SOUSTAVY. (upraveno ze starší verze M. Rovenská: Enzymy trávicího traktu) cera Tomáš Kuˇ

Transkript

1 BIOCHEMIE TRÁVICÍ SOUSTAVY (upraveno ze starší verze M. Rovenská: Enzymy trávicího traktu) Tomáš Kuˇ cera Ústav lékaˇrské chemie a klinické biochemie 2. lékaˇrská fakulta, Univerzita Karlova v Praze a Fakultní nemocnice v Motole 2016

2 FUNKCE JEDNOTLIVÝCH ORGÁNŮ V TRÁVENÍ A ABSORPCI PANKREAS hlavní orgán v syntéze trávicích enzymů TENKÉ STŘEVO hlavní orgán trávení a absorpce

3 TŘI KOMPARTMENTY TRÁVENÍ V TENKÉM STŘEVĚ lumen enzymy pankreatu + žluč vstupují do sestupné části duodena = trávení v lumen probíhá převážně od tohoto místa dál luminální plasmatická membrána enterocytů (epiteliálních buněk s kartáčovým lemem (mikroklky)) enzymy vázané na tuto membránu (obvykle glykoproteiny) trávení oligomerů aminokyselin a sacharidů cytoplasma enterocytů hydrolýza di- a tripeptidů

4 ZYMOGENY (PROENZYMY) zymogeny inaktivní prekurzory trávicích enzymů ochrana tkání, které je produkují přímá produkce aktivního enzymu by vedla k destrukci mateřské tkáně akutní pankreatitida předčasná aktivace trávicích enzymů v pankreatu aktivace trypsinogenu kathepsinem aktivovaná fosfolipasa A2 může přeměňovat lecithin na lysolecithin, který poškozuje buněčné membrány

5 SYNTÉZA ZYMOGENŮ na polysomech hrubého ER (proteiny k sekreci) signální sekvence na N-konci uvolnění proteinu do ER signální sekvence pak může být odštěpena transport do Golgiho komplexu uskladnění ve váčcích (vezikulech) po stimulaci granula putují k luminální plasmatické membráně (PM), s níž fúzují = obsah se uvolní do lumen exocytóza

6 ZYMOGENY Nejdůležitější zymogeny pepsinogen trypsinogen chymotrypsinogen proelastasa prokarboxypeptidasy profosfolipasy AKTIVACE ZYMOGENŮ Zymogeny (proenzymy) jsou aktivovány proteolytickým štěpením v lumen GIT.

7 PEPSINOGEN sekrece buňkami žaludku aktivace proteolytickým odštěpením 44 aminokyselin z N-konce působením aktivního pepsinu intramolekulárně reakce probíhá při ph < 5

8 AKTIVACE PANKREATICKÝCH ZYMOGENŮ v lumen tenkého střeva

9 PŘEDČASNÁ AKTIVACE ZYMOGENŮ pepsin v buňkách žaludku ph > 2 = odštěpený peptid (44 AA) navázaný na pepsin a zakrývá aktivní místo uvolnění pokles ph pod 2 nebo další degradace pepsinem trypsin v pankreatu pankreatický inhibitor trypsinu (PSTI) malý polypeptid vázající aktivní místo trypsinu

10 STIMULACE SEKRECE sekretagoga látky zvyšující sekreci interakce s receptory na povrchu exokrinních buněk signální kaskáda vedoucí k fúzi granul s PM Orgán Sekrece Sekretagoga slinná žláza NaCl, amylasa acetylcholin žaludek HCl, pepsinogen acetylcholin, histamin, gastrin (peptid) pankreas NaCl, enzymy acetylcholin, cholecystokinin NaHCO 3, NaCl sekretin cholecystokinin peptid sekretovaný do duodena I-buňkami tenkého střeva (TS) po stimulaci AA a peptidy uvolněnými proteolýzou v žaludku mastnými kyselinami kyselým ph sekretin peptid sekretovaný buňkami TS sekrece stimulována luminálním ph < 5

11 TRÁVENÍ PROTEINŮ peptidasami (proteasami) endopeptidasy štěpí uvnitř polypeptidového řetězce pepsin trypsin chymotrypsin elastasa exopeptidasy odštěpují po jedné aminokyselině z C-konce karboxypeptidasy z N-konce aminopeptidasy

12 PEPTIDASY PODLE KOFAKTORŮ AKTIVNÍHO MÍSTA Druh proteas Aktivní místo ph optimum serinové Ser, His, Asp 7 9 aspartátové 2 Asp 2 5 metaloproteasy Zn 2+ (koordinovaný k AK) 7 9

13 PEPTIDASY HYDROLYZUJÍ PEPTIDOVOU VAZBU... A MAJÍ RŮZNOU SUBSTRÁTOVOU SPECIFICITU Enzym Proenzym Aktivátor Reakce ASPARTÁTOVÉ PROTEASY pepsin A pepsinogen A autoaktivace, pepsin Phe, Tyr, Leu Glu SERINOVÉ PROTEASY trypsin trypsinogen enterokinasa, trypsin Arg, Lys chymotrypsin chymotrypsinogen trypsin Phe, Tyr, Trp, Leu, Met elastasa proelastasa trypsin Gly, Ala, Ser METALOPROTEASY karboxypeptidasa A prokarboxypeptidasa A trypsin X(COOH) karboxypeptidasa B prokarboxypeptidasa B trypsin Arg(COOH), Lys(COOH) aminopeptidasy H 2 N X

14 PEPSINY kyselina v žaludku ničení mikroorganismů denaturace proteinů (přístupnější proteolýze) pepsiny stabilní při nízkém ph ph optimum kolem 2 hlavní produkty štěpení pepsinem: pepton větší peptidové fragmenty menší množství volných aminokyselin význam: produkce peptidů a aminokyselin stimulace uvolnění cholecystokininu

15 PANKREATICKÉ ENZYMY trypsin chymotrypsin elastasa karboxypeptidasy aktivní při neutrálním ph nutná neutralizace žaludeční HCl pankreatickým NaHCO 3 produkují volné aminokyseliny a malé peptidy (2 8 aminokyselin)

16 PEPTIDASY TENKÉHO STŘEVA endopeptidasy, aminopeptidasy, dipeptidasy obsaženy v luminálním povrchu epiteliálních buněk střeva štěpí oligopeptidy vytvořené proteasami z pankreatu produkují aminokyseliny, di- a tripeptidy ty jsou absorbovány enterocyty di- a tripeptidy hydrolyzoványcytoplasmatickými peptidasami aminokyseliny transportovány do intersticia a exportovány do portálního oběhu

17 TRÁVENÍ SACHARIDŮ POLYSACHARIDY polysacharidy (škrob, glykogen) hydrolyzovány α-amylasou sliny a pankreatická št áva štěpí vnitřní α-1,4-glykosidové vazby vznikají: maltosa, maltotriosa, α-limitní dextriny

18 TRÁVENÍ SACHARIDŮ OLIGOSACHARIDY oligosacharidy hydrolyzovány disacharidasami a oligosacharidasami luminální PM epiteliálních buněk tenkého střeva většinou exoglykosidasy TABULKA: Glykoproteinové oligosacharidasové komplexy plasmatické membrány epiteliálních buněk Komplex Aktivní místa Substrát Produkt sacharasa- sacharasa, maltasa sacharosa, malto(trio)sa Glc, Fru -isomaltasa isomaltasa, maltasa (iso)maltosa Glc β-glykosidasa laktasa laktosa Glc, Gal glukosylceramidasa glukosfingolipidy Glc, ceramidy trehalasa trehalasa trehalosa Glc glukoamylasa α-glykosidasa dextriny Glc, (iso)malto(trio)sa α-glykosidasa jiné dextriny Glc, (iso)malto(trio)sa

19 ABSORPCE SACHARIDŮ koncové produkty trávení monosacharidy (hlavně D-glukosa, D-galaktosa, D-fruktosa) transportovány přenašeči do enterocytů a odtud do portálního oběhu

20 NESTRAVITELNÉ POLYSACHARIDY na mnohé rostlinné polysacharidy (celulosa, hemicelulosy, inulin, pektin) nemáme vhodné trávicí enzymy malý podíl hydrolyzován a anaerobně metabolizován střevními bakteriemi produkce H 2, CH 4, CO 2, H 2 S, acetát, propionát, butyrát, laktát

21 DEFICIENCE LAKTASY projevuje se nesnášenlivostí mléka příčiny: dědičná deficience pokles aktivity laktasy s věkem pokles aktivity v důsledku onemocnění střev laktosa není absorbována akumulace nestrávené laktosy fermentace laktosy střevními bakteriemi produkce plynů distenze střeva, nadýmání; osmoticky aktivní látky způsobují vstup vody do lumen (průjem)

22 LYSOZYM hydrolyzuje β-1,4-glykosidové vazby peptidoglykanu buněčné stěny bakterií zabíjí jen některé druhy bakterií výskyt: sliny, slzy, hleny, mateřské mléko, granula neutrofilů, vaječný bílek...

23 TRÁVENÍ LIPIDŮ lipidy špatně rozpustné či zcela nerozpustné ve vodných roztocích problémy špatný přístup enzymu k substrátu agregace produktů hydrolýzy do větších komplexů obtížně absorbovatelné

24 FÁZE TRÁVENÍ A ABSORPCE LIPID U

25 TRÁVENÍ LIPIDŮ LIPASY ACIDOSTABILNÍ LIPASA TAG MK + 1,2-DAG sekretována buňkami žaludku (žaludeční lipasa) podjazykovou slinnou žlázou (slinná lipasa) schopnost zahajovat degradaci tuků z mateřského mléka PANKREATICKÁ LIPASA TAG 2 MK + 2-MAG vyžaduje kolipasu (sekretována pankreatem) ta se váže k rozhraní i k lipase, ukotvuje ji a aktivuje substrát musí být emulgován

26 TRÁVENÍ LIPIDŮ LIPASY R 2 O C O H 2 C O C CH O O H 2 C O C triacylglycerol R 1 R 3 pankreatická lipasa (+kolipasa) R 2 O H 2 COH C O CH H 2 COH 2-monoacylglycerol O + 2 O C MK R produkty mají polární i nepolární skupiny působí jako surfaktanty (tenzidy, detergenty, smáčedla): adsorbují se na rozhraní voda-lipid a stabilizují ho disperze lipidové fáze na menší kapénky emulzifikace lepší přístup lipas (i pankreatické)

27 TRÁVENÍ FOSFOLIPIDŮ fosfolipasami, především fosfolipasou A2 (vyžaduje žlučové soli) mastné kyseliny a lysofosfolipidy jsou absorbovány pomocí micel žlučových kyselin v buňkách střevní mukosy jsou lysofosfolipidy reacylovány acyl-coa

28 HYDROLÝZA ESTERŮ CHOLESTEROLU pankreatickou cholesterolesterasou volný cholesterol transportován v micelách žlučových kyselin a absorbován do kartáčového lemu zde reacylován pomocí acyl-coa

29 ŽLUČOVÉ KYSELINY k absorpci uvolněných mastných kyselin a monoacylglycerolů jsou zapotřebí micely žlučových solí primární žlučové kyseliny syntéza v játrech peroxisomy konjugace s glycinem či taurinem (taurin: H 2 N CH 2 CH 2 SO 3 ) ve žluči ve formě aniontů střevní bakterie sekundární žlučové kyseliny primární i sekundární reabsorpce v ileu do portální krve z jater znovu vyloučeny do žluče (enterohepatální oběh)

30 ŽLUČOVÉ KYSELINY MAJÍ HYDROFOBNÍ I HYDROFILNÍ POVRCH nejhojnější žlučová sůl u člověka glykocholát

31 MICELY ŽLUČOVÝCH KYSELIN hydrofobní část žlučové soli orientována směrem od molekul vody, hydrofilní povrch interaguje s vodou smíšené micely obsahují navíc fosfolipidy a cholesterol či FA a acylglyceroly fosfolipidy a mastné kyseliny tvoří vnitřní dvojvrstvu, žlučové soli okraj micely

32 MECHANISMUS ABSORPCE PRODUKTŮ HYDROLÝZY mastné kyseliny a monoacylglyceroly z hydrolýzy lipidů inkorporovány do micel žlučových kyselin micely přenášejí lipidy z lumen střeva k povrchu buněk, kde dochází k absorpci lipidů do buněk sliznice micely slouží i k transportu vitamínů A a K malabsorpce tuků může být důsledkem selhání pankreatu či nedostatku žlučových kyselin (neabsorbované lipidy se vylučují stolicí steatorhea)

33 TRÁVENÍ A ABSORPCE TUKŮ

34 ABSORBOVANÉ LIPIDY SE VĚTŠINOU STÁVAJÍ SOUČÁSTÍ CHYLOMIKRONŮ ve střevní stěně (po absorpci) mastné kyseliny se středně dlouhým řetězcem (6 10 C) procházejí bez modifikací do portální krve mastné kyseliny s dlouhým řetězcem (> 12 C) navázány na fatty acid binding protein v cytoplasmě a transportovány do ER, kde slouží k syntéze triacylglycerolů triacylglyceroly vytvářejí lipidové globule, na které se adsorbují fosfolipidy, cholesterol a apolipoproteiny chylomikrony chylomikrony migrují přes Golgiho komplex k basolaterální membráně a přecházejí do lymfy

35 TRÁVENÍ NUKLEOVÝCH KYSELIN nukleové kyseliny z potravy hydrolyzovány pankreatickými enzymy ribonukleasy deoxyribonukleasy obojí endo- i exonukleasy hydrolýza na nukleotidy dokončena polynukleotidasami tenkého střeva nukleotidy dále hydrolyzovány na nukleosidy střevními nukleotidasami nukleosidy využity v intaktní formě nebo štěpeny nukleosidasami/nukleosidfosforylasami na volné báze a pentosa-1-fosfát

36 ZPRACOVÁNÍ PURINOVÝCH NUKLEOSIDŮ z purinových nukleosidů uvolněny purinové báze katabolizovány na kyselinu močovou využity pro resyntézu nukleových kyselin

37 ZPRACOVÁNÍ PYRIMIDINOVÝCH NUKLEOSID U pyrimidinové nukleosidy katabolizovány na NH+ 4, CO2 a β-aminoisobutyrát, resp. β-alanin, které jsou zˇ cásti pˇremˇ enˇ eny na (methyl)malonyl-coa absorbovány intaktní a využity pro resyntézu NA

38 METABOLISMUS ˇ ˇ AMINOKYSELIN VE ST REV E

39 HORMONY TRÁVICÍHO TRAKTU INKRETINY z enterokrinních buněk tenkého a tlustého střeva stimulace růstu a množení β-buněk inhibice apoptózy β-buněk stimulace syntézy a sekrece insulinu sekretagogy jsou cukry (Glc), MK a proteiny GIP (glucose-dependent insulinotropic peptide) K-buňky duodena a jejuna (progip + PC1/3) GLP-1 (glucagon-like peptide-1) L-buňky ilea a tl. střeva, α-buňky pankreatu, mozek, slinné žlázy (proglukagon + PC1/3) GLP-2, glicentin, GRPP, oxyntomodulin

40 HORMONY TRÁVICÍHO TRAKTU APETIT STIMULUJÍCÍ A INHIBUJÍCÍ PEPTIDICKÉ REGULÁTORY Ghrelin orexigenní (apetit stimulující) signál ze žaludku působí na GHSR (growth hormone secretagogue receptor) PYY 3 36 (Peptide Tyrosine Tyrosine či Pancreatic Peptide YY 3 36 ) sekretován neuroendokrinními buňkami v ileu a tlustém střevě v závislosti na potravě působí na neuropeptidové Y receptory

41 KONEC KONEC Děkuji za pozornost!

42 SYNTÉZA ZYMOGENŮ na p sign do E

43 SYNTÉZA ZYMOGENŮ

44 AKTIVACE PANKREATICKÝCH ZYMOGENŮ

45