-glycerofosfocholine, dat in hoge concentratie in de membraan van veel celtypes te vinden is. Bij

stimulatie

van

de

cel

wordt

PLA2

geactiveerd,

waardoor

1-O-alkyl-2-lyso-

glycerofosfocholine (lyso-PAF) geproduceerd wordt. Hierbij wordt meestal arachidonzuur afgesplitst.

De

volgende

reactie

is

een

acetylatie,

waardoor

1-O-alkyl-2-acetyl-

glycerofosfocholine (PAF) gevormd wordt door lyso-PAF-acetyltransferase, het enzym dat de snelheid van de synthese van PAF bepaalt, en dit o.i.v. de antigen-antilichaam-reactie. 57


PAF wordt aangemaakt in bloedplaatjes, monocyten, neutrofielen, eosinofielen, bloedvatendotheelcellen,

…

PAF

is

een

sterke

vasodilatator

en

stimuleert

de

vasculaire

permeabiliteit. O.i.v. PAF treedt er een aggregatie op van de bloedplaatjes, en PAF stimuleert de aggregatie en degranulatie van de leukocyten. Over het algemeen zal de contractiliteit van de gladde spier gestimuleerd worden o.i.v. PAF. De receptor iss een G-proteine gekoppelde transmembranair proteine, dat op die manier instaat voor de activatie van PLC, PLD en PLA2. De receptor echter wordt niet gestimuleerd door lyso-PAF. •

De bradykinine en kallidine-familie

Bradykinine (9 AZ) en kallidine (10 AZ; lysyl-bradykinine) zijn autocoïden die bij inflammatie

(of

elke

vorm

van

weefselschade)

pijn,

vasodilatatie

en

verhoogde

permeabiliteit (WBC`s sneller ter plaatse) en synthese van prostaglandinen veroorzaken. Ze worden geproduceerd door globulinen met een hoog-moleculair gewicht kininogeen of laagmoleculair gewicht kininogeen, gesynthetiseerd in de lever en vrijgemaakt in het plasma. In het plasma wordt HMWK (high molecular weight kinine) omgezet in bradykinine o.i.v. plasma-kallikreïne, terwijl in de weefsels HMWK en LMWK omgezet worden in kallidine o.i.v. weefsel-kallikreïne. In het plasma (T½ van kininen in plasma = 15 sec) wordt kallidine omgezet in bradykinine o.i.v. aminopeptidase, en tot des-Arg-kallidine o.i.v. een carboxypeptidase. De actieve plasmakininen worden tenslotte geïnactiveerd door weefsel-carboxypeptidasen. Er zijn 2 kininasen met carboxypeptidase-activiteit: -

Het kininase-I dat het C-terminale Arg verwijdert van bradykinine

-

Het kininase-II dat het C-terminale peptide Phe-Arg verwijdert. Het kininaseII is het ACE (Angiotensin-Converting-Enzym).

De plasmakininen werken in op de β2-receptoren. De β2-receptoren zijn GPCR die PLC en PLA2 activeren. PLC maakt IP3 en DAG vrij, PLA2 het arachidonzuur. De plasmakinine veroorzaken contractie van intestinale gladde spier en relaxatie van de gladde spieren van de bloedvaten (verlagen dus de bloeddruk). •

De eicosanoïden

Tot deze groep van (meestal) arachidonzuur-derivaten behoren de prostaglandinen, prostacyclinen

leukotriënen

en

thromboxanen.

De

prostaglandinen

en

verwante

bestanddelen vormen een groep lipiden, die een opvallende farmacologische en een belangrijke fysiologische activiteit vertonen, en teruggevonden worden in praktisch alle weefsels. We kunnen dus besluiten dat de eicosanoïden autocoïden zijn die lokaal (enkel wanneer nodig Æ zeer korte halfwaardetijd is een logisch gevolg) gesynthetiseerd worden uit

essentiële

vetzuren.

Hun

chemische

structuur

kan

afgeleid

worden

van

een

gemeenschappelijke gesatureerde basisstructuur, bestaande uit 20C: het prostanoïnezuur.

58


-

Opbouw van eicosanoïden

-

Structuur van de eicosanoïden

Essentiële vetzuren

Aspirine -

-

Functies van de eicosanoïden Leukotriënen Deze hormoonachtige stoffen zijn belangrijk in allergische reacties en ontstekingen. Ze gaan immers een bronchoconstrictie veroorzaken, samen met een aggregatie van BPL + verhoogde permeabiliteit en accumulatie van neutrofielen en eosinofielen (soorten WBC’s) t.h.v. de inflammatie.

59


Prostaglandines en thrombosaxen Thromboxanen worden door BPL aangemaakt Æ verantwoordelijk voor aggregatie en vasoconstrictie. Prostaglandines daarentegen worden aangemaakt tijdens de menstruatie Æ stimuleren van de uterus en van de gladde spieren in rust (pijn & GI-last Æ goede remedie is aspirine! Leg uit waarom). Prostaglandines bewijzen ook hun nut bij de inductie van therapeutische abortus en ze versterken het effect op de vasculaire tonus.

Noot:

steroïden

prostaglandines

(ontstekingsremmers) worden

aangemaakt,

inhiberen met

als

PLA2, gevolg

waardoor het

er

dus

verminderen

geen

van

de

ontstekingsprocessen.


Geef een overzicht van de hormonen van het gastro-intestinaal stelsel.

•

Hoe beïnvloedt insuline het glucosetransport?

•

Wat verstaat men door absoluut of relatief gebrek aan insuline; prediabetes en diabetes.

•

Bespreek hyperinsulinisme.

•

Bespreek de synthese en secretie van insuline.

•

Bespreek de metabole effecten en werkingsmechanisme van insuline.

•

Bespreek glucagon, zijn rol postprandiaal (na het eten) en in geval van energienood.

•

Bespreek de structuurvereisten van de schildklierhormonen.

•

Bespreek de synthese en secretie van de schildklierhormonen. Hoe wordt de secretie gecontroleerd?

•

Bespreek het transport van T3 en T4 in het plasma en hun katabolisme (afbraakstofwisseling).

•

Bespreek de werking en het werkingsmechanisme van de schildklierhormonen

•

Bespreek de structuur van de essentiële steroïdhormonen. Waarom hebben de mineralocorticoïden praktisch geen glucocorticoïd werking?

•

Waarin bestaat het fundamenteel syntheseschema van de steroïdhormonen?

•

Hoe wordt de synthese en de secretie van de glucocorticoïden geregeld?

•

Bespreek het katabolisme van de glucocorticoïden.

•

Bespreek de werking van de glucocorticoïden.

•

Bespreek de werking van de mineralocorticoïden. 60


•

Hoe wordt de synthese en de secretie van de mineralocorticoïden geregeld?

•

Bespreek het transport en katabolisme van de steroïdhormonen.

•

Geef een kort overzicht van de bijnierschorspathologie.

•

Bespreek de synthese en secretie van de bijniermerghormonen.

•

Bespreek het katabolisme van de bijniermerghormonen.

•

Bespreek de structuurvereisten van de bijniermerghormonen.

•

Geef een korte bespreking van de werking van de bijniermerghormonen.

•

Geef een kort overzicht van de bijniermergpathologie.

•

Wat is POMC (pomc)?

•

Bespreek de hormonen van de adenohypofyse en de regeling van hun secretie.

•

Bespreek de hormonen van de neurohypofyse en de regeling van hun secretie.

•

Bespreek de werking van het GH.

•

Wat is het dag-nacht ritme van groeihormoon ? Waarom is somatotroop hormoon in feite een betere benaming voor GH?

•

Wat zijn de growth factors 1 en 2 en bespreek hun receptoren.

•

Bespreek melatonine, erythropoïetine en PAF (paf).

•

Bespreek de bradykinine- en kallidinefamilie.

•

Bespreek de eicosanoïden.

•

Wat zijn hormonen?

61


Hoofdstuk 4: Vitaminen 1. Inleiding Vitaminen zijn, als dusdanig of als voorlopers (provitaminen) essentiële organische bestanddelen in de voeding. Ze worden niet of onvoldoende gesynthetiseerd door het menselijk organisme zelf en zijn absoluut noodzakelijk voor een normale stofwisseling, zonder als brand- of bouwstoffen voor het lichaam te dienen. Vitamines kunnen gevormd worden in het lichaam uit provitaminen aanwezig in de voeding bv. vitamine A uit caroteen en vitamine D2 uit ergosterol. Feitelijk worden de vitaminen omgezet in de levende cel zodat ze biologisch actief worden, hetzij als coënzym (meestal), hetzij als actief hormoon (vb: hydroxylatie van vitamine D). Op een traditionele basis, vooral klinisch en therapeutisch interessant, worden de vitaminen onderverdeeld in vetoplosbare vitaminen, waaronder vitamine A, D, E en K, en de wateroplosbare

vitaminen

pantotheenzuur,

pyridoxine,

waaronder vitamine

thiamine, B12,

riboflavine,

vitamine

C

en

niacine,

biotine.

De

foliumzuur, water-

of

vetoplosbaarheid van vitamines is van belang omdat deze eigenschappen bepalend zijn voor conditionering door de apotheker of het farmaceutisch bedrijf, voor de resorptie van de vitaminen uit het gastro-intestinale stelsel, de distributie en opstapeling in weefsels en hun eliminatie uit het organisme.

2. Wateroplosbare vitaminen: een overzicht •

Vitamine B1 (=thiamine) – ADH: 1 tot 1.5 mg

Thiaminepyrofosfaat (TPP) is een belangrijk derivaat van thiamine. Thiamine wordt in TPP omgezet o.i.v. thiaminokinase in aanwezigheid van ATP en Mg-ionen. Deze reactie gebeurt in alle weefsels maar vooral in de lever. Thiamine is een belangrijk coënzym in de decarboxylatiereacties van α-ketozuren. Bij de zoogdieren bestaat de decarboxylatie van pyrodruivenzuur uit een oxidatief proces waarin de verwijdering van CO2 gepaard gaat met de vorming van een α-hydroxyethylthiaminepyrofosfaat, ook genoemd “actief acetaldehyde”. De oxidatieve decarboxylatie van andere α-ketozuren zoals α-ketoboterzuur en α-ketoglutaarzuur gebeurt op een analoge manier. TPP is eveneens een coënzym in de transketolasereacties. Aldus wordt in de pentosecyclus door de transfer van de 2C-eenheid van: -

xylulose-5-P naar ribose-5-P wordt sedoheptulose-7-P gevormd.

-

xylulose-5-P naar erythrose-4-P wordt fructose-6-P en glyceraldehyde-3-P gevormd.

Gewoonlijk is de hoeveelheid TPP in het bloed evenredig aan de hoeveelheid thiamine (met uitzondering bij diabetes) en gezien het verband tussen koolhydratenmetabolisme en thiamine,

bestaat

er

ook

een

verhouding

tussen

thiaminebehoefte

en

het

koolhydratenverbruik.

62


Het thiamine wordt voor meer dan 80% opgenomen in ons GI-stelsel, maar wordt nergens opgestapeld. Dit verklaart waarom we blijvende nood hebben aan vitamine B1 (die we vooral in gist kunnen terugvinden). Bij overschotten wordt het teveel in de urine meegegeven.

Bovendien

is

het

vitamine

B1

(net

als

alle

andere

B-vitaminen)

wateroplosbaar; wat verklaart dat het weinig toxisch is. -

Deficiëntieverschijnselen (B1-tekorten) Het Wernicke-Korsakoff-syndroom Pseudoencephalie en coördinatiestoornissen Verlamming van t.h.v. oogspieren

Wernicke

Zwaar geheugenverlies Oriëntatievermogen daalt “Fabels” vertellen

Korsakoff

Beri-Beri (in de tropen) Natte vorm Cardiale stoornissen Æ oedeem(hartdecompensatie) Droge vorm Cfr. Wernicke-Korsakoff Neurologische stoornissen Spieratrofie 63


Ethylisme In chronisch alcoholisme denkt men in eerste instantie op de verhoogde nood aan thiamine. Alcohol wordt door het alcohol-dehydrogenase omgezet in het soms

vrij

storende

en

toxische

acetaldehyde,

dat

gewoonlijk

snel

gekataboliseerd wordt door aldehyde-dehydrogenase. •

Vitamine B2 (=riboflavine) – ADH: 1,5 tot 2 mg

Riboflavine

en

FMN

wordten

beide

gemakkelijk

geresorbeerd

door

een

specifiek

satureerbaar systeem in het proximaal deel van het gastro-intestinaal stelsel; FAD (oxidoreductase) daarentegen niet. Riboflavine wordt gefosforyleerd bij opname. Het wordt teruggevonden in alle weefsels maar over het algemeen Hogere

in

lage

concentraties.

concentraties

worden

nochtans waargenomen in de lever, de nieren en het hart. Bij een tekort aan riboflavine (gist!) is de glutathion reductase-activiteit van de RBC gedaald.

De mononucleotide wordt gevormd uit riboflavine en ATP o.i.v. een flavokinase.

Deze

fosforylatie

gebeurt ook bij de absorptie van riboflavine in de darmmucosa. ATP reageert

dan

verder

met

de

mononucleotide (FMN) om FAD te vormen,

en

dit

o.i.v.

flavine

nucleotide pyrofosforylase of FADsynthetase.

De enzymen die riboflavine bevatten, worden flavoproteinen genoemd. Er zijn 2 coënzymen bekend: FMN (flavine mononucleotide) en FAD (flavine adenine dinucleotide). De affiniteit van FMN en FAD voor de apoproteinen is vrij hoog, zoals in: NADH dehydrogenase in de ademhalingsketen; Succinaat dehydrogenase; Dihydrolipoyl dehydrogenase; De flavoproteinen verantwoordelijk voor vetzuuroxidatie; De aminozuuroxidasen; Xanthine oxidase; e.a. 64


Bij reoxidatie wordt de oorspronkelijke toestand hersteld. Voor activiteit is een ribitoleenheid nodig in positie 10 en een methylgroep op C7 en C8 is eveneens noodzakelijk. -

Deficiëntieverschijnselen (B2-tekorten)

Aangezien het voorkomen van riboflavine sterk overeenkomt met het eiwitgehalte van de voeding

zal

riboflavinedeficiëntie

een

veel

voorkomend

vitamine-tekort

zijn

in

ontwikkelingslanden. Gewoonlijk komt het riboflavine-deficiëntie als vitamine-deficiëntie niet alleen voor. Aangezien riboflavine aan een groot aantal oxidoreductie-reacties in het organisme deelneemt (als FMN en FAD), zal een tekort aan dit vitamine aanleiding geven tot dysfunctie en beschadiging van verscheidene weefsels. Men spreekt ook van pellagra sine pellagra

(cfr.

ooglidbibbers),

niacine).

Symptomen

vascularisatie

van

zijn

conjunctivitis

cornea,

fotofobie

(en

en

bleforaspasmem

glossitis

Æ

(samen met

dermatosen en handkloven). •

Vitamine B6 (=pyridoxine) – ADH: 1,5 mg

De fosfaatderivaten van pyridoxal, pyridoxamine en pyridoxine worden allen teruggevonden in de levende natuur en komen opnieuw vooral voor in gist en bruine rijst. Pyridoxalfosfaat wordt gevormd uit pyridoxal en ATP o.i.v. pyridoxal kinase. Dit enzym komt voor in grote hoeveelheden in het hersenweefsel en fosforyleert naar alle waarschijnlijkheid de

3

vormen

van

de

vitamine:

pyridoxal; pyridoxol en pyridoxamine (worden alle drie goed opgenomen in het GI-stelsel)

Vitamine B6 speelt een belangrijke rol in talrijke biochemische omzettingen: Pyridoxalfosfaat treedt op als coënzym in de decarboxylaties van AZ, waarbij belangrijke aminen gevormd worden. Pyridoxalfosfaat is zeer belangrijk in transaminatiereacties. Bij niet-oxidatieve deaminatie van AZ (desulfhydrasen en dehydrasen) is pyridoxalfosfaat een noodzakelijke cofactor. De transsulfuratiereactie tussen homocysteïne en serine gebeurt o.i.v. pyridoxalfosfaat als coënzym. Bij gebrek aan vitamine B6 is er een verminderde productie van taurocholaten doordat pyridoxalfosfaat de cofactor is in de decarboxylatie van cytsteïnesulfonzuur bij de vorming van taurine. Vitamine B6 is essentieel in de vorming van coënzym A, fosforylase, maar ook de omzetting van Trp naar niacine en bij de synthese van δ-ALA. -


Bij tekorten aan vitamine B6 zal de patiënt lijden aan bepaalde huidletsels, glossitis en eventueel stomatitis. Ook perifere neuritis en depressies komen niet zelden voor. Een ander probleem is dat de patiënt te weinig taurine-cholaat zal hebben en ook een probleem ter 65


hoogte van de GABA-synthese wat vervolgens leidt tot convulsies in de hersenen. Tenslotte kan er ook sprake zijn van een hypochrome anemie. Gelukkig komt deze deficiëntie maar weinig in België voor omdat we zo een uitgebreide voedseldiversiteit hebben. Toch kan het voorkomen dat een patiënt in het ziekenhuis belandt wegens een vitamine-B6 depletie. Dit is dan meestal te wijten aan een stof die we isodiazepine (antiviraal middel) noemen. Nota bene: opsporingstechniek vitamine B6-tekorten Measurement of red cell pyridoxal-5-phosphate (P5P) is thought to be more accurate than plasma pyridoxine. The most reliable functional test is thought to be measurement of the enzyme glutamate amino transferase. Pyridoxal-fosfaat is noodzakelijke cofactor voor aminotransferase. Als je metingen in het plasma uitvoert, moet je de drie vormen in rekening brengen plus hun

overeenkomstige

gefosforyleerde

vorm.

Deze

test

wordt

uitgevoerd

wanneer

deficiëntieverschijnselen tot uiting komen. •

Vitamine B3 (=niacine) – ADH: 13 – 17 mg

Bij talrijke dieren kan tryptofaan op voldoende wijze omgezet worden tot niacine zodat toediening

van

deze

vitamine

overbodig

is.

Tryptofaan

wordt

geoxideerd

tot

formylkynurenine, dat in daaropvolgende hydrolyse, door afsplitsing van mierenzuur omgezet wordt tot kynurenine. Kynurenine wordt gehydroxyleerd tot hydroxykynurenine dat na afsplitsing van alanine aanleiding geeft tot 3-hydroxyanthranilaat. Ringopening door oxidatie, gevolgd door ringsluiting met vorming van de pyridinering, en decarboxylatie, geeft tenslotte het niacine. Er zijn 2 belangrijke coënzymen die niacinamide bevatten: NAD+ (nicotinamide adenine dinucleotide) en NADP+ (nicotinamide adenine dinucleotide fosfaat). De structuur van beide cofactoren verschilt slechts in aanwezigheid van een fosfaatgroep op C2 van de ribose in adenosine. De biosynthese van NAD+ gebeurt als volgt:

66


1) ribose-5P + ATP

Æ

5-fosforibosyl-1-PP + AMP

2) niacine + 5-fosforibosyl-1-PP

Æ

niacine ribose-5-P + PPi

3) niacine ribose-5-P + ATP

Æ

desamido-NAD+ + PPi

4) desamido-NAD+ + glutamine + ATP

Æ

NAD+ + glutamaat + ADP + PPi

NADP+ wordt dan verder gesynthetiseerd uit NAD+ en ATP o.i.v. een kinase. NAD+ en NADP+ zullen in feite gesynthetiseerd worden uit nicotinamide van de voeding mits voorafgaande verwijdering van de amide en vorming van niacine. -

Detoxificatie

Wanneer therapeutische hoeveelheden niacine of nicotinamide (cfr. nota bene) worden gegeven, verschijnen slechts kleine hoeveelheden ongewijzigde vitamine in de urine, wat niet het geval is bij zeer hoge dosering: na N-methylatie wordt de ringstructuur verder geoxideerd. Het glycineconjugaat van niacine wordt eveneens afgescheiden. Nota bene: Niacin is used for the treatment of hyperlipidemia. Niacin decreases very low-density lipoprotein (VLDL) and increases high density lipoprotein (HDL) leading to a regression in artherosclerotic plaques. The recommended dose is gradually increased to 1.5-2 grams/day if the modified-release form of niacin is taken and 3 grams/day for the regular crystalline niacin form. Side effects of niacin therapy have included flushing, pruritus, urticaria, nausea, vomiting, diarrhea, bloating, and constipation. Research is being conducted to examine the potential effect of niacin therapy for the prevention of non-insulin dependent diabetes. -


Tekorten aan niacine leidt tot pathologie behorend tot de drie D’s: dermatitis (Pellagra), diarree (bloederig/waterig) en dementie (eventueel hoofdpijn, depressie, psychoses of slapeloosheid) (-> niacine als therapie bij schizofrenie?). Omwille van die redenen heeft men in het verleden het niacine wel eens vitamine PP genoemd (Pellagra preventive). Oorzaken van tekorten kunnen te wijten zijn aan de voeding, maar ook aan een ziekte die we de ziekte van Hartnup noemen (Londense familie Hartnup). •

Panthoteenzuur – ADH: 5 mg

Panthoteenzuur, een essentiele stof voor de groei en ontwikkeling van gisten, heeft als hoofdfunctie de aanmaak van het o zo belangrijkrijke coënzyme A. Coënzyme A speelt een belangrijke rol in de stofwisseling zoals in de vorming van “actieve” derivaten zoals bijvoorbeeld azijnzuur en hogere vetzuren. Het is de sulfhydrylgroep die gemakkelijk geacyleerd wordt. Deze zwavelverbinding is een energierijke binding. Een belangrijke hoeveelheid pantotheenzuur komt in de cel ook nog voor gebonden in een proteine: het “acyl carrier protein” (ACP). Het ACP is een warmtestabiele proteine met een SH-groep waaraan acetyl-, malonyl- en acylgroepen gebonden worden in covalente binding. Deze acyl-ACP-verbindingen zijn van groot belang in de biosynthese van de vetzuren. Zoals 67


het coënzym A, is het SH-groep bevattend residu in ACP, het 4’-fosfopantheteïne, bij middel van de fosfaatgroep gebonden aan een serine-residu van de ACP-polypeptide. De volgende stappen worden ondernomen in de synthese van coënzym A, die vooral gebeuren in onze darmflora: 1) pantotheenzuur + ATP

Æ

4’-fosfopantotheenzuur + ADP

2) 4’-fosfopantotheenzuur + cysteïne

Æ

4’-fosfopantothenyl-cysteïne

3) 4’-fosfopantothenyl-cysteïne

Æ

4’-fosfopanthetheïne + CO2

4) 4’-fosfopanthetheïne + ATP

Æ

defosfo-co-enzym A + Ppi

5) defosfo-co-enzym A + ATP

Æ

co-enzym A + ADP

Acetyl-CoA is ook een belangrijke precursor in de synthese van cholesterol en van de steroïdhormonen. Hierin ligt dan de verklaring van de bijnierschorsinsufficiëntie, die optreedt bij gebrek aan pantotheenzuur. Rekening houdend met het feit dat coënzym A tenslotte nog tussenkomt in de activatie van AZ moet men wel besluiten dat pantotheenzuur een zeer belangrijk vitamine is, dat een rol speelt in het metabolisme van koolhydraten en vetten en van proteinen. De tussenkomst van acetyl-CoA in verschillende acetylatiereacties is eveneens onontbeerlijk voor een normaal metabolisme van de weefsels. Gelukkig komt panthotheenzuur in zeer veel voedingsmiddelen voor, waardoor je niet veel mensen zal tegenkomen met tekorten aan panthoteenzuur. -

Deficiëntieverschijnselen (Panthoteenzuur-tekorten)

Indien er toch een tekort zou zijn, uit zich dit vooral in neuromusculaire afwijkingen (burning foot syndrome) en iets wat doet denken aan bijniercortexinsufficiëntie (mogelijks ook door een defect aan het ACP). Teveel inname heeft geen gevolgen: 70% wordt verwijderd met de urine, terwijl de rest ons lichaam verliet via de faeces. Panthoteenzuur

kent

wel

enkele

medische

toepassingen.

Zo

kunnen

dokters

een

vitaminesupplement panthoteenzuur voorschrijven bij de behandeling van spierkrampen die optreden

bij

het

slapengaan.

Ook

tijdens

de

zwangerschap

kan

een

supplement

panthoteenzuur zeker van pas komen. Tenslotte is panthoteenzuur ook een veel voorkomend supplement in commerciële haarlotions. •

Biotine – ADH: 15 – 100 µg

De structuur van biotine is zeer merkwaardig: een dubbele vijfring met een staartje (=valerine) dat doet denken aan een VZ. Het is een thermostabiel molecule en weinig oplosbaar in de klassieke organische solventen. Biotine treedt op als coënzym in een aantal carboxylatiereacties; hierbij is de vitamine vastgehecht door een amide-binding langs zijn valerine-carboxylgroep aan de ε-aminogroep van een lysine-residu van het enzym. In de carboxylatiereacties reageert CO2 met het enzymgebonden biotine (in aanwezigheid van ATP) om de biotine-CO2-derivaat te vormen. In deze reacties wordt het CO2 vastgehecht aan de N van het biotine. Daarna wordt in de eigenlijke carboxylatiereacties het CO2 68


overgemaakt op het substraat. Het belang van deze reacties in het metabolisme is maar al te duidelijk. Carboxylatiereacties waarin biotine optreedt als cofactor zijn belangrijk in het metabolisme van koolhydraten, lipiden en AZ. Voorbeelden van carboxylasen die de biotinemotor gebruiken zijn o.a. het acetyl-CoA carboxylase, propionyl-CoA carboxylase en het pyruvaat carboxylase. Biotine komt ook tussen in de synthese van carbamylfosfaat (dat vrijgekomen NH3 kan neutraliseren), en dus in de vorming van citrulline in de ureumcyclus en in de synthese van pyrimidines. Het biotine komt overal in de voedselketen voor, maar vooral gist, vlees en melk zijn goede leveranciers van dit vitamine. Bovendien wordt het biotine in ruime mate aangemaakt door onze darmflora; wat verklaart waarom de aanbevolen dagelijkse hoeveelheid (en dus zo ook de nodige intake) zo laag is. -

Deficiëntieverschijnselen (Biotine-tekorten)

Tekorten aan biotine treden niet zo frequent op, maar als ze voorkomen zijn ze ofwel te wijten aan te weinig biotine in de voeding, ofwel wijst dit op een storing in de darmflora. (bv. na een lange behandeling met antibiotica). Enkele symptomen zijn: Dermatitis Groeistoornissen & interferentie met het VZ synthase Gehoororgaan gaat achteruit Spierpijnen Hyperesthesieën Depressies/hallucinaties Ook kunnen tekorten aan biotine optreden bij het eten van teveel rauwe eieren. In eieren zit er immers een stof genaamd avidine, die na koken niet meer intact is en dan zijn functie verliest. Indien men dus de eieren rauw opeet; kan het avidine zijn functie helemaal uitoefenen d.i. nl. zeer krachtig het biotine te binden, zodat we het biotine niet meer kunnen opnemen! Dit is een van de krachtigste bindingen die we kennen in de natuur. •

Vitamine C – ADH: 60-70 mg

Dit vitamine is een hydrofiel molecule met een zuur karakter. Het komt voor in meerdere vormen maar slechts enkel de L-vorm is werkzaam. Vitamine C is een cofactor van hydroxylasen door zijn reducerende eigenschappen (sterk antioxidans) en de reactie met vrije radicalen (O2- superoxide radicaal, peroxiden of hydroxideradicaal Æ veroorzaakt door het feit dat de mens een aeroob wezen is en de facto in een O2-rijk milieu vertoeft) speelt een belangrijke rol in talrijke biochemische reacties. -

Biochemische rol (functies)

Door de rol welke vitamine C speelt in de hydroxylatiereacties is ascorbinezuur essentieel in de (I) synthese van collageen. Het is immers een cofactor bij de hydroxylatie van het proline naar het hydroxyproline. (II) Carnitine (carrier voor transport in en uit de mitochondriën Æ vermoeidheid bij tekort aan vitamine C) kan in het organisme aangemaakt worden uit lysine en vitamine C is een cofactor van de noodzakelijke hydroxylase. 69


Ascorbinezuur is van belang voor de stofwisseling van de aromatische aminozuren en meer bepaald voor de (III) oxidatie van tyrosine. De bijnierschors bevat tamelijk grote hoeveelheden vitamine C en de concentratie ervan daalt vlug als de (IV) productie van steroïden gestimuleerd wordt. Ook het bijniermerg is rijk aan ascorbinezuur, dat een (V) cofactor is van het β-hydroxylase in de synthese van noradrenaline en adrenaline. (VI) De SBS in de omzetting van cholesterol in galzouten is de hydroxylatie, en deze reactie is vertraagd bij gebrek aan vitamine C. Vitamine C zou tenslotte eveneens een rol spelen in de (VII) resorptie van ijzer uit het gastro-intestinaal stelsel en de reductie van het foliumzuur. -

Synthese

-

Resorptie, metabolisme en excretie

Onder normale omstandigheden wordt vitamine C gemakkelijk geresorbeerd uit het GIstelsel,

dankzij

een

energieverbruikend

(ATP),

Na+afhankelijk

carrier-gemedieerde

transport. Vitamine C komt verspreid voor in alle weefsels, maar vooral in de endocriene klieren, waar er een zekere opstapeling (vooral in de nier) plaatsvindt bij gebrek aan het vitamine. De efficiëntie van opname bedraagt 76%, maar vanaf 180 mg intake per dag daalt de opname-efficiëntie. Bij een opname van meer dan 180 mg/d wordt 50-90% van de vitamine ongewijzigd verwijderd langs de urine. Het katabolisme van ascorbinezuur bij de mens is niet duidelijk. Wel weten we dat het vitamine C bij de mens zeer traag wordt verwijderd: de T ½ van ascorbinezuur = 16 dagen. Waarschijnlijk wordt ascorbinezuur voor een klein gedeelte omgezet tot CO2. Het 2,3diketogulonzuur wordt door decarboxylatie omgezet tot pentosen. Na oxidatie tot dehydro70


ascorbinezuur met daaropvolgende hydroylse tot 2,3-diketogulonzuur wordt door splitsing oxaalzuur en L-threose (eindproducten) gevormd. -

Deficiëntieverschijnselen (Vitamine C-tekorten)

Scheurbuik (vooral vroeger ten tijde van de Spaanse ontdekkingsreizen Æ lange tijd geen vitamine C) is een ziekte die volledig toe te schrijven valt aan een gebrekkige collageensynthese. De huid wordt droog en dun, capillairen worden minder ondersteund en er ontstaan bloedingen t.h.v. de inwendige organen, wat dan weer een forse abdominale pijn veroorzaakt Æ alsof de buik scheurt.

3. Vetoplosbare vitaminen: een overzicht •

Vitamine A – ADH: 800 – 1000 µg -

Biochemische rol

Vitamine A vervult in hoofdzaak twee verschillende biochemische rollen: een rol in de waarneming van licht en een andere rol in de groei en differentiatie van de weefsels. We belichten ze allebei voor een ogenblik. Retinal in de waarneming van licht De gezichtspigmenten zijn geconjugeerde proteinen waarin vitamine A onder de aldehydevorm als chromofoor gebonden is aan een lysine-residu van opsine. Het geheel wordt rhodopsine genoemd. Het rhodopsine, dat een structuur heeft die gelijkaardig is aan de GPCR, is gevoelig voor licht en onder invloed ervan verandert de kleur van dit pigment van rood over oranje en geel tot kleurloos. De inwerking van het licht bewerkt een isomerisatie van de chromofoor van de cis-configuratie in de volledige trans-configuratie. Daarop volgt de hydrolyse van rhodopsine in opsine en retinal in de trans-configuratie. Dit trans-retinal zal opineuw geïsomeriseerd worden o.i.v. licht of retinal isomerase. Het geheel vormt dus een cyclus van reacties = de rhodopsinecyclus. Gedurende de overgang van de cis- naar de transconfiguratie zal de conformatiewijziging van het opsine instaan voor een cascade van reacties, waarin GDP op transducine, een Gproteine, vervangen wordt door GTP. Transducine stimuleert de fosfodiësterase die instaat voorde omzetting van cGMP tot GMP. Door de verlaagde concentratie van cGMP vermindert de Na+conductantie door inwerking op de Na+kanalen van de membraan van de lichtgevoelige

cel

(staafjes

en

kegeltjes

van

de

retina).

Dit

veroorzaakt

een

membraanhyperpolarisatie en dus een zenuwimpuls. Het trans-retinal kan dan rechtstreeks isomeriseren tot cis-retinal, maar het kan ook gebeuren na omkeerbare reductie tot retinol. Dan grijpt reassociatie plaats van het cis-retinal met het opsine om opnieuw rhodopsine te vormen.

71


Retinoïnezuur in de groei en differentiatie van weefsels Vitamine A en haar analogen hebben een duidelijke invloed op de groei en differentiatie van de cellen, vooral op de ontwikkeling van de epitheelcellen. Na binding aan een specifiek cellulair retinol-bindend proteine (CRBP) wordt retinol getransporteerd naar de kern en moduleert er aldus in analogie met de steroïdhormonen de proteinesynthese. Retinoïnezuur bindt aan een specifiek cellulair retinoïnezuur-bindend proteine (CRABP) en heeft een analoog effect. Retinoïnezuur bindt duidelijk aan de nucleaire receptoren. De ligand die bindt aan deze nucleaire receptoren is het cis-retinoïnezuur; retinol moet naar alle waarschijnlijkheid eerst geoxideerd worden tot retinoïnezuur om deze functie te kunnen uitoefenen. Door in te werken op de proteinesynthese kunnen de effecten van retinoïnezuur vrij divers zijn. De retinoïden hebben ook een invloed op de synthese van glycoproteinen aan de celoppervlakte en dus op de celadhesie, cellulaire interactie en binding van groeifactoren. -

Resorptie, transport, opstapeling en excretie/katabolisme

In de dunne darm komt vitamine A vooral voor onder de vorm van esters en dit voor 90% in de voeding (gewoonlijk een ester van palmitinezuur). Vitamine A (retinol), dat onstaat uit β-caroteen, wordt opgenomen door een carrier-gemedieerd transport, na inwerking van esterasen geproduceerd door de pancreas en aanwezig op de uitwendige membraan van de dunne darm. Caroteen wordt minder gemakkelijk geresorbeerd en de resorptie is eveneens afhankelijk van de vetten, waarbij de galzouten dus noodzakelijk zijn. De gemiddelde resorptie bedraagt ongeveer een derde van de opname. Carotenoïden worden in de mucosale cel gesplitst met vorming van retinal. Na omzetting tot retinal en dan retinol in de darmmucosa wordt het grootste gedeelte veresterd, eveneens tot palmitaat, voor het transport naar de lever. Retinol wordt door de lever afgegeven in de bloedbaan en in het plasma getransporteerd door het retinol-bindend proteine (RBP). Deze carrier is in het menslijk bloed gebonden aan een proteine van de prealbuminefractie, dat ook thyroxine bindt: transthyretine. Hierdoor wordt de eventuele filtratie van het RBP door de nier belet. Het retinol-RBP-complex gaat zich binden met de plasmamembraan, voor de internalisatie van retinol na afsplitsen van de N-terminale Arg van RBP. Hierbij worden retinylesters gevormd, die het retinol afstaan aan RBP als er vrije bindingsplaatsen zijn. Het grootste gedeelte van vitamine A wordt opgestapeld in de reticulo-endotheliale cellen van de lever (80-90%) en in de hepatocyten (10-20%) in een lipoglycproteine complex hoofdzakelijk als palmitaat. Retinol kan worden geconjugeerd tot een β-glucuronide, veresterd, gefosforyleerd, geoxideerd tot retinal en retinoïnezuur. Verder kan een ketogroep gevormd worden in de ringstructuur, kunnen de methylgroepen op de ringstructuur geoxideerd en de ziketen gedeeltelijk gereduceerd worden. Retinoïnezuur kan op zijn beurt gedecarboxyleerd worden en verder worden gemetaboliseerd, ofwel omgezet tot een glucuronide. De metabolieten worden geëxcreteerd met de gal. 72


-

Deficiëntieverschijnselen (Vitamine A-tekorten)

Bij tekorten aan vitamine A kan er xerofthalmie optreden: een vorm van blindheid die vooral kinderen treft (in de derdewereldlanden). De incidentie van deze ziekte bedraagt 100.000 kinderen per jaar. Andere verschijnselen die optreden bij een tekort aan vitamine A is een afremming van de groei op alle vlakken. Zo zien we dat het epitheel minder sterk is, de beenderen zijn zwakker, de huid dunner en er kan zelfs steriliteit optreden. Vitamine A wordt bij ons meestal gebruikt voor de behandeling van acne en psoriasis. Ook bij bepaalde heratosen kan een vitamine-A-behandeling een goed resultaat opleveren. De anti-oxiderende werking indachtig kunnen we ons de vraag stellen of vitamine A ook een goed kankerpreventief middel is. Dit is vooralsnog niet bewezen. •

Vitamine E – ADH: 9,3-11,8 g

Er bestaan 8 natuurlijk voorkomende tocoferolen die vitamine E activiteit bezitten. Daarvan is α-tocoferol de belangrijkste, gezien het α-tocoferol 80-90% omvat van de tocoferolen in het dierlijk organisme, en het daarenboven de hoogste activiteit vertoont. Het α-tocoferol is een gele olie, gemakkelijk oplosbaar in oliën en in vetoplosmiddelen, maar onoplosbaar in water. Het wordt gemakkelijk geoxideerd en dus geïnactiveerd. Het acetaatderivaat is meer stabiel. -

Biochemische rol

De tocoferolen zijn belangrijke anti-oxidatieve stoffen. Deze eigenschap berust in de 6-OHgroep. De vitamine heeft een beschermende werking op vitamine A en caroteen, maar vooral tegenover de onverzadigde vetzuren, zoals in de lipiden van de cytoplasmatische en mitochondriale membranen, tegen oxidatie. Deze beschermende rol wordt vervuld door de fixatie van vrije radicalen die worden gevormd door: -

het verbreken van een covalente binding met behoud van het elektron ;

-

de captatie van een elektron door receptor;

-

de generatie in organisme uit poly-onverzadigde bestanddelen

Vitamine E is ook betrokken in een enzymatisch systeem dat een rol speelt in de ademhalingsketen en schijnt de synthese van DNA te beïnvloeden. -

Resorptie, metabolisme en excretie/katabolisme

De verschillende vormen van vitamine E worden geresorbeerd door het GI-stelsel als vetoplosbare vitaminen na hydrolyse van eventuele esters. Vitamine E gaat vervolgens langs chylomicra van de lymfe naar de lever voor opstapeling (-> de GI-cellen passen zich aan, aan de aangeboden hoeveelheid vitamine E). Indien er nood is in het lichaam aan vitamine E, dan wordt het vitamine gesecreteerd met de VLDL en associeert het zich vervolgens in de bloedbaan aan lipoproteinen. Wat betreft de afbraak wordt het vitamine E weerhouden in de lever en in andere weefsels, zoals hart, vetweefsel en bijnierschors. Het grootste deel van vitamine E wordt dan uiteindelijk geëxcreteerd via de lever, en kleine hoeveelheden met de urine. 73


-

Deficiëntieverschijnselen (Vitamine E-tekorten)

Tekorten aan vitamine E zijn vrij zeldzaam en dit om 3 redenen: (I) een eerste reden is dat het vitamine E overal in voorkomt, in elke plant of dier wordt het aangewend. (II) Een tweede reden is dat je er maar weinig van nodig hebt om gezond te blijven. Tenslotte (III) zorgt de opstapeling ervoor dat er een altijd blijvende reserve is, die we altijd kunnen aanwenden. Echter doen er zich wel tekorten voor als er bv. een malabsorptie is van het vitamine E, of bij prematuren. Nog een andere oorzaak zou kunnen zijn dat er geen LDL in het lichaam aanwezig is, waardoor het vitamine zich niet kan associëren aan de lipoproteïnen. De gevolgen van een vitamine E tekort zijn dan weefselschade (de stabiliteit van de lysosomen wordt aangetast), steriliteit bij de man/miskraam bij vrouw, atrofie van de spieren (creatine wordt in de urine aangetroffen) en een anemisch bloedbeeld. -

Farmacologische toepassingen

Vitamine E wordt nog altijd gebruikt bij de behandeling van atherosclerose, vanwege zijn gunstig effect op de stabiliteit van LDL (dat niet wordt geoxideerd). Ook bij anemieën (bv. hemolyse bij prematuren/geen β (cfr. lipiden)/megaloblastische anemie) kent vitamine E een goede therapeutische waarde. Ook mensen met een malabsorptie van dit vitamine, kunnen vitamine-E-supplementen geholpen worden. Bovendien nemen mensen dit vitamine ook al eens om veroudering tegen te gaan (beschermend) of preventief bij spierzwakte of bij hevige milieuvervuiling. (CAVE! (diabetes) Vit C + Vit E Æ meer risico atherosclerose!) •

Risico’s van hoge doseringen

Reeds geruime tijd is men er zich van bewust dat erin de ontwikkelde landen meer vitamines gebruikt worden dan nodig, voortgaand op de aanbevolen hoeveelheden. Verklaringen zoals ‘ortho-moleculaire’ geneeskunde, gebaseerd op de behandeling van ziekten

door

het

wijzigen

van

de

concentratie

van

levensnoodzakelijke

metabole

sleutelbestanddelen, of ‘megavitamine’ therapie, gebaseerd op het gebruik van vitamines in hoeveelheden die veel hoger zijn dan de eigenlijk aangeraden hoeveelheden, zijn moeilijk verdedigbaar en kunnen hoogstens beschouwd worden als experimenteel en potentieel toxisch. Men mag zich niet blind staren op sommige “neveneffecten” van vitamines om akkoord te gaan met het therapeutisch impact van vitamines. Anti-oxidantia zoals tocoferolen, carotenen, vitamine C, mineralen zijn niet duidelijk efficiënt in de bestrijding van frequent voorkomende afwijkingen zoals kanker, verouderingssyndromen, verkoudheid, griep, steriliteit, enz. In de gevallen waar de symptomen eventueel gunstig worden beïnvloed is het effect zo minimaal dat de mogelijke gevaren, die men loopt door het gebruik van hoge doses gedurende een lange periode, het risico van toxiciteit niet waard. Bv. wie kan de reductie en vernietiging van vitamine B12 door het populaire vitamine C verdedigen, als 500 mg vitamine C per dag 95% van de vitamine B12, aanwezig in het normaal voedingspatroon, vernietigt? Daarenboven veroorzaakt vitamine C nierfunctie-veranderingen, diarree, … 74


Een ander aspect is dat vitaminepreparaten, voor kinderen nog meer dan voor volwassenen, kleurstoffen en additieven bevatten waarover men zelden of niet nadenkt. Een aantal symptomen van overdosage aan vitamines (huiduitslag, diarree, spierkrampen,…) wordt niet noodzakelijkerwijze in verband gebracht met de eigenlijke oorzaak. Het optreden van deze symptomen kan zelfs nog aanleiding geven tot een verhoging van de vitamine-inname! Medisch gecontroleerde therapeutisch toediening of gebruik van megadoses vitamines zijn alleen aan te raden onder de volgende omstandigheden: (i) congenitale afwijkingen die kunnen gecorrigeerd worden met hoge doses vitamines, (II) deficiënt transport van de vitamines of malabsorptie of bij de (III) neutralisering van toxische stoffen bij een therapie of met anti-vitamines. •

De intracellulaire receptorfamilie

Na twee hoofdstukken over stoffen en hun receptoren een woordje meer over de intracellulaire receptorfamilie. De steroïdhormonen, schildklierhormonen, retinoïden en vitamine D zijn kleine min of meer hydrofobe moleculen, die een grote verscheidenheid in structuur en functie vertonen. Zij diffunderen allen door de plasmamembraan van de doelwitcellen en binden aan intracellulaire receptor-proteinen: de intracellulaire receptor superfamilie (of steroïd-thyroïd hormoon-receptor superfamilie), die dan rechtstreeks de gentranscriptie regelen. In hun inactieve vorm maken deze receptoren deel uit van een complex met inhibitoire proteinen, zoals hsp90 bijvoorbeeld. Na binding van de ligand zal het hsp90 dissociëren, waardoor het DNA bindend domein vrijkomt en de receptor actief wordt. De receptor kan nu, in samenwerking met andere transcriptiefactoren, de expressie van genen selectief beïnvloeden. De transactivatiedomeinen, die instaan voor de interactie met factoren die de transcriptie beïnvloeden, bevinden zich N- en C-terminaal van het DNA-bindend domein. Al de receptoren van de steroïdhormonen bevatten 2 zinkvingers in het DNA-bindend domein. Na activatie vormt de receptor een dimeer dat bindt aan de specifieke consensus sequentie HRE (Hormone Response Element) stroomopwaarts van het gen dat beïnvloed wordt door dat hormoon. Het is duidelijk dat een hormoon dat de proteinesynthese stimuleert niet noodzakelijk (alleen) moet inwerken ter hoogte van het genoom door een verhoogde productie van mRNA. Hormonen kunnen tevens de proteinesynthese beïnvloeden door een aanpassing van de aanmaak van rRNA en tRNA, en door posttranslationele wijzigingen.


Wat verstaat men door de intracellulaire receptor superfamilie?

•

Zijn de vitamines E, niacine en pantotheenzuur werkelijk vitamines?

•

Is de klassificatie in vet- en wateroplosbare vitamines nuttig?

•

Bespreek de potentiële toxiciteit van vitamines.

•

Wanneer treden er tekorten aan vitamines op in onze samenleving? Wat denkt u over vitamines en sport, zwangerschap, griep en diabetes? 75


•

Bespreek de biochemische rol van thiamine. Wanneer bestaat er een tekort en welke vormen van deficiëntie kent men?

•

Bespreek de resorptie, activatie en biochemische rol en deficiëntie van riboflavine.

•

Bespreek de biochemische rol van pyridoxine.

•

Waarom spreekt men van Pellagra en Pellagra sine Pellagra?

•

Hoe (en waarom zo) spoort men de deficiëntie van pyridoxine op en wanneer?

•

Bespreek de activatie en biochemische rol van niacine. Hoe verloopt de detoxificatie?

•

Zijn nicotinezuur, pyridoxinezuur en retinoïnezuur werkzame derivaten?

•

Bespreek de activatie en biochemische rol van pantotheenzuur.

•

Bespreek de biochemische rol van biotine.

•

Bespreek biochemische rol, resorptie, metabolisme en verwijdering van vitamine C.

•

Bespreek de biochemische rol van retinal en retinoïnezuur, alsmede resorptie, transport, opstapeling en verwijdering van de retinoïden.

•

Bespreek vitamine E.

76


Hoofdstuk 5: Bloedmetabolisme 1. Porfyrines •

De heemsynthese De eerste stap in de heemsynthese is de tweefasige omzetting van succinyl-CoA naar het δ-aminolevulonzuur (oftewel δ-ALA). Dit is tevens de snelheidsbepalende en dus cruciale stap in het hele heemsyntheseproces. Vervolgens

reageren 2 δ-ALA’s met elkaar ter vorming van het porphobilinogeen waarbij dan ook water en H+-ionen vrijkomen.

Vanuit die porphobilinogeen kan ons lichaam dan een lineair tetrapyroolgroep maken waar bovenop nog acetaat en proprionaat zijn vastgehecht. Dankzij een synthase en een cosynthase

kan

vervolgens

dit

lineair

molecuul oprollen om zo een rond molecule te vormen. Dit molecule heeft de naam uroporphyrinogeen

III

en

is,

dankzij

de

aminogroepen in het centrum, in staat om een metaalion vast te houden.

De vijfde reactie is de omzetting van het uroporphyrinogeen

naar

coproporphyrinogeen met

het

omzetting van

alle acetaatgroepen naar methylgroepen, waarbij er 4 CO2 moleculen vrijkomen. De zesde reactie is verantwoordelijk voor de omzetting naar

het

vrijstelling

van

het

coproporphyrinogeen

protoporphyrine van

2

CO2

XI,

moleculen.

mits Een

speciale verandering is bovendien dat bij dit proprotoporphyrine IX 2 propianaatgroepen zijn omgezet in 2 vinyl-groepen. Vervolgens gebeurt er nog een oxidatie van dit proprotoporphyrine IX (O2 wordt ingebracht Æ protoporphyrinogeen IX) en dankzij een ferrochelatase wordt ook Fe2+ ingebracht Æ HEEM. 77


Overzicht Eenmaal de heemring is gesynthetiseerd, kan deze worden ingebouwd in een globine, dat perfect aansluit rond de structuur van het heem. De functie van dit globine is dan ook waarschijnlijk om het Fe2+ te beschermen tegen oxidatie van buitenaf. Het is immers enkel het Fe2+ dat kan binden met het O2. Globines tref je tevens nog aan bij andere

structuren

cytochromen,

ook

catalasen,

(bv.

het

myoglobines

hemoglobine, en

in

tryptofaan

pyrolases) Een mooi voorbeeld om de interactie tussen het globine en de heemgroep goed te begrijpen is CO-vergifitiging. CO zijn affiniteit om aan een HEEM-ring te binden is 25000x groter als die van O2 indien de HEEM-ring niet zou zijn gebonden aan een globine. Gelukkig daalt deze affiniteit van CO naar 200x groter dan O2, als het HEEM wel interageert met dit globine. (anders zouden we al sterven moest er nog maar een tikkeltje CO in de lucht aanwezig zijn) -

3 pathologieën: porfyrieën Erythropoietische porfyrie

Dit is een aandoening die onze RBC aantast en autosomaal recessief (en dus genetisch) voorkomt. Het probleem is dat het uroporphyrinogeen synthase en cosynthase (stap 4) defect is. Dit heeft tot gevolg dat de ringvorming niet meer gebeurt en de heemsynthese dus defect is. De symptomen van deze ziekte lijken aldus op die van bloedarmoede (maar dus niet omdat er een tekort is aan RBC, maar wel omwille van de Hb-kwaliteit): Bleke huidskleur Aanmaak δ-ALA is maximaal (maar wordt niet gebruikt Æ degradatieproducten (rode kleur) van dit δ-ALA zetten zich af op bot, tanden en urine Æ Had Dracula misschien erythropoietische porfyrie?) Acute intermittente porfyrie Dit is een autosomaal dominante aandoening die vooral in de lever voor problemen zorgt. De ziekte treedt in fases op, wat betekent dat de patiënt af een toe een crisis krijgt en dan klaagt van hevige GI-pijn. Omwille van deze reden wordt deze ziekte vaak slecht gediagnosticeerd en schrijven dokters deze symptomen vaak toe aan kleinzerigheid. De enige manier immers op dit op te sporen is het zoeken naar δ-ALA in de urine. Porfyria cutanea tarda Ook dit is een autosomaal dominante aandoening die vooral de lever treft, maar bovendien ook nog huidletsels veroorzaakt. 78


-

Afbraak van heem

De afbraak van heem leidt tot het onstaan van biliverdine dan bij de mens dan verder reageert tot het bilirubine. Dit bilirubine is bijzonder slecht oplosbaar en daarom eigenlijk vrij toxisch, omdat het op die manier kan interfereren in de vorming van de membranen. Gelukkig beschikt ons lichaam over een detoxoficatiesysteem, exclusief in de lever, om dit bilirubine te gaan conjugeren met een glucuronzuur, ter vorming van het bilirubindiglucuronide. Echter het feit dat de omzetting exclusief in de lever kan gebeuren, veronderstelt de aanwezigheid van een transportsysteem voor bilirubine in ons lichaam. -

Biologische toepassing

Een biologische toepassing van heem is er niet strikt gezien, maar wel van het δ-ALA. Dit wordt gebruikt als onkruidverdelger. Aangezien

globines

ook

voorkomen

in

cytochromen, kunnen we dus de aanmaak van

P700

(cytochroom)

en

P650

(cytochroom) in planten stimuleren, door extra δ-ALA te geven. Deze cytochromen spelen nu een rol in de fotosynthese en als we die gaan overstimuleren, kunnen we eigenlijk de plant ertoe aanzetten zichzelf te verbranden (door overopname van licht), met de dood als evident gevolg.

79


•

Bilirubine

In ons lichaam zijn er een drietal bronnen die bilirubine kunnen leveren. Eerst en vooral heb je de erythrocyten die fin de carrière zijn: na 120 dagen ongeveer worden ze afgebroken in de milt en het beenmerg (reticulo-endotheliaal stelsel) tot hun oorspronkelijke componenten: de aminozuren en het heem. Dit heem wordt dan omgezet tot het bilirubine (cfr. vorige bladzijde) wat dan op zijn beurt weer wordt gekoppeld aan een albumine. Dit albumine verzorgt

vervolgens

het

transport

van

dit

bilirubine naar de lever. Het vrij bilirubine wordt dan opgenomen door een specifieke carrier, maar hier weet men eigenlijk nog niet veel over. Eenmaal in de lever wordt het vrij bilirubine

geconjugeerd

met

1

of

2

glucuronzuren. In de hepatocyten zijn er dan twee

proteïnen

(het

z-proteïne

en

het

ligandine) die dan dit geconjugeerd bilirubine onder controle zullen houden. Vervolgens wordt dit bilirubine afgegeven aan het GI-stelsel, waar er ter hoogte van de darmen bacterën inwerken. Dit heeft een deconjugatie alsook een omzetting naar het urobilinogeen tot resultaat. Dit urobilinogeen kan dan twee wegen uit: Heropname door de lever met omzetting van het urobilinogeen naar het urobiline (gele kleur), waarna het terecht komt in de urine. Omzetting van het urobilinogeen in de darmen naar het stercobiline (bruine kleur), waarna het terecht komt in de faeces. Een tweede bron van bilirubine in ons lichaam is afkomstig van het vrij Hb dat rondzwerft (na mechanische destructie van RBC’s). Dit wordt gebonden aan een haptoglobine (85kDa) (zie ook Himpens) met als grootste doel te voorkomen dat het vrij Hb wordt uitgewaterd. Via een proces van pinocytose wordt dit dan opgenomen in de lever waar het dezelfde weg vervolgt als het bilirubine afkomstig uit het RES. Het is misschien ook nuttig op te merken dat sommige vrije HB’s toch oxideren (Fe2+ Æ Fe3+ ) ter vorming van het MetHb. Vanaf 1,5g/100 ml MetHb in ons bloed krijgen we een cyanotisch aspect. Dit MetHb is bovendien geen stabiel molecule. Het valt uiteen in een ferriheem (ijzer is er nog aan gebonden) en een vrij globine. Dit ferriheem kan dan aan een tweetal transportmoleculen worden gebonden: het albumine (hogere concentratie maar lagere affinitieit) of het hemopexine (veel hogere affiniteit voor ferriheem maar komt in lagere concentratie voor). We kunnen dus eigenlijk stellen dat de ferriheem met aan zekerheid grenzende waarschijnlijkheid eerst het albumine zal binden, en daarna direct wordt overgedragen op een hemopexine, vanaf 80


dat het albumine zo’n hemopexine tegenkomt in de bloedbaan. Via een specifieke hemopexine-receptor in de

lever, kan dat dit

ferriheem

ook worden

opgenomen

(hemopexine komt terug vrij) en een afbraak ondergaan ter vorming van extra bilirubine. Tenslotte hebben we nog een derde bron van bilirubine in ons lichaam. Zo zorgt de afbraak van cytochromen, catalasen, trp pyrolase en myoglobine ook voor extra aanvoer van heemringen die verder worden verwerkt in de lever. -

Bilirubine in het labo

Zoals geweten hebben we dus 2 soorten bilirubine in ons lichaam; het niet-geconjugeerde (dit bilirubine zit nog vast aan het albumine) en het geconjugeerde. Als we nu bilirubine willen opsporen in ons lichaam, dan moeten we er ons van bewust zijn dat die twee soorten bestaan. Er bestaat immers een kleuingsstof (het diazoagens) om bilirubine te detecteren, maar deze spoort enkel de geconjugeerde vorm op! Indien we ook de niet-geconjugeerde bilirubine willen opsporen, moeten we dit eerst losmaken van het albumine met ethanol. Vervolgens moeten we nog de conjugatie laten plaatsvinden met 1 of 2 glucuronzuren, alvorens we het diazoagens kunnen gebruiken. Omwille van die omweg voor kleuring met diazoagens, wordt niet-geconjugeerd bilirubine

vaak

het

indirecte

bilirubine

genoemd.

Logischerwijs

wordt

het

geconjugeerde bilirubine dan direct bilirubine genoemd. Belangrijk is op te merken dat deze naamgeving enkel iets te maken heeft met de labotests die men doet op dit molecuul. Het zegt dan ook hoegenaamd niets over de opname ervan door de lever of GI-cellen. Om dan uiteindelijk de reactie zelf met het diazoagens te laten voltrekken is er ongeveer een tijdspanne van 20 minuten nodig. Zo zien we dat het mengsel eerst al snel aankleurt, maar een beetje later de kleuring nog ietwat wordt versterkt. Hoe zou dit komen? -

Mogelijke pathologieën

Bepaalde stoornissen kunnen een teveel aan bilirubine teweegbrengen. We zetten ze even op een rijtje: Overproductie (hemolyse) Dit is een aandoening die meestal niet is aangeboren. Doordat er teveel RBC’s tegelijkertijd worden afgebroken, ontstaat er een excess aan bilirubine in onze cellen. Deze hemolyse is vaak te wijten aan malaria of kan soms ook voorkomen bij incompatibiliteit van de rhesusfactoren neonatus/moeder. Transportprobleem (komt zelden voor) Dit is een slechte opname voor van het albumine-bilirubine complex en zorgt voor lichte toename van het indirecte bilirubine, maar goede prognose. Slechte conjugatie in de lever Dit probleem wijst vaak op leverstoornissen, maar kan ook voorkomen in de eerste weken van het leven. Dan spreken we over een icterus neonatalis (oftewel fysiologische geelzucht). Oorzaken van deze stoornis zijn dat het 81


detoxificatiesysteem

van

de

neonatus

vaak

nog

niet

helemaal

goed

ontwikkeld is, en dat bovendien zijn darmflora nog onbestaand is. Deze situatie is niet echt problematisch, tenzij het bilirubine de saturatiegrens (bilirubine-albumine) van 35% overschrijdt. Dan komt er vrij bilirubine in de bloedbaan; wat leidt tot een gele afzetting ter hoogte van de huid (-> geelzucht), maar ook tot afzetting ter hoogte van de hersenen (veel problematischer want proteïnesynthese t.h.v. neruonen wordt zo in gevaar gebracht). Op dat moment spreken we van een kernicterus (opstapeling van bilirubine t.h.v. neurocores)

We kunnen deze baby’s dan behandelen met UV-licht. Dit zal het vrij bilirubine beschadigen, waardoor er plaats wordt gemaakt voor nieuw vrij bilirubine, maar ondertussen ook de kans wordt gegeven aan de neonatus zijn immunologisch detoxificatiesysteem verder te ontwikkelen (belang van moedermelk!) De ziekte van Gilbert Dit is een gedeeltelijk tekort aan het glucuronyl transferase. De concentratie bilirubine bedraagt 1-3 mg% en is dus ver onder de saturatiegrens. Deze ziekte dient dan ook niet te worden behandeld. De ziekte van Crigler-Najjar Deze ziekte is te wijten aan een volledig tekort of een defect aan/in het glucuronyl transferase. Er bestaan twee types van deze ziekte. Bij een type 1 Crigler-Najjar is er helemaal geen glucuronyltransferase te bespeuren in het 82


lichaam en kunnen we de patiënt enkel symptomatisch behandelen door bv. kuren met UV-licht. Aangezien de bilirubine-leverls stijgen tot ongeveer 40 mg%. Dit zorgt er dan ook voor dat er een vrij slechte prognose is voor mensen met deze aandoening. Bij

een

type

2

Crigler-Najjar

is

het

daarentegen

wél

mogelijk

glucuronyltransferase te recruteren en te induceren vanuit andere plaatsen in ons lichaam. Dit wordt bewerkstelligt a.h.v. fenobarbital. Zo kunnen we de bilirubinelevels doen dalen naar 9-17% wat een al veel betere prognose met zich meebrengt. Syndroom van Dubin-Johnson De basis van dit syndroom is een slechte excretie van het bilirubine, te wijten aan het feit dat er geen carrier is om geconjugeerd bilirubine van de lever naar de gal te brengen. (recessief autosomale aandoening) Dit resulteert vaak in een zwart gekleurde lever, opgevuld met allemaal zwarte korreltjes (opstapeling van een melatonine-achtig pigment t.h.v. lysosomen) Syndroom van Rotor Ook dit is een recessief autosomale aandoening, waar er ook problemen zijn met de excretie van het bilirubine. Het verschil echter met Dubin-Johnson is dat de lever er hier wel normaal uit ziet.

2. Galzouten •

De synthese van galzouten

In de synthese van galzouten onderscheidt men 2 soorten: de primaire en de secundaire galzouten. Tot de primaire galzouten behoren bv. 3α 7α 12α (cholinezuur) en het 3α 7α (chenodeoxycholzuur). De darmflora zal dan deze primaire galzuren ontdoen van hun 7α. Zo ontstaan er respectievelijk 3α 12α (deoxycholinezuur) uit het cholinezuur en het 3α derivaat (lithocholzuur) uit het chenodeoxycholzuur. Dit zijn de secundaire galzouten. De opeenvolgende reacties grijpen plaats in het endoplasmatisch reticulum, cytoplasma en mitochondriën en gebeuren in fases. -

Veranderingen ter hoogte van de kern van cholesterol.

De eerste stap is de microsomiale 7-α-hydroxylatie: deze snelheidsbeperkende reactie, een typische hydroxylase reactie, verloopt met O2 en NADPH en een cytochroom P-450 maar is gekatalyseerd door een relatief specifiek enzym voor de vorming van galzouten nl. het cholestyramine. Vervolgens wordt met een NAD+-afhankelijke dehydrogenatie, de 3-β-OH van cholestero! tot een 3-oxo (3-keto) omgevormd, waarna de dubbele binding tussen C5 en C6, door een enzymatisch gekatalyseerde migratie, tussen C4 en C5 komt te liggen (ER). Voor de vorming van cholinezuur is nog een O2-NADPH afhankelijke 12-α-hydroxylatie (ER)

83


nodig. Tenslotte wordt in het cytoplasma met behulp van NADPH de dubbele binding tussen C4 en C5 verzadigd en wordt de 3-oxo functie tot een 3-α-OH omgevormd. -

Oxidatieve inkorting van de alifatische zijketen

Deze inkorting wordt bekomen door de ω-oxidatie van C26 gevolgd door de β-oxidatie met vorming van choloyl-CoA en afsplitsing van propionyl-CoA.

84


ω-oxidatie Deze start met de C26-hydroxylatie met O2 en NADPH. Deze hydroxylatie verloopt in het E.R. (met cytochroom P-450) en in de mitochondriën (tussenkomst van cytochroom P-450 niet met zekerheid bewezen). In het cytoplasma wordt vervolgens door een alcohol dehydrogenase en een acetaldehyde dehydrogenase C26 tot een carboxyl geoxideerd. β-oxidatie Na activatie tot cholesteryl-CoA onder invloed van een thiokinase van de microsomen of ter hoogte van de uitwendige membraan van de mitochondriën, doorloopt dit substraat, na translocatie naar de mitochondriën dankzij carnitine, de stappen van de β-oxidatie (op C24) van Knoop tot choloyl-CoA en propionyl-CoA. -

Conjugatie

Na transport, met behulp van carnitine, naar het cytoplasma wordt choloyl-CoA (of chenodeoxycholoyl-CoA) met taurine tot taurocholaat en met glycine tot glycocholaat geconjugeerd,

gekatalyseerd

door

een

choloyltransferase

(de

verhouding

taurocholaten/glyco-cholaten is het resultaat van de concentratie taurine en glycine). •

De enterohepatische cyclus

Door de conjugatie met het hydrofiele taurine of glycine nemen de detergerende eigenschappen

van

de

galzouten

nog

toe.

Deze

worden

dan

door

een

actief

transportmechanisme via de galwegen uitgescheiden om hun functie uit te oefenen: ze vergemakkelijken de absorptie van cholesterol, vetten en vetoplosbare vitaminen maar worden nochtans niet geabsorbeerd samen met de lipiden. Ze worden inderdaad voor 93-95% terug opgenomen ter hoogte van het uiteinde van de dunne darm, terwijl de absorptie waarvan ze de snelheid beïnvloeden reeds voor het grootste deel gebeurd is. Na de reabsorptie (4-8 maal/24 u) gaan de galzouten terug naar de lever (entero-hepatische cyclus), zodat per dag slechts 200 tot 800 mg nieuwe galzouten door dit orgaan (gebeurt exclusief in de lever) moeten gesynthetiseerd worden. Ze worden vervolgens opgeslagen in de galblaas, die dan de galzouten kan secreteren voor bv. de eliminatie van toxische producten of als alkalische reserve voor neutralisatie maagzuur. In het ileum voert de bacteriële flora ook een deconjugatie uit en daarna de 7dehydroxylatie tot de secundaire galzouten. Het zo gevormde deoxycholinezuur (meest overvloedig) wordt ook voor het grootste deel terug opgenomen en door de lever opnieuw gebruikt na 7-α-hydroxylatie en activatie met CoA-SH (door een specifieke thiokinase). Het potentieel toxische lithocholzuur wordt normaliter langs de faeces verwijderd; indien het wordt gereabsorbeerd zal in de lever door een sulfatatie van 3-OH een tweede reabsorptie verhinderd worden. De regeling van de biosynthese van de galzouten is homeostatisch geregeld door de concentratie galzouten in de enterohepatische circulatie. De synthese neemt toe na galdrainage of na perorale toediening van galzouten bindende resinen zoals cholestyramine waardoor ileale reabsorptie wordt verhinderd. Omgekeerd zal toediening van galzouten de 85


endogene synthese afremmen. Over het algemeen zullen veranderingen in de snelheid van de galzoutensynthese parallel verlopen aan veranderingen in de snelheid van de cholesterolsynthese in de lever. Voor de galzoutensynthese is de 7-α-hydroxylatie van cholesterol de snelheidsbeperkende stap, voor de cholesterolsynthese is dit de reductie van HMG-CoA (hydroxy-methyl-glutaryl-CoA). De activiteiten van cholesterol 7-α-hydroxylase en van HMG-CoA-reductase evolueren meestal parallel. Bij toediening van cholestyramine (20-30 g per dag bij de mens) neemt bijgevolg zowel de synthese van de galzouten (= afbraak van cholesterol) als die van cholesterol toe omdat de cholesterol 7- α -hydroxylase evenveel stijgt als de HMG-CoA reductase. De hoop gesteld in het therapeutisch gebruik van cholestyramine om het cholesterolgehalte van het plasma te doen dalen is bijgevolg ijdel gebleken. •

Mogelijke pathologieën

Galstenen kunnen gevormd worden wanneer, ter hoogte van de gal, het evenwicht tussen cholesterol, lecithine (functie: cholesterol in oplossing houden) en de galzouten (functie: cholesterol in oplossing houden) verstoord geraakt. Als oorzaken van een gestoorde verhouding worden vermeld: een daling van de galzoutenpool, teveel aan cholesterol in het dieet, hormonale oorzaken (oestrogenen Æ dus meer kans bij vrouwen of na een # zwangerschappen), pathologie ter hoogte van het terminale ileum (malabsorptie) of ter hoogte van de lever, na operatief ingrijpen en raciale factoren (blonde ras, indianen). Na een tijdje verkalken deze cholesterolstenen. Op dit moment worden ze zichtbaar op een RXfoto en dringt een operatie zich op (endoscopisch). De reden hiervoor is dat de galblaas de steen zelf zal proberen te verwijderen met een inklemming van de galwegen tot gevolg. Bovendien kan een verkalkte galsteen de galblaaswand irriteren (gevaar voor infectie en zelfs tumorvorming) of zelfs scheurtjes veroorzaken, wat leidt tot enorme weefselschade. Wanneer de galstenen nog niet verkalkt zijn, kan men proberen deze "op te lossen" met bijvoorbeeld een langdurige therapie met chenodesoxy-cholzuur. Dit gebeurt bv. ook preventief alvorens een darmoperatie uit te voeren.

3. AZ en derivaten als mediatoren van cerebrale NT’s •

Acetylcholine Acetylcholine wordt in het axoplasma gesynthetiseerd door het choline-acetylase vanaf choline en acetyl CoA en vervolgens grotendeels opgenomen door en opgestapeld in cholinergische vesikels die door het snel axonaal transport naar de zenuwuiteinden worden vervoerd; acetylcholine kan ook in de zenuwuiteinden aangemaakt worden. Er bestaan zo voor acetylcholine twee compartimenten: het éne in het axoplasma, het andere intravesiculair. In de cholinergische vesikels zijn er benevens de neurotransmitter nog ATP (in verhouding 5:1) en een negatief geladen proteïne, het vesiculine, dat 12 acetylcholinemoleculen zou binden, aanwezig. Klassiek wordt voorgesteld dat depolarisatie, via een influx van Ca2+-ionen, de fusie bevordert van de cholinergische vesikels met het presynaptisch membraan, waarna acetylcholine door exocytose naar de intersynaptische spleet wordt gesecreteerd om 86


dan het postsynaptisch neuron te depolariseren (via cGMP). De neutralisatie zou dan gebeuren door een cholineesterase. Deze hypothese van exocytose en vesicularisatie van acetylcholine is echter niet helemaal sluitend; sommige wetenschappers trekken dit mechanisme dan ook in twijfel. Meest voorkomende pathologie: myastenia gravis (cfr. Nillioes). Dit is een toestand die te wijten is aan een tekort aan acetylcholine, wat leidt tot een tremor en zelfs verkramping van de spieren. •

Noradrenaline (catecholaminen) Noradrenaline wordt ook in presynaptische vesikels geconcentreerd: 0.5M amine wordt met 0.15M ATP opgeslagen in noradrenergische vesikels die ook nog dopamine-β-hydroxylase (de omzetting van dopamine tot noradrenaline gebeurt intravesiculair) en een speciale proteïne (chromogranine) bevatten: de osmotische druk

wordt

er

beperkt

door

de

interactie

(met

complexvorming)

tussen

noradrenaline, ATP en chromogranine. De noradrenaline vesikels ondergaan ook het snel axonaal transport. Zoals voor acetylcholine stelt men klassiek voor, dat na depolarisatie noradrenaline en dopamine-β-hydroxylase door exocytose in dezelfde verhouding gesecreteerd worden als deze aanwezig zijn in de vesikels. Of er een cytoplasmatische bijdrage is voor de noradrenalinevrijzetting is vooralsnog niet aangetoond. Ter hoogte van het postsynaptisch neuron fungeren cyclisch AMP en calciumionen als "second messenger". Na secretie wordt de werking van noradrenaline hoofdzakelijk beëindigd door een snelle actieve heropname in de vesikels van de presynaptische cel (het membraan van de vesikels bevat een speciale aminecarrier en is rijk aan Mg-ATPase);

in

de

pre-

en

post-synaptische

cel

kan

noradrenaline

ook

gekataboliseerd worden door catechol-O-methyltransferase en monoamine-oxidase. •

Dopamine Als

eerste

van

de

hormonen

die

een

invloed

hebben

op

onze

cerebrale

neurotransmitters hebben we het dopamine, dat wordt geproduceerd door onze bijnier (cfr. hoofdstuk over de bijnier) werkt in op het corpus striatum en op de substantia nigra. -

Synthese Cfr. synthese van bijniermerghormonen

-

Mogelijke pathologieën Parkinson’s disease Bij een tekort aan dopamine, zal de patiënt langzaamaan de ziekte van Parkinson krijgen. Dit is een langzame, progressieve aandoening die vooral voorkomt als ouderdomsziekte bij mensen van 55 jaar en ouder. De symptomen die we vooral zien optreden zijn de welbekende tremor 87


(pillendraaierbeweging), alsook de verandering in schrijfwijze (micrografie) alsook problemen om met bepaalde handelingen te starten. Vandaar dat Parkinson-patiënten altijd die voorover gebogen houding aannemen. Dit is hun manier om te beginnen met stappen: ze laten zich voorover vallen en hopen dat ze dan via hun reflexen hun benen in gang krijgen. De ziekte van Parkinson kan je niet behandelen/oplossen door deze mensen een grote hoeveelheid dopamine te geven. Dit dopamine kan immers niet door de bloed-hersen-barrière. Wat wél werkt is het geven van de precursor van het dopamine: het L-dopa. Het probleem hiermee is echter dat na een tijdje er resistentie optreedt in ons lichaam tegen deze stof. Tegenwoordig maken farmaceutische bedrijven medicatie waar ze het L-dopa koppelen aan een inhibitor van het decarboxylase, wat moet voorkomen dat er perifeer decarboxylaties gebeuren van het L-dopa, waardoor het dus nog beter inwerkt. De prognose van Parkinson is negatief en het ziekteproces is niet omkeerbaar (progressieve aandoening). Misschien kunnen foetale neuronale stamcellen in de toekomst soelaas brengen? (etische kwesties!) Dopamine-excessen Teveel aan dopamine leidt tot symptomen die vergelijkbaar zijn met schizofrenie. Dit is niet helemaal bewezen, maar er zijn een drietal aanwijzingen in deze richting: eerst en vooral bevat de urine dopamine (net zoals bij schizofrenie), amfetamines (waarvan wél bewezen is dat een teveel schizofrenie

veroorzaakt)

werken

via

de

dopamine-activiteit

en

anti-

psychotische farmaca doen de dopamineactiviteit dalen. •

Vrije AZ en hun derivaten -

GABA

De aanmaak en afbraak verloopt via de dezelfde cyclus, die we de GABA-shunt noemen. De aanmaak

gebeurt

van

het

glutamaat, terwijl de afbraak (gebeurt t.h.v. de receptoren) vooral wijst naar het succinaat.

88


GABA is een inhiberende neurotransmitter. Dit wil zeggen dat binding/vrijstelling van GABA zal zorgen dat neuronen hun Cl- kanalen openzetten en zo een hyperpolarisatie opwekken. Deze hyperpolarisatie heeft dan een inhiberend effect (cfr. cursus physiologie). Er zijn erg veel pathologieën die GABA-related zijn. We bespreken in deze cursus een viertal ziektebeelden. Als eerste hebben we de chorea van Huntington (Huntington’s disease). Deze ziekte komt zelden voor (incidentie: 3-7/100.000) en komt pas tot uiting vanaf de leeftijd van 30-45 jaar. De oorzaak is een tekort aan GABA, te wijten aan cofactoren die niet actief genoeg meer zijn (1 CAG is repliceerd) in de synthese van GABA. De belangrijkste symptomen van Huntington zijn de ongecontroleerde bewegingen en het afsterven van bepaalde neuronen (dingen in ons lichaam die niet worden gebruikt sterven af). Deze ziekte kan enkel symptomatisch behandeld worden (Glu noch GABA kunnen door bloed-hersenbarrière) en heeft systematisch de dood tot gevolg na ongeveer een periode van 15 jaar. Clostridium tetani, oftete de tetanosbacterie, blokkeert de release van GABA uit de vesikels in de neuronen. Deze toestand zorgt ervoor dat het hele lichaam in hyperextensie komt (klem). Akuut glutamaattekort komt voor als al het glutamaat moet worden aangewend voor energie (cfr. glucogenetische aminozuren cursus Stalmans). Dit heeft tot gevolg dat er te weinig glutamaat is om de synthese van GABA te verzekeren. De belangrijkste symptomen zijn convulsies met stuipen tot gevolg. Nu werkt extra glutamaat geven wèl, omdat zo aan de energienood wordt voldaan. Het vierde item is niet echt een ziekte, maar wel eerder een medische vaststelling. Zo zijn wetenschappers tot de bevinding gekomen dat benzodiazepines (zoals het overbekende valium) het effect van GABA (+versterking glycine-receptor) versterken. Dan is het ook gemakkelijk te begrijpen dat de benzo’s ook goede medicijnen zijn bij de behandeling van stuipen ten gevolge van een akuut glutamaattekort. -

Glutamaat (structuur cfr. AZ-tabel)

Dit is een stimulerende neurotransmitter. Om deze te inactiveren volstaat een omzetting naar het glutamine (NH3-verbruik). De reden waarom deze mediator wordt besproken is omdat er nogal wat pathologie verbonden is met glutamaat. Zo kunnen we door een teveel aan glutamaat hoofdpijn krijgen, misselijk worden en ons in het algemeen slecht voelen. Meestal is zoiets te wijten aan de voeding, waar glutamaat vaak als smaakversterker wordt gebruikt (chinees-restaurant-syndroom). Te weinig glutamaat (hypoglucerie) zorgt ervoor dat de detoxificatie(inactivering) van glutamaat stopt en dat er bijgevolg een opstapeling is van ammoniak. Als deze NH3-, opstapeling blijft aanhouden, kunnen we onszelf een NH3-intoxicatie aandoen, met verminderde eetlust, braken en coma tot gevolg.

89


-

Glycine (structuur cfr. AZ-tabel)

Het glycine komt qua functie ongeveer overeen met het GABA: het is dus ook een inhiberende neurotransmitter. Het verschil tussen GABA en glycine zit hem echter in de lokalisatie ervan. GABA komt centraal voor in de hersenen, terwijl het glycine eerder actief is in de hersenstam. Wat betreft de pathologie kunnen we ons hier beperken tot enkele leuke weetjes: het strychnine (detectiveverhalen) is een alkaloïde vanuit boomzaadjes (afkomstig uit India) dat vroeger werd gebruikt als rattengif. Dit strychnine zorgt net voor een blokkage van de glycine-receptor en zal convulsies (stuipen) tot gevolg hebben. Clostridium tetani zorgt ook hier voor problemen: net zoals bij GABA zal de bacterie die klem veroorzaakt ervoor zorgen dat het glycine zijn vesikels niet kan verlaten. -

Histamine De synthese van histamine vertrekt vanuit het histidine zoals hieronder afgebeeld. De functie van het histamine echter verschilt naar gelang welke receptor het histamine bindt. Er zijn immers een drietal receptoren

die elk op een andere plaats voorkomen en ook een andere intracellulaire respons zullen genereren na binding met histamine. De drie receptoren worden, origineel zoals de biochemici zijn, H1, H2 en H3 genoemd. H1 gebruikt voornamelijk Ca2+ als second messenger en komt voor in de bronchi en in de maagspier. H2 gebruikt daarentegen voornamelijk cAMP als second messenger en komt voor in de maagmucose (functie van histamine Æ triggeren van de maagsecretie). Tenslotte hebben we ook nog H3 die voorkomt in het CZS. Er bestaan anti-histaminica (bv. bij hooikoorts) die deze receptoren ongevoelig kunnen maken voor het histamine. Vroeger leverde dat echter zeer veel problemen op, omdat deze medicatie niet selectief genoeg was. Natuurlijk is dit nu verbeterd. -

Serotonine

Het serotonine wordt aangemaakt vanuit het tryptofaan (cfr. bijlage 1) en heeft als belangrijkste functie het onderdrukken van de pijngeleiding. We hebben in ons lichaam een enorme populatie aan serotonine-receptoren, nu al 14 gekend, die worden onderverdeeld in 7 categorieën: S1, S2, ... , S7. Elke categorie is op zich vaak nog onderverdeeld in subcategorieën: S1A, S1B, S1C,... elk met hun eigen functie. Zo speelt S1D een rol in het ontstaansmechanisme van migraine. Het serotonine zorgt bv. bij militairen ook bij een fenomeen dat gekend is onder de naam van het soldatenhart. Dit is een reactie die optreedt in situaties van spanning en stress jaren later na de oorlog vergelijkbaar met de reactie die ze toen hadden in die oorlogssituaties.

90


•

Neuropeptiden •

Gut-brain-neuropeptides

-

CCK (33AZ)

Dit werkt perifeer in op de mucosacellen van de darm (cfr. hoofdstuk over hormonen), maar werkt ook centraal in (hypothalamische werking). Zo triggert het CCK33 angst en onderzoekend gedrag en stelt het ons in staat dingen te leren en ook te onthouden. Bovendien is het CCK4 (vanuit CCK8) een eetlustremmer die centraal inwerkt. -

Gastrine (17AZ)

Deze stof werkt, naast perifeer, voornamelijk in op de hypothalamus en heeft zo een effect op de voedselinname (naast nog een hoop andere regulatoren waaronder het leptine, het ADH, het bombesine,...). -

Insuline (51AZ)

Insuline heeft, samen met glucagon (29AZ), een effect op bepaalde enzymatische reacties die in het centrale zenuwstelsel worden geactiveerd waaronder voornamelijk de productie van acetyl-CoA. Daarmee werkt het insuline samen met het glucagon op dezelfde manier centraal als perifeer. Bovendien bevat de n. saphenus insuline en kan die zelfs secreteren; wat de noodzaak voor insuline om de bloed-hersen-barrière te passeren, wegnaamt. -

VIP (28AZ)

Perifeer werkt VIP vasodilatief in en zorgt het hormoon ook voor de stimulatie van de pancreasenzymen. Centraal werkt het VIP in t.h.v. de hypothalamus en de epifyse. De voornaamste functie is dan ook het regelen van onze biologische klok, in samenwerking met het melatonine. -

Neurotonine (13AZ)

Perifeer zal neurotonine de bloeddruk doen dalen. Centraal werkt het neurotonine in op het ruggenmerg, meer bepaald ter hoogte van de dorsale horens van de wervels. Omwille van die reden vermoedt men dat het neurotonine een rol speelt bij de transmissie van pijn (daar lopen immers de pijnzenuwen). -

Substance P (11AZ)

Dit werkt in op het centrale zenuwstelsel ter hoogte van de dorsale hoorns: 20% van de cellen hier aanwezig bevatten dit substance P. Hieruit volgt logischerwijs dat ook substance P een rol zal spelen bij de pijngewaarwording. Ook ter hoogte van de substantia nigra en de n. trigeminus komt substance P voor. De vraag stelt zich dan of het substance P een rol speelt bij de ontwikkeling van tandpijn. Bovendien is het substance P ook een modulator van de neuro-immunoregulatie, waar het een tweetal toepassingen kent: bij zware accidenten met schedeltrauma zien we verhoogde levels substance P in ons lichaam en misschien speelt het wel een rol bij HIV?

91


•

Hypothalamische RF’s

Tot de hypothalamische RF’s horen onder andere het TSH-RF en het TSH-RH die, naast hun perifere functies, ook centraal een invloed hebben op het gedrag. Zo is er bij muizen bv. een experiment beschreven waar bij extra toediening van het TSH-RF en TSH-RH een gevoel van euforie de kop opsteekt, alsook het ontstaan van anorexie. Een tweede hormoon dat tot deze familie behoort is het SS (somatostatine) dat naast zijn perifere rol als offswitch ook een centrale rol speelt in de pijngeleiding. Een derde is het LH-RH, dat centraal een invloed heeft op de regeling van de intracerebrale doorbloeding. •

Endogene opiaten en de opoïd-receptoren

-

Enkefalinen

Meestal worden neurotransmitters als endogene producten geïdentificeerd en geïsoleerd, terwijl hun specifieke receptoren later worden gekarakterizeerd. Voor de endogene opiaten was het andersom: eerst werden exogene opiaten (morfine, heroïne), hun receptoren en hun antagonisten (naloxone) intens bestudeerd. Toen het bleek dat deze receptoren vrij specifiek waren, en vooral voorkwamen in structuren die een rol vervullen in de waarneming en de integratie van de pijn, werd gepostuleerd dat er voor deze specifieke receptoren endogene liganden (endogene opiaten) zouden bestaan. De synthetische en natuurlijke opiaten hebben farmacologische eigenschappen die gelijken op die van de endogene opioid peptiden. Er zijn verschillende typen opioid-receptoren in het centraal zenuwstelsel, waaronder onder meer de δ-receptor, ε-receptor, µ-receptor, σreceptor en κ-receptor. De µ-receptoren in de hersenen zijn verantwoordelijk voor het analgetisch effect van morfinederivaten. De κ-receptoren in de hersenen en het ruggemerg induceren vooral de spinale analgesie. De 8 receptoren vertonen een andere distributie in de hersenen, ruggemerg en in sommige perifere weefsels, en zijn hoogstwaarschijnlijk de belangrijkste receptoren voor de enkefalinen. Wat betreft de vorming zijn er een tweetal genen actief die elk tot een voorloper kunnen leiden. (cfr. schema) Uit deze voorlopers komen dan het Met-enkefaline en het Leuenkefaline. Bovendien ontstaat er uit het pro-dynorfine een stof

die

dynorfine

wordt

genoemd. Dit is eigenlijk een Leu-enkefaline met nog een extra extensie aan.

enkefalinen

grijpt

plaats

onder

invloed

van

diverse,

Het

katabolisme

soms

specifieke,

van

de

peptidasen:

aminopeptidasen, carboxypeptidasen, alsmede door de endopeptidasen enkefalinase A 92


(knipt pre-C-terminaal) en B (knipt post-N-terminaal), angiotensin-converting enzym (ACE) en kathepsine C => het enkefaline wordt volledig verknipt. -

Endorfinen

Als opfrissing volgt hier nogmaals het schema van het POMC waaruit het ACTH ontstaat, maar ook de endorfinen.

Negatieve feedback

des-Tyr-Endorphin (105-118) Het β-endorfine

is

het krachtigste endorfine van de drie

endorfinen

die worden

gesynthetiseerd, terwijl anderzijds het α-endorfine een werking heeft vergelijkbaar met die van amfetamines (teveel α-endorfine leidt tot symptomen van schizofrenie). Daarom is het gemakkelijk te begrijpen dat indien er geen feedbacksysteem was via het des-Tyr-endorfine alle mensen schizofreen zouden worden. De meeste endorfinen die voorkomen ter hoogte van de adenohypofyse zijn echter geacetyleerd, wat betekent dat ze inactief zijn. Tijdens momenten van hevige pijnbeleving worden

deze

acetaatgroepen

er

echter

afgehaald

en

kunnen

de

endorfines

hun

pijnonderdrukkende functie volledig vervullen. •

Rest

-

Ocytocine en Vasopressine

Vanuit de supra-optische en para-ventriculaire kernen van de hypothalamus wordt niet alleen de neurofyse bezenuwd, maar ook kernen bv. in de hersenstam en het ruggemerg. 93


Gedragsstudies suggereren een rol voor oxytocine en vasopressine in het leerproces en in het geheugen. Zo zien Brattleboro ratten (met congenitale diabetes insipidus) hun gebrekkige

leercapaciteit

verbeterd

na

intraventriculaire

injecties

van vasopressine.

Anderzijds verhindert een dergelijke toediening van vasopressine-antiserum het leerproces bij normale ratten. Vasopressine verbetert en oxytocine hindert de consolidatie en het oproepen van het geheugen bij proefdieren. Preliminaire resultaten bij de mens (patiënten met amnesie en ouderlingen zouden met een vasopressine behandeling hun geheugen recupereren of verbeteren) vragen wel nog om bevestiging. -

Angiotensine II

Al de componenten van het renine-angiotensine systeem zijn in de heresen teruggevonden: angiotensinogeen, (iso)renine, het inactieve decapeptide angiotensine I, het angiotensine converting enzym, het biologisch actieve octapeptide angiotensine II, het angiotensinase en angiotensine receptoren. Perifeer verwekt angiotensine, op een calcium afhankelijke wijze, vasoconstrictie

(waardoor

bloeddrukstijging),

leverglycogenolyse

en

op

een

cAMP

gemedieerde manier een verhoogde aldosterone secretie (hiervoor is misschien het heptapeptide angiotensine III het actiefst). Merkwaardig genoeg zijn de centrale effecten van angiotensine II complementair aan de perifere werking: intracerebrale toediening van het octapeptide (vooral ter hoogte van het derde ventrikel) werkt dipsinogeen (lokt een dorstreflex uit) en verhoogt de bloeddruk; het stimuleert daarenboven de secretie van het antidiuretisch hormoon. -

Bradykinine

Bradykinine werd ontdekt als een biologisch actieve factor, vrijgesteld door incubatie van α2-globuline fracties van bloed met trypsine, en werd zo geheten omdat het trage contracties van het ileum veroorzaakt. Dit nonapeptide is geïmpliceerd ondermeer in inflammatoire reacties, reumatoïde artritis, hypertensie en is waarschijnlijk het actiefste pijnverwekkend product: misschien vervult het, vrijgesteld bv. bij weefselschade, een rol in de eerste stap ven de pijnperceptie. Centrale toediening echter (t.h.v. hersenstam) van bradykinine lokt analgesie (pijnverwekking!) uit. De bradykinine-neuronen hebben hun cellichaam vooral in de hyptothalamus. -

Carnosine en homocarnosine

Deze pseudo-dipeptiden carnosine (β-ananyl-histidine) en homocarnosine (y-aminobutyrylhistidine) komen in hoge concentraties voor in de bulbus olfactorius, maar hun functie is vooralsnog niet gekend. Wel geweten is dat de concentratie homocarnosine bij proefdieren heel sterk daalt bij blootstelling aan extreme koude. Men zou dus de vraag kunnen stellen of het homocarnosine een rol speelt bij de centrale thermoregulatie. -

Bombesine

Bombesine werd oorspronkelijk geïsoleerd bij amfibia, telt 14 aminozuren en heeft allerhande perifere werkingen. Het stimuleert onder meer de secretie van gastrine en de exocriene pancreas (in het foetale en neonatale leven Æ verdwijnt later). Het GRP (Gastrin 94


Releasing Peptide) bij zoogdieren bestaat uit 27 aminozuren, maar heeft praktisch dezelfde C-terminus. Het neuropeptide in de hersenen van zoogdieren verschilt nochtans van structuur met bombesine, en de bombesine activiteit gevonden in de hersenen wordt ook toegeschreven aan GRP. De hoogste activiteit wordt teruggevonden in de hypothalamus, waar het ook zijn belangrijkste effect heeft. Bij inwerking op het centraal zenuwstelsel verlaagt het bombesine-achtige materiaal vrij sterk de lichaamstemperatuur, mogelijks door een inhibitie van de TRH secretie. Centraal zou GRP dus vooral instaan voor de controle van de lichaamstemperatuur. Om terug te keren naar het bombesine zelf; het bombesine werkt ook zeer sterk mitogeen (zoals duidelijk is in small cell lung carcinoma Æ cellen maken terug normaal bombesine aan Æ autocriene celstimulatie van tumoren Æ bijzonder slechte prognose ).


Bespreek aminozuren en derivaten als modulatoren/mediatoren van de cerebrale neurotransmitters.

•

Bespreek de cerebrale neurotransmissie door acetylcholine en catecholaminen en bespreek hierbij ook de geassocieerde meest relevante pathologie.

•

Bespreek de aangeboren pathologie i.v.m. bilirubinemetabolisme.

•

Bespreek het transport van bilirubine. Directe en indirecte bilirubine.

•

Bespreek de galzouten: synthese (schematisch !), algemene kenmerken en pathologie.

•

Bespreek de synthese en degradatie van heem.

•

Geef een overzicht van de neuropeptiden.

95


Hoofdstuk 6: Sfingolipiden en stapelingsziekten 1. Sfingolipiden • De

Synthese van sfingosine en sfingolipiden sfingolipiden

zijn

derivaten

van

het

ceramide

en

bevatten

sfingosine

of

dihydrosfingosine, een amino-alcohol met lange keten, als hoeksteen van de structuur. De koolstoffen C1, C2 en C3 van sfingosine dragen functionele groepen (-OH, -NH2, -OH) die structureel kunnen vergeleken worden met de drie -OH groepen van glycerol (zie glycerofosfolipiden). In ceramide (Cer), de fundamentele eenheids-structuur van de sfingolipiden, is er een vetzuur gekoppeld aan het sfingosine, meer bepaald door een amidebinding aan de NH2-groep.

Er zijn drie groepen sfingolipiden, allen afgeleid van ceramide, maar verschillend in de structuur van de kopgroep: sfingomyelinen, neutrale glycosfingolipiden (cerebrosiden, globosiden), en gangliosiden.

96


•

Modificaties van sfingolipiden Sfingomyelinen bevatten fosfocholine of fosfo-ethanolamine als polaire kopgroep op C1 van ceramide. Zij zijn aanwezig in de plasmamembranen, en vooral in de myelineschede van neuronen (vandaar hun naam). Door hun structurele opbouw, gelijkaardige algemene eigenschappen en 3D structuur, worden zij soms geklasseerd samen met de glycerofosfolipiden. Glycosfingolipiden bevatten één of meerdere suikereenheden, en komen vooral voor op de buitenwand van de plasmamembraan. Bij de cerebrosiden is er één enkele suiker als kopgroep op C1 van ceramide: karakteristiek galactose

(galactosylceramide)

(glucosylceramide) in

in

neuronaal

niet-neuronale

weefsels.

weefsel,

en

glucose

Sulfogalactosylceramide

wordt gevormd na verdere reactie met het actief fosfaat PAPS. Gangliosiden bevatten vrij grote polaire kopgroepen, bestaande uit verschillende suikereenheden. Het zijn in feite glycosfingolipiden die opgebouwd

worden

uit

ceramide

door

stapsgewijze

toevoeging

van

geactiveerde suikers en siaalzuur (gewoonlijk NANA of N-acetylneuraminic acid). Men spreekt dus van mono- (GM1, GM2, GM3), di- (GD1A, GD1B), tri-(GT) en tetrasialogangliosiden. Neuraminezuur bestaat uit 9 koolstoffen, een combinatie van pyrodruivenzuur en mannose, waarbij de aminogroep op C5 van de mannose dikwijls geacetyleerd is, zoals in NANA. Gangliosiden maken 6 % uit van de membraanlipiden in de grijze materie van de menselijke hersenen. Globosiden ten slotte zijn in feite glycosfingolipiden die opgebouwd worden uit ceramide door stapsgewijze toevoeging van geactiveerde suikers met als afsluitend suiker en GlcNAc (N-acetyl-glactosamide). Bovendien kan dit extra gemodifieerde suiker ook aanwezig zijn in de gangliosiden.

97


•

Afbraak van sfingolipiden

De afbraak van sfingolipden gebeurt trapsgewijs en is als volgt goed schematisch samen te vatten. Let op de grote hoeveel verschillende enzymen. Dit zal ongetwijfeld aanleiding geven tot een groot aantal verschillend mogelijke pathologieën.

•

98


•


Respiratory Distress syndroom

In dit geval is er een defectieve secretie van long surfactant, een secreet met opmerkelijke oppervlakte activiteit dat de collaps van de alveoli belet. De longsurfactant-activiteit

wordt

vooral

toegeschreven

aan

de

aanwezigheid

van

dipalmitoylfosfatidylcholine, dat gesyntetiseerd wordt kort voor de geboorte. Een tekort aan dit fosfolipide bij prematuren kan ademhalingsproblemen veroorzaken. -

Multipele sclerose (MS)

De demyelinisatie die optreedt bij MS is gekenmerkt door een verlies van fosfolipiden, vooral van ethanolamine-plasmalogen, en van sfingolipiden ter hoogte van de witte stof. In de cerebrospinale vloeistof is het gehalte fosfolipiden gestegen. De

Sfingolipidosen sfingolipidosen

zijn

lysosomiale

afwijkingen (thv

de

hydrolasen) die

op

kinderleeftijd waargenomen worden. De accumulatie van complexe lipiden, met ceramide als basis structuur, grijpt plaats in verschillende weefsels. De synthese van het sfingolipiden is normaal, want het gendefect is gelocaliseerd ter hoogte van de hydrolytische enzymes die instaan voor de afbraak. Op basis van deze gegevens blijkt de vroege diagnose dikwijls binnen bereik. (verhaal ouders erg belangrijk!) Wat betreft de sfingolipidosen zal de prognose altijd zeer negatief blijken. Voor de meesten is dan ook geen therapie ontwikkeld omdat er erg weinig aan te doen is. Uitzondering hierop is de ziekte van Gaucher, waar onderzoekers getracht hebben extra β-glucosidase, opgezuiverd uit placenta’s, IV te injecteren. Dit bracht echter een tweetal problemen met zich mee: ten eerste was de activiteit veel lager in vivo, want het extra β-glucosidase kwam niet op alle plaatsen terecht waar het moest aanwezig zijn. Ten tweede werd ook het HCG mee opgezuiverd uit die placenta’s, wat zou zorgen voor een hele resem lastige neveneffecten. Het is pas in de jaren ’90, met de komst van de recombinant DNA-techniek, dat wetenschappers erin geslaagd zijn het β-glucosidase te koppelen met een specifiek mannose-suiker. Dit mannosesuiker kan dan worden herkend door de receptoren van WBC, om zo in elk weefsel uiteindelijk terecht te komen. Echter blijft er een nadeel aan deze ziekte verbonden en dat is de kostprijs. Dagelijkse injecties met dit middel (IV) zijn erg duur. Om die reden heeft de Benelux beslist om enkel de behandeling van de volwassen vorm van Gaucher nog terug te betalen. (Gaucher kent twee vormen: een infantiele en een volwassen vorm) -

Multipele sulfatase deficiëntie

Deze afwijking, door een defect van de arylsulfatasen A, B en C en steroïdsulfatase, geeft niet alleen aanleiding tot de opstapeling van sulfogalactosylceramide, maar ook van steroïdsulfaten en proteoglycanen. 99


100


2. Afwijkingen in het katabolisme van Phe Æ stapelingsziekten In de fenylalanine hydroxylatie reactie, met vorming van tyrosine, zijn er twee verscheidene enzymatische activiteiten betrokken. Activiteit I katalyzeert de hydroxylatie van fenylalanine in tyrosine door tussenkomst van fenylalanine hydroxylase, O2 en tetrahydrobiopterine; activiteit II bewerkstelligt de reductie van

dihydrobiopterine

dank

zij

dihydrobiopterine-reductase

en

NADPH. Fenylalanine is een essentieel aminozuur, tyrosine dus feitelijk niet (ook semi-essentieel genoemd omdat een

essentieel

aminozuur

strikt

noodzakelijk is voor de synthese). alternatieve route bij fenylketonurie

Phenylpyruvaat of

Phenyllactaat

Phenylacetaat

(stinkybaby)

(in urine)

101


•


Fenylketonurie

In de klassieke fenylketonurie (PKU, hyperfenylalaninemie type I) bestaat er een ernstig defect ter hoogte van de fenylalaninehydroxylase. Bij deze autosomaal recessieve erfelijke metabole afwijking worden hoge concentraties fenylalanine in het bloed en in het cerebrospinaal vocht waargenomen en tevens met de urine uitgescheiden. De incidentie van PKU is vrij hoog (1/10.0000), en screening is verplicht (Guthrietest). Bij deze meestal blonde kinderen met blauwe ogen, treedt er -zonder behandeling- een ernstige vorm van mentale achterlijkheid op, naast braken en typische huidletsels die lijken op eczeem. De alternatieve katabole weg voor fenylalanine wordt nu van belang, zodat opeenvolgens fenylpyrodruivenzuur, fenylmelkzuur,

fenylacetaat

en

fenylacetylglutamine

gevormd

worden.

Deze

alternatieve afbraakproducten van fenylalanine worden in hoge concentraties in de urine waargenomen, omdat zij sneller dan fenylalanine uit het bloed verwijderd worden. Het gehalte aan fenylalaninehydroxylase bedraagt toch nog gemiddeld 25% van de normale waarde. De mentale achterlijkheid bij deze kinderen kan beperkt worden door een dieet arm aan fenylalanine tot op de ouderdom van ongeveer 6 jaar, wanneer beschadiging van de hersenen door fenylalanine of zijn derivaten niet langer belangrijk is. CAVE: zwangere vrouwen met een fenylketonurieverleden Æ Phe-arm-dieet tijdens zwangerschap!! CAVE ASPARTAAM: Dit is een methylester van Phe gebonden aan een Ala. Aspartaam vinden we terug in heel veel lightproducten en zou dus een potentieel verborgen bron kunnen zijn van Phe. -

Afwijkingen in het katabolisme van tyrosine: de tyrosinemieën

Tyrosine wordt, na omzetting in p-hydroxyfenylpyruvaat door transaminatie, opeenvolgens geoxideerd door een p-hydroxyfenylfenylpyruvaat-hydroxylase met de vorming

van

homogentisinezuur,

maleylaceto-acetaat,

door

door een

een

homogentisinezuur-oxidase

maleylacetoacetaat-isomerase

tot tot

fumarylacetoacetaat en door een fumarylaceto-acetaat-hydrolase tot fumaraat en aceto-acetaat. Op deze katabole weg komen er metabole deficiëntieziekten voor, veroorzaakt door genetisch bepaalde enzymdefecten. Tyrosinose (Tyrosinemie type I) Deze ziekte wordt hoogst waarschijnlijk veroorzaakt door een "down-stream" defect

van

het

fumarylaceto-acetaathydrolase,

of

mogelijks

van

het

maleylacetoacetaat-hydrolase (Æ opstapeling van fumarylacetoacetaat). De pathologie is vrij complex, aangezien de opstapeling van metabolieten "upstream"

op

verschillende

manieren

de

enzymactiviteit

en

de

transportsystemen beïnvloedt. De plasmaconcentraties van tyrosine en 102


methionine zijn verhoogd. Acute tyrosinose wordt gekenmerkt door buikloop, overgeven, een sterke aantasting van de lever en een typische lichaamsgeur naar kool. De ontwikkeling is deficiënt, en de patientjes overlijden binnen het eerste

jaar.

Chronische

tyrosinose

is

gekenmerkt

door

een

minder

uitgesproken symptomatologie, maar de levensduur overschrijdt de 10 jaar niet. Tyrosinemie type II (Richner-Hanhart syndroom) Deze ziekte wordt veroorzaakt door een hepatisch tyrosine transaminase defect (waar we normaal een tyrosinemie zouden verwachten). De tyrosine concentratie in het plasma is verhoogd, er treden letsels op ter hoogte van de conjunctiva en de huid, alsmede een lichte mentale achterlijkheid. Neonatale tyrosinemie Dit

wordt

veroorzaakt

door

een

relatief

defect

van

het

p-

hydroxyfenylpyruvaat-hydroxylase. Hierbij zijn de plasmaconcentraties van tyrosine en fenylalanine verhoogd. De therapie bestaat uit een proteïne-arm dieet. Alkaptonurie Alkaptonurie

tenslotte

wordt

veroorzaakt

door

een

defect

van

het

homogentisinezuur-oxidase. Typisch is het donker worden van de urine door oxidatie van homogentisinezuur, en later in de evolutie van de ziekte een veralgemeende

pigmentatie

van

het

bindweefsel

(ochronose)

en

de

ontwikkeling van arthritis.


Geef structuur en indeling van de sfingolipiden en de algemene kenmerken van hun katabolisme

•

Bespreek de sfingolipiden stapelingsziekten.

•

Schets de afbraak van fenylalanine tot fumaraat en bespreek de relevante pathologie.

103


Bijlage 1

104


Bijlage 2 – Ander schema voor bijnierhormonen

105


Bijlage 3 – Synthese van vitamine A (niet te kennen)

106

Deel II Cursus Prof. E. Waelkens 3. Hoofdstuk 1: Het transport van vetten Lipoproteïnen en apolipoproteïnen 3

Recommend Documents