PATOBIOCHEMIE ve schématech

Marta Kalousová a kolektiv PATOBIOCHEMIE ve schématech Pořadatelka díla: Marta Kalousová Autorský kolektiv: Lenka Fialová, Marta Kalousová, Jiří Kraml, Evžen Křepela, Kateřina Mrázová, Jan Pačes, Jan Pláteník, Ivan Šebesta, Jan Štěpán, Stanislav Štípek, Martin Vejražka, Miroslav Zeman, Tomáš Zima, Aleš Žák Recenze: Doc. MUDr. Ivan Matouš-Malbohan, CSc. Grada Publishing, a.s., 2006 Cover Photo profimedia.cz/corbis, 2006 Vydala Grada Publishing, a.s. U Průhonu 22, Praha 7 jako svou 2410. publikaci Odpovědná redaktorka PhDr. Anna Monika Pokorná Fotografie na obálce profimedia.cz/corbis Obrázky dodali autoři. Sazba a zlom Martin Hanslian Počet stran 264 První vydání, Praha 2006 Vytiskly Tiskárny Havlíčkův Brod, a.s. Husova ulice 1881, Havlíčkův Brod Názvy produktů, firem apod. použité ve skriptech mohou být ochrannými známkami nebo registrovanými ochrannými známkami příslušných vlastníků, což není zvláštním způsobem vyznačeno. Postupy a příklady v těchto skriptech, rovněž tak informace o lécích, jejich formách, dávkování a aplikaci jsou sestaveny s nejlepším vědomím autorů. Z jejich praktického uplatnění ale nevyplývají pro autory ani pro nakladatelství žádné právní důsledky. Všechna práva vyhrazena. Tato skripta ani jejich část nesmějí být žádným způsobem reprodukovány, ukládány či rozšiřovány bez písemného souhlasu nakladatelství. ISBN 80-247-1522-8

Obsah Seznam autorů... 7 Předmluva... 8 1 Patobiochemie volných radikálů (Jan Pláteník)... 9 2 Antioxidační systém a jeho insuficience, stárnutí (Stanislav Štípek)... 22 3 Biochemie zánětu (Marta Kalousová)... 37 4 Enzymopatie (Jiří Kraml)... 43 5 Poruchy metabolizmu tetrapyrolů, iktery (Evžen Křepela)... 51 6 Poruchy metabolizmu purinů a pyrimidinů (Ivan Šebesta)... 69 7 Patobiochemie metabolizmu vápníku a kostní hmoty (Jan Štěpán)... 79 8 Patobiochemie hyperlipoproteinemie a dyslipoproteinemie (Aleš Žák)... 93 9 Ateroskleróza patobiochemické aspekty (Aleš Žák)... 115 10 Ateroskleróza úloha cholesterolu v aterosklerotickém procesu (Lenka Fialová)... 126 11 Diabetes mellitus (Miroslav Zeman)... 141 12 Oxidační a karbonylový stres v patobiochemii diabetes mellitus a chronického selhání ledvin (Marta Kalousová)...158 13 Metabolizmus alkoholu a jeho důsledky na člověka (Tomáš Zima)... 175 14 Molekulární podklady apoptózy (Evžen Křepela)... 185 15 Patobiochemie nádorového bujení nádorové markery (Marta Kalousová)... 204 16 Patobiochemie likvoru (Kateřina Mrázová)... 212 17 Patobiochemie vybraných neurologických onemocnění (Marta Kalousová)... 221 18 Poruchy acidobazické rovnováhy patobiochemie a diagnostika poruch ABR a iontového hospodářství (Martin Vejražka)... 226 19 Parenterální výživa (Marta Kalousová)... 243 20 Bioinformatika a proteomika (Jan Pačes)... 252 Doporučená literatura... 263

7 Seznam autorů MUDr. Lenka Fialová, CSc. Univerzita Karlova v Praze, 1. lékařská fakulta, Ústav lékařské biochemie Doc. MUDr. Marta Kalousová, Ph.D. Univerzita Karlova v Praze, 1. lékařská fakulta a Všeobecná fakultní nemocnice v Praze, Ústav klinické biochemie a laboratorní diagnostiky, Ústav lékařské biochemie Prof. MUDr. Jiří Kraml, DrSc. Univerzita Karlova v Praze, 1. lékařská fakulta, Ústav lékařské biochemie MUDr. Evžen Křepela, CSc. Univerzita Karlova v Praze, 1. lékařská fakulta, Ústav lékařské biochemie; Fakultní nemocnice Na Bulovce a 3. lékařská fakulta, Klinika pneumologie a hrudní chirurgie, Laboratoře molekulární a buněčné biologie MUDr. Kateřina Mrázová Univerzita Karlova v Praze, 1. lékařská fakulta a Všeobecná fakultní nemocnice v Praze, Ústav klinické biochemie a laboratorní diagnostiky Mgr. Jan Pačes, Ph.D. Univerzita Karlova v Praze, 1. lékařská fakulta, Ústav lékařské biochemie; Akademie věd České republiky, Ústav molekulární genetiky MUDr. Jan Pláteník, Ph.D. Univerzita Karlova v Praze, 1. lékařská fakulta, Ústav lékařské biochemie MUDr. Ivan Šebesta, CSc. Univerzita Karlova v Praze, 1. lékařská fakulta a Všeobecná fakultní nemocnice v Praze, Ústav klinické biochemie a laboratorní diagnostiky Prof. MUDr. Jan Štěpán, DrSc. Univerzita Karlova v Praze, 1. lékařská fakulta a Všeobecná fakultní nemocnice v Praze, III. interní klinika klinika endokrinologie a metabolizmu, Osteocentrum Prof. MUDr. Stanislav Štípek, DrSc. Univerzita Karlova v Praze, 1. lékařská fakulta, Ústav lékařské biochemie MUDr. Martin Vejražka Univerzita Karlova v Praze, 1. lékařská fakulta a Všeobecná fakultní nemocnice v Praze, Ústav lékařské biochemie, Ústav klinické biochemie a laboratorní diagnostiky MUDr. Miroslav Zeman, CSc. Univerzita Karlova v Praze, 1. lékařská fakulta a Všeobecná fakultní nemocnice v Praze, IV. interní klinika klinika hepatologie a gastroenterologie Prof. MUDr. Tomáš Zima, DrSc. Univerzita Karlova v Praze, 1. lékařská fakulta a Všeobecná fakultní nemocnice v Praze, Ústav klinické biochemie a laboratorní diagnostiky Doc. MUDr. Aleš Žák, DrSc. Univerzita Karlova v Praze, 1. lékařská fakulta a Všeobecná fakultní nemocnice v Praze, IV. interní klinika klinika hepatologie a gastroenterologie

8 Předmluva Patobiochemie ve schématech je určena především studentům lékařských fakult a dalších biomedicínských oborů. Autorský kolektiv připravil učební pomůcku ke studiu patobiochemie nejčastějších klinických stavů. Obsahuje teze a schémata přednášek a seminářů o obecných mechanizmech vzniku nemocí jako jsou oxidační stres, zánět, změny vnitřního prostředí a apoptóza. V dalších kapitolách je pojednáno o příčinách a monitoraci diabetes mellitus, o mechanizmu vzniku aterosklerózy, dyslipoproteinemiích, dědičných poruchách metabolizmu či nádorových markerech. Skriptum má sloužit k přípravě na výuku a po doplnění vlastními poznámkami k přípravě na zkoušku. Má pomoci studentům nalézt vztahy mezi biochemií a klinickou medicínou. Může být prospěšné i studentům nelékařských oborů k přiblížení problematiky vzniku nejčastějších onemocnění. Autorský kolektiv zahrnuje nejen zkušené biochemiky, ale také klinické pracovníky, kteří promítají poznatky teoretického studia do každodenní lékařské praxe a ukazují studentům význam kvalitních teoretických základů pro pochopení chorobných stavů. Tomáš Zima Stanislav Štípek

Patobiochemie volných radikálů 9 1 Patobiochemie volných radikálů Jan Pláteník Co je volný radikál? molekula, atom, nebo ion schopný samostatné existence, který obsahuje alespoň jeden nepárový elektron radikál O 2 ion molekula Spinová restrikce kyslíku Normální (triplet) O 2 je biradikál, s vysokou afinitou k elektronům. Alepříjem elektronu vyžaduje, aby jeden ze stávajících nepárových elektronů změnil svůjspin, cožjerelativně pomalý proces. Bez této restrikce bychom v kyslíkové atmosféře planety okamžitě shořeli. Singletový O 2 je excitovaná, vysoce reaktivní forma kyslíku.

10 Patobiochemie volných radikálů (Green, MJ, Hill HAO; Meth. Enzymol. 1984, 105, 3 22. Upraveno.) Superoxid O 2 Zdroje v těle: Únik elektronů na kyslík dýchací řetězec v mitochondriích jiné podobné redoxní systémy, např. mikrozomální cytochrom P450 monooxygenáza NAD(P)H oxidáza: fagocyty ( respiratory burst ) nefagocytární buňky Některé enzymy: xantinoxidáza cyklooxygenáza lipooxygenáza Reakce Fe II -hemoglobinu s kyslíkem Autooxidace (reakce s kyslíkem) různých látek (askorbát, glutathion a jiné thioly, katecholaminy)

Patobiochemie volných radikálů 11 Superoxid vzniká v dýchacím řetězci mitochondrií 1 2 % z celkové tělesné spotřeby kyslíku Únik elektronů z redoxních center komplexů I a III, nejvíce ze semichinonu Respirační vzplanutí fagocytu NADPH NADP + arginin inos NADPH oxidáza citrulin proteázy myeloperoxidáza O 2 H2 O 2 HClO O 2. OONO NO Vznik superoxidu z oxyhemoglobinu hemoglobin kyslík oxyhemoglobin methemoglobin superoxid Štípek, S. et al.: Antioxidanty a volné radikály ve zdraví a nemoci. Grada Publishing, Praha, 2000.

12 Patobiochemie volných radikálů Superoxid Vlastnosti: Nepříliš reaktivní, oxidační i redukční činidlo Omezená možnost průchodu přes membrány (jen skrz aniontové kanály nebo ve své protonované formě) Uvolňuje železo z Fe-S clusterů Osud: Dismutace: O 2 O 2 + O 2 + 2 H + O 2 + H 2 O 2 Reakce s oxidem dusnatým: NO + O 2 OONO (peroxynitrit) Peroxid vodíku H 2 O 2 Tvorba v těle: Dismutace superoxidu (spontánní nebo katalyzovaná superoxiddismutázou): O 2 + O 2 + 2 H + O 2 + H 2 O 2 Přímo činností některých enzymů: xantinoxidáza monoaminooxidáza (MAO) Peroxid vodíku H 2 O 2 Vlastnosti: Není radikál Volně prochází skrz biologické membrány Sámo sobě celkem nereaktivní Ale rychle reaguje s redukovanými přechodnými kovy jako železo a měď (Fentonova reakce) Osud: Fentonova reakce: hydroxylový radikál H 2 O 2 +Fe 2+ OH + OH + Fe 3+ Bezpečné odstranění glutathionperoxidázou nebo katalázou

Patobiochemie volných radikálů 13 Hydroxylový radikál Vznik v těle: Ionizační záření: OH H 2 O Fentonova reakce: H 2 O 2 +Fe 2+ OH + OH + Fe 3+ Vlastnosti: H + OH Extrémně reaktivní. Poškozuje biomolekuly blízko místa svého vzniku. Oxid dusnatý Vznik v těle: NO NO syntázová reakce: L-arginin + O 2 + NADPH L-citrulin + NADP + +NO Třirůzné NO syntázy: NOS I (neuronální, konstitutivní) NOS II (fagocyty, inducibilní) NOS III (endoteliální, konstitutivní) Oxid dusnatý NO Vlastnosti: Plynnýradikál Reakce s kyslíkem na dusitan (pomalá in vivo): 4NO + O 2 + 2 H 2 O 4 NO 2 + 4 H + Reakce s hemovým železem hemoglobinu ( fyziologická inaktivace): Hb-Fe 2+ -O 2 +NO Hb-Fe 2+ -OONO Hb-Fe 3+ +NO 3 Reakce s hemovým železem guanylátcyklázy ( fyziologické účinky, relaxace hladkého svalstva atd.): GC-hem-Fe 2+ + NO GC-hem-Fe 2+ -NO

14 Patobiochemie volných radikálů Oxid dusnatý NO Vlastnosti (pokračování): Reakce se sulfhydrylovou skupinou glutathionu atd. na nitrosothiol ( transport NO): NO + GSH GSNO + H + + e Reakce se superoxidem na peroxynitrit a konečně hydroxylový radikál ( toxicita): NO + O 2 OONO peroxynitrit OONO + H + HOONO OH + NO 2 kyselina peroxydusitá hydroxylový radikál Reaktivní formy kyslíku (Reactive Oxygen Species, ROS) Radikály: superoxid, O 2 hydroperoxyl, HO 2 hydroxylový radikál, OH peroxyl, ROO alkoxyl, RO Ne-radikály: peroxid vodíku, H 2 O 2 kyselina chlorná, HClO ozón, O 3 singletový kyslík, 1 O 2 Reaktivní formy dusíku (Reactive Nitrogen Species, RNS) Radikály: oxid dusnatý, NO oxid dusičitý, NO 2 Ne-radikály: nitrosonium, NO + nitroxyl, NO kyselina dusitá, HNO 2 oxid dusitý, N 2 O 3 oxid dusičitý, N 2 O 4 nitronium, NO 2 + peroxynitrit, ONOO alkylperoxynitrit, ROONO

Patobiochemie volných radikálů 15 Oxidativní poškození lipidů: lipoperoxidace Změny fluidity a permeability membrán Produkce toxických & reaktivních aldehydů (malondialdehyd, 4-hydroxynonenal): zesítění (cross-link) proteinů chemoatraktanty pro makrofágy Peroxidace lipidů

16 Patobiochemie volných radikálů Další osud lipoperoxidů Oxidativní poškození proteinů Oxidativní modifikace aminokyselinových zbytků Hydroxylace aromatických aminokyselin hydroxylovým radikálem Nitrace aromatických aminokyselin peroxynitritem Agregace a síťování proteinů reaktivními aldehydy (produkty lipoperoxidace) Železem katalyzovaná oxidace ε-nh 2 skupin zbytků Lys, produkující karbonylové skupiny Ztráta funkce enzymu nebo transportéru Proteolytická degradace modifikovaných proteinů Změny v antigenicitě autoimunitní reakce

Patobiochemie volných radikálů 17 Oxidativní poškození DNA Reakce hydroxylového radikálu s deoxyribózou: produkce malondialdehydu a zlomu v řetězci DNA Hydroxylace purinových/pyrimidinových bází: změna párování bází... mutageneze, kancerogeneze, apoptóza, stárnutí Kde jsou RONS prospěšné Monooxygenázy: hydroxylace steroidů, xenobiotik etc. Fagocyty: zabíjení mikrobů nebo nádorových buněk Mediátory zánětlivé reakce Lokální hormony/mediátory: NO: neurotransmitér/neuromodulátor v CNS, funkce v synaptické plasticitě,učení a paměti relaxace hladkého svalstva cévní stěny, gastrointestinálního traktu, corpus cavernosum penis inhibice adheze a agregace trombocytů, adheze leukocytů superoxid stejně tak, účinky protichůdné NO? Intracelulární signalizace (ROS jako second messengers, redoxní senzory na proteinech?) Výzbroj fagocytu Membránová NADPH oxidáza: 2 O 2 + NADPH 2 O 2 + NADP + +H + Myeloperoxidáza: H 2 O 2 + Cl HClO + H 2 O kyselina chlorná R R-NH + HClO R RNCl + H 2 O (N-chloramin) Proteázy: synergizmus mezi ROS and proteázami: HClO, R RNCl inhibice α1-antitrypsinu aktivace metaloproteináz oxidací

18 Patobiochemie volných radikálů * Centrální úloha železa/mědi v oxidačním stresu Redoxně aktivní přechodné kovy (Fe, Cu) přijímají/dávají jeden elektron snadno... obcházejí spinovou restrikci kyslíku... kovy jsou v aktivních centrech všech proteinů pracujících s kyslíkem Tytéž vlastnosti Fe, Cu jsou však škodlivé, pokud nejsou kontrolovány Fentonova reakce: H 2 O 2 + Fe 2+ OH +OH + Fe 3+ oxidativní poškození biomolekul Železo v těle volné neexistuje Fe II se oxiduje molekulárním kyslíkem na Fe III za vzniku kyslíkových radikálů Fe III tvoří nerozpustné oxohydroxidy Lidské tělo obsahuje kolem 4 g železa Hemoglobin: 70 % Myoglobin, cytochromy, enzymy obsahující hemové nebo nehemové železo: 10 % Feritin: 20 30 % Transferin, laktoferin Pool nízkomolekulárního železa komplexy Fe s polyfosfáty, nukleotidy, polykarboxylovými kyselinami (citrát) fyziologicky pouze uvnitř buněk, plazma 0 pouze toto železo může reagovat ve Fentonově reakci kontrola/minimalizace tohoto poolu reaktivního železa představuje základní antioxidační strategii organizmu

Patobiochemie volných radikálů 19 ICT ECT Superoxid Peroxid Fe/Cu Superoxid Peroxid Fe/Cu superoxiddismutáza glutathionperoxidáza kataláza glutathion tokoferol askorbát low-molecular-weight Fe přítomno Antioxidační enzymy & hladiny glutathionu velmi nízké tokoferol askorbát karotenoidy, kyselina močová, albumin, glukóza, bilirubin... Sekvestrace železa a mědi: transferin, laktoferin hemopexin haptoglobin ceruloplazmin (ferroxidáza) Cu vázáno na albumin Volné radikály v patogenezi lidských onemocnění Příčina chorobného stavu, např.: kancerogeneze v důsledku expozice ionizačnímu záření retinopatie novorozenců (fibroplasia retrolentalis) iron-overload disease Významný podíl na patogenezi, např.: chronický zánět(např. revmatoidní artritida) ARDS ateroskleróza mozkové trauma/hemoragie diabetes mellitus koncept ischemie/reperfuze stárnutí Jen epifenomenon (obecný důsledek tkáňového poškození) Antioxidační ochrana prevence tvorby ROS/RNS (regulace produkujících enzymů, sekvestrace přechodných kovů) vychytávání, lapání a zhášení radikálů reparační systémy (fosfolipázy, proteazom, enzymy opravující DNA)

20 Patobiochemie volných radikálů Antioxidační ochrana: enzymy Superoxiddismutáza: O 2 + O 2 + 2 H + O 2 + H 2 O 2 Cu, Zn-SOD (cytosolová) Mn-SOD (mitochondriální) EC-SOD (extracelulární) Glutathionperoxidáza: 2 GSH + H 2 O 2 GS-SG + 2 H 2 O Kataláza: 2 H 2 O 2 2 H 2 O + O 2 H 2 O 2 GS-SG NADP + NAD + H 2 O GSH glutathionperoxidáza glutathionreduktáza transhydrogenáza NADPH+H + pentózový cyklus NADH+H + Antioxidační ochrana: vysokomolekulární endogenní antioxidanty Proteiny zacházející s železem a/nebo mědí: transferin laktoferin feritin haptoglobin hemopexin ceruloplazmin albumin Chaperony

Patobiochemie volných radikálů 21 Antioxidační ochrana: nízkomolekulární endogenní antioxidanty askorbát (vitamin C) α-tokoferol (vitamin E) ubichinon (koenzym Q) karotenoidy, vitamin A glutathion kyselina lipoová kyselina močová bilirubin flavonoidy membránový kompartment: LH tokoferol hydrofilní kompartment: semidehydroaskorbát LOO -e - +e - řetězová reakce lipoperoxidace dehydroaskorbát L LOOH tokoferyl radikál askorbát dehydroaskorbátreduktáza 2GSH GSSG

22 Antioxidační systém a jeho insuficience, stárnutí 2 Antioxidační systém a jeho insuficience, stárnutí Stanislav Štípek Úvod V biologických systémech v etn lidského organizmu se dvouatomová molekula kyslíku metabolicky redukuje na reaktivní formy kyslíku (ROS reactive oxygen species tj. superoxid, peroxid a hydroxylový radikál). Tyto formy jsou užite né v ad katalyzovaných reakcí a p i uvol ování energie ze živin. Jejich koncentrace je udržována na fyziologické hladin antioxida ním systémem. Pokud p evládne tvorba ROS nebo se zpomalí jejich odstra ování, poruší se oxidoreduk ní rovnováha, ROS patologicky oxidují biomolekuly a poruší signální metabolizmus bun k. Je to stav oxida ního stresu, jeden ze základních patogenetických mechanizm vedoucích k r zným onemocn ním (zán t, ateroskleróza, hypertenze, degenerativní choroby CNS, maligní nádory a projevy stárnutí). Oxidoreduk ní prost edí (redoxní stav) bu ky Je definováno intenzitou oxida ní zát že, které jsou bu ka nebo její oddíl vystaveny (v etn tvorby ROS), kapacitou antioxida ního systému a dostupností reduk ních ekvivalent.

Antioxidační systém a jeho insuficience, stárnutí 23 Zdroje ízené produkce ROS NADPH oxidáza xantinoxidoreduktáza (XOR) oxidoreduktázy dýchacího et zce vnit ní mitochondriální membrány lipooxygenázy P íklad ízené produkce superoxidu galektin 3 imunokomplexy cytokiny LTB 4 f-met-leu-phe p íslušný receptor bakteriální komponenty, fragmenty poškozené tkán plazmatická membrána PKC ízení aktivace NADPH oxidázy signálními cestami Fosforylace podjednotky p47 je podstatná pro sestavení aktivního membránového komplexu tyrozinové kinázy MAP kinázy P P p47 p67 p40 Ca 2+ P p67 Rac GDP p47 p40 Rho GDI plazmatická membrána p40 p67 Rac p47 GTP gp91phox FAD p22phox Rap1A FADH Fe Fe Rho GDI O 2 O 2

24 Antioxidační systém a jeho insuficience, stárnutí ROS z různých zdrojů ovlivňují v buněčných kompartmentech aktivitu signálních molekul, regulačních faktorů a enzymů tím, že mění oxidoredukční stav senzorových struktur (sulfhydrylových skupin a komplexů iontů železa). Tím se mění jejich konformace, aktivita a vazebné schopnosti. Na obrázku je znázorněno ovlivnění transkripčních faktorů AP-1 a NFκB hladinou ROS a změnami vlastností signálních molekul. endogenní lektíny extracelulární signály (hormony, r stové faktory, cytokiny) forbolové estery oxidanty procházející membránou (O 2, H 2 O 2 ) XOR plazmat.membrána p íslušný receptor RAGE PUFA GPx, PHGPx GSH/GSSG aj. antioxidanty 5-lipooxygenáza RPTK LOH (neškodné metabolity) LOOH fosforylace cytoplazm. podjednotek NADH/NADPH oxidáza ROS O 2 SOD PKC H 2 O 2 DAG Ca 2+ TyrPK fosfatázy KAT O 2 MIT Prx H 2 O GPx GSH GSSG Jun Fos Jun Jun Jun Jun P TRE (cjun promoter) SRF P SRF P SRE (cfos promoter) Jun TCF P TRE Jun proteinkinázy MAPK, JNK P TCF TCF AP-1 NF B p50 p65 syntéza TNF, IL-2, IL-8, inos p50 p50 I B p65 syntéza regula ních protein p65 fosforylace, ubiquitinace, degradace aktivace p i GSSG (reduk ní prost edí) thioredoxin adhezní molekuly zán t excitotoxicita aktivace p i GSSG (oxida ní prost edí) jaderná membrána PROLIFERACE DIFERENCIACE APOPTÓZA

Antioxidační systém a jeho insuficience, stárnutí 25 P íklady redoxních senzorových molekul Transkrip ní faktory (bakteriální OxyR, SoxR, p53, NF B) Signální molekuly (proteinfosfatázy) ANTIOXIDA NÍ OCHRANNÝ SYSTÉM je tvo en antioxidanty, tedy látkami, které jsou schopny v relativn nízké koncentraci sout žit s jinými oxidovatelnými biomolekulami, a tak významn zpomalit nebo inhibovat oxidaci t chto substrát. Jsou to: neenzymové látky, zejména tokoferol (vit. E), karoten, askorbát (vit. C) a glutathion enzymy, které m ní reaktivní formy kyslíku a dusíku (RONS) vmén reaktivní produkty bun né a biochemické ochranné systémy, odstra ující nebezpe né oxida n poškozené struktury z organizmu ANTIOXIDA NÍ OCHRANNÝ SYSTÉM Nízkomolekulární látky askorbát tokoferoly karotenoidy koenzym Q (ubichinon) thioly a disulfidy lipoová kyselina urát bilirubin flavonoidy Jiné antioxida ní proteiny transferin feritin ceruloplazmin haptoglobin a hemopexin Antioxida ní enzymy superoxiddismutázy (SOD) glutathionperoxidázy (GPX) glutathiontransferázy(gst) kataláza (CAT) Jiné antioxida ní mechanizmy repara ní mechanizmy DNA apoptóza

26 Antioxidační systém a jeho insuficience, stárnutí Nízkomolekulární antioxidanty Nízkomolekulární antioxidanty (askorbát, tokoferoly, karotenoidy, koenzym Q (ubichinon), thioly a disulfidy, lipoová kyselina, urát, bilirubin, flavonoidy) poskytují sv j elektron reaktivní form kyslíku, tím ji inaktivují a samy se zm ní v relativn neškodnou slou eninu (tokoferylový radikál, dehydroaskorbát, disulfid apod.). Takto zm n né antioxidanty se asto regenerují do p vodní formy redukcí, dodáním elektron z živin prost ednictvím glutathionreduktázy nebo jinými reduk ními reakcemi. Antioxida ní enzymy a jimi katalyzované reakce

Antioxidační systém a jeho insuficience, stárnutí 27 Superoxiddismutáza O 2. + O2. = H 2 O 2 + O 2 Glutathionperoxidáza 2GSH + ROOH = GSSG + H 2 O + ROH Glutathiontransferázy Navazují elektrofilní substance (xenobiotika) na -SH glutathionu. Jedním z jejich substrát je 4-hydroxynonenal reaktivní (toxický) produkt lipoperoxidace.

28 Antioxidační systém a jeho insuficience, stárnutí Kataláza Dvouelektronová dismutace: 2 H 2 O 2 = 2 H 2 O + O 2 Peroxidázová reakce: (peroxizomy) H 2 O 2 + ROOH = H 2 O + ROH + O 2 (nízká aktivita s alkylperoxidy) Jiné antioxida ní proteiny Plazmatické proteiny vážící železo a m, a tím omezující Fentonovu reakci a poškození biomolekul PROTEIN transferin haptoglobin hemopexin albumin ceruloplazmin železo VÁŽE hemoglobin a methemoglobin uvoln ný z erytrocyt uvoln ný hem železo a m železo a m

Antioxidační systém a jeho insuficience, stárnutí 29 Antioxida ní systém Je soubor antioxidant všech typ, které se vzájemn regenerují a zastupují. Proto je t eba u pacienta znát p í inu selhání této ochrany a doplnit pouze chyb jící lánek systému. H 2 O + 1/2O 2 KATALÁZA poškození tkán HClO Cl NADP GLUTATHION- REDUKTÁZA NADPH normální metabolizmus O 2 + O 2 + 2H + SOD H 2 O 2 GSH GLUTATHION- PEROXIDÁZA GSSG Fe 2+ O 2 normální metabolizmus HO PUFA RO RO 2 ROOH H 2 O 4-HNE poškození biomolekul -tokoferol OH -tokoferol O GST -karoten -karotenový radikál GS GSH Fe 2+ ubichinol ubichinon poškození tkán Fe 3+ Antioxida ní systém DHA askorbát H 2 O 2 O 2 HO O 2 O 2 1 KATALÁZA GSH GS -lipoát dihydrolipoát

30 Antioxidační systém a jeho insuficience, stárnutí P ibližné koncentrace RONS v orgánech za fyziologických podmínek RONS KONCENTRACE 3 O 2 10 M O 2 0,01 0,001 nm H 2 O 2 1 100 nm NO pod 5 nm RONS = reactive oxygen and nitrogen species. Pokud je v bu ce zvýšená koncentrace ROS, biomolekuly se poškozují (oxidují), m ní se jejich funkce a oxida ní stres vyvolá chorobný proces Nenasycené mastné kyseliny v lipidech se m ní na reaktivní peroxidy a št pí na reaktivní deriváty (aldehydy). Tím se m ní fluidita a propustnost membrán a vlastnosti membránových protein. V proteinech se oxidují sulfhydrylové skupiny, aminoskupiny a hydroxylují se benzenová jádra m ní se jejich konformace a funkce, agregují a sí ují se a reagují se železem. M ní se aktivita enzym a iontových pump. Do bun k vnikají kalciové ionty. VDNAse modifikují dusíkaté báze, št pí se cykly bází i deoxyribózy. Vznikají mutace, poruchy proteosyntézy. Poruchy bun né signalizace. Patologicky zm n ný oxidoreduk ní stav bu ky nebo kompartmentu m že modifikovat funkci biomolekul bez oxida ního (ireverzibilního) poškození pouze tím, že se oxidují jejich redoxní senzory (-SH, FeS komplexy) a zm ní se jejich konformace. Tím se zm ní vazebné schopnosti signálních molekul a aktivita enzym. Zm ní se exprese gen. P íklady patologických pochod vyvolaných oxida ní zát ží Hypoxie/ischemie a reoxygenace Endotelová dysfunkce hypertenze (preeklampsie) zán t ateroskleróza Neurodegenerativní choroby Stárnutí Poškozená bun ná signalizace (apoptóza, maligní proliferace)

Antioxidační systém a jeho insuficience, stárnutí 31 Hypoxie/ischemie a reoxygenace P i nízké koncentraci kyslíku se utlumí dýchací et zec v mitochondriích a ve tkáni se rychleji degraduje ATP na hypoxantin a xantin (substráty xantinoxidázy XOD). Z nedostatku ATP vázne odstra ování kalciových iont z cytosolu, Ca 2+ aktivuje transformaci xantindehydrogenázy na XOD. P i reoxygenaci je dodán další substrát XOD kyslík, který XOD redukuje na superoxid. Hypertenze, vznik peroxynitritu O 2. + NO. = OONO Superoxid reaguje s oxidem dusnatým, a tím snižuje koncentraci tohoto vazodilatátoru (zvýší se krevní tlak) a antikoagula ního faktoru. Vzniká velmi toxický peroxynitrit reagující jako hydroxylový radikál. Zán t Na luminálním povrchu endotelu je navázána xantinoxidoreduktáza. Pokud se v tomto míst tvo í ROS, stimuluje se jejich tvorba i endotelovou NADPH oxidázou. V endotelu se indukuje syntéza adhezivních molekul, a tím se p ivolají a aktivují polymorfonukleáry (další zdroj ROS). Aktivace polymorfonukleár je sou ástí vývoje zán tu.

32 Antioxidační systém a jeho insuficience, stárnutí Ateroskleróza Multifaktoriální onemocn ní charakterizované ztrátou elasticity a ztlušt ním cévní st ny. Cévní oblasti postižené touto nemocí obsahují mononukleáry, proliferující bu ky hladké svaloviny a zmnožení komponent mezibun né hmoty. Ateroskleróza je obecn považována za chronické zán tlivé onemocn ní a souvisí s ur itými rizikovými faktory, jako je hyperlipidemie, diabetes a hypertenze. Ateroskleróza a oxida ní stres Oxida ní stres indukuje expresi proteinkináz, jako je focal adhesion kinase, a vnitrobun ných adhezivních molekul, jako je ICAM-1. Invaze monocyt a T-lymfocyt je jeden z asných d j v rozvoji aterosklerotického poškození cévy. Monocyty, makrofágy abu ky hladké svaloviny mají tzv. úklidové (scavenger) receptory pro oxidované LDL. Apoprotein B-100 (LDL) je modifikován aldehydy z lipoperoxidace a je pak rozpoznán úklidovými makrofágy st ny cévní. Navázání oxidovaných LDL vede k aktivaci monocyt a makrofág a stimuluje expresi Mn-SOD, která následn zvyšuje koncentraci H 2 O 2. Tento proces je spojen s masivní apoptózou makrofág, a tím p ispívá k aterosklerotickému poškození cévní st ny. Proces m že být dále zesílen cytokiny a jinými faktory, jako je TNF, interleukin-1, angiotenzin II a interferon, který indukuje tvorbu superoxidu membránov vázanou NADPH oxidázou v endotelových bu kách. Hyperglykemie (diabetes mellitus) zvyšuje tvorbu ROS Na mitochondriálním komplexu II. Interakce kone ných produkt pokro ilé glykace (advanced glycation end products, AGEs) s odpovídajícími receptory (RAGE) na povrchu bun k stimuluje tvorbu ROS a ty snižují hladinu bun ného glutathionu.

Antioxidační systém a jeho insuficience, stárnutí 33 Neurodegenerativní choroby Úloha ROS p i vzniku Parkinsonovy choroby m že spo ívat v reakci neuromelanin s ionty železa, se kterými tvo í komplexy a m ní distribuci t chto iont ve prosp ch komplex vstupujících do Fentonovy reakce. P i ní vzniká hydroxylový radikál. V patogenezi Alzheimerovy choroby mají s velkou pravd podobností význam poruchy redoxní signalizace. Stimulace mitochondriální produkce ROS je sou ástí mechanizmu excitotoxicity neuroexcita ního transmitéru glutamátu. Stárnutí S v kem v organizmu p ibývá poškozených struktur, poškozených nebo složit kompenzovaných funkcí a regula ních poruch. Celý tento vývoj pak kon í smrtí jedince. Velký podíl na mechanizmu tohoto vývoje má stále se posouvající rovnováha mezi oxida ním poškozením a jeho reparacemi. Teorie stárnutí Evolu ní teorie. P irozený vývoj dává p ednost gen m pro reprodukci p ed geny pro ochranu somatických bun k (konstatování, nevysv tlen mechanizmus). Teorie somatických mutací. Kumulace mutací DNA je odpov dná za projevy stárnutí. (Neurony se ned lí, jak vysv tlit jejich degeneraci?). Mitochondriální teorie. Mitochondrie jsou organely vystavené nebezpe í oxida ního stresu. Zárove produkují adu signálních molekul (základ moderní radikálové teorie stárnutí).

34 Antioxidační systém a jeho insuficience, stárnutí OXIDA NÍ STRES NEROVNOVÁHA MEZI TVORBOU OXIDANT, ANTIOXIDA NÍ OCHRANOU A REPARA NÍMI MECHANIZMY AKUTNÍ BUN NÁ SMRT (nekróza, apoptóza) MÍRNÝ A CHRONICKÝ biochemické bludné kruhy vedoucí k postupnému poškození bun ných funkcí BUN NÁ SMRT (nekróza, apoptóza), malignizace MOLEKULÁRNÍ PODKLAD STÁRNUTÍ bludný kruh vzr stajícího poškozování molekul a oxida ního stresu OXIDA NÍ STRES tvorba ROS antioxida ní ochrana repara ní procesy a ROS mnohokrát STÁRNUTÍ HROMAD NÍ PRODUKT OXIDACE karbonylace protein AGEs 4-hydroxynonenal jednou BUN NÁ SMRT APOPTÓZA NEKRÓZA MALIGNIZACE lipofuscin neuromelanin mutace a delece DNA Projevy oxida ního poškození závislé na v ku Hromad ní kone ných oxida ních produkt. Nár st oxida ních modifikací biomolekul sv kem. Zm ny antioxida ní ochrany závislé na v ku.

Antioxidační systém a jeho insuficience, stárnutí 35 Hromad ní kone ných oxida ních produkt Lipofuscin Komplex se železem Fentonova reakce Inhibice lyzozomálních funkcí: zpomalení obm ny mitochondrií hromad ní oxida n zm n ných protein alipid uvoln ní lyzozomálních enzym do cytosolu Nár st oxida ních modifikací biomolekul s v kem Glykace a glykoxidace AGE, karbonylace frekvence mutací jaderné DNA apoptóza nebo nekróza Zm ny v distribuci a v zásobách železa Zm ny antioxida ní ochrany závislé na v ku Vzestup nebo pokles aktivity antioxida ních enzym Celková antioxida ní kapacita citlivost k indukci mutací schopnost opravovat biomolekuly

36 Antioxidační systém a jeho insuficience, stárnutí Kritéria stárnutí Maximální délka života u druhu (Maximal life span potential, MLSP) Intenzita tvorby mitochondriálních oxidant Omezování diety a metabolizmu? Hayflick v fenomén Nové úkoly Vývoj nových molekulárních sond umož ujících vyhodnocení subcelulární lokalizace ROS. Výzkum farmakologických prost edk schopných zasáhnout selektivn ur itý zdroj ROS a ur itou složku antioxida ního systému.

Biochemie zánětu 37 3 Biochemie zánětu Marta Kalousová Znaky zán tu Calor Rubor Tumor Dolor Functio laesa Zán t Reakce organizmu na patogenní inzult uvoln ní mediátor zán tu zpo. krátce vazokonstrikce, pak vazodilatace, zvýšení cévní permeability, exsudace tekutiny migrace leukocyt, fagocytóza, respira ní vzplanutí neutrofil, úloha ROS aktivace koagulace a fibrinolýzy ú ast specifické imunity Ag-Ab,T-lymfocyty reparace i p echod do chronicity

38 Biochemie zánětu Mediátory zán tu Faktory vazopermeability kininy, prostaglandiny, leukotrieny, histamin, anafylatoxiny komplementu Leukotaktické faktory peptidy derivované z komplementového systému, z lymfocyt, bakteriální produkty, št pné produkty fibrinu Komplement Soubor 11 bílkovin krevní plazmy (v tšinou -globuliny, n které jsou proteázy) Kaskádová aktivace pasivní zp tná vazba, rychlá inaktivace C1 inhibitor p i nedostatku angioneurotický edém klasická cesta Ag + Ab (IgM, IgG) Aktivace komplementu C4b2b3b = C5 konvertáza klasické cesty opsonizace C1, C2, C4 lektinová cesta manozové zbytky C5 C3 alternativní cesta st na mikroorganizmu (LPS, polysacharid) faktor B, D, P (properdin) PC3bBb3b = C5 konvertáza alternativní cesty C3b C3a anafylatoxiny C5b + C5a C5b C6 C7 C8 C9 membranolytický komplex

Biochemie zánětu 39 Fagocytóza rozpoznání materiálu chemotaxe adheze ingesce (opsonizace spolupráce s Ab a C) intracelulární rozložení materiálu monocyty-makrofágy (mononukleáry), neutrofily a v menší mí e eozinofily (polymorfonukleáry) Baktericidní aktivita uvnit bun k Obsah lyzozom (lyzozym, laktoferin, kolagenáza, elastáza, myeloperoxidáza, další enzymy) fagolyzozom Respira ní vzplanutí spot eba kyslíku, oxidace glukózy (pentózový cyklus glukóza-6-fosfátdehydrogenáza), aktivace NAPDH oxidázy, následn produkce peroxidu vodíku a FR deficit NADPH oxidázy chronická granulomatózní nemoc Respira ní vzplanutí Aktivace NADPH oxidázy (obsahuje flavocytochrom b 558 ab 245 ) NADPH + O 2 NADP + + O 2 - H 2 O 2 Uvoln ní železa ze zásob Fentonova reakce tvorba hydroxylového radikálu H 2 O 2 + Fe 2+ HO + OH - + Fe 3+ Myeloperoxidáza z fagolyzozom H 2 O 2 + Cl - HClO chloraminy HClO + O 2 - HO + Cl - + O 2 Syntéza NO indukce NOS II (inos) ú inkem cytokin amikrob arginin citrulin + NO OONO - (peroxynitrit) vazodilatace, antimikrobiální ú inky

40 Biochemie zánětu Cytokiny Nap. IL-1, IL-6, TNF- a další Stimulace hypotalamického centra termoregulace hore ka Vliv na syntézu protein akutní fáze v játrech Aktivace komplementu, opsonizace Stimulace myelopoézy a vyplavování leukocyt z kostní d en Zvýšení syntézy protein tepelného šoku fungují jako chaperony (p ispívají k vytvo ení správné konfigurace nov syntetizovaných protein ) Reaktanty (proteiny) akutní fáze Pozitivní PAF asné PAF zvýšení až 1000x CRP, SAA za 6 10 h PAF se st ední dobou odpov di zvýšení 2 4 x 1 - antitrypsin, 1 -antichymotrypsin, kyselý 1 -glykoprotein (orozomukoid), haptoglobin, fibrinogen za 12 36 h Pozdní PAF asi 50% vzestup ceruloplazmin, C3, C4 za 48 72 h Negativní PAF albumin, prealbumin, transferin Reaktanty (proteiny) akutní fáze Inhibitory proteáz uvoln ných z leukocyt v ložisku 1 -AT (elastáza, kolagenáza), 1 -ACHT (katepsin), haptoglobin (katepsin), 2 -makroglobulin Scavengery haptoglobin (Hb), sérový amyloid protein (cholesterol), ceruloplazmin (FR) Imunoregulace CRP, orozomukoid Reparace poškozené tkán orozomukoid (zahájení r stu fibroblast ) Koagula ní faktory fibrinogen

Biochemie zánětu 41 Elektroforéza sérových protein Frakce Albumin 55 69 35 44 1 1,5 4 1 3 2 8 13 5 8 % 7 15 9 18 g/l 4 10 5 12 albumin 1 2 globuliny Zm ny v elektroforéze akutní zán t asná fáze albumin 1 2 globuliny Zm ny v elektroforéze chronický zán t albumin 1 2 globuliny

42 Biochemie zánětu Zm ny v elektroforéze chronický aktivní zán t albumin 1 2 globuliny Chronický zán t možná perzistence cizorodého materiálu p ítomnost lymfocyt, monocyt a plazmatických bun k (u akutního zán tu p evažují polymorfonukleáry) trvalá produkce mediátor zán tu ukládání kolagenu a fibrinu, fibrotizace jizvení HClO NO. H 2 O 2 CRP SAA C3 IL-1, IL-6, TNF- C3b C3a C5b + C5a

Enzymopatie 43 4 Enzymopatie Jiří Kraml Enzymopatie snížení nebo vymizení aktivity enzymu (zvýšení enzymové aktivity) rozd lení podle p í iny mechanizmus poruchy na úrovni genu a enzymu fenotypické projevy (exprese) diagnostika a screening (prevence) hlavní zástupci enzymopatií intracelulární lokalizace enzym lé ba d di ných enzymopatií mnoho etné formy enzym p vod enzym v séru aktivity n kterých vybraných enzym v séru Rozd lení enzymopatií podle p í iny Hereditární Kongenitální Primární Izolované (inborn errors (vrozené) of metabolism, molekulární choroby ) autozomální gonozomální multifaktoriální dominantní recesivní Nehereditární Získané p echodné trvalé Sekundární Sdružené

44 Enzymopatie Mechanizmus poruchy na úrovni genu: strukturní gen bodová mutace inserce, delece báze delece, expanze tripletu transition, transversion (substituce báze) regulace genu mrna není transkribována vadný sest ih (splicing) transkribované RNA na úrovni enzymu: vadný processing bílkovinného prekurzoru vadná posttransla ní úprava enzymu (kovalentní, glykozylace) vadný traffic signály (Blobel) porucha regulace enzymu (allosterická, kovalentní) chybí protektivní protein (chaperon) chybí podjednotka v enzymovém komplexu spole ný prekurzor (sdružený defekt) Sekvenování lidského genomu 1990 2001 HUGO (IHGSC) Nature Celera Genomics (whole genome shotgun WGS) (J. Craig Venter) Science 12.2.2001 první publikované sekvence: chyb lo 10 % euchromatinu a heterochromatin (30 % genomu) haploidní genom: 3. 10 9 bp; ale mén než 5 % jsou kódující sekvence; odhad 30 000 gen pro 90 000 protein (alternativní sest ih splicing) 21.10. 2004 IHGSC Nature: sekvenováno 99 % euchromatinu; 20 % genomu stále nerozlušt no (heterochromatin) zp esn ný odhad: 20 000 25 000 gen www.nature.com/nature/focus/ duben 2004 H-invitational database katalog více než 21 000 lidských gen Odhaduje se, že existuje 3000 4000 geneticky podmín ných chorob. Lokalizace gen n kterých d di ných metabolických chorob na chromozomech Chromozom 6: HFE gen (hemochromatóza) recesivní Chromozom 9: intolerance fruktózy (aldoláza) recesivní galaktosemie (Gal-1-P-uridyltransferáza) recesivní Chromozom 12: fenylketonurie (fenylalaninhydroxyláza) recesivní Chromozom 20: SCID deficience adenozindeaminázy recesivní Chromozom X: G-6-P- dehydrogenáza (hemolyt. anemie) dominantní m. Hunter (iduronátsulfatáza) recesivní Lesch v-nyhan v syn. (HG fosforibozyltransferáza) recesivní www.ncbi.nlm.nih.gov/disease www.geneclinics.org/ www.mic.ki.se/diseases/c18html

Enzymopatie 45 Mitochondriální choroby www.mitomap.org bodové mutace mitochondriálních gen pro trna: MERFF drsná ervená vlákna myopatie (mt trna pro Lys) MELAS encefalomyopatie (mt trna pro Leu) metabolický syndrom (mt trna pro Ile) bodová mutace mt genu v komplexu I: Leberova hereditární optická neuropatie delece a duplikace mt gen v komplexu I a IV: Kearns v-sayre v syndrom myopatie bodová mutace mt genu v podjednotce H + ATP-syntázy: maternální retinitis pigmentosa Avšak v tšina mitochondriálních poruch je zp sobena poruchou jaderných gen (nap. pro komplex IV). Fenotypické projevy (exprese) enzymové poruchy možnosti na úrovni struktury enzymu: enzym chybí (chybí protein) je nefunk ní je mén stabilní (nap. v i vyšší teplot, zm n ph) má zm n né katalytické vlastnosti (specifi nost, K m, ph optimum) podléhá zvýšené degradaci a eliminaci (misfolding, proteazomy) na úrovni regulace aktivity enzymu: primární regulace (allosterie, feedback, kovalentní modifikace) sekundární regulace (chybí hormonální receptor a druhý posel ) terciární regulace (chybí represor): LDL => HMG-reduktáza hem => ALA-syntáza puriny => PRPP-syntáza na úrovni substrátu: intermediátu produktu Diagnostika a screening d di ných enzymopatií na úrovni substrát a metabolit (biochemické a mikrobiol. testy, TLC): hromad ní substrátu ve tkáních, séru (nap. galaktóza-1-p u galaktosemie) vylu ování meziproduktu (nap. fenylpyruvát u PKU, homogentisát u alkaptonurie) nedostatek produktu (nap. Tyr u fenylketonurie PKU) toleran ní testy (podání nemetabolizovatelného substrátu klinické projevy) na úrovni enzym (bu ky, tkán, t lní tekutiny): metody odb ru: krevní elementy, biopsie, amniocentéza, sérum metody stanovení: biochemické, histochemické, imunologické molekulární genová diagnostika: metody odb ru: leukocyty, fibroblasty, tká ové kultury metody stanovení: RFLP, PCR, hybridizace sondy cdna, gene chips význam enzymové diagnostiky: enzymy jako indikátory chorob (sekundárn ) d kaz enzymopatií (primárn )

46 Enzymopatie Prevence d di ných enzymopatií genetické poradenství (antikoncepce, um lá fertilizace) interrupce z genetických indikací v 18. 24. týdnu gravidity po amniocentéze ve 14. 16. týdnu gravidity v asná diagnóza a lé ba po narození (dietní opat ení) P íklady d di ných enzymopatií tezaurismózy, lyzozomální choroby poruchy metabolizmu sacharid aminokyselin lipid purin a pyrimidin hemu (porfyrin a žlu ových barviv) mitochondriální enzymopatie Intracelulární lokalizace enzym cytosol endoplazmatické retikulum (ER) mitochondrie lyzozomy membrány bun k ( áste n extracelulárn : ektoenzymy)

Enzymopatie 47 Choroby ze st ádání tezaurismózy, lyzozomální choroby název chyb jící enzym glykogenózy (8 typ : jaterní, svalové) von Gierke, hepatorenální (typ I) glukóza-6-fosfatáza (endopl. retikulum) Pompe (typ II) generalizovaná kyselá maltáza (lyzozomální) hepatální (typ VI) jaterní fosforyláza (kináza) (cytosol) sfingolipidózy (lyzozomální) gangliosidóza G M1 G M1 - -galaktosidáza Tayova-Sachsova choroba - G M2 ( -N-acetyl-)hexózaminidáza A sfingomyelinóza (Niemann-Pick A,B,C) sfingomyelináza (typ A, B) cerebrosidóza (Gaucher) -glukosidáza (Krabbe) -galaktosidáza (Fabry) -galaktosidáza metachromatická leukodystrofie (sulfatidy) arylsulfatáza A galaktosialidóza (protektivní protein) -galaktosidáza, -neuraminidáza mukopolysacharidózy (lyzozomální) morbus Hurler -L-iduronidáza morbus Hunter iduronátsulfatáza mukolipidózy (lyzozomální) (I sialidóza) -neuraminidáza II inkluzní choroba (I-cell disease) UDP-GlcNAc-fosfotransferáza (Man-6-P) Enzymopatie sacharidového metabolizmu název chyb jící enzym galaktosemie galaktóza-1-fosfáturidyltransferáza fruktosurie (esenciální) fruktokináza hereditární intolerance fruktózy aldoláza (játra) pentosurie L-xylulózareduktáza defekty st evních disacharidáz hereditární defekt laktázy laktáza-florhizinhydroláza ( -glykosidáza) primární hypolaktázie dosp lých sekundární hypolaktázie (získaná) hereditární defekt sacharázy sacharáza-izomaltáza metabolizmus glukózy v erytrocytech nesférocytové hemolytické anemie glukóza-6-fosfátdehydrogenáza pyruvátkináza hexokináza fosfofruktokináza Enzymopatie metabolizmu aminokyselin název chyb jící enzym fenylketonurie (PKU) fenylalaninhydroxyláza (hyperfenylaninemie typ I) leucinóza dekarboxyláza rozv tvených ( choroba javorového sirupu, -ketokyselin ketonurie z rozv tvených aminokyselin) alkaptonurie homogentisátoxygenáza albinizmus (tyrozináza ± ) metylmalonová acidurie metylmalonyl-coa-mutáza (B 12 ) homocystinurie cystathionin- -syntáza (B 6, B 12 ) cystathioninurie cystathionin- -lyáza ( B 6 ) cystinurie (cystin-lyzinurie) renální reabsorpce Cys a bazických AMK poruchy cyklu mo oviny

48 Enzymopatie Vrozené vady lipidového metabolizmu sfingolipidózy (viz choroby ze st ádání) hypolipoproteinemie a-betalipoproteinemie an- -lipoproteinemie hyperlipoproteinemie (dle Havela ) familiální defekt lipoproteinové lipázy (typ I) defekt LPL (chylomikrony) familiální hypercholesterolemie - FH (typ IIa) defekt LDL-receptoru nebo B-100 (cholesterol S > 5,7 mmol/l) familiální dysbetalipoproteinemie (typ III) E2/E2 nereaguje s E-receptorem ( zbytky remnants, široké -lipoproteiny na ELFO) familiální hypertriacylglycerolemie (triacylglyceroly TAG S > 1,9 mmol/l) lehká forma (typ IV) nadprodukce VLDL, metab. syn. t žká forma (typ V) Vrozené vady purinového metabolizmu název chyb jící enzym hyperurikemie (dna) kys. mo ová S > 0,5 mmol/l (zp tná vazba PRPP-syntetázy?) Lesch v-nyhan v syndrom hypoxantin-guanin-fosforibozyltransferáza hypourikemie (xantinurie) xantinoxidáza kys. mo ová S < 0,15 mmol/l SCID vrozená imunodeficience adenozindeamináza Vrozené vady pyrimidinového metabolizmu orotová acidurie (orotáturie) orotidylátdekarboxyláza Vrozené vady metabolizmu hemu Porfyrie název chyb jící enzym (s neuroviscerálními p íznaky) akutní intermitentní porfyrie (hepatální) uroporfyrinogen I syntáza (s fotosenzitivitou) porphyria cutanea tarda (hepatální) uroporfyrinogendekarboxyláza porphyria variegata (hepatální) protoporfyrinogenoxidáza vrozená erytropoetická porfyrie uroporfyrinogen III kosyntáza Hyperbilirubinemie (celkový bilirubin S > 20,5 µmol/l) nekonjugované (nekonjugovaný bilirubin S > 12 µmol/l) Crigler v-najjar v typ I (fatální) UDP-glukuronosyltransferáza typ II (mírn jší defekt) Gilbert v syndrom více p í in konjugované (konjugovaný bilirubin S > 7 µmol/l) Dubin v-johnson v syndrom defekt jaterní sekrece bilirubinu

Enzymopatie 49 Lé ba d di ných enzymopatií symptomatická (dieta, indukce lé ivy, náhrada chyb jícího faktoru vitaminy B) kauzální substituce chyb jících enzym mikrokapsle lipozomy infuze bun k orgánová (bun ná) transplantace genetická oprava somatická vektory: adenovirus (in vivo cystická fibróza) (in vitro + infuze) retrovirus nebezpe í leukemie plazmid-lipozom transfekce elektroporace zárode ná KONTRAINDIKOVÁNA ETICKY Mnoho etné formy enzym enzymy se stejnou (podobnou) substrátovou specifi ností, avšak odlišné fyzikáln chemickými vlastnostmi; vyskytující se u téhož druhu (species) Izoenzymy (izozymy) takové mnoho etné formy enzym, které jsou geneticky determinovány rozdíly v primární struktu e (nejde o posttransla ní modifikaci téže primární struktury): n kdy jde o polymery r zných nebo identických podjednotek (nap. LD) m že jít o individuální varianty (allely) m že jít o orgánovou specializaci (nap. LD, alkalická fosfatáza) Posttransla ní modifikace kovalentní modifikace (fosforylace, glykozylace) proteolytická modifikace (preproenzymy proenzymy enzymy) konforma ní zm ny K mnoho etným formám enzym nepo ítáme komplexy s jinými bílkovinami (nap. s lipoproteiny). P vod enzym v séru specifické pro plazmu (srážecí faktory, cholinesteráza) exkre ní (amyláza, proteázy) bun né: ubikvitérní (laktátdehydrogenáza) tká ov, orgánov specifické (kreatinkináza MB v srdci, alkalická fosfatáza kostní) Vyplavení enzym do krve fyziologicky: sekrecí (z jater) exkre n sekre ní distribucí (z trávicích sekret ) z krevních element (leukocyty: alkalická fosfatáza, dipeptidázy) patologicky: zvýšeným zánikem bun k (nekróza, apoptóza, autolýza: anoxie, porušení membrány, infekce, zán t, nádory, noxy, imunitní reakce) exogenní proteolýzou (aktivací pankreatických enzym ) vlivem žlu i (membránov vázané enzymy) m stnáním (obstrukcí) adaptivní syntézou (indukcí: onkofetální izoenzymy)

50 Enzymopatie Enzymy v séru (mo i) zkratka název aktivita LD laktátdehydrogenáza (LD 1 -LD 5 ) S < 7,7 µkat/l AST aspartátaminotransferáza S < 0,72 µkat/l ALT alaninaminotransferáza S < 0,78 µkat/l CK kreatinkináza S < 4,5 µkat/l (muži, závisí na v ku) S < 2,5 µkat/l (ženy, závisí na v ku) CK-MB CK-MB izoenzym (myokard) S < 0,42 µkat/l GMT -glutamyltransferáza S < 0,84 µkat/l (muži) S < 0,68 µkat/l (ženy) ALP alkalická fosfatáza (ph 9,8) S < 2,2 µkat/l ACP kyselá fosfatáza (ph 5) S < 108 nkat/l (muži) S < 92 nkat/l (ženy) ACP-T tartrát-labilní (prostatická) S < 43 nkat/l (muži) AMS -amyláza (celková) S < 1,67 µkat/l U < 7,67 µkat/l

Poruchy metabolizmu tetrapyrolů, iktery 51 5 Poruchy metabolizmu tetrapyrolů, iktery Evžen Křepela

52 Poruchy metabolizmu tetrapyrolů, iktery

Toto je pouze náhled elektronické knihy. Zakoupení její plné verze je možné v elektronickém obchodě společnosti ereading.