ΒΙΟΧΗΜΕΙΑ ΤΟΥ ΜΕΤΑΒΟΛΙΣΜΟΥ ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗ 6 Η ΚΑΤΑΝΑΛΩΣΗ ΥΔΑΤΑΝΘΡΑΚΩΝ ΚΑΙ ΡΥΘΜΙΣΗ ΤΗΣ ΓΛΥΚΑΙΜΙΑΣ 1
Έλεγχος της ενέργειας Τα πραγματικά «Βιοκαύσιμα» 2
Υδατανθρακούχα τρόφιμα 3
Σημασία της ρύθμισης κατανάλωσης γλυκόζης και γλυκαιμίας Πολύ μικρή συγκέντρωση στο αίμα Προβλήματα στο ΚΝΣ Πολύ μεγάλη ποσότητα Οσμωτική απώλεια ύδατος (κυτταρική και συστηματική), υπερόσμωση πλάσματος Βλάβες στα αιμοφόρα αγγεία που προκαλούν ευρύτερα προβλήματα 4
Ρόλος του Παγκρέατος 1. Πεπτικός εκκρίνει πεπτικά ένζυμα 2. Μεταβολισμός Ρύθμιση διάσπασης Υδατανθράκων Πεπτιδίων Πρωτεϊνών Παράγει σχετικά πρώτα μηνύματα (ορμόνες) Ινσουλίνη Γλυκαγόνη Σωματοστατίνη Αμυλίνη Παγκρεατικό Πολυπεπτίδιο 5
6
7
Έκκριση ινσουλίνης Ένα κύριο μήνυμα για την έκκριση είναι η γλυκόζη από το αίμα που μεταφέρεται στα β-κύτταρα μέσω των μεταφορέων (transporters) GLUT2. Η γλυκόζη χρησιμοποιείται για την παραγωγή ATP μέσω της οξειδωτικής φωσφορυλίωσης, έτσι αυξάνεται ο λόγος ATP/ADP στο κυτταρόπλασμα. Η αύξηση αυτή "κλειδώνει" τον δίαυλο ιόντων καλίου αποπολώνονταςτην κυτταρική μεμβράνη και οδηγεί στη διάνοιξη «διαύλου»(καναλιού) ιόντων ασβεστίου. Η αύξηση της συγκέντρωσης ασβεστίου προκαλεί την έκλυση ινσουλίνης από τα κυστίδια αποθήκευσής της στα β-κύτταρα. 8
Μέρος του μηχανισμού έκκρισης ινσουλίνης από τα β-κύτταρα 9
ΙΝΣΟΥΛΙΝΗ Αποτελείται από 51 αμινοξέα. Δύοαλυσίδες συνδεδεμένες δισουλφιδικά, 5.800 Dalton (5,8 kda) μοριακή μάζα. Οι ινσουλίνες που λαμβάνονται από ζώα διατηρούν ίδια τη γενική δομή και διαφέρουν μόνο ως προς λίγα αμινοξέα που καταλαμβάνουν ορισμένες θέσεις. Η χοιρινή ινσουλίνη μοιάζει περισσότερο με την ανθρώπινη και χρησιμοποιήθηκε μέχρι τη δεκαετία του 80 στην Ιατρική, πριν την παραγωγή ανθρώπινης ινσουλίνης βιοτεχνολογικά. 10
Ινσουλίνη 11
Δράσεις της Ινσουλίνης Τα κύτταρα που δέχονται το μήνυμά της αυξάνουν την πρόσληψη γλυκόζης σε δευτερόλεπτα Ενεργή μεταφορά γλυκόζης: Αφορά κυρίως το ήπαρ, τους μυς και το λιπώδη ιστό, Λιγότερο τον εγκέφαλο. Αλλάζει την κατάσταση φωσφορυλίωσης πολλών ενδοκυτταρικών ενζύμων μεταβολισμού (σε λεπτά) Αλλάζει τη μεταγραφή και την πρωτεϊνοσύνθεση(εντός ωρών) 12
Ινσουλίνη και πρόσληψη γλυκόζης από τα κύτταρα 6 Οξειδωτική φωσφορυλίωση 13
Ινσουλίνη και πρόσληψη γλυκόζης από τα κύτταρα Όταν η ινσουλίνη "προσδεθεί" στους υποδοχείς ινσουλίνης του κυττάρου (1), μέσω χημικών σημάτων από τον υποδοχέα ενεργοποιείται ο μεταφορέας γλυκόζης GLUT4 που επιτρέπει την είσοδο γλυκόζης στο κυτταρόπλασμα. Ανάλογα με τη φύση του κυττάρου ενεργοποιούνται οι μηχανισμοί σύνθεσης γλυκογόνου (3) και γλυκόλυσης(4). Η εισερχόμενη γλυκόζη υπόκειται σε γλυκόλυση, δηλαδή διασπάται προς πυροσταφυλικό(4), που χρησιμοποιείται κυρίως για παραγωγή ενέργειας (6) στην οξειδωτική φωσφορυλίωσηαλλά και για σύνθεση λιπαρών οξέων (5). 14
Γλυκαιμία και έκκριση ινσουλίνης 15
Ο ρόλος της ινσουλίνης στην είσοδο γλυκόζης στα κύτταρα 16
Οι γλυκομεταφορείς εισάγουν γλυκόζη στα κύτταρα 17
Η συγγένεια των γλυκομεταφορέωνγια τη γλυκόζη 18
n.d.= not determined 19
Νατριο-εξαρτώμενοι μεταφορείς 20
Όλα τα συστατικά της τροφής (αμινοξέα, λιπαρά οξέα) επάγουν την έκκριση ινσουλίνης 21
22
Οι υποδοχείς της ινσουλίνης και τα πολλαπλά μηνύματά της 23
Η ινσουλίνη επηρεάζει τους ιστούς διαφορετικά Μύες Πρόσληψη γλυκόζης και άμεση χρήση (άσκηση) ή αποθήκευση ως γλυκογόνο. Οι ασκούμενοι μύες αυξάνουν την πρόσληψη γλυκόζης Ήπαρ (γλυκογονοσύνθεση, λιποσύνθεση, πρωτεϊνοσύνθεση Πρόσληψη γλυκόζης και αποθήκευση ως γλυκογόνο Αναστέλλει τη φωσφορυλάση του γλυκογόνου Ενεργοποιεί τη συνθάση του γλυκογόνου Αναστέλλει τη σύνθεση νέας γλυκόζης Προάγει την μετατροπή της περίσσειας γλυκόζης σε λιπαρά οξέα Λιπώδης ιστός Προάγει την πρόσληψη γλυκόζης και τη μετατροπή της σε γλυκερόλη για λιποσύνθεση 24
Σύνθεση γλυκογόνου 25
Διάσπαση γλυκογόνου 26
Η συνδυασμένη δράση της ινσουλίνης στο γλυκογόνο 27
Ινσουλίνη και μεταβολισμός του λίπους Τα ηπατικά κύτταρα αποθηκεύουν γλυκογόνο 5-6% Η υπολειπόμενη γλυκόζη μετατρέπεται σε λίπος Συντίθενται τριγλυκερίδια και απελευθερώνονται στο αίμα Ο λιπώδης ιστός αποθηκεύει λίπος Αναστέλλεται η διάσπαση τριγλυκεριδίων Διεγείρεται η πρόσληψη γλυκόζης και η μετατροπή της σε γλυκερόλη Διεγείρεται η πρόσληψη λιπαρών οξέων και η μετατροπή τους σε τριγλυκερίδια Έλλειψη ινσουλίνης Τα ελεύθερα λιπαρά οξέα αυξάνονται στο αίμα Κετοξέωση, τύφλωση, κώμα 28
Ινσουλίνη και μεταβολισμός πρωτεϊνών Προάγει Τη μεταφορά αμινοξέων Τη σύνθεση πρωτεΐνης (κύρια αναβολική ορμόνη) Τη μεταγραφή γονιδίων έκφρασης πρωτεϊνών Αναστέλλει τη διάσπαση πρωτεΐνης Περιορίζει τη σύνθεση γλυκόζης στο ήπαρ Διασώζει-διατηρεί τα αμινοξέα Η έλλειψη ινσουλίνης προκαλεί περιορισμό των αποθεμάτων πρωτεΐνης (μύες) 29
Τα παιδία με έλλειψη ινσουλίνης στερούνται την αναβολική της δράση ΔΙΑΒΗΤΙΚΟ ΠΑΙΔΙ, 1916. ΠΡΙΝ ΤΗΝ ΑΝΑΚΑΛΥΨΗ ΤΗΣ ΙΝΣΟΥΛΙΝΗΣ. 30
Οι υποδοχείς της ινσουλίνης και τα πολλαπλά μηνύματά της 31
Η συνεργασία των αυξητικών παραγόντων GH= growth hormone, IGF-1= insulin-like growth factor 1. 32
33
Επιδράσεις της γλυκαγόνης Προλαμβάνει την υπογλυκαιμία Ισχυρό μήνυμα διάσπασης του γλυκογόνου Αυξάνει τη σύνθεση γλυκόζης από ελεύθερα αμινοξέα Αυξάνεται με την άσκηση, ανεξάρτητα από τη συγκέντρωση γλυκόζης του αίματος Εξασκεί δράση μέσω του συστήματος «δεύτερων μηνυμάτων» του camp 34
35
Έκκριση γλυκαγόνης και γλυκαιμία 36
37
Η σχέση ινσουλίνης-γλυκαγόνης 38
Ο γλυκοστατικός ρόλος του ήπατος 1. Δέχεται τα θρεπτικά συστατικά από την πυλαία κυκλοφορία 2. Διαφορές ενζυμικής δράσης εξωκινάσης γλυκοκινάσης 3. Δέχεται τα μηνύματα ινσουλίνης και γλυκαγόνης 4. Σύνθεση και διάσπαση γλυκογόνου, σύνθεση και διακίνηση λίπους (τριγλυκερίδια, χοληστερόλη) μέσω των λιποπρωτεϊνών 5. Γλυκονεογένεση και απελευθέρωση γλυκόζης 6. Σύνθεση και απελευθέρωση πρωτεΐνης 39
Η συνολική δράση των ορμονών του πεπτικού 40
ΗΜΕΡΗΣΙΑ ΠΟΡΕΙΑ ΓΛΥΚΑΙΜΙΑΣ 41
Η αφαίρεση του παγκρέατος. Κατάσταση ασύμβατη με τη ζωή 42
Διαβητικές καμπύλες γλυκαιμίας 43
44
Τύπου I Σακχαρώδης Διαβήτης Ινσουλινοεξαρτώμενος, έναρξη σε νεαρή ηλικία Αποτελέσματα Αυξημένη γλυκαιμία(300-1.200 mg/100ml) Αυξημένα λιπαρά οξέα στο αίμα (μεταφέρονται στην αλβουμίνη) Διάσπαση πρωτεΐνης, ταχεία απίσχναση Θεραπεύεται με ενέσεις ινσουλίνης Αυξημένος κίνδυνος καρδιαγγειακών Διαβητική κετοξέωση και κώμα 45
Τύπος ΙΙ Σακχαρώδης Διαβήτης Μη ινσουλινοεξαρτώμενος Προκύπτει από αναισθησία αντίσταση στην ινσουλίνη Αυξημένα επίπεδα ινσουλίνης στο αίμα Συνδέεται με και προκαλείται από την παχυσαρκία Μπορεί να μετατραπεί σε ινσουλινοεξαρτώμενο Αντιμετώπιση: Απώλεια βάρους, δίαιτα, άσκηση και αντιγλυκαιμικά φάρμακα 46
Διάφορες ασθένειες επάγουν την υπεργλυκαιμία και την «αντίσταση» στην ινσουλίνη 47
48
49
ΧΟΡΗΓΗΣΗ ΙΝΣΟΥΛΙΝΗΣ 50
ΧΟΡΗΓΗΣΗ ΙΝΣΟΥΛΙΝΗΣ 51
52
Διαβήτης 143 εκατομμύρια υποφέρουν παγκόσμια (W.H.O.) Αναμένεται να διπλασιαστούν τα κρούσματα έως το 2025 Κοστίζει 143 Δισ. ετήσια Η θεραπεία με ινσουλίνη δε λύνει όλα τα προβλήματα Δεν υπάρχει δυνατότητα πλήρους μίμησης των φυσιολογικών μηχανισμών Συνδέεται με παρενέργειες υγείας 53
Διαβήτης Η μεταμόσχευση παγκρέατος πολύ δυσχερής Η ανοσοκαταστολή προκαλεί προβλήματα Νέας γενιάς ινσουλίνες, εισπνεόμενη ινσουλίνη Τεχνητό πάγκρεας Μεταμόσχευση β-κυττάρων Τεχνολογία βλαστοκυττάρων 54
55