Presnova. Presnova 31/05/2011. Metabolizem - metabalein: premetavati, spremeniti v nekaj drugega

Transcript

1 Presnova Presnova Metabolizem - metabalein: premetavati, spremeniti v nekaj drugega Definicija presnove: vsota fizikalno-kemijskih reakcij/procesov za proizvodnjo energije, sintezo in razgradnjo strukturnih in funkcijskih komponent celic/tkiv, odstranjevanje nerabnih produktov Energijska presnova: pridobivanje, hranjenje in porabljanje energije 1

2 Presnova pri fiziologiji Energijska presnova Uravnavanje energijske bilance organizma Uravnavanje presnove ogljikovih hidratov, beljakovin in maščob Uravnavanje telesne temperature Pridobivanje energije Fizikalne oblike energije Hranila (proteini, maščobe, ogljikovi hidrati) - na dolgi rok vedno razgradnja do konca ob prisotnosti kisika - razgradnja brez O 2 kisikov dolg 2

3 Energija hranil 1 Kcal = energija za dvig temp. 1 kg vode za 1 C 1 BTU (British thermal unit) = energija za dvig temp. 1 funta vode za 1 F 1 KJ = 4182 Bruto (celotna) energija - merimo s sežigom v kalorimetru - ogljikovi hidrati 4,2 kcal/g - maščobe 9,4 kcal/g - proteini 5,65 kcal/g Neto (dostopna telesu) energija - enaka za OH in maščobe - 4,6 kcal/g za proteine (zakaj?) Koeficient prebavljivosti (Atwater) - proteini 4 kcal/g (3,11-4,37) - OH 4 kcal/g (3,6-4,11) - maščobe 9 kcal/g (8,37-9,03) Porabljanje energije (1) Sinteza snovi: za hranjenje energije, izgradnja tkiv Transport preko membran Prevajanje signalov v živčevju Mehansko delo: mišično delo, gibanje celic, organelov Detoksifikacija in izločanje nepotrebnih snovi Nadomeščanje izgubljene toplotre (ohranjanje telesne temperature) 3

4 Porabljanje energije (2) Dnevna poraba kj (~ 2300 Kcal) za 70 kg v glavnem sedečo osebo - pri fizičnih delavcih Kcal - pri hudem telesnem naporu lahko za krajši čas 10x naraste Porabljanje energije (3) Bazalna presnova - samo za ohranjanje osnovnih funkcij organizma - okoli 65 % porabe presnove v mirovanju - nižja pri ženskah - padanje s starostjo (spremembe suhe teže telesa, hormoni) Prehranska (diet-induced) termogeneza - okoli 10 % Vzdrževanje telesne temperature (nonshivering thermogenesis) Vzdrževanje mišičnega tonusa Hotena mišična aktivnost 4

5 Merjenje bazalne presnove Bazalni pogoji Direktna kalorimetrija Indirektna kalorimetrija poraba O 2 - joulski (kalorični) ekvivalent za kisik Respiratorni količnik RQ = respiratory quotient izdihan (v presnovi nastal) CO 2 RQ = porabljen O 2 Ogljikovi hidrati = 1 Proteini = 0,8 Maščobe = 0,7 Povprečen RQ = ~ 0,8 Spremembe RQ pri naporu vaja Presnova 5

6 Vnos hranil Ogljikovi hidrati % Beljakovine % Maščobe % Različne prehranske navade in možnosti Spreminjanje razmerij vnosa hranil pri različnih obrokih Nujna interkonverzija organskih molekul Interkonverzija organskih molekul Iz glukoze lahko nastajajo neesencialne aminokisline Iz glukoze lahko nastajajo maščobne kisline Iz aminokislin lahko nastaja glukoza Iz aminokislin lahko nastajajo maščobne kisline Iz maščobnih kislin ne morejo nastati glukoza in AK 6

7 Pridobivanje energije v različnih tkivih Živčevje živi od oksidativne razgradnje glukoze Glikolitična tkiva (eritrociti, sredica ledvic, bele mišice), vloga ciklusa Corijevih Oksidativna tkiva (ostale mišice, srčna mišica, jetra, ) običajno živijo ob razgradnji prostih maščobnih kislin 7

8 Stanja presnove (1) Absorptivno (hranilno) prisotnost presnovkov v prebavnem traktu absorpcija presnovkov v kri skladiščenje v celicah energijo zagotavlja predvsem razgradnja OH, zapolnjujejo se zaloge glikogena (jetra, mišice), po zapolnitvi v jetrih sinteza triacilglicerolov AK se vgrajujejo v strukturne beljakovine, pri večjem vnosu sinteza mašč. kislin maščobne kisline se skladiščijo kot triacilgliceroli Stanja presnove (2) Postabsorptivno (nehranilno) odsotnost presnovkov v prebavnem traktu absorpcija in skladiščenje sta že končana organizem porablja zaloge 8

9 Endokrini nadzor presnovnih stanj Glavna tarčna tkiva: - jetra - mišice - mašč. tkivo Hormoni: - Inzulin - Glukagon, adrenalin, kortizol, rastni hormon omogočajo glukostazo v kritičnih stanjih (ne-hranilno stanje oz. stradanje, stres, napor, travma, doraščanje) Inzulin Polipeptid (51 AK) Beta celice Langerhansovih otočkov Preprohormon proinzulin proinzulin inzulin, ostane C peptid (uporaben klinično za ugotavljanje funkcije β celic, saj ga jetra ne presnavljajo) V portalni obtok (do 10x višje kot drugje v plazmi) V jetrih torej najvišje koncentracije Razpolovni čas: nekaj minut Okoli 60% ga razgradijo jetra pri prvem prehodu Razgradnja v jetrih in ledvicah in na tarčnih celicah 9

10 Nadzor izločanja inzulina (1) Pospešujejo: - konc. glukoze (GLUT 2 na celicah β) - amino kisline (leucin, arginin) - glukagon pospešuje (ali tudi in vivo?) - hormoni GIT: gastrin, sekretin, holecistokinin, gastrični inhibicijski peptid (GIP), glukagonu podoben peptid (GLP1) - parasimpatik - sulfonilurea (zapira za ATP občutljive K+ kanale) Zavirajo: - somatostatin - simpatik (vloga vegetativnega živčevja pri telesnem naporu?) Nadzor izločanja inzulina (2) - zvišanje konc. glukoze v celicah β poveča količino ATP in zmanjša ADP - za ATP občutljivi K+ kanali se zaprejo (manjša prevodnost), sledi depolarizacija membrane - odprejo se kanali za Ca++ - zvišana konc. Ca++ privede do večjega izločanja inzulina 10

11 Nadzor izločanja inzulina (3) Izločanje po IV glukozi Izločanje po obroku Učinki inzulina na jetrne celice GLUT 2, nanj inzulin ne vpliva glikogenolizo in glikogenezo glukoneogenezo β oksidacijo sintezo prostih mašč. kislin (skladiščenje ali izplavljanje kot VLDL) antiketogeni učinek glikolizo (v manjši meri) sintezo proteinov razgradnjo proteinov 11

12 Učinki inzulina na mišične celice GLUT 4, ki je občutljiv na inzulin premik prenašalcev v membrano glikogenezo glikolizo sintezo proteinov razgradnjo proteinov Učinki inzulina na adipocite GLUT 4 sintezo trigliceridov razgradnjo maščob glikolizo sintezo lipoproteinske lipaze 12

13 Učinki inzulina Pospešuje skladiščenje in zavira razgradnjo (hormon obilja) Znižuje konc. glukoze, amino kislin, mašč. kislin in ketokislin v plazmi Pospešuje prehod glukoze in AK v celice Stimulira lipoproteinsko lipazo Pospešuje sintezo holesterola in prostih mašč. kislin v jetrih ter skladiščenje maščob Pospešuje sintezo proteinov, DNA, RNA Pospešuje prehajanje kalija, fosfata in magnezija v celice potrebni za sintezo proteinov Glukozni transportni proteini GLUT 1: v vseh tkivih, pomemben na hemato-encefalni barieri, visoka afiniteta (prenašanje pri bazalnem nivoju glukoze) GLUT 2: nizka afiniteta, deluje po obroku, glavni v jetrih, prebavilih, ledvičnih tubulih, od inzulina ni odvisen GLUT 3: v vseh tkivih, glavni na živčnih celicah, visoka afiniteta GLUT 4: skeletne mišice in maščobne celice translokacija pod vplivom inzulina GLUT 5: enterociti vstop fruktoze GLUT SGLT: razlike, podobnosti 13

14 Sladkorna bolezen Tip I (avtoimuno uničenje beta celic) Tip II (slabša odzivnost beta celic in rezistenca na inzulin) Steroidni V nosečnosti 6,1 mmol/l Dieta, peroralna terapija, inzulin Inzulinska rezistenca in bolezni srca/žilja je povezana z moteno presnovo glukoze, sečne kisline, maščob... s povišanim krvnim tlakom s povišanim tonusom simpatika z zadrževanjem natrija z moteno fibrinolizo in s pospešenim strjevanjem krvi z endotelno disfunkcijo s povečano prepustnostjo glomerulne membrane 14

15 Metabolni sindrom Vsaj tri od petih dejavnikov tveganja: Obseg trebuha Zvišani trigliceridi Znižan HDL Zvišan krvni tlak Glukoza na tešče enako ali več kot 6.1 mmol/l Glukagon Polipeptid (31 AK) Alfa celice Langerhansovih otočkov Preproglukagon, proglukagon Iz GIT (nevroendokrine L celice) glukagon like peptides (GLP 1 in 2) šibek biološki učinek Razpolovni čas nekaj minut, veliko ga porabijo jetra Preprečuje znižanje konc. glukoze v krvi (hormon stradanja) 15

16 Nadzor izločanja glukagona Pospešujejo: hipoglikemija (mehanizem ni znan) amino kisline (mehanizem ni znan) simpatik hiter padec mašč. kislin v plazmi Zavirajo: inzulin (parakrino delovanje) hiperglikemija mašč. kisline v plazmi somatostatin parasimpatik Učinki glukagona Stimulira glikogenolizo Zavira glikogenezo Stimulira glukoneogenezo Zavira sintezo trigliceridov v jetrih Stimulira β oksidacijo in nastajanje keto kislin (npr. diabetična ketoacidoza) Stimulira lipolizo v adipocitih (zato v jetrih dovolj glicerola in FFA) Učinkuje na presnovo OH in maščob (najbolj jetra, manj maščobno tkivo in mišice, tudi srčno) 16

17 Adrenalin (1) Iz tirozina (dopa dopamin noradrenalin adrenalin) Sredica nadledvične žleze (ves adrenalin, le malo noradrenalina, dopa, dopamin) Kromafine celice Nadzor izločanja: Stimulacija izločanja preko simpatika (preganglionarna holinergična vlakna) Stimulira tudi kortizol (organizacija toka krvi!) ACTH stimulira sintezo dope in noradrenalina Adrenalin (2) Boj ali beg (fight or flight): strah, bolečina, hipotenzija, hipoglikemija, hipotermija, hud napor, opekline, operacije, ) Hitrost učinkovanja: sekunde Trajanje učinkovanja: okoli 10 sekund Razpolovni čas v plazmi 2 minuti Razgradnja adrenalina: - encim kateholamin transferaza - na endoteliju (srce, jetra, ledvica) 17

18 Učinki adrenalina na srce, žilje, gladke in skeletne mišice kontraktilnost, frekvenco, hitrost prevajanja v srcu (β1) dilatacija arteriol v skelet. mišicah (β2) konstrikcija arteriol (ledvica, prebavila, koža, genitalije, α1) relaksacija gl. mišic prebavil, dihalnih poti, urinarnega trakta (β2) konstrikcija mišic zapiralk v prebavilih in urotraktu midriaza Učinki adrenalina na presnovo izločanje inzulina (β), nasprotuje pa simpatik! izločanje glukagona glikogenoliza (mišice, jetra) lipoliza (mašč. tkivo) mašč. kislin v krvi glukoneogeneza bazalno presnovo 18

19 Preveč kateholaminov Feokromocitom Redek Paroksizmi hipertenzije, znojenja, tahikardije, glavobolov, tremorja, Zvišani kateholamini v urinu Operativna odstranitev ene (ali celo obeh) nadledvičnic Nadomeščanje hormonov??? Kortizol Skorja nadledvične žleze Iz holesterola Stresni hormon Izloča se v pulzih Cirkadiani ritem izločanja, najvišja koncentracija zjutraj, najnižja zvečer V plazmi 90% kortizola vezanega na transportni protein (CBG) 7% vezan na albumin 3% prost Receptor (vezan na čaperon) v citosolu tarčnih celic, se premakne v jedro 19

20 Nadzor izločanja kortizola višji centri stres ( fizični, emocionalni, biokemični npr. hipoglikemija) hipotalamus (CRH = cortikotropin releasing hormone) portalni obtok adenohipofiza (ACTH, prekurzor pro-opiomelanokortin) ACTH stimulira tudi vazopresin Receptor za ACTH na membrani tarčne celice negativne povratne zanke: - ACTH na nukleus paraventrikularis - kortizol na nukleus paraventrikularis - kortizol na adenohipofizo limfokini (interlevkin 6) stimulirajo Učinki kortizola (1) Na presnovo: glukoneogenezo iz proteinov razgradnjo proteinov vstopanje glukoze (mišice, maščobno tkivo) glikogenezo lipoliza (mašč. tkivo) zlasti ob prisotnosti rastnega hormona in adrenalina (pretežno iz ekstremitet, centralno se nalagajo ) vstopanje AK v celice in izgradnjo proteinov izločanje glukagona Pomoč glukagonu in adrenalinu vzdržuje aktivnost ključnih encimov) permisivna vloga 20

21 Učinki kortizola (2) Na KVS: Vzdržuje reaktivnost žilja (arteriole) Vzdržuje normalen KT permeabilnost žilja Vzdržuje kontraktilnost srčne mišice Na skeletno mišico: Vzdržuje kontraktilnost skeletne mišice Preveč kortizola mišično stradanje nastajanje vezivnega tkiva Učinki kortizola (3) Protivnetno delovanje: št. limfocitov v krvi sekvestracija v limfoidnem tkivu Liza limfocitov v visokih dozah nastajanje TNF, interlevkinov Na kosti: nastajanje kostne mase (vpliv na osteoblaste) Počasnejša rast v dolžino absorpcijo kalcija iz črevesa Na CŽS: Spremembe razpoloženja, kognicije nasprotuje delovanju inzulina : diabetogen, katabolen, antianabolen 21