Vybrané kapitoly z biochemie

Srdce, endotel, kůže, tuková tkáň

Svaly: příčně pruhovaný, hladký a srdeční

• Převod chemické energie na energii mechanickou

• Sval kosterní : mnohojaderná svalová buňka, (syncytium) ohraničená sarkolemou -vzrušivou membránou,obemykající sarkoplasmu, mitochondrie a myofibrily. Myofibrila skládající se asi ze 2000 filament v opakujících se sarkomerách.

• Aktin a myosin jsou hlavními bílkovinami svalu • Stah – zkrácení sarkomery

Typy svalových vláken• Bílá vlákna (rychlá, glykolytická) : nižší obsah

myoglobinu a cytochromů, málo mitochondrií. Krátká doba kontrakce, energie z anaerobní glykolýzy (sprinteři)

• Červená vlákna (pomalá, oxidativní) : vyšší obsah myoglobinu a mitochondrií – udržují relativně dlouho trvající kontrakci (myokard). Metabolismus je aerobní (maratonci)

• Vzájemný podíl obou typů vláken je různý v různých svalech těla a závisí na funkci svalu a používání svalu (tréninku)

Kosterní sval• Svalová kontrakce – spojení myosinového a

aktinového vlákna. Relaxace – rozpojení.• Nervový vzruch z nervosvalové ploténky, zvýší se

propustnost SR pro Ca2+ (10-4M)• F-aktin (tenké aktinové vlákno) s regulačním

proteinem tropomyosinem, třetí složka tenkého filamenta troponin

• Troponin C přijímá Ca2+ionty. Změna konformacetroponinového komplexu (Tn = TnC + TnT + TnI). Změna vazby TnI na tropomyosin, vazba aktinu na S1 hlavici myosinu, ta změní konformaci a prudce vzroste ATPasová aktivita

Hladký sval

• Žádné organizované sarkomery a příčné pruhování• Princip kontrakce podobný, vzájemná reakce myosinu a

aktinu, jejich polymerace, relaxace – disociace na monomery. Méně myosinu a více aktinových filament. Nepřítomnost troponinu. Ca2+ ionty se do sarkoplasmy dostávají přes sarkolemu, váží se na kalmodulin (nikoliv troponin), ten aktivuje myosinkinasu, která fosforyluje lehký řetězec myosinu. Fosforylovaný myosin=kontrakce, defosforylovaný myosin=relaxace.

• Noradrenalin je regulátorem činnosti hladkého svalu.• NO produkován endotelem působí vasodilatačně

Metabolismus svalů

• Kosterní : sarkoplasma bohatá na myoglobin glykogen, glykolytické e., ATP a kreatinfosfát

( 50% O2 z celkové spotřeby těla)

Hlavní živina glukosa a glykogen. Laktát se Coriho cyklem resyntetizuje v játrech na Glu.

Mastné kyseliny (význam při hladovění)

L-karnitin důležitý pro využití MK tkáněmi. Nedostatek karnitinu způsobuje ukládání tuku ve svalu. Pozor dialýza – nízkomolekulární látka.

Metabolismus svalů• Myokard – převažuje aerobní metabolismus

(vysoký obsah myoglobinu a mitochondrií), netvoří se laktát. Nejvíce se utilizují MK (60%) a pouze asi 30% pochází z metabolismu glukosy. Trvalým zdrojem energie jsou ketolátky.

• Zdroj Ca2+iontů ECT, citlivý na jejich nedostatek (již po 1 min. se zastavují systoly)

• Obsahuje troponin stejně jako kosterní sval

Myokard

• Metabolickou aktivitu lze sledovat ze spotřeby O2 vztažené na 100 g tkáně (z arteriovenosního rozdílu koncentrací O2 a z krevního průtoku)

• Metabolismus svalů ovlivňují hormony. Insulin zvyšuje příjem glukosy a MK do svalu. Kortikoidy způsobují štěpení bílkovin svalů → AK jako substráty pro glukoneogenezi. Katecholaminy podporují glykogenolýzu a lipolýzu.

Biochemické markery poškození myokardu

• Plazmatická kreatinkinasa (CK), její isoenzymy

CK-MM, CK-MB, CK-BB; pro svaly CK-MM, pro myokard CK-MB. Aktivita CK-MB isoenzymu bývá úměrná rozsahu tkáňové odúmrti (8x) u infarktu myokardu, rychle však odeznívá (dny).

Aktivita kreatinkinasy se však zvyšuje i po porodu, při sportovním výkonu, po katetrizaci srdce, koronární angiografii a elektr. defibrilaci srdce.

Pokrač.

• Stěžejní pro dg AIM je typická dynamika (vzestup a pokles) kardiálních ukazatelů (především troponinů cTnI nebo cTnT absolutní mezi 6. a 156. hodinou po vzniku ACS-akutní koronární syndrom) spolu s dalšími projevy (ischemickým syndromem, Q kmitem na EKG)

• Stanovení myoglobinu, v časné fázi po vzniku ACS, vyšší diagnostická senzitivita než cTn

Endothel I

• Vystýlá vnitřní povrch cév (1 kg=1013buněk), metabolicky aktivní, plní řadu fyziol.funkcí

• Podíl na regulaci tonu hladké svaloviny, činí vnitřní povrch cév nesmáčivý

• V případě poškození (mechanicky, infekčním agens, zánětem)reaguje endothel aktivací – nespecifická odpověď, která činí buňky endothelu prokoagulační (zachování integrity krevního řečiště), prozánětlivé (odpověď na infekci) a relativně propustnější (vyšší permeabilita, adheze leukocytů)

Endothel II

• Aktivace endothelu může být jak prospěšná, tak škodlivá

• Bariérová funkce : řada mezibuněčných spojů (nexy a zonulae adherents). Reaguje na signály z endothelií samých, ale i z adherujících leukocytů. Klíčová role v regulaci prostupnosti endothelu - cadherin 5. Zvýšení prostupnosti endothelu (vyvolané např. zánětlivými cytokiny) umožní diapedesu neutrofilů a zvýší únik intravaskulární tekutiny do intersticia.

Endothel III

• Regulace vaskulárního tonu :• Endothel produkuje jak vasokonstrikční

(endotheliny), tak vasodilatační (NO, PGI2)

působky. Jako signál k produkci vasodilatačních působků může vést : napínání krevní cévy, zvýšení krevního průtoku, hypoxie, prozánětlivé cytokiny (IL-1, TNF)

• No je produkován za katalýzy eNOS z argininu

• Úvaha, že H2O2 působí podobným mechanismem

Kůže I• Kůže se skládá z epidermis, dermis a

podkoží• V epidermis převládá keratin, nerozpustná

bílkovina s α-konformací navlhčená se mění na β-konformaci, keratin kůže je tzv. měkký keratin (oproti keratinu ve vlasech a nehtech) s 2% S. Disulfidické můstky vznikající oxidací cysteinu ho činí zcela nerozpustným.

• Pod epidermis – bazální membrána (kolagen IV a laminin)

Kůže II• Hlavní součástí koria (dermis) a podkožního

vaziva je kolagen I a elastin (pružnost kůže). Dále jsou přítomny proteoglykany (odpovídají za hydrataci kůže). Vrásky – pokles obsahu GAG s věkem.

• V podkoží jsou hojné tukové buňky a pigment melanin.

• Produktem kožních žláz je kožní maz, vyměšovaný jako olej (produkt androgenů), který na vzduchu tuhne (TAG, cholesterol, jeho estery, fosfolipidy). Ceramid rozhoduje o permeabilitě kůže.

Kůže III• Pot – jako produkt potních žláz• Skládá se z K+, urátů, pyruvátu a urokanátu

(vyšší koncentrace než v plasmě), Na+, Cl-, dusíkatých látek a glukosy, kyseliny mléčné (antibakteriální účinky)

• Metabolismus převážně anaerobní• Zdroj energie : glykogen, glukosa. Glykolýza, ale

i pentosofosfátový cyklus (reparace tkáně, lupenka)

• Hyaluronidasa – šíření zánětů nebo flegmon

Kůže IV• Korium (dermis) místo syntézy lipidů (jejich

obsah důležitý pro propustnost kůže pro vodu). MK a glutamin– další zdroje energie.

• Glutamin – při urychleném katabolismu (popáleninách) se z kůže vyplavují velká množství glutaminu.

• Histidin z kožních bílkovin + melanin přispívají k absorpci UV záření (UV-A filtr)

• Zbarvení kůže – obsah melaninu a karotenu, počet krevních cév v dermis a barva krve

Kůže V• Melanin – odpovídá za pigmentaci kůže a vlasů,

je produktem melanocytů (specializované buňky epidermis), melanin uzavřený v melanosomech, vzniká z tyrosinu tyrosinasou -přeměna na dopu a dopachinon – hnědočervené zabarvení

• Maligní melanom – maligně transformovaná pigmentová buňka

• Albinismus – nedostatečná tvorba melaninu v kůži a očích

Kůže VI• Kalcitriol – zesiluje translokaci Ca2+ proti

konc.spádu napříč membránou enterocytu• 7-dehydrocholesterol v epidermis je fotolytickou

(neenzymatickou) reakcí (UV záření)převeden na vitamin D3, který je transportován do střeva a jater → zde probíhá 25 hydroxylace (25 OH-D3), ten je transportován do ledvin, kde hydroxylací v pozici 1 je převeden na 1,25(OH)2-D3=kalcitriol - nejúčinnější přirozeně se vyskytující metabolit vitaminu D

Metabolismus mléčné žlázy

• Mléko je komplikovaný disperzní systém. Obsahuje :kalcium kaseinát , bílkoviny, sacharidy (laktosa),tuk a nízkomolekulární látky.

• Mlezivo(kolostrum) má více tuků a imunoglobuliny IgA,IgG a IgM.

• Metabolismus : rychlá syntéza MK (z acetylCoA) →TAG, potřeba NADPH (glukosa, pentosafosf.)

• U savců jediný případ tvorby laktosy s UDPGal a Glu.

• Zdroj energie nejčastěji glutamin

Tuková tkáň I

• mechanická ochrana a tepelná izolace• skladování energie ve formě TAG a její uvolnění do

oběhu pro ostatní tkáně ve formě NEMK• jako endokrinní orgán (sekrece hormonů ad.)• má několik typů buněk-adipocyty, endothel. buňky a

makrofágy.• 2 typy tukové tkáně : bílá a hnědá• Bílá tuková tkáň má jednu velkou tukovou vakuolu –

hlavní zásobárna energie (většina tukové tkáně)• Hnědá tuková tkáň obsahuje buňky obsahující četné

hnědé mitochondrie vedle tukových kapének

Tuková tkáň II• Hnědá tuková tkáň : oxiduje substráty cestou

CKC v mitochondriích, vytváří protonový gradient, který však není využit pro tvorbu ATP. Zdá se, že je stále „rozptylován“ thermogenním odpojujícím proteinem thermogeninem = UCP (uncoupling protein)

• Účastní se metabolismu, v době, kdy je potřeba vytvořit teplo (hibernace, netřesová thermogenese u zvířat v chladu)

• U lidí thermogenese vyvolaná stravou (jedí hodně a nikdy neztloustnou, obézní osoby mají hnědou tukovou tkáň výrazně redukovanou)

Tuková tkáň III• Metabolismus bílé tukové tkáně. Skladování

TAG,uvolňování FFA. Nízká spotřeba kyslíku.• TAG a FFA nejsou ve vodě rozpustné, jejich

přítomnost v plasmě je závislá na transportním mechanismu. Nadbytečná koncentrace v plasmě může vést např. k embolii.

• Regulace skladování TAG a uvolňování FFA• Skladování TAG : příjem TAG z plasmy a

lipogenese de novo z jiných zdrojů (glukosa)• LPL-lipoproteinlipasa, HSL hormon-senz.lipasa

Tuková tkáň IV• LPL přichycená na endothel uvolní MK, které

difundují přes intersticiální prostor do adipocytu.Uvnitř adipocytu jsou MK opět esterifikovány na TAG. Glycerol pochází z glykolýzy. Aktivita LPL stimulována insulinem.

• Mobilizace zahrnuje hydrolýzu – lipolýzu, HSL.• Jsou uvolňovány nejdříve 2 posléze třetí MK a

glycerol. MK vstupuje do krve, kde se váže albumin. Glycerol opouští buňku, ale nemůže být znovu esterifikován (není glycerolkinasa).

• HSL inhibována dostatkem insulinu

Leptin• V roce 1994 bylo zjištěno, že obezita může být

způsobena defektním tzv. ob genem.• Gen kódující dosud neznámou bílkovinu u

homozygotní myši podlehl jednoduché mutaci a jejím výsledkem byla těžká obezita.

• Protein byl nazván leptin –bílá tuková tkáň.• Leptin skrze receptory v hypothalamu způsobí

restrikci energetického příjmu a u malých živočišných druhů je i signálem pro zvýšení energetického výdeje

• Jednoduchý polypeptidový řetězec, 167 AK

Adiponektin• adiponektin je proteinový hormon – upravuje

metabolické procesy. Je sekretován tukovou tkání do krve, kde jeho hladina má vyšší koncentrace než je obvyklé u hormonů. Hladina adiponektinu je inversně korelována s BMI. Potlačuje metab. poruchy, které mohou vést k diabetu 2. typu, obezitě, atherosklerose.