Biochemie ledvin. (upraveno ze starší verze M. Rovenská: Biochemie ledvin) Tomáš Kučera.

Transkript

1 Biochemie ledvin (upraveno ze starší verze M. Rovenská: Biochemie ledvin) Tomáš Kučera Ústav lékařské chemie a klinické biochemie 2. lékařská fakulta, Univerzita Karlova v Praze a Fakultní nemocnice v Motole MMXVIII

2 Hlavní funkce ledvin Účast na metabolismu aminokyselin / dusíku Regulace acidobazické rovnováhy (homeostáza) Exkrece vody, solí a odpadních produktů (močovina, kyselina močová ) Regulace elektrolytové rovnováhy (homeostáza) Účast na biosyntézách (kreatin, karnitin, glukosa, AA) Účast v hormonální regulaci

3 Část I Metabolismus aminokyselin a dusíku

4 Metabolismus aminokyselin a dusíku hladovění kosterní svaly uvolňují aminokyseliny, Ala, Gln sval oxiduje Val, Ile, Leu energie + Gln aminoskupiny Val, Ile, Leu, Asp a Glu transport ze svalu ve formě Ala a Gln Lieberman, M., Marks, A., Peet, A.: Marks basic medical biochemistry: a clinical approach, Lippincott Williams & Wilkins, 2013 (4. vydání) Ala na glukoneogenezi v játrech Gln do ledvin a střev

5 Aminokyseliny s rozvětveným řetězcem Val, Ile, Leu (BCAA) hlavní aminokyseliny oxidovatelné mimo játra (např. svaly, ledviny) α-ketokyseliny z transaminace BCAA krví přeneseny do jater oxidovány na CO 2 přeměněny na Gln Smith, C., Marks, A. D., Lieberman, M.: Marks basic medical biochemistry: a clinical approach, Lippincott Williams & Wilkins, 2004 (2. vydání) Smith, C., Marks, A. D., Lieberman, M.: Marks basic medical biochemistry: a clinical approach, Lippincott Williams & Wilkins, 2004 (2. vydání)

6 Gln a Ala přenašeče dusíku Gln vzniká hlavně v kosterním svalu oxidací L, I, V (také v plicích, mozku ) odstraňování NH + 4 Glu + ATP + NH + 4 Gln + H 2 O + ADP + P i hlavní příjemci Gln ledviny, střeva a buňky s rychlým obratem (např. buňky imunitního systému) Gln palivo a donor dusíku pro syntézy v ledvinách i pro glutaminasovou reakci nevyužitý N z Gln do Ala do jater do močoviny

7 Uvolnění amoniaku v ledvinách glutaminasou glutamátdehydrogenasou NH + 3 O H 2 N O O O O O O O L-glutamin H 2 O NH + 4 α-ketoglutarát glutaminasa NH + 4 H 2 O GDH NAD(P)H + H + NH + 3 NAD(P) + O O O L-glutamát O α-ketoglutarát je v ledvinách použit jako zdroj energie a oxidován na CO 2 nebo přeměněn na glukosu

8 Glutamin jako zdroj energie pro ledviny uhlíkatá kostra Gln α-ketoglutarát oxidován na CO 2 přeměněn na Glc uvolněn jako S či A Glukosa je využívána hlavně buňkami dřeně Smith, C., Marks, A. D., Lieberman, M.: Marks basic medical biochemistry: a clinical approach, Lippincott Williams & Wilkins, 2004 (2. vydání) Laktát je oxidován v buňkách kůry, které mají vyšší obsah mitochondrií a bohatší krevní zásobení

9 Amoniak je vyloučen do moči Smith, C., Marks, A. D., Lieberman, M.: Marks basic medical biochemistry: a clinical approach, Lippincott Williams & Wilkins, 2004 (2. vydání)

10 Část II Ledviny v regulaci acidobazické rovnováhy

11 Sekrece H + proximální tubuly: H + sekretovány sekundárním aktivním transportem s Na + distální tubuly a sběrné kanálky: H + sekretovány H + -ATPasou Barrett, K. E., Barman, S. M., Boitano, S., Brooks, H. L.: Ganong s review of medical physiology, Mc Graw Hill Lange, 2012 (24. vydání)

12 Odstraňování H + z tubulární tekutiny Reakce s amoniakem Reakce s HCO 3 Reakce s HPO 2 4 na H 2 PO 4

13 Odstraňování H + z tubulární tekutiny Reakce s HCO 3 sekrece H + podporuje resorpci HCO 3: H + + HCO 3 H 2 O + CO 2 difúze CO 2 zpět do tubulárních buněk a do krve Reakce s amoniakem difúze NH 3 přes membrány tubulárních buněk do moči NH 3 + H + NH + 4 přesměrování Gln z jater do ledvin šetří HCO 3 Koolman, J., Roehm, K.-H.: Color atlas of biochemistry, Thieme, 2005 (2. vydání)

14 Glutaminasová reakce v regulaci acidobazické rovnováhy NH 3 přenášený molekulou Gln je v ledvinách vyloučen do moči Tento proces odstraňuje protony pocházející z oxidací a pomáhá udržovat ph organismu Při metabolické acidóze: ledviny se stávají hlavním místem příjmu Gln aktivita ledvinové glutaminasy a Glu-DH roste exkrece NH + 4 močí několikanásobně roste játra syntetizují méně močoviny ( víc Gln pro ledviny)

15 Část III Exkreční funkce ledvin

16 Tvorba moči Z 1500 l krve protékající denně ledvinami je filtrováno 180 l primární moči Primární moč je zakoncentrována za den se vyloučí 0,5 2 l finální moči Koolman, J., Roehm, K.-H.: Color atlas of biochemistry, Thieme, 2005 (2. vydání) Koncentrace a transport přes membrány vyžadují velké množství energie (ATP)

17 Moč 95 % vody Organické látky močovina kyselina močová kreatinin AA a jejich deriváty (např. kys. hippurová) metabolity hormonů xenobiotika pigmenty Anorganické ionty (Na + a Cl tvoří 2 3 elektrolytů) Koolman, J., Roehm, K.-H.: Color atlas of biochemistry, Thieme, 2005 (2. vydání)

18 Exkrece kreatininu Kreatinfosfát ve svalech a nervových buňkách pohotová regenerace ATP spontánní cyklizace na kreatinin H 2N NH C N CH 3 CH 2 C O OH kreatin ATP O O P OH O O H N NH C C N C H 2 CH 3 kreatinin ADP O O P O NH NH C N CH 3 CH 2 C HO O fosfokreatin

19 Kreatinin v moči jako indikátor Množství kreatininu vyloučené za den konstantní závisí na množství svalové hmoty měřítko exkrece dalších látek indikátor exkreční funkce ledvin Clearance kreatininu ( U Cr V P ) nebo aproximace založené na Cr koncentraci v séru umožňují stanovit rychlost glomerulární filtrace GFR (glomerular filtration rate). Např. C Cr [ml s 1 ] = f (140 věk) m[kg] 48.9 C Cr (serum)[µmol l 1 ] ( f = 1 pro muže, 0,85 pro ženy) ověření celodenního sběru vzorku moči

20 Část IV Regulace elektrolytové rovnováhy

21 Resorpce vody a elektrolytů Látka Resorpce [%] Místo resorpce Na + 99,4 PT, HK, DT, SK K + 93,3 PT, HK, DT, SK Cl 99,2 PT, HK, DT, SK HCO PT, DT močovina 53 PT, HK, DT, SK glukosa 100 PT voda 99,4 PT, HK, DT, SK

22 Resorpce vody a elektrolytů Vápenaté a fosfátové ionty téměř kompletně resorbovány aktivním transportem resorpci regulují parathormon produkován příštítnými tělísky zvyšuje resorpci Ca 2+, snižuje resorpci fosfátu kalcitonin produkován štítnou žlázou snižuje resorpci Ca 2+ i fosfátu kalcitriol produkován ledvinami zvyšuje resorpci Ca 2+ i fosfátu

23 Resorpce vody a elektrolytů Sodné ionty Více než 97 % resorbováno pasivním transportem a sekundárním aktivním transportem Resorpci regulují aldosteron zvyšuje resorpci Na + ANP (atrial natriuretic peptide) snižuje resorpci Na + angiotensin II zvyšuje resorpci Na + a HCO 3 v proximálním tubulu (viz dále) Voda pasivně resorbována (sleduje osmoticky aktivní částice, především Na + ) regulováno ADH ve sběrném kanálku: ADH stimuluje inkorporaci akvaporinů do plasmatické membrány

24 ADH (vasopresin) nonapeptid uvolňovaný neurohypofýzou po stimulaci baro- a osmoreceptorů, které reagují na pokles TK nebo vzestup extracelulárního Na + stimuluje inzerci akvaporinů do luminální PM Devlin, D. T. (ed.): Textbook of biochemistry with clinical correlations, Wiley-Liss, 2006 (6. vydání)

25 Diabetes insipidus v nepřítomnosti ADH jsou buňky sběrného kanálku málo propustné pro vodu a diuréza se zvyšuje příčiny diabetes insipidus nedostatek ADH (např. kvůli poškození hypofýzy či hypothalamu) ledviny na ADH nereagují mutace v genu pro receptor mutace v genu pro akvaporin 2

26 Část V Biosyntetické dráhy v ledvinách

27 Glukoneogeneze v ledvinách Při delším hladovění (2 dny a déle) je stimulována i renální glukoneogeneze Glc produkovaná kůrou ledvin je využita hlavně buňkami dřeně, i když část může vstoupit do krve a zásobovat mozek a erythrocyty hlavní substrát: AA (Gln) regulace: kortisol Lieberman, M., Marks, A., Peet, A.: Marks basic medical biochemistry: a clinical approach, Lippincott Williams & Wilkins, 2013 (4. vydání)

28 Biosyntéza serinu hlavně v játrech a ledvinách Lieberman, M., Marks, A., Peet, A.: Marks basic medical biochemistry: a clinical approach, Lippincott Williams & Wilkins, 2013 (4. vydání)

29 Konverze Gly na oxalát Gly je transaminován na glyoxylát a ten může být oxidován na oxalát oxalát může precipitovat v tubulech ledvin tvorba kamenů Lieberman, M., Marks, A., Peet, A.: Marks basic medical biochemistry: a clinical approach, Lippincott Williams & Wilkins, 2013 (4. vydání)

30 Syntéza kreatinu začíná v ledvinách a je dokončena v játrech transport kreatinu krví do dalších tkání, hlavně kosterního svalu, srdce a mozku Lieberman, M., Marks, A., Peet, A.: Marks basic medical biochemistry: a clinical approach, Lippincott Williams & Wilkins, 2013 (4. vydání)

31 Syntéza Arg ve střevě a ledvinách Střevo uvolňuje citrulin, který je v ledvinách přeměněn na Arg Arg může být v ledvinách přeměněn na kreatin, nebo uvolněn do krve V játrech Arg slouží k tvorbě ornithinu pro močovinový cyklus Devlin, D. T. (ed.): Textbook of biochemistry with clinical correlations, Wiley-Liss, 2006 (6. vydání)

32 Syntéza karnitinu ε-n-trimethyllysin z degradace proteinů Celá dráha probíhá v ledvinách, v menší míře i v játrech. Tyto orgány zásobují karnitinem další tkáně, hlavně sval, srdce???

33 Část VI Sekreční funkce ledvin. Participace v hormonální regulaci

34 Ledviny produkují renin 1,25-dihydroxycholekalciferol (vitamin D, kalcitriol) erythropoetin

35 Renin-angiotensinový systém produkuje angiotensin II renin aspartátová proteasa tvořená v ledvinách; v krvi štěpí angiotensinogen ACE na povrchu endoteliálních buněk, hlavně pulmonárních a renálních???

36 Renin-angiotensinový systém Působení AngII vede ke zvýšení TK a resorpci sodíku a vody Koolman, J., Roehm, K.-H.: Color atlas of biochemistry, Thieme, 2005 (2. vydání)

37 Farmakologická intervence Renin-angiotensinový systém může být ovlivněn analoga angiotensinu I inhibující ACE inhibitory reninu antagonisty, které blokují vazbu AngII na receptory Tato léčiva snižují krevní tlak. HS CH 3 N O O OH kaptopril inhibitor ACE

38 Aldosteron produkován v zona glomerulosa nadledvin funkce stimuluje resorpci Na + v ledvinách, hlavně v distálním tubulu působí retenci vody zvyšuje TK (zvětšuje objem tekutiny) OH O O OH CH 3 H O H H

39 Kalcitriol 7-dehydrocholesterol je v kůži aktivován slunečním zářením na vitamin D 3 (cholekalciferol), který je hydroxylován v játrech v poloze 25 poté v ledvinách v poloze 1 Lieberman, M., Marks, A., Peet, A.: Marks basic medical biochemistry: a clinical approach, Lippincott Williams & Wilkins, 2013 (4. vydání)

40 Kalcitriol Komplex hormon-receptor se váže na responsivní elementy Výsledek: stimulace transkripce genů pro proteiny vázající a transportující Ca 2+ (Ca 2+ -ATPasa ) stimulace absorpce Ca 2+ a fosfátu z lumen střeva úloha v regulaci mineralizace kostí v ledvinách slabá stimulace resorpce Ca 2+

41 Erythropoetin (EPO) glykoprotein uvolňovaný ledvinami při sníženém přísunu kyslíku do tkání V kostní dřeni EPO stimuluje proliferaci a maturaci prekurzorů erythrocytů Lieberman, M., Marks, A., Peet, A.: Marks basic medical biochemistry: a clinical approach, Lippincott Williams & Wilkins, 2013 (4. vydání) Retikulocyt: jádro chybí, ale mrna a ribosomy jsou zachovány a umožňují syntézu Hb

42 Eikosanoidy ledvin PGE 2, PGI 2 dilatují renální cévy a zvyšují průtok krve ledvinami. PGE 2 a PGD 2 podporují exkreci vody a solí. 20-HETE reguluje exkreci Na + a diurézu 12- a 15-HETE modulují renin-angiotensinový systém (asi zprostředkovávají inhibici reninu zpětnou vazbou)

43 Konec konec Děkuji za pozornost!

44 Degradace BCAA

45 svalu ve formě Ala a Gln Lieberman, M., Marks, A., Peet, A.: Marks basic medical biochemistry: a clinical approach, Lippincott Williams & Wilkins, 2013 (4. vydání)

46 Smith, C., Marks, A. D., Lieberman, M.: Marks basic medical biochemistry: a clinical approach, Lippincott Williams & Wilkins, 2004 (2. vydání)

47 Smith, C., Marks, A. D., Lieberman, M.: Marks basic medical biochemistry: a clinical approach, Lippincott Williams & Wilkins, 2004 (2. vydání)

48

49

50 Koolman, J., Roehm, K.-H.: Color atlas of biochemistry, Thieme, 2005 (2. vydání)

51 oolman, J., Roehm, K.-H.: Color atlas of biochemistry, Thieme, 2005 (2. vydání)

52

53

54

55

56

57