načítání...
nákupní košík
Košík

je prázdný
a
b

E-kniha: Patobiochemie -- Ve schématech - kolektiv; Marta Kalousová

Patobiochemie -- Ve schématech

Elektronická kniha: Patobiochemie -- Ve schématech
Autor: ;

Publikace je určena zejména pro studenty medicíny a byla vytvořena kolektivem předních odborníků 1. LF UK v Praze. Kniha podobného charakteru není tohoto času k dispozici. Existující ... (celý popis)
Titul je skladem - ke stažení ihned
Médium: e-kniha
Vaše cena s DPH:  254
+
-
8,5
bo za nákup

hodnoceni - 0%hodnoceni - 0%hodnoceni - 0%hodnoceni - 0%hodnoceni - 0%   celkové hodnocení
0 hodnocení + 0 recenzí

Specifikace
Nakladatelství: » Grada
Dostupné formáty
ke stažení:
PDF, PDF
Zabezpečení proti tisku: ano
Médium: e-book
Počet stran: 264
Rozměr: 30 cm
Úprava: ilustrace
Vydání: 1. vyd.
Jazyk: česky
ADOBE DRM: bez
ISBN: 80-247-1522-8
Ukázka: » zobrazit ukázku
Popis

Publikace je určena zejména pro studenty medicíny a byla vytvořena kolektivem předních odborníků 1. LF UK v Praze. Kniha podobného charakteru není tohoto času k dispozici. Existující monografie na toto téma jsou příliš rozsáhlé – tato publikace je samozřejmě nemůže nahradit, ale umožňuje zorientovat se v oboru, což je někdy při množství dostupných informací značně problematické. V publikaci jsou uvedené informace naprosto základní a nezbytné pro pochopení, ale i zvládnutí učebních osnov. Najdete zde i unikátní spojení témat ryze teoretických (patobiochemie volných radikálů, apoptóza, enzymopatie) s tématy klinicko-biochemickými a klinickými (zánět, nádorové markery, likvor, metabolické vady a patobiochemie civilizačních onemocnění). Kniha reaguje na potřeby studentů, kteří na chybění podobné publikace v tomto oboru opakovaně upozorňovali.

Předmětná hesla
patologická biochemie
pathobiochemistry
Zařazeno v kategoriích
Recenze a komentáře k titulu
Zatím žádné recenze.


Ukázka / obsah
Přepis ukázky

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 registrovanýmiochranný

mi známkami příslušných vlastníků, což není zvláštním způsobem vyznačeno.

Postupy a příklady v těchto skriptech, rovněž tak informace o lécích, jejich formách, dávkování a aplikaci jsousesta

veny 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

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

7

Předmluva

„Patobiochemie ve schématech“ je určena především studentům lékařských fakult a dalších biomedi

cínských 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,dyslipopro

teinemiích, dědičných poruchách metabolizmu či nádorových markerech. Skriptum má sloužit kpří

pravě 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

8

Co je volný radikál?

molekula, atom, nebo ion schopný samostatné

existence, který obsahuje alespoň jeden

nepárový elektron

O

2

·–

radikál

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.

Patobiochemie volných radikálů 9

1 Patobiochemie volných radikálů

Jan Pláteník

(Green, MJ, Hill HAO;

Meth. Enzymol. 1984, 105,

3–22. Upraveno.)

Superoxid

• 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)

O

2

·–

10 Patobiochemie volných radikálů

Vznik superoxidu z oxyhemoglobinu

Štípek, S. et al.: Antioxidanty a volné radikály ve zdraví a nemoci.

Grada Publishing, Praha, 2000.

hemoglobin kyslík

oxyhemoglobin

dixorepusnibolgomehtem

Respirační vzplanutí fagocytu

NADPH

iNOS

NADPH

oxidáza

NO

O

2

H

2

O

2

HClO

OONO

O

2

.–

NADP

+

arginin citrulin

myeloperoxidáza

proteázy

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

Patobiochemie volných radikálů 11

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:

– Reakce s oxidem dusnatým:

O

2

·–

O

2

·–

+ O

2

·–

+ 2 H

+

→ O

2

+ H

2

O

2

NO· + O

2

·–

→ OONO

(peroxynitrit)

Peroxid vodíku

• Tvorba v těle:

– Dismutace superoxidu (spontánní nebo

katalyzovaná superoxiddismutázou):

–Přímo činností některých enzymů:

• xantinoxidáza

• monoaminooxidáza (MAO)

H

2

O

2

O

2

·–

+ O

2

·–

+ 2 H

+

→ O

2

+ H

2

O

2

Peroxid vodíku

• 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:

– Bezpečné odstranění glutathionperoxidázou nebo

katalázou

H

2

O

2

H

2

O

2

+Fe

2+

→ OH

+ OH· + Fe

3+

hydroxylový radikál

12 Patobiochemie volných radikálů

Hydroxylový radikál

• Vznik v těle:

– Ionizační záření:

– Fentonova reakce:

• Vlastnosti:

– Extrémně reaktivní. Poškozuje biomolekuly blízko

místa svého vzniku.

OH

·

H

2

O

2

+Fe

2+

→ OH

+ OH· + Fe

3+

H

2

O → H· + OH·

Oxid dusnatý

• Vznik v těle:

– NO syntázová reakce:

–Třirůzné NO syntázy:

– NOS I (neuronální, konstitutivní)

– NOS II (fagocyty, inducibilní)

– NOS III (endoteliální, konstitutivní)

NO

·

L-arginin + O

2

+ NADPH → L-citrulin + NADP

+

+NO·

Oxid dusnatý

• Vlastnosti:

NO

·

–Plynnýradikál

– Reakce s kyslíkem na dusitan (pomalá in vivo):

– Reakce s hemovým železem hemoglobinu

(...fyziologická inaktivace):

– Reakce s hemovým železem guanylátcyklázy

(...fyziologické účinky, relaxace hladkého svalstva atd.):

4NO· + O

2

+ 2 H

2

O → 4 NO

2

+ 4 H

+

Hb-Fe

2+

-O

2

+NO·→Hb-Fe

2+

-OONO → Hb-Fe

3+

+NO

3

GC-hem-Fe

2+

+ NO·→ GC-hem-Fe

2+

-NO

Patobiochemie volných radikálů 13

Oxid dusnatý

• Vlastnosti (pokračování):

NO

·

– Reakce se sulfhydrylovou skupinou glutathionu atd. na

nitrosothiol (...transport NO):

– Reakce se superoxidem na peroxynitrit a konečně

hydroxylový radikál (...toxicita):

NO· + GSH → GSNO + H

+

+ e

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

14 Patobiochemie volných radikálů

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

Patobiochemie volných radikálů 15

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

16 Patobiochemie volných radikálů


Výzbroj fagocytu

• Membránová NADPH oxidáza:

• Myeloperoxidáza:

• Proteázy:

– synergizmus mezi ROS and proteázami:

• HClO, R’RNCl → inhibice α1-antitrypsinu

• aktivace metaloproteináz oxidací

2 O

2

+ NADPH → 2 O

2

·–

+ NADP

+

+H

+

H

2

O

2

+ Cl

→ HClO + H

2

O

kyselina chlorná

R’R-NH + HClO → R’RNCl + H

2

O

(N-chloramin)

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?)

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

Patobiochemie volných radikálů 17


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

Železo v těle

• Lidské tělo obsahuje kolem 4 g železa

• Hemoglobin: 70 %

• Myoglobin, cytochromy, enzymy obsahující

hemové nebo nehemové železo: 10 %

%03–02:nitireF•

• Transferin, laktoferin

– „volné” neexistuje

–Fe

II

se oxiduje molekulárním kyslíkem na Fe

III

za vzniku kyslíkových radikálů

–Fe

III

tvoří nerozpustné oxohydroxidy

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

18 Patobiochemie volných radikálů

*


Antioxidační ochrana

• prevence tvorby ROS/RNS (regulace

produkujících enzymů, sekvestrace přechodných

kovů)

• vychytávání, lapání a zhášení radikálů

• reparační systémy (fosfolipázy, proteazom,

enzymy opravující DNA)

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)

TCETCI

Superoxid

Peroxid Fe/Cu

Superoxid

Peroxid Fe/Cu

superoxiddismutáza

glutathionperoxidáza

kataláza

glutathion

tokoferol

askorbát

Antioxidační enzymy & hladiny

glutathionu velmi nízké

tokoferol

askorbát

karotenoidy, kyselina močová,

albumin, glukóza, bilirubin...

low-molecular-weight Fe

přítomno

Sekvestrace železa a mědi:

– transferin, laktoferin

– hemopexin

– haptoglobin

– ceruloplazmin (ferroxidáza)

– Cu vázáno na albumin

Patobiochemie volných radikálů 19


Antioxidační ochrana: vysokomolekulární

endogenní antioxidanty

• Proteiny zacházející s železem a/nebo mědí:

– transferin

– laktoferin

– feritin

– haptoglobin

– hemopexin

– ceruloplazmin

– albumin

• Chaperony

glutathion

peroxidáza

H

2

O

2

H

2

O

glutathion

reduktáza

GS-SG

GSH

transhydrogenáza

NADPH+H

+

NADP

+

NADH+H

+

NAD

+

pentózový cyklus

Antioxidační ochrana: enzymy

• Superoxiddismutáza:

• Cu, Zn-SOD (cytosolová)

• Mn-SOD (mitochondriální)

• EC-SOD (extracelulární)

• Glutathionperoxidáza:

• Kataláza:

O

2

·–

+ O

2

·–

+ 2 H

+

→ O

2

+ H

2

O

2

2 GSH + H

2

O

2

→ GS-SG + 2 H

2

O

2 H

2

O

2

→ 2 H

2

O + O

2

20 Patobiochemie volných radikálů


membránový kompartment: hydrofilní kompartment:

LH

tokoferol

tokoferyl

radikál

LOOH

LOO·

řetězová reakce

lipoperoxidace

askorbát

semidehydro

askorbát

dehydroaskorbát

+e

-

-e

-

dehydroaskorbát

reduktáza

2GSH

GSSG

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

Patobiochemie volných radikálů 21


Úvod

V biologických systémech vþetnČ 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 užiteþné v ĜadČ

katalyzovaných reakcí a pĜi uvolĖování energie ze živin. Jejich

koncentrace je udržována na fyziologické hladinČ antioxidaþním

systémem. Pokud pĜevládne tvorba ROS nebo se zpomalí jejich

odstraĖování, poruší se oxidoredukþní rovnováha, ROS patologicky

oxidují biomolekuly a poruší signální metabolizmus bunČk. Je to stav

oxidaþního stresu, jeden ze základních patogenetických

mechanizmĤ vedoucích k rĤzným onemocnČním (zánČt,

ateroskleróza, hypertenze, degenerativní choroby CNS, maligní

nádory a projevy stárnutí).

Oxidoredukþní prostĜedí

(redoxní stav) buĖky

Je definováno intenzitou oxidaþní zátČže, které jsou

buĖka nebo její oddíl vystaveny (vþetnČ tvorby ROS),

kapacitou antioxidaþního systému a dostupností

redukþních ekvivalentĤ.

22 Antioxidační systém a jeho insuficience, stárnutí22 Antioxidační systém a jeho insuficience, stárnutí

2 Antioxidační systém

a jeho insuficience, stárnutí

Stanislav Štípek


Zdroje Ĝízené produkce ROS

•NADPH oxidáza

• xantinoxidoreduktáza (XOR)

• oxidoreduktázy dýchacího ĜetČzce vnitĜní

mitochondriální membrány

• lipooxygenázy

PĜíklad Ĝízené

produkce superoxidu

ěízení aktivace NADPH

oxidázy signálními cestami

Fosforylace podjednotky

p47 je podstatná pro

sestavení aktivního

membránového komplexu

plazmatická membrána

pĜíslušný

receptor

galektin 3

imunokomplexy

cytokiny

LTB

4

f-Met-Leu-Phe

bakteriální

komponenty,

fragmenty

poškozené

tkánČ

MAP

kinázy

PKC

tyrozinové

kinázy

Ca

2+

p47

p40

p67

p47

p40

p67

P

P

P

Rho

GDI

Rac

GDP

Rho

GDI

p47

p40 p67

Rac

GTP

p22phox

plazmatická membrána

gp91phox

FAD

FADH

Rap1A

O

2

O

2

x

Fe

Fe

Antioxidační systém a jeho insuficience, stárnutí 23


PUFA

MIT

O

2

nTyrPK

pfosfatázy

P

p50 p65

aktivace pĜi pGSSG

(redukþní prostĜedí)

thioredoxin

jaderná

membrána

SRE

(cFos promoter)

SRF

AP-1

PROLIFERACE

DIFERENCIACE

APOPTÓZA

NFNB

p50 p65

Jun

Jun

SRF

TCF

TCF

Fos

Jun

JunJun

TRE

(cJun promoter)

TRE

adhezní molekuly

zánČt

excitotoxicita

syntéza TNFD, IL-2,

IL-8, iNOS

TCF

syntéza

regulaþních

proteinĤ

P

P

P

P

JunJun

fosforylace,

ubiquitinace,

degradace

proteinkinázy

MAPK, JNK

aktivace pĜi

nGSSG

(oxidaþní

prostĜedí)

p50 p65

INB

fosforylace

cytoplazm.

podjednotek

NADH/NADPH

oxidáza

GPx,

PHGPx

ROS

H

2

O

2

SOD

O

2

x



5-lipooxy-

genáza

LOOH

LOH

(neškodné

metabolity)

GSH/GSSG aj.

antioxidanty

GSSG

GSH

GPx

H

2

O

KAT

Prx

n Ca

2+

forbolové

estery

RAGE

PKC DAG

endogenní

lektíny

extracelulární

signály

(hormony,

rĤstové faktory,

cytokiny)

plazmat.membrána

pĜíslušný

receptor

RPTK

XOR

oxidanty

procházející

membránou

(O

2

, H

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.


•askorbát

• tokoferoly

• karotenoidy

• koenzym Q (ubichinon)

• thioly a disulfidy

• lipoová kyselina

•urát

• bilirubin

• flavonoidy

• superoxiddismutázy (SOD)

• glutathionperoxidázy (GPX)

• glutathiontransferázy(GST)

• kataláza (CAT)

Nízkomolekulární látky

Antioxidaþní enzymy

Jiné antioxidaþní proteiny

• transferin

•feritin

• ceruloplazmin

• haptoglobin a hemopexin

ANTIOXIDAýNÍ OCHRANNÝ SYSTÉM

Jiné antioxidaþní mechanizmy

• reparaþní mechanizmy DNA

• apoptóza

ANTIOXIDAýNÍ OCHRANNÝ SYSTÉM

je tvoĜen antioxidanty, tedy látkami, které jsou schopny v relativnČ nízké

koncentraci soutČžit s jinými oxidovatelnými biomolekulami, a tak významnČ

zpomalit nebo inhibovat oxidaci tČchto substrátĤ. Jsou to:

– neenzymové látky, zejména tokoferol (vit. E), karoten,

askorbát (vit. C) a glutathion

– enzymy,které mČní reaktivní formy kyslíku a dusíku (RONS)

vménČ reaktivní produkty

– bunČþné a biochemické ochranné systémy, odstraĖující

nebezpeþné oxidaþnČ poškozené struktury z organizmu

PĜíklady redoxních senzorových

molekul

• Transkripþní faktory

(bakteriální OxyR, SoxR, p53, NFțB)

• Signální molekuly (proteinfosfatázy)

Antioxidační systém a jeho insuficience, stárnutí 25


Nízkomolekulární

antioxidanty

Nízkomolekulární

antioxidanty

(askorbát, tokoferoly, karotenoidy, koenzym Q (ubichinon), thioly

a disulfidy, lipoová kyselina, urát, bilirubin, flavonoidy) poskytují svĤj

elektron reaktivní formČ kyslíku, tím ji inaktivují a samy se zmČní

v relativnČ neškodnou slouþeninu (tokoferylový radikál,

dehydroaskorbát, disulfid apod.). Takto zmČnČné antioxidanty se

þasto regenerují do pĤvodní formy redukcí, dodáním elektronĤ

z živin prostĜednictvím glutathionreduktázy nebo jinými redukþními

reakcemi.

Antioxidaþní enzymy

a jimi katalyzované

reakce

26 Antioxidační systém a jeho insuficience, stárnutí


Superoxiddismutáza

O

2

.

+ O

2

.

= 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 substrátĤ je 4-hydroxynonenal

– reaktivní (toxický) produkt lipoperoxidace.

Antioxidační systém a jeho insuficience, stárnutí 27


Kataláza

Dvouelektronová dismutace:

2 H

2

O

2

= 2 H

2

O + O

2

(peroxizomy)

Peroxidázová reakce:

H

2

O

2

+ ROOH = H

2

O + ROH + O

2

(nízká aktivita s alkylperoxidy)

Jiné antioxidaþní

proteiny

Plazmatické proteiny vážící železo a mČć,

a tím omezující Fentonovu reakci

a poškození biomolekul

VÁŽEPROTEIN

železo a mČćceruloplazmin

hemoglobin a

methemoglobin uvolnČný

z erytrocytĤ

haptoglobin

uvolnČný hemhemopexin

železo a mČćalbumin

železotransferin

28 Antioxidační systém a jeho insuficience, stárnutí


H

2

O

HClO

Cl



poškození tkánČ

O

2

x

+ O

2

x

+ 2H

+

normální

metabolizmus

Fe

2+

H

2

O

2

O

2

x

H

2

O + 1/2O

2

GSSG

GSH

NADPHNADP

KATALÁZA

GLUTATHION

REDUKTÁZA

GLUTATHION

PEROXIDÁZA

SOD

ubichinol

ubichinon

RO

x

PUFA

normální

metabolizmus

HO

x RO

2

x

ROOH

poškození

biomolekul

D-tokoferol

OH

D-tokoferol

O

x

GS

x

GSH

DHA askorbát

GSH

D-lipoát

dihydrolipoát

Fe

3+

Fe

2+ poškození tkánČ

HO

x

O

2

x

O

2

1

H

2

O

2

O

2

E-karoten

E-karotenový

radikál

4-HNE

KATALÁZA

GST

GS

x

Antioxidaþní

systém

Antioxidaþní systém

Je soubor antioxidantĤ všech typĤ, které se

vzájemnČ regenerují a zastupují. Proto je

tĜeba u pacienta znát pĜíþinu selhání této

ochrany a doplnit pouze chybČjící þlánek

systému.

Antioxidační systém a jeho insuficience, stárnutí 29


PĜíklady patologických

pochodĤ vyvolaných oxidaþní

zátČží

• Hypoxie/ischemie a reoxygenace

• Endotelová dysfunkce

– hypertenze (preeklampsie)

–zánČt

– ateroskleróza

• Neurodegenerativní choroby

• Stárnutí

• Poškozená bunČþná signalizace (apoptóza, maligní proliferace)

Pokud je v buĖce zvýšená koncentrace ROS,

biomolekuly se poškozují (oxidují), mČní se jejich

funkce a oxidaþní stres vyvolá chorobný proces

• Nenasycené mastné kyseliny v lipidech se mČní na reaktivní

peroxidy a štČpí na reaktivní deriváty (aldehydy). Tím se mČní fluidita a

propustnost membrán a vlastnosti membránových proteinĤ.

• V proteinech se oxidují sulfhydrylové skupiny, aminoskupiny

a hydroxylují se benzenová jádra – mČní se jejich konformace a funkce,

agregují a síĢují se a reagují se železem. MČní se aktivita enzymĤ

a iontových pump. Do bunČk vnikají kalciové ionty.

• VDNAse modifikují dusíkaté báze, štČpí se cykly bází i deoxyribózy.

Vznikají mutace, poruchy proteosyntézy.

• Poruchy bunČþné signalizace. Patologicky zmČnČný oxidoredukþní

stav buĖky nebo kompartmentu mĤže modifikovat funkci biomolekul bez

oxidaþního (ireverzibilního) poškození pouze tím, že se oxidují jejich

redoxní senzory (-SH, FeS komplexy) a zmČní se jejich konformace. Tím

se zmČní vazebné schopnosti signálních molekul a aktivita enzymĤ.

ZmČní se exprese genĤ.

PĜibližné koncentrace RONS

v orgánech za fyziologických

podmínek

RONS KONCENTRACE

3

O

2 10 PM

O

2

x

0,01–0,001 nM

H

2

O

2

1–100 nM

NO pod 5 nM

RONS = reactive oxygen and nitrogen species.

30 Antioxidační systém a jeho insuficience, stárnutí


• Na luminálním povrchu endotelu je navázána

xantinoxidoreduktáza. Pokud se v tomto místČ tvoĜí ROS,

stimuluje se jejich tvorba i endotelovou NADPH oxidázou.

V endotelu se indukuje syntéza adhezivních molekul, a tím se

pĜivolají a aktivují polymorfonukleáry (další zdroj ROS). Aktivace

polymorfonukleárĤ je souþástí vývoje zánČtu.

ZánČt

Hypertenze, vznik peroxynitritu

O

2

.

+ NO

.

= OONO

Superoxid reaguje s oxidem dusnatým, a tím snižuje

koncentraci tohoto vazodilatátoru (zvýší se krevní tlak)

a antikoagulaþního faktoru. Vzniká velmi toxický

peroxynitrit reagující jako hydroxylový radikál.

Hypoxie/ischemie a reoxygenace

•PĜi nízké koncentraci kyslíku se utlumí dýchací ĜetČzec

v mitochondriích a ve tkáni se rychleji degraduje ATP na

hypoxantin a xantin (substráty xantinoxidázy XOD).

Z nedostatku ATP vázne odstraĖování kalciových iontĤ

z cytosolu, Ca

2+

aktivuje transformaci xantindehydrogenázy

na XOD. PĜi reoxygenaci je dodán další substrát XOD – kyslík,

který XOD redukuje na superoxid.

Antioxidační systém a jeho insuficience, stárnutí 31


Ateroskleróza

Multifaktoriální onemocnČní charakterizované

ztrátou elasticity a ztluštČním cévní stČny. Cévní

oblasti postižené touto nemocí obsahují

mononukleáry, proliferující buĖky hladké svaloviny

a zmnožení komponent mezibunČþné hmoty.

Ateroskleróza je obecnČ považována za chronické

zánČtlivé onemocnČní a souvisí s urþitými

rizikovými faktory, jako je hyperlipidemie, diabetes

a hypertenze.

Ateroskleróza a oxidaþní stres

•Oxidaþní stres indukuje expresi proteinkináz, jako je focal

adhesion kinase, a vnitrobunČþných adhezivních molekul,jako

je ICAM-1.

• Invaze monocytĤ a T-lymfocytĤ je jeden z þasných dČjĤ v rozvoji

aterosklerotického poškození cévy. Monocyty, makrofágy

abuĖky 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 stČny cévní.

• Navázání oxidovaných LDL vede k aktivaci monocytĤ a

makrofágĤ a stimuluje expresi Mn-SOD, která následnČ zvyšuje

koncentraci H

2

O

2

. Tento proces je spojen s masivní apoptózou

makrofágĤ, a tím pĜispívá k aterosklerotickému poškození

cévní stČny. Proces mĤže být dále zesílen cytokiny a jinými

faktory, jako je TNF, interleukin-1, angiotenzin II a interferon,

který indukuje tvorbu superoxidu membránovČ vázanou NADPH

oxidázou v endotelových buĖkách.

• Na mitochondriálním komplexu II.

• Interakce koneþných produktĤ pokroþilé glykace

(advanced glycation end products, AGEs)

s odpovídajícími receptory (RAGE) na povrchu

bunČk stimuluje tvorbu ROS a ty snižují hladinu

bunČþného glutathionu.

Hyperglykemie (diabetes mellitus)

zvyšuje tvorbu ROS

32 Antioxidační systém a jeho insuficience, stárnutí


Teorie stárnutí

• Evoluþní teorie. PĜirozený vývoj dává pĜednost genĤm

pro reprodukci pĜed geny pro ochranu somatických bunČk

(konstatování, nevysvČtlen mechanizmus).

• Teorie somatických mutací. Kumulace mutací DNA je

odpovČdná za projevy stárnutí. (Neurony se nedČlí, jak vysvČtlit

jejich degeneraci?).

• Mitochondriální teorie. Mitochondrie jsou organely

vystavené nebezpeþí oxidaþního stresu. ZároveĖ produkují Ĝadu

signálních molekul (základ moderní radikálové teorie stárnutí).

Stárnutí

S vČkem v organizmu pĜibývá poškozených struktur,

poškozených nebo složitČ kompenzovaných funkcí

a regulaþních poruch. Celý tento vývoj pak konþí smrtí

jedince. Velký podíl na mechanizmu tohoto vývoje má stále se

posouvající rovnováha mezi oxidaþním poškozením a jeho

reparacemi.

Neurodegenerativní choroby

• Úloha ROS pĜi vzniku Parkinsonovy choroby mĤže spoþívat

v reakci neuromelaninĤ s ionty železa, se kterými tvoĜí komplexy

a mČní distribuci tČchto iontĤ ve prospČch komplexĤ

vstupujících do Fentonovy reakce. PĜi ní vzniká hydroxylový

radikál.

• V patogenezi Alzheimerovy choroby mají s velkou

pravdČpodobností význam poruchy redoxní signalizace.

Stimulace mitochondriální produkce ROS je souþástí

mechanizmu excitotoxicity neuroexcitaþního transmitéru

glutamátu.

Antioxidační systém a jeho insuficience, stárnutí 33


BUNċýNÁ SMRT

(nekróza, apoptóza),

malignizace

AKUTNÍ

MÍRNÝ

A CHRONICKÝ

biochemické bludné kruhy

vedoucí k postupnému

poškození bunČþných

funkcí

BUNċýNÁ SMRT

(nekróza, apoptóza)

OXIDAýNÍ STRES

NEROVNOVÁHA MEZI TVORBOU OXIDANTģ, ANTIOXIDAýNÍ

OCHRANOU A REPARAýNÍMI MECHANIZMY

OXIDAýNÍ STRES

Ĺtvorba ROS

Ļantioxidaþní ochrana

Ļreparaþní procesy

a ROS

HROMADċNÍ

PRODUKTģ

OXIDACE

karbonylace proteinĤ

AGEs

4-hydroxynonenal

lipofuscin

neuromelanin

mutace a delece DNA

APOPTÓZA

NEKRÓZA

MALIGNIZACE

mnohokrát

STÁRNUTÍ

jednou

BUNċýNÁ

SMRT

MOLEKULÁRNÍ PODKLAD STÁRNUTÍ

bludný kruh vzrĤstajícího poškozování molekul a oxidaþního stresu

Projevy oxidaþního poškození

závislé na vČku

• HromadČní koneþných oxidaþních produktĤ.

•NárĤst oxidaþních modifikací biomolekul

svČkem.

•ZmČny antioxidaþní ochrany závislé na vČku.

34 Antioxidační systém a jeho insuficience, stárnutí


ZmČny antioxidaþní ochrany

závislé na vČku

• Vzestup nebo pokles aktivity

antioxidaþních enzymĤ

• Celková antioxidaþní kapacita

– citlivost k indukci mutací

– schopnost opravovat biomolekuly

NárĤst oxidaþních modifikací

biomolekul s vČkem

• Glykace a glykoxidace

– AGE, karbonylace

– frekvence mutací jaderné DNA

– apoptóza nebo nekróza

•ZmČny v distribuci a v zásobách železa

HromadČní koneþných

oxidaþních produktĤ

Lipofuscin

• Komplex se železem – Fentonova reakce

• Inhibice lyzozomálních funkcí:

– zpomalení obmČny mitochondrií

– hromadČní oxidaþnČ zmČnČných proteinĤ

alipidĤ

– uvolnČní lyzozomálních enzymĤ do cytosolu

Antioxidační systém a jeho insuficience, stárnutí 35


• Maximální délka života u druhu

(Maximal life span potential, MLSP)

• Intenzita tvorby mitochondriálních

oxidantĤ

– Omezování diety a metabolizmu?

• HayflickĤv fenomén

Kritéria stárnutí

• Vývoj nových molekulárních sond umožĖujících

vyhodnocení subcelulární lokalizace ROS.

• Výzkum farmakologických prostĜedkĤ

schopných zasáhnout selektivnČ urþitý zdroj

ROS a urþitou složku antioxidaþního systému.

Nové úkoly

36 Antioxidační systém a jeho insuficience, stárnutí


Znaky zánČtu

• Calor

• Rubor

• Tumor

• Dolor

• Functio laesa

ZánČt

Reakce organizmu na patogenní inzult

• uvolnČní mediátorĤ zánČtu

•zpoþ. krátce vazokonstrikce, pak vazodilatace, zvýšení

cévní permeability, exsudace tekutiny

• migrace leukocytĤ, fagocytóza, respiraþní vzplanutí

neutrofilĤ, úloha ROS

• aktivace koagulace a fibrinolýzy

•úþast specifické imunity – Ag-Ab,T-lymfocyty

reparace þi pĜechod do chronicity

Biochemie zánětu 37

3 Biochemie zánětu

Marta Kalousová


Mediátory zánČtu

• Faktory vazopermeability

kininy, prostaglandiny, leukotrieny, histamin,

anafylatoxiny komplementu

• Leukotaktické faktory

peptidy – derivované z komplementového

systému, z lymfocytĤ, bakteriální produkty, štČpné

produkty fibrinu

Komplement

• Soubor 11 bílkovin krevní plazmy

(vČtšinou ȕ-globuliny, nČkteré jsou

proteázy)

• Kaskádová aktivace – pasivní zpČtná

vazba, rychlá inaktivace

• C1 inhibitor –pĜi nedostatku angioneurotický edém

Aktivace komplementu

klasická cesta alternativní cesta

Ag + Ab (IgM, IgG) stČna mikroorganizmu

(LPS, polysacharid)

faktor B, D, P (properdin)

C3

C3a

C3b

C5 C5b + C5a

C4b2b3b = C5 konvertáza

klasické cesty

PC3bBb3b = C5 konvertáza

alternativní cesty

C5b C6 C7 C8 C9

membranolytický komplex

anafylatoxiny

opsonizace

lektinová cesta

manozové zbytky

C1, C2, C4

38 Biochemie zánětu


Fagocytóza

• rozpoznání materiálu

• chemotaxe

• adheze

• ingesce

• intracelulární rozložení materiálu

monocyty-makrofágy (mononukleáry), neutrofily

a v menší míĜe eozinofily (polymorfonukleáry)

(opsonizace – spolupráce s Ab a C)

Baktericidní aktivita uvnitĜ bunČk

• Obsah lyzozomĤ

(lyzozym, laktoferin, kolagenáza, elastáza,

myeloperoxidáza, další enzymy)

o fagolyzozom

• Respiraþní vzplanutí

n spotĜeba kyslíku, oxidace glukózy (pentózový

cyklus – glukóza-6-fosfátdehydrogenáza),

aktivace NAPDH oxidázy, následnČ produkce

peroxidu vodíku a FR

deficit NADPH oxidázy – chronická granulomatózní

nemoc

Respiraþní vzplanutí

• Aktivace NADPH oxidázy (obsahuje flavocytochrom b

558

ab

245

)

NADPH + O

2

o NADP

+

+ O

2

·

H

2

O

2

•UvolnČní železa ze zásob – Fentonova reakce

tvorba hydroxylového radikálu

H

2

O

2

+ Fe

2+

o HO

·

+ OH

-

+ Fe

3+

• Myeloperoxidáza z fagolyzozomĤ

H

2

O

2

+ Cl

-

o HClO chloraminy

HClO + O

2

·

o HO

·

+ Cl

-

+ O

2

• Syntéza NO

·

– indukce NOS II (iNOS) úþinkem cytokinĤ

amikrobĤ

arginin o citrulin + NO

·

OONO

-

(peroxynitrit)

vazodilatace, antimikrobiální úþinky

Biochemie zánětu 39


Cytokiny

•NapĜ. IL-1, IL-6, TNF-Į a další

• Stimulace hypotalamického centra termoregulace

o horeþka

• Vliv na syntézu proteinĤ akutní fáze v játrech

• Aktivace komplementu, opsonizace

• Stimulace myelopoézy a vyplavování leukocytĤ

z kostní dĜenČ

• Zvýšení syntézy proteinĤ tepelného šoku –

fungují jako chaperony (pĜispívají k vytvoĜení

správné konfigurace novČ syntetizovaných

proteinĤ)

Reaktanty (proteiny) akutní fáze

Pozitivní PAF – n

• ýasné PAF – zvýšení až 1000x – CRP, SAA – n za 6–10 h

• PAF se stĜední dobou odpovČdi – zvýšení 2–4 x – Į

1

-

antitrypsin, Į

1

-antichymotrypsin, kyselý Į

1

-glykoprotein

(orozomukoid), haptoglobin, fibrinogen – n za 12–36 h

• Pozdní PAF – asi 50% vzestup – ceruloplazmin, C3, C4 –

n za 48–72 h

Negativní PAF – p

• albumin, prealbumin, transferin

Reaktanty (proteiny) akutní fáze

• Inhibitory proteáz uvolnČných z leukocytĤ

v ložisku – Į

1

-AT (elastáza, kolagenáza), Į

1

-ACHT

(katepsin), haptoglobin (katepsin), Į

2

-makroglobulin

• Scavengery – haptoglobin (Hb), sérový amyloid

protein (cholesterol), ceruloplazmin (FR)

• Imunoregulace – CRP, orozomukoid

• Reparace poškozené tkánČ – orozomukoid

(zahájení rĤstu fibroblastĤ)

• Koagulaþní faktory – fibrinogen

40 Biochemie zánětu


Elektroforéza sérových proteinĤ

5–129–18Ȗ

4–107–15ȕ

5–88–13Į

2

1–31,5–4Į

1

35–4455–69Albumin

g/l%Frakce

albumin Į

1

Į

2

ȕȖglobuliny

ZmČny v elektroforéze

akutní zánČt – þasná fáze

albumin Į

1

Į

2

ȕȖglobuliny

ZmČny v elektroforéze

chronický zánČt

albumin Į

1

Į

2

ȕȖglobuliny

Biochemie zánětu 41


ZmČny v elektroforéze

chronický aktivní zánČt

albumin Į

1

Į

2

ȕȖglobuliny

Chronický zánČt

• možná perzistence cizorodého materiálu

•pĜítomnost lymfocytĤ, monocytĤ

a plazmatických bunČk (u akutního zánČtu

pĜevažují polymorfonukleáry)

• trvalá produkce mediátorĤ zánČtu

• ukládání kolagenu a fibrinu, fibrotizace – jizvení

CRP SAA

IL-1, IL-6, TNF-Į

HClO

NO

.

H

2

O

2

C3

C3a

C3b

C5b + C5a

42 Biochemie zánětu


Enzymopatie

– snížení nebo vymizení aktivity enzymu

– (zvýšení enzymové aktivity)

–rozdČlení podle pĜíþiny

– mechanizmus poruchy na úrovni genu a enzymu

– fenotypické projevy (exprese)

– diagnostika a screening (prevence)

– hlavní zástupci enzymopatií

– intracelulární lokalizace enzymĤ

–léþba dČdiþných enzymopatií

– mnohoþetné formy enzymĤ

–pĤvod enzymĤ v séru

– aktivity nČkterých vybraných enzymĤ v séru

Hereditární Kongenitální Primární Izolované

(inborn errors (vrozené)

of metabolism,

„molekulární

choroby“)

– autozomální

– gonozomální

– multifaktoriální

– dominantní

– recesivní

Nehereditární Získané Sekundární Sdružené

–pĜechodné

–trvalé

RozdČlení enzymopatií podle pĜíþiny

Enzymopatie 43

4 Enzymopatie

Jiří Kraml


na úrovni genu:

strukturní gen

– bodová mutace

– inserce, delece báze

– delece, expanze tripletu

– transition, transversion (substituce báze)

regulace genu

– mRNA není transkribována

– vadný sestĜih (splicing) transkribované RNA

na úrovni enzymu:

– vadný „processing“ bílkovinného prekurzoru

– vadná posttranslaþní úprava enzymu (kovalentní, glykozylace)

– vadný „traffic“ – signály (Blobel)

– porucha regulace enzymu (allosterická, kovalentní)

– chybí protektivní protein (chaperon)

– chybí podjednotka v enzymovém komplexu

–spoleþný prekurzor (sdružený defekt)

Mechanizmus poruchy

Sekvenování lidského genomu

1990–2001 – HUGO (IHGSC) – Nature

Celera Genomics (whole genome shotgun – WGS)

(J. Craig Venter) – Science

12.2.2001 – první publikované sekvence: chybČlo 10 % euchromatinu

a heterochromatin (30 % genomu)

haploidní genom: 3 . 10

9

bp; ale ménČ než 5 % jsou kódující sekvence;

odhad 30 000 genĤ pro 90 000 proteinĤ (alternativní sestĜih – splicing)

21.10. 2004 – IHGSC Nature: sekvenováno 99 % euchromatinu;

20 % genomu stále nerozluštČno (heterochromatin)

zpĜesnČný odhad: 20 000–25 000 genĤ

www.nature.com/nature/focus/

duben 2004 – H-invitational database – katalog více než 21 000 lidských genĤ

Odhaduje se, že existuje 3000– 4000 geneticky podmínČných chorob.

Lokalizace genĤ nČkterých

dČdiþných 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

LeschĤv-NyhanĤv syn. (HG – fosforibozyltransferáza) – recesivní

www.ncbi.nlm.nih.gov/disease

www.geneclinics.org/

www.mic.ki.se/Diseases/c18html

44 Enzymopatie


Mitochondriální choroby www.mitomap.org

bodové mutace mitochondriálních genĤ pro tRNA:

MERFF – „drsná þervená 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 genĤ v komplexu I a IV:

KearnsĤv-SayreĤv syndrom – myopatie

bodová mutace mt genu v podjednotce H

+

– ATP-syntázy:

maternální retinitis pigmentosa

Avšak vČtšina mitochondriálních poruch je zpĤsobena

poruchou jaderných genĤ (napĜ. pro komplex IV).

Fenotypické projevy (exprese)

enzymové poruchy – možnosti

na úrovni struktury enzymu:

– enzym chybí (chybí protein)

–je nefunkþní

–je ménČ stabilní (napĜ. vĤþi vyšší teplotČ, zmČnČ pH)

–má zmČnČné katalytické vlastnosti (specifiþnost, 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

dČdiþných enzymopatií

na úrovni substrátĤ a metabolitĤ (biochemické a mikrobiol. testy, TLC):

–hromadČní substrátu ve tkáních, séru (napĜ. galaktóza-1-P u galaktosemie)

–vyluþování meziproduktu (napĜ. fenylpyruvát u PKU, homogentisát u alkaptonurie)

– nedostatek produktu (napĜ. Tyr u fenylketonurie – PKU)

–toleranþní testy (podání nemetabolizovatelného substrátu – klinické projevy)

na úrovni enzymĤ (buĖky, tkánČ, tČlní tekutiny):

– metody odbČru: krevní elementy, biopsie, amniocentéza, sérum

– metody stanovení: biochemické, histochemické, imunologické

molekulární genová diagnostika:

– metody odbČru: leukocyty, fibroblasty, tkáĖové kultury

– metody stanovení: RFLP, PCR, hybridizace – sondy cDNA, gene chips

význam enzymové diagnostiky:

– enzymy jako indikátory chorob (sekundárnČ)

–dĤkaz enzymopatií (primárnČ)

Enzymopatie 45


Prevence dČdiþných enzymopatií

genetické poradenství (antikoncepce, umČlá fertilizace)

interrupce z genetických indikací v 18.–24. týdnu gravidity

po amniocentéze ve 14.–16. týdnu gravidity

vþasná diagnóza a léþba po narození (dietní opatĜení)

PĜíklady dČdiþných enzymopatií

tezaurismózy, lyzozomální choroby

poruchy metabolizmu

sacharidĤ

aminokyselin

lipidĤ

purinĤ a pyrimidinĤ

hemu (porfyrinĤ a žluþových barviv)

mitochondriální enzymopatie

Intracelulární lokalizace enzymĤ

cytosol

endoplazmatické retikulum (ER)

mitochondrie

lyzozomy

membrány bunČk (þásteþnČ extracelulárnČ:

ektoenzymy)

46 Enzymopatie


„Choroby ze stĜádání“ – tezaurismózy,

lyzozomální choroby

název chybČjící enzym

glykogenózy (8 typĤ: 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

-ȕ-galaktosidáza

Tayova-Sachsova choroba - G

M2

(ȕ-N-acetyl-)hexózaminidáza A

sfingomyelinóza (Niemann-Pick A,B,C) sfingomyelináza (typ A, B)

cerebrosidóza (Gaucher) ȕ-glukosidáza

(Krabbe) ȕ-galaktosidáza

(Fabry) Į-galaktosidáza

metachromatická leukodystrofie (sulfatidy) arylsulfatáza A

galaktosialidóza (protektivní protein) ȕ-galaktosidáza,Į-neuraminidáza

mukopolysacharidózy (lyzozomální)

morbus Hurler Į-L-iduronidáza

morbus Hunter iduronátsulfatáza

mukolipidózy (lyzozomální)

(I – sialidóza) Į-neuraminidáza

II – „inkluzní choroba“ (I-cell disease) UDP-GlcNAc-fosfotransferáza (Man-6-P)

Enzymopatie sacharidového

metabolizmu

název chybČjící enzym

galaktosemie galaktóza-1-fosfáturidyltransferáza

fruktosurie (esenciální) fruktokináza

hereditární intolerance fruktózy aldoláza (játra)

pentosurie L-xylulózareduktáza

defekty stĜevních disacharidáz

hereditární defekt laktázy laktáza-florhizinhydroláza (ȕ-glykosidáza)

primární hypolaktázie dospČlých

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 chybČjící enzym

fenylketonurie (PKU) fenylalaninhydroxyláza

(hyperfenylaninemie typ I)

leucinóza dekarboxyláza rozvČtvených

(„choroba javorového sirupu“, Į-ketokyselin

ketonurie z rozvČtvených aminokyseli



       
Knihkupectví Knihy.ABZ.cz - online prodej | ABZ Knihy, a.s.
ABZ knihy, a.s.
 
 
 

Knihy.ABZ.cz - knihkupectví online -  © 2004-2018 - ABZ ABZ knihy, a.s. TOPlist