Metabolismus purinů ůa pyrimidinů i idi ů
Mtb purinů a pyrimidinů • dusíkaté báze, aromatické heterocykly • puriny: pyrimidinový + imidazolový kruh • adenin, guanin, hypoxantin • pyrimidiny: pyrimidinovy kruh • tymin, cytosin, uracyl
• deriváty d i át purinů i ů jjsou v těle těl součástí: čá tí
• kofaktorů (NAD, NADP, FAD, CoA,..) • nukleových kyselin • nukleosidy: kl id bá báze + monosacharid h id (ribóza ( ibó •
nebo deolxyribóza) spojeny beta-Nglykosidovou vazbou (adenosin, guanosin, inosin, uridin, cytidin, tymidin) nukleotidy: báze + monosacharid + kys. kys fosforečná spojeny esterovou vazbou mezi kyselinou a monosacharidem (ATP, UTP, CTP, ...)
• makroergních g sloučenin • katalýza endergonických reakcí nebo druzí ůposlové v signální gransdukci (ATP. GTP, cAMP, cGMP)
1
2
Syntéza purinů • nejsou esenciální • zdroje
• organismus je schopen využívat puriny, které přijímá v potravě • trávení účinkem pankreatických
Metabolismus purinů • přebytečné puriny jsou v několika
krocích oxidovány na kys. močovou (KM) která je vylučována močí (KM),
• denně se vyloučí 0,5g (50% endogenní, 50% z potravy) • významný antioxidant • v krvi jako sodná sůl (natrium urát)
endonukleáz
• ale dokáže je také syntetizovat sám de novo • vysoké E nároky při syntéze de novo (=> ( > využívají se šetřící (recyklační) reakce - syntéza z produktů degradace, „salvage“)
• normální hodnoty (sérum) • muži 220 – 420 μmol/l • ženy 140 – 340 μmol/l
• hlavním místem syntézy jsou játra
• cukr (riboza)+ AK (glycin, glutamin, aspartát) • pentózy pochází z pentózového cyklu
• jako koenzym slouží folát
• hyperurikemie je stav, kdy je v séru vysoká koncentrace KM
(kys. listová), proto je pro dělení buněk důležitá p
3
• buněčného bu ěč é o a plazmatického p a at c é o poolu poo u metabolitů ů • xantin, hypoxantin, kys. močová
4
• porucha vylučování KM • nadměrná tvorba KM • zvýšený ýš ý dietní di t í přísun ří purinů i ů • porucha recyklace
Degradace purinů v živočišné říši
Poruchy metabolismu purinů • ve vodě špatně rozpustná, soli KM (uráty) mohou při hyperurikemii tvořit krystaly
• mohou h se ukládat klád v měkkých ěkký h tkáních ká í h nebo b kloubech, kl b h což způsobuje zánětlivou reakci (arthritis uratica, „dna“) • při ř jejíí vysoké é koncentraci v moči, č nebo při ř nízkém í é pH moči, může krystalizovat a tvořit tak močové kameny (nefrolithiáza)
• další vzácné metabolické poruchy purinového katabolismu:
• hereditární xantinurie (AR) – deficit xantinoxidázy, xantinoxidázy vede k hypourikemii, urolitiáze z akumulace xantinu a hypoxantinu • Lesh Lesh-Nyhanův Nyhanův sundrom (X (X-ch ch.)) – hyperurikemie, hyperurikemie močové kameny a psychické poruchy • těžký kombinovaný imunodeficit (SCID) - deficit enzymu adenosindeaminazy (ADA), (ADA) destrukce T a B lymfocytů způsobuje těžkou imunodeficienci
5
6
SCID genová terapie
Arthritis uratica (primární)
• SCID byl prvním onemocněním, u kterého byla použita genová
• synonyma dna, podagra, pakostnice,
terapie
• vnesení funkčního genu do bb. pomocí vektoru (virus)
• dříve lymfocyty, dnes hematopoetické kmenové buňky (CD34+)
nemoc králů
• p prevalence cca 10% p populace, p , více u mužů ů kolem 20 - 40 roku věku
• u části nemocných je pozitivní
rodinná anamnéza (= genetická dispozice) •
poruchy enzymů degradace purinů
• dochází k vypadávání krystalů urátu
sodného do tkání při hyperurikemii, č těji v chladnějších častěji hl d ější h částech čá t h (akra) ( k ) • •
kloubní pouzdra, chrupavky, okolí kloubů, šlachy, ušní boltce (dnavé tofy) postihuje většinou malé klouby ( (metakarpální, t k ál í metatarsální), t t ál í) nejčastěji jč těji palec nohy
• nemoc probíhá většinou v atakách
(po dietním excesu), kloub je zarudlý a velmi l i bolestivý, b l ti ý d depozice i k krustalů t lů vyvolá akutní zánět při déledobějším trvání neléčené nemoci e oc dochází doc á k deformacím de o ac kloubů oubů (dnavá artropatie)
• 7
8
Arthritis uratica (angl. gout)
Predilekční postižení - akutní
9
Nutriční omezení u disponovaných osob
10
Syndrom nádorového rozpadu • • •
angl. tumor lysis syndrome (TLS) velmi závažná život ohrožující komplikace terapie nádorových onemocnění rozvrat vnitřního prostředí způsobený spontánní nebo léčbou vyvolanou nekrózou či fulminantní apoptózou mádorových buněk •
•
nejč. hematologické malignity (non-Hodgkinské lymfomy, akutní leukémie) i některé solidní nádory (sarkomy, malobuněčný k karcinom plic, l testikulární k lá í aj.))
patogeneze • • •
hyperurikemie (KM > 480 μmol/l) - velký rozpad bb. a tedy mukleových kyselin • precipitace krystalů v ledvinách – akutní selhání ledvin hyperkalemie (K > 5,5 mmol/l) – uvolnění intracelulárního kalia • kardiotoxicita (bradykardie, hypotenze až zástava srdce v diastole hyperfosfatemie - vylití intracelulárního poolu fosfátů (vznik kalciumfosfátů) • sekundární hypokalcemie (zvýšená neuromuskulární dráždivost, dráždivost tetanie) • ukládní deposit kalciumfosfátů v ledvinných tubulech - akutní ledvinné selhání
•
•
prevence •
11
láktátová acidosa (laktát ≥ 10 mmol/l) - přidružená komplikace hematologických malignit i solidních nádorů, ve většině přídech se na ní podílí zvýšený rozpad buněk a postižení jater nádorovým procesem
12
• • •
prehydratace pacienta 24 – 48 hod před počátkem chemoterapie (roztoky krystaloidů v dávce 3000ml/m2/den) i hibi ttvorby inhibice b KM ((alopurinol, l i l rasburikáza) b iká ) podpora diurézy (diuretika, manitol) alkalizace moči
Syndrom nádorového rozpadu
Methylxantiny • některé rostliny tvoří
methylované xantiny (alkaloidy), které mají účinek na CNS a ostatní tkáně (zejm. kardiovaskulární, respirační a vylučovací systém) • efekt: neselektivní inhibitory fosfodiesterázy (PDE), která degraduje cAMP a cGMP (druhý posel) l) a tím í snižuje ž intracel. l signalizaci
• nejvýznamnější jsou
• kofein – káva • obecné stimulans • theofyllin – čaj • bronchodilatační účinek – léčba astmatu a CHOPN
• theobromin – kakao, čokoláda • vasodilatační účinek, účinek snížení TK 13
14
Efekt kofeinu na metabolismus lipidů
Arteficiální puriny • cytostatika • analoga přirozených purinů •p při inkorporaci p do DNA způsobují její rozpad nebo neschopnost replikace a tedy dělení buněk • např. např 6-thioguanin 6 thioguanin nebo 6merkaptopurin, 5fl fluorouracil, il …
• analoga folátů • např. např metotrexat 15
16
Metabolismus porfyrinů a hemu – bilirubin - ikterus
17
18
“Lost in terminology”
Syntéza hemu
•
hemoglobin = 4 × hem + 4 × globin • • • •
•
globin = 2 × α + 2 × β • vazba na Fe prostřednictvím His hem = porfyrin + Fe porfyrin = 4 × pyrolový kruh metaloporfyrin = porfyrin vázající kov (např. Fe, Mg)
hem slouží jako prostetická skupina proteinů • • •
enzymů • kataláza, peroxidáza cytochromů • změny Fe2+ na Fe3+ umožňuji přenos elektronů hemoglobinu a myoglobinu • u Hb je Fe3+ nežádoucí - není schopen přenosu O2 (methemoglobin)
•
biliverdin = produkt degradace hemu (porfyrinu)
•
bilirubin = metabolit biliverdinu
•
urobilinogen g = vzniká z bilirubinu v tlustém střevě účinkem enzymů ů střevní mikroflóry
• 19
•
linearizace porfyrinu účinkem úč hemoxygenázy á
•
redukce účinkem biliverdinreduktázy
•
urobilin = oxidovaný urobilinogen v moči
•
sterkobilin= oxidovaný sterkobilinogen ve střevě
sterkobilinogen = následný produkt g ve střevě urobilinogenu
•
hl. lokalizace • •
vk kostní t í dřeni dř i – tvorba t b Hb - erytropoéza t é v játrech - cytochrom P450 - metabolismus léků a toxinů
• •
výchozí látkou je sukcinyl-CoA (z citrátového cyklu) a glycin yc ost limitujícím tuj c enzymem e y e je ALA sy syntetáza tetá a rychlost
• •
k nedostatečné syntéze a tedy anémii kumulaci meziproduktů – toxické (viz dále)
•
probíhá z části v mitochondriích a z části v cytosolu – 8 reakcí
•
olovo (otrava olovem) inhibuje 3 enzymy syntézy hemu a vede
20
Porfyrie
Katabolizmus hemu
kolektivní název pro sk. vzácných vrozených nemocí v důsledku defektu některého enzymu syntézy hemu (tj. 8 typů) = vedou ke kumulaci meziproduktů
•
• •
• •
klíčovým enzymem syntézy hemu ke ALA-syntetáza hem je jejíí allosterický ý inhibitor, při ř nedostatku (= porfyrie) je aktivována a syntéza vede k další kumulaci meziproduktů
•
podle místa, kde se enzym. defekt převážně exprimuje, rozeznáváme erytroidní a jaterní porfyrie podle převažující symptomatologie kožní a neuroviscerální
• •
•
• •
zjednodušeně erytroidní porfyrie se manifestují převážně kožními příznaky a jaterní neuroviscerálními
•
PORFYRIE
21
ENZYMATICKÝ DEFEKT
SYMPTOMATOLOGIE
uroporfyrinogen f i III kosyntetáza k t tá ferochelatáza
f t fotosenzitivita iti it fotosenzitivita
ALA-dehydratáza uroporfyrinogensyntetáza
neuroviscerální neuroviscerální neuroviscerální, ev. fotosenzitivita neuroviscerální, ev. fotosenzitivita fotosenzitivita fotosenzitivita, ev. neuroviscerální
Erytropoetické K Kongenitální itál í erytropoietická t i ti ká porfyrie f i Erytropoietická protoporfyrie Jaterní Deficience ALA-dehydratázy Akutní intermitentní porfyrie Hereditární koproporfyrie
koproporfyrinogenoxidáza
Porphyria variegata
protoporfyrinogenoxidáza
Porphyria cutanea tarda
uroporfyrinogendekarboxyláza
Hepatoerytropoetická porfyrie
uroporfyrinogendekarboxyláza
Metabolizmus bilirubinu – do jater • •
účinkem biliverdinreduktázy (v cytosolu RES bb.) vzniká bilirubin není rozpustný ve vodě - v plazmě se váže na albumin • • •
v jaterních kapilárách se odděluje od albuminu a pomocí bílkovinného nosiče se p y dostává do hepatocytu
•
podléhá konjugaci – mění se na ve vodě rozpustnou sloučeninu a může být vyloučen do žluči Hb uvolněný při intravaskulární hemolýze (fyziologicky cca 10–20%) je v plazmě rychle navázán na haptoglobin a vychytán játry a buňkami RES malá část volného Hb v plazmě je d degradována d á na hem, h ten t je j vázán á á na hemopexin a vychytán játry
•
• •
•
23
biliverdinu Fe3+ (váže se na transferin a je znovu transportováno do kostní dřeně) oxidu uhelnatého (jediný CO vzniklý endogenně, transportován jako karboxy-Hb)
22
Metabolizmus bilirubinu – v játrech • enzym uridindifosfát
(UDP)glukuronyltransferáza á kartalyzuje v endoplazmatickém retikulu hepatocytu konjugaci bilirubinu s glukuronovou k selino za kyselinou a vzniku nik monomono a di-glukuronidů
každá molekula albuminu má 2 vazebná místa pro bilirubin tzv. nekonjugovaný nebo nepřímý má antioxidační vlastnosti, v populačních y y opakovaně p nízké hladiny y nekonj. j studiích byly bilirubinu jsou spojeny s vyšší kardiovaskulární morbiditou
•
erytrofagocytóza t f tó - účinkem úči k h hydrolytických d l ti ký h enzymů ůd degradovány d á a z hemoglobinu h l bi (denní obrat cca 6 g) se uvolňuje hem a globin
globin je recyklován na aminokyseliny katabolizmus hemu zahrnuje linearizaci porfyrinového řetězce pomocí h hemoxygenázy á za vzniku ik • • •
dominantním kožním příznakem je fotosenzitivita v důsledku kumulace porfyrinů v kůži • porfyriny absorbují světlo a emitují jej za vzniku ROS neuroviscerálními příznaky (jako akutní břišní příhoda) – abdominální bolest, bolest porucha střevní motility, svalová paralýza, popř. respirační selhání • některé prekurzory porfurinů mají charakter neurotoxinů
•
80-85% hemu z Ery, zbytek enzymy a cytochormy Ery po cca 120 dnech odstraňovány buňkami (monocyty/makrofágy/Kupferovy bb.) RES (k. dřeň/slezina/játra)
velká kapacita tohoto transportu
• konjugovaný j g ý bilirubin
• vyloučení z hepatocytu do žluči: ATP-dependentní t transportér té
protože volné železo katalyzuje Fentonovu reakci Æ ROS Æ poškození
24
• vylučování glukuronidu žlučí je rychlost-limitující faktor transportu bilirubinu z plazmy do žluči
Metabolizmus bilirubinu – za játry
Hyperbilirubinemie/ikterus
• žlučovými cestami se
• stav, kdy je zvýšena koncentrace celkového bilirubinu v plazmě •
bilirubin dostává do tenk. střeva
stupněm ikteru (žloutenky) •
• zčásti dekonjugace a zpětná resorpce (enterohepatální ( t h tál í oběh) • zčásti vyloučen y stolicí • z části přeměněn střevními bakteriemi tlustého střeva na bezbarvý urobilinogen
ikterus = žluté zbarvení kůže a sliznic způsobené zvýšeným obsahem bilirubinu v plazmě a tkáních (zvýšení cca >35 – 40 μmol/l)
• je to pouze klinický symptom, symptom který upozorňuje na přítomnost jistého problému •
dif. dg. játra, žlučové cesty, hemolýza
• p pro dospělého p člověka není bilirubin toxický ý
• u dětí
• (a) fyziologická novorozenecká žloutenka (icterus neonatorum) – nekonj. Bi • vrchol v prvních pěti dnech, dnech téměř u poloviny novorozenců • v důsledku
• tohoto se část vstřebá a je •
normálně celk. Bi <17μmol/l
• v závislosti na konkrétní plazmatické hladině se projevuje jistým
• zvýšeného zániku erytrocytů (fetální Hb) • nedokonalé jaterní konjugační a transportní systémy • zvýšené ý zpětné p vstřebávání bilirubinu ze střeva a jeho j snížená vazba
vyloučena močí zbytek se mění ě í na sterkobilinogen a oxiduje na hnědý sterkobilin (zbarvení stolice) t li )
na albumin
• (B) hemolytická nemoc novorozenců • inkompatibilita kr. skupin mezi matkou Rh- a plodem Rh+ • tvorba protilátek – hemolýza, žloutenka už během prvních 2 dnů života
• kernikterus (jádrový ikterus)
• výrazné zvýšení koncentrace bilirubinu v krvi – proniká přes hematoencefalickou bariéru
25
26
Hemolytická nemoc novorozenců ů • má podobný mechanizmus jako transfuzní reakce
• anti anti-Rh Rh IgM produkované matkou během 1. těhotenství neprochází placentou a nepoškodí dítě • po porodu prvního í dítěte íě odstraní tyto protilátky + Rh antigen dítěte z oběhu Rh- matky y • paměťové anti-Rh Blymfocyty v matčině oběhu produkují anti-Rh+ IgG během následující gravidity
• IgG prochází placentou a poškodí plod (hemolýza plodu)
• nutná prevence podáním anti-Rh protilátek do 48 hodin po prvním porodu
• předejde ř d d se senzibilizaci bl matky
27
28
– poškození bazálních ganglií – mentální retardace a neurologické symptomy
Prehepatální ikterus
Hepatální ikterus
• nadměrné zatížení jaterní
• způsoben poruchou na úrovni jater
buňky y bilirubinem většinou následkem hemolýzy • hemolytické anemie
• korpuskulární • dědičné,, polékové, p , infekční
• • • •
• zvýšen ýše je celk. ce Bi •
poměr mezi konjugovaným a nekonjugovaným závisí na typu poruchy
• v moči urobilinogen popř. i bilirubin (konjugovaný)
• extrakorpuskulární
•
• idiopatické, polékové
• zvýšený nekonjugovaný bilirubin
vychytávání konjugace vylučování z hepatocytu rozpad hepatocytů a uvolnění bilirubinu do cirkulace
při poškození jaterní architektury – komunikace mezi jaterními a žlučovými kapilárami – je Bi v moči
• typická jaterní poškození • • •
• zvýšená nabídka –
zvýšený přísun do střeva
•
hepatitida – zejm. virová dekomp. cirhóza toxické poškození (léky, chemikálie, otravy) dědičné hyperbilirubinemie • familiární nekonjugované
• v moči urobilinogen • bilirubin bili bi neníí v moči či • hypercholická stolice 29
30
Dědičné hyperbilirubinemie
Posthepatální ikterus
• Gilbertův syndrom
• výsledek poruchy (částečné
• • • • •
geneticky podmíněné onemocnění charakterizované mírnou chronickou nekonjugovanou hyperbilirubinemií bez přítomnosti jaterního onemocnění či zjevné j éh hemolýzy lý populační frekvence 2–5% jednou z příčin mutace v promotoru genu pro UDP-glukuronosyltransferázu • snížení aktivityy enzymu y asi o 30% normální hodnoty y benigní syndrom, celoživotní hyperbilirubinémie • typicky bilirubin do 100 μmol/l jsou náznaky, že by mohl být i protektivní (↓ kardiovaskulárních nemocí)
nebo kompletní) vylučování bilirubinu do střeva po jeho konjugaci v hepatocytech • cholestáza – porucha odtoku žluči
• intrahepatální – porucha uvnitř jater • extrahepatální – zablokování žlučovodu • choledocholitiáza • nádor
• Crigler-Najjarův syndrom • •
těžká forma hereditární hyperbilirubinemie (autozomálně recesivní) při nedostatek UDPGT v játrech velmi vysoké hodnoty nekonjugovaného bilirubinu v krvi • typ I • bilirubin více než 350 μmol/l • v játrech úplně chybí UDPGT • typ II • bilirubin do 350 μmol/l • enzymová aktivita <10% (proto nižší koncentrace Bi)
• zvýšený ýš ý konjugovaný ý bilirubin
• při úplné obstrukci v moči jen bili bi bilirubin • acholická stolice • urobilinogen není v moči
• Dubin-Johnsonův syndrom • •
31
benigní familiární převážně konjugovaná hyperbilirubinémie (autozomálně recesivní) mutace v genu pro MRP2 (= ATP-dependentní transportér konj. Bi do žluče)
hyperbilirubinémie • Gilbertův syndrom y • Crigler-Najjarův syndrom • familiární konjugované hyperbilirubinémie • Dubin-Johnsonův syndrom • Rotorův syndrom
32
Shrnutí – dif. dg. ikteru Pre-hepatický
Hepatický
Post-hepatický
ý bilirubin Celkový
↑
↑
↑
Konjug. bilirubin
normální
normální / ↓
↑
Nekonjug. bilirubin
↑
normální / ↑
normální
Urobilinogen
↑
normální / ↑
↓ (negativní)
Barva moči /stolice
normální / tmavá
tmavá / normální
tmavá / světlá
Enzymy žluč. žl č cest (ALP) ( )
normální ál í
normální ál í
↑
normální
↑
normální
Jaterní enzymy (ALT, AST)
33
35
34
