Vybrané kapitoly z biochemie

1. Vybrané kapitoly z biochemie Srdce, endotel, kůže, tuková tkáň

2. Svaly: příčně pruhovaný, hladký a srdeční • Převod chemické energie na energii mechanickou • Sval kosterní : mnohojaderná svalová buňka, (syncytium) ohraničená sarkolemou -vzrušivou membránou,obemykající sarkoplasmu, mitochondrie a myofibrily. Myofibrila skládající se asi ze 2000 filament v opakujících se sarkomerách. • Aktin a myosin jsou hlavními bílkovinami svalu • Stah – zkrácení sarkomery

3. Typy svalových vláken • Bílá vlákna (rychlá, glykolytická) : nižší obsah myoglobinu a cytochromů, málo mitochondrií. Krátká doba kontrakce, energie z anaerobní glykolýzy (sprinteři) • Červená vlákna (pomalá, oxidativní) : vyšší obsah myoglobinu a mitochondrií – udržují relativně dlouho trvající kontrakci (myokard). Metabolismus je aerobní (maratonci) • Vzájemný podíl obou typů vláken je různý v různých svalech těla a závisí na funkci svalu a používání svalu (tréninku)

4. Kosterní sval • Svalová kontrakce – spojení myosinového a aktinového vlákna. Relaxace – rozpojení. • Nervový vzruch z nervosvalové ploténky, zvýší se propustnost SR pro Ca2+ (10-4M) • F-aktin (tenké aktinové vlákno) s regulačním proteinem tropomyosinem, třetí složka tenkého filamenta troponin • Troponin C přijímá Ca2+ionty. Změna konformacetroponinového komplexu (Tn = TnC + TnT + TnI). Změna vazby TnI na tropomyosin, vazba aktinu na S1 hlavici myosinu, ta změní konformaci a prudce vzroste ATPasová aktivita

5. Hladký sval • Žádné organizované sarkomery a příčné pruhování • Princip kontrakce podobný, vzájemná reakce myosinu a aktinu, jejich polymerace, relaxace – disociace na monomery. Méně myosinu a více aktinových filament. Nepřítomnost troponinu. Ca2+ ionty se do sarkoplasmy dostávají přes sarkolemu, váží se na kalmodulin (nikoliv troponin), ten aktivuje myosinkinasu, která fosforyluje lehký řetězec myosinu. Fosforylovaný myosin=kontrakce, defosforylovaný myosin=relaxace. • Noradrenalin je regulátorem činnosti hladkého svalu. • NO produkován endotelem působí vasodilatačně

6. Metabolismus svalů • Kosterní : sarkoplasma bohatá na myoglobin glykogen, glykolytické e., ATP a kreatinfosfát ( 50% O2 z celkové spotřeby těla) Hlavní živina glukosa a glykogen. Laktát se Coriho cyklem resyntetizuje v játrech na Glu. Mastné kyseliny (význam při hladovění) L-karnitin důležitý pro využití MK tkáněmi. Nedostatek karnitinu způsobuje ukládání tuku ve svalu. Pozor dialýza – nízkomolekulární látka.

7. Metabolismus svalů • Myokard – převažuje aerobní metabolismus (vysoký obsah myoglobinu a mitochondrií), netvoří se laktát. Nejvíce se utilizují MK (60%) a pouze asi 30% pochází z metabolismu glukosy. Trvalým zdrojem energie jsou ketolátky. • Zdroj Ca2+iontů ECT, citlivý na jejich nedostatek (již po 1 min. se zastavují systoly) • Obsahuje troponin stejně jako kosterní sval

8. Myokard • Metabolickou aktivitu lze sledovat ze spotřeby O2 vztažené na 100 g tkáně (z arteriovenosního rozdílu koncentrací O2 a z krevního průtoku) • Metabolismus svalů ovlivňují hormony. Insulin zvyšuje příjem glukosy a MK do svalu. Kortikoidy způsobují štěpení bílkovin svalů → AK jako substráty pro glukoneogenezi. Katecholaminy podporují glykogenolýzu a lipolýzu.

9. Biochemické markery poškození myokardu • Plazmatická kreatinkinasa (CK), její isoenzymy CK-MM, CK-MB, CK-BB; pro svaly CK-MM, pro myokard CK-MB. Aktivita CK-MB isoenzymu bývá úměrná rozsahu tkáňové odúmrti (8x) u infarktu myokardu, rychle však odeznívá (dny). Aktivita kreatinkinasy se však zvyšuje i po porodu, při sportovním výkonu, po katetrizaci srdce, koronární angiografii a elektr. defibrilaci srdce.

10. Pokrač. • Stěžejní pro dg AIM je typická dynamika (vzestup a pokles) kardiálních ukazatelů (především troponinů cTnI nebo cTnT absolutní mezi 6. a 156. hodinou po vzniku ACS-akutní koronární syndrom) spolu s dalšími projevy (ischemickým syndromem, Q kmitem na EKG) • Stanovení myoglobinu, v časné fázi po vzniku ACS, vyšší diagnostická senzitivita než cTn

15. Endothel I • Vystýlá vnitřní povrch cév (1 kg=1013buněk), metabolicky aktivní, plní řadu fyziol.funkcí • Podíl na regulaci tonu hladké svaloviny, činí vnitřní povrch cév nesmáčivý • V případě poškození (mechanicky, infekčním agens, zánětem)reaguje endothel aktivací – nespecifická odpověď, která činí buňky endothelu prokoagulační (zachování integrity krevního řečiště), prozánětlivé (odpověď na infekci) a relativně propustnější (vyšší permeabilita, adheze leukocytů)

16. Endothel II • Aktivace endothelu může být jak prospěšná, tak škodlivá • Bariérová funkce : řada mezibuněčných spojů (nexy a zonulae adherents). Reaguje na signály z endothelií samých, ale i z adherujících leukocytů. Klíčová role v regulaci prostupnosti endothelu - cadherin 5. Zvýšení prostupnosti endothelu (vyvolané např. zánětlivými cytokiny) umožní diapedesu neutrofilů a zvýší únik intravaskulární tekutiny do intersticia.

17. Endothel III • Regulace vaskulárního tonu : • Endothel produkuje jak vasokonstrikční (endotheliny), tak vasodilatační (NO, PGI2)působky. Jako signál k produkci vasodilatačních působků může vést : napínání krevní cévy, zvýšení krevního průtoku, hypoxie, prozánětlivé cytokiny (IL-1, TNF) • No je produkován za katalýzy eNOS z argininu • Úvaha, že H2O2 působí podobným mechanismem

18. Kůže I • Kůže se skládá z epidermis, dermis a podkoží • V epidermis převládá keratin, nerozpustná bílkovina s α-konformací navlhčená se mění na β-konformaci, keratin kůže je tzv. měkký keratin (oproti keratinu ve vlasech a nehtech) s 2% S. Disulfidické můstky vznikající oxidací cysteinu ho činí zcela nerozpustným. • Pod epidermis – bazální membrána (kolagen IV a laminin)

19. Kůže II • Hlavní součástí koria (dermis) a podkožního vaziva je kolagen I a elastin (pružnost kůže). Dále jsou přítomny proteoglykany (odpovídají za hydrataci kůže). Vrásky – pokles obsahu GAG s věkem. • V podkoží jsou hojné tukové buňky a pigment melanin. • Produktem kožních žláz je kožní maz, vyměšovaný jako olej (produkt androgenů), který na vzduchu tuhne (TAG, cholesterol, jeho estery, fosfolipidy). Ceramid rozhoduje o permeabilitě kůže.

20. Kůže III • Pot – jako produkt potních žláz • Skládá se z K+, urátů, pyruvátu a urokanátu (vyšší koncentrace než v plasmě), Na+, Cl-, dusíkatých látek a glukosy, kyseliny mléčné (antibakteriální účinky) • Metabolismus převážně anaerobní • Zdroj energie : glykogen, glukosa. Glykolýza, ale i pentosofosfátový cyklus (reparace tkáně, lupenka) • Hyaluronidasa – šíření zánětů nebo flegmon

21. Kůže IV • Korium (dermis) místo syntézy lipidů (jejich obsah důležitý pro propustnost kůže pro vodu). MK a glutamin– další zdroje energie. • Glutamin – při urychleném katabolismu (popáleninách) se z kůže vyplavují velká množství glutaminu. • Histidin z kožních bílkovin + melanin přispívají k absorpci UV záření (UV-A filtr) • Zbarvení kůže – obsah melaninu a karotenu, počet krevních cév v dermis a barva krve

22. Kůže V • Melanin – odpovídá za pigmentaci kůže a vlasů, je produktem melanocytů (specializované buňky epidermis), melanin uzavřený v melanosomech, vzniká z tyrosinu tyrosinasou -přeměna na dopu a dopachinon – hnědočervené zabarvení • Maligní melanom – maligně transformovaná pigmentová buňka • Albinismus – nedostatečná tvorba melaninu v kůži a očích

23. Kůže VI • Kalcitriol – zesiluje translokaci Ca2+ proti konc.spádu napříč membránou enterocytu • 7-dehydrocholesterol v epidermis je fotolytickou (neenzymatickou) reakcí (UV záření)převeden na vitamin D3, který je transportován do střeva a jater → zde probíhá 25 hydroxylace (25 OH-D3), ten je transportován do ledvin, kde hydroxylací v pozici 1 je převeden na 1,25(OH)2-D3=kalcitriol - nejúčinnější přirozeně se vyskytující metabolit vitaminu D

24. Metabolismus mléčné žlázy • Mléko je komplikovaný disperzní systém. Obsahuje :kalcium kaseinát , bílkoviny, sacharidy (laktosa),tuk a nízkomolekulární látky. • Mlezivo(kolostrum) má více tuků a imunoglobuliny IgA,IgG a IgM. • Metabolismus : rychlá syntéza MK (z acetylCoA) →TAG, potřeba NADPH (glukosa, pentosafosf.) • U savců jediný případ tvorby laktosy s UDPGal a Glu. • Zdroj energie nejčastěji glutamin

25. Tuková tkáň I • mechanická ochrana a tepelná izolace • skladování energie ve formě TAG a její uvolnění do oběhu pro ostatní tkáně ve formě NEMK • jako endokrinní orgán (sekrece hormonů ad.) • má několik typů buněk-adipocyty, endothel. buňky a makrofágy. • 2 typy tukové tkáně : bílá a hnědá • Bílá tuková tkáň má jednu velkou tukovou vakuolu – hlavní zásobárna energie (většina tukové tkáně) • Hnědá tuková tkáň obsahuje buňky obsahující četné hnědé mitochondrie vedle tukových kapének

26. Tuková tkáň II • Hnědá tuková tkáň : oxiduje substráty cestou CKC v mitochondriích, vytváří protonový gradient, který však není využit pro tvorbu ATP. Zdá se, že je stále „rozptylován“ thermogenním odpojujícím proteinem thermogeninem = UCP (uncoupling protein) • Účastní se metabolismu, v době, kdy je potřeba vytvořit teplo (hibernace, netřesová thermogenese u zvířat v chladu) • U lidí thermogenese vyvolaná stravou (jedí hodně a nikdy neztloustnou, obézní osoby mají hnědou tukovou tkáň výrazně redukovanou)

27. Tuková tkáň III • Metabolismus bílé tukové tkáně. Skladování TAG,uvolňování FFA. Nízká spotřeba kyslíku. • TAG a FFA nejsou ve vodě rozpustné, jejich přítomnost v plasmě je závislá na transportním mechanismu. Nadbytečná koncentrace v plasmě může vést např. k embolii. • Regulace skladování TAG a uvolňování FFA • Skladování TAG : příjem TAG z plasmy a lipogenese de novo z jiných zdrojů (glukosa) • LPL-lipoproteinlipasa, HSL hormon-senz.lipasa

28. Tuková tkáň IV • LPL přichycená na endothel uvolní MK, které difundují přes intersticiální prostor do adipocytu.Uvnitř adipocytu jsou MK opět esterifikovány na TAG. Glycerol pochází z glykolýzy. Aktivita LPL stimulována insulinem. • Mobilizace zahrnuje hydrolýzu – lipolýzu, HSL. • Jsou uvolňovány nejdříve 2 posléze třetí MK a glycerol. MK vstupuje do krve, kde se váže albumin. Glycerol opouští buňku, ale nemůže být znovu esterifikován (není glycerolkinasa). • HSL inhibována dostatkem insulinu

29. Leptin • V roce 1994 bylo zjištěno, že obezita může být způsobena defektním tzv. ob genem. • Gen kódující dosud neznámou bílkovinu u homozygotní myši podlehl jednoduché mutaci a jejím výsledkem byla těžká obezita. • Protein byl nazván leptin –bílá tuková tkáň. • Leptin skrze receptory v hypothalamu způsobí restrikci energetického příjmu a u malých živočišných druhů je i signálem pro zvýšení energetického výdeje • Jednoduchý polypeptidový řetězec, 167 AK

30. Adiponektin • adiponektin je proteinový hormon – upravuje metabolické procesy. Je sekretován tukovou tkání do krve, kde jeho hladina má vyšší koncentrace než je obvyklé u hormonů. Hladina adiponektinu je inversně korelována s BMI. Potlačuje metab. poruchy, které mohou vést k diabetu 2. typu, obezitě, atherosklerose.