Glukostaza

Glukostaza

HOMEOSTAZA

(homoíos - podobny, równy + stásis - trwanie)

Zespół mechanizmów zapewniających stałość pewnego

dynamicznego układu.

dynamicznego układu.

Energia

Energia

Energia

Energia

Węglowodany ~ 4.1 kcal/g

Węglowodany ~ 4.1 kcal/g

Węglowodany ~ 4.1 kcal/g

Węglowodany ~ 4.1 kcal/g

Lipidy ~ 9.3 kcal/g

Lipidy ~ 9.3 kcal/g

Lipidy ~ 9.3 kcal/g

Lipidy ~ 9.3 kcal/g

Dlaczego „glukostaza”?

Energia

Energia

Energia

Energia

Białka ~ 4.1 (5.3) kcal/g

Białka ~ 4.1 (5.3) kcal/g

Białka ~ 4.1 (5.3) kcal/g

Białka ~ 4.1 (5.3) kcal/g

Glukoza jest podstawowym źródłem energii dla mózgu

(komórek glejowych)

http://www.medbio.info/Horn/IntMet/integration_of_metabolism%20v4.htm

Glukoza

5 - 6.5 mM (90-120 mg/dL)

Glikogen i tłuszcze

(zapasy energii)

Szlak

Glikoliza

cykl kwasów

trójkarboksylowych

(energia)

Szlak

pentozofosforanowy

(energia, nukleotydy)

ATP

http://pubs.niaaa.nih.gov/publications/arh27-2/134-142.htm

Hipoglikemia – poniżej 2.5 – 3 mM

•

problemy ze skupieniem uwagi

•

zawroty głowy, zimny pot

•

podwójne widzenie

•

podwójne widzenie

•

drgawki, śpiączka

•

utrata wody

•

osłabienie, senność

•

nudności, wymioty

•

bóle brzucha i głowy

Hiperglikemia: > ~5 mM na czczo lub > 10 mM po posiłku

•

uczucie pieczenia w jamie ustnej,

utrata apetytu, chudnięcie

•

wzrost glikacji i glikozylacji białek

ŹRÓDŁA GLUKOZY:

- pokarm

- glikogen

- glukoneogeneza

(głównie wątroba; nerki):

- synteza z mleczanu,

- synteza z mleczanu,

- aminokwasów glukoneogennych,

- glicerolu

REGULACJA STĘśENIA GLUKOZY WE KRWI

•

3.7-5.0 mM (65-90 mg/dL) – na czczo

•

9-10 mM (160-180 mg/dL) – po posiłku

PODWZGÓRZE – ośrodek głodu i sytości

TRZUSTKA –

insulina

(wzrost wchłaniania glukozy,

glukagon

glikogenogeneza);

glukagon

(glikogenoliza,

glukoneogeneza)

NADNERCZA

–

adrenalina

(glikogenoliza);

kortyzol

(glukoneogeneza)

TKANKA TŁUSZCZOWA –

leptyna

śOŁĄDEK –

grelina

TRZUSTKA

Wyspy trzustkowe; komórki:

A (

α)

α)

α)

α)

–glukagon

B (

β)

β)

β)

β)

– insulina

•

Umożliwienie magazynowania subst. energetycznych w postaci glikogenu i

tłuszczów.

•

Mobilizacja tych rezerw podczas pracy, stresu czy głodu – utrzymanie stęż.

glukozy we krwi na stałym poziomie.

Insulina – hormon anaboliczny

(51 aa)

Glukoza

ATP

Zamknięcie kanałów K

+

Napływ Ca

2+

Egzocytoza

insuliny

depolaryzacja

Transportery glukozy:

GLUT

(

GLU

cose

T

ransporters)

Dyfuzja ułatwiona – zgodnie z gradientem stężeń glukozy

Heksokinaza

– zapewnia niskie stężenie glukozy w komórce

Transportery glukozy: GLUT 1-5

GLUT 1 i 3

– konstytutywny transporter glukozy

(niskie K

m

~ 1 mM);

większość tkanek

GLUT 2

– „sensor glukozy” (wysokie K

m

~ 20 mM),

wątroba, trzustka

(kom.

Β)

GLUT 4

– regulowany przez insulinę, limituje szybkość

GLUT 4

– regulowany przez insulinę, limituje szybkość

poboru glukozy (K

m

~ 5 mM);

mięśnie, tkanka

tłuszczowa

GLUT 5

– transporter fruktozy;

jelito cienkie

GLUT 2

GLUT 2

pozwala trzustce rozpoznać wysokie stężenie glukozy

we krwi i uruchomić jej wchłanianie przez mięśnie i tkankę

tłuszczową.

„Sensor glukozy” - niskie

powinowactwo do glukozy

wątroba, trzustka

Wydzielanie insuliny

GLUT2

GLUT2

insulina

GLUT1

GLUT2

glukoza

ATP

insulina

insulina

insulina

GLUT2

GLUT2

ATP

glukoza

glukoza

insulina

Depolaryzacja i napływ

Ca

2+

GLUT1

GLUT2

glukoza

ATP

glukoza

insulina

insulina

insulina

Główne miejsca działania insuliny

hamowanie

pobudzenie

Insulina aktywuje zużycie glukozy, syntezę

glikogenu, ale także lipidów i białek (wzrost

komórki).

Insulinozależny transport glukozy – GLUT4

•

mięśnie

•

tkanka

tluszczowa

http://www.med.cornell.edu/biochem/mcgraw/insulin-regulated.html

Plejotropowe działanie insuliny

MAP-KKK

MAP-KK

MAP-K

GLUKAGON – 29 aa – hormon kataboliczny

•

Wydzielany pod wpływem:

- hipoglikemii
- kortyzolu
- NA, A
- aminokwasów glukoneogennych (Ala, Ser, Gly, Cys, Thr)

•

Hamowanie wydzielania:

- glukoza

- insulina

Obniżenie stężenia glukozy (a zatem i

insuliny) we krwi

Glukagon

(

komórk

i A

wysp

trzustkowych)

Rozpad glikogenu i wydzielenie glukozy z wątroby

•

Aktywuje syntezę glukozy z prekursorów niewęglowodanowych

•

Hamuje syntezę glikogenu

•

Mobilizuje zapasy w tkance tłuszczowej - trójglicerydy

hamowanie

pobudzenie

Główne miejsca działania glukagonu

Brak receptorów
glukagonu!!!

glukagon

adrenalina

EEKT SYTMULACJI GLIKOGENOLIZY

W WĄTROBIE:

W MIĘŚNIACH:

Fosforylaza b
(nieaktywna)

Fosforylaza b
(nieaktywna)

BRAK GLUKOZO 6-FOSFATAZY!!!

PODWZGÓRZE

•

Ośrodek głodu – oreksygenny – (

jądro brzuszno-boczne

)

(gr. orexis – apetyt, pożądanie)

Pobudzany przez GRELINĘ, hamowany przez LEPTYNĘ, stymuluje
pobieranie pokarmu i glukoneogenezę.

Nadczynność - hiperfagia (skrajna postać – bulimia)

•

Ośrodek sytości – anoreksygenny – (

jądro brzuszno-

przyśrodkowe

)

Stymuluje procesy magazynowania energii: syntezę glikogenu i
tłuszczów, hamuje pobieranie pokarmu (hamując ośrodek głodu), jest
aktywowany przez glukozę.

Nadczynność - afagia, anoreksja

Brzuszno

Brzuszno

Brzuszno

Brzuszno ----

brzuszno

brzuszno

brzuszno

brzuszno ----

-boczne

boczne

boczne

boczne

---- przyśrodkowe

przyśrodkowe

przyśrodkowe

przyśrodkowe

-

sytość

głód

Kanabinoidy

Hamowanie to nie jest bezpośrednie – blokada wydzielania

neuropeptydu Y (NPY) przez jądro łukowate podwzgórza.

NPY - stymulant ośrodka głodu.

Leptyna

PI3K

K

+

K

+

Otwarcie kanałów K

+

Zamknięcie kanałów

Ca

2+

DZIAŁANIE LEPTYNY (cytokina wydzielana przez adipocyty;

leptos – gr szczupły)

PI3K

Neurony

podwzgórza

Kom. B
trzustki

Kubki

smakowe

•

Amfetamina, kokaina; stany zapalne

– stymulacja wydzielania leptyny

•

Etanol, zimno - hamowanie

mózg

żółta tk.
tłuszczowa

trzustka

INSULINA

LEP

LEP

INS

PO LEWEJ – MYSZ Z DEFEKTEM W OBRĘBIE GENU ob (ang.

OBESE), KODUJĄCEGO LEPTYNĘ (HOMOZYGOTA ob/ob)

GRELINA

: hormon „pustego żołądka”

Jej stężenie wzrasta podczas głodu, a po posiłku spada.

•

stymuluje pobieranie pokarmu (zwiększa

łaknienie, pobudza wydzielanie NPY)

•

stymuluje wydzielanie kwasów żołądkowych

•

stymuluje wydzielanie GH

•

stymuluje wydzielanie GH

•

wysoki poziom we krwi ludzi
cierpiących na syndrom Pradera-Williego

SKUTKI DZIAŁANIA: szybki wzrost ilości
przyjmowanego pokarmu i przyrost masy ciała

GRELINA STYMULUJE TEś HIPOKAMP, UŁATWIAJĄC

ZAPAMIĘTYWANIE! Czyli najlepiej uczyć się na czczo i w ciągu dnia...

Zaburzenia regulacji stężenia glukozy we krwi

CUKRZYCA - podwyższony poziom glukozy spowodowany
zaburzeniami w wydzielaniu insuliny (I), działaniu insuliny (II) lub
obiema przyczynami naraz.

•

Typ I – insulinozależna – ok. 10% chorych

•

Typ II – cukrzyca insulinoniezależna – ok. 90% chorych

Choruje 3-4% (w Polsce 1 milion), wzrasta liczba chorych na typ II

Przewlekła hiperglikemia – uszkodzenia: oczu, nerek, nerwów,

serca, naczyń krwionośnych.

Typ II – objawy kliniczne:

osłabienie
infekcje dróg moczowych
zmiany skórne – grzybice, czyraki, świąd skóry
zaburzenia widzenia
zaburzenia potencji

Cukrzyca jest przyczyną prawie 50% amputacji kończyn dolnych (stopa
cukrzycowa)

ŚPIĄCZKA KETONOWA

Przesunięcie metabolizmu wolnych kwasów tłuszczowych w kierunku powstawania
ketonów (

β

-hydroksymaślanu, acetooctanu)

Przekroczenie możliwości wykorzystania i wydalania ⇒ kwasica metaboliczna

Odwodnienie

TERMOSTAZA

UTRZYMANIE PODSTAWOWEJ TEMPERATURY CIAŁA NA STAŁYM

POZIOMIE, POMIMO WAHAŃ POBIERANIA, WYTWARZANIA I

ODDAWANIA CIEPŁA

ODDAWANIA CIEPŁA

•

Człowiek ~36.6

o

C

•

Wahania dobowe ± 0.5~0.7

o

C

(min. ~ 6.00, max. ~ 18.00)

•

Wysiłek: ponad 40

o

C (zwłaszcza w

pracujących mięśniach)

•

Organizmy poikilotermiczne (ektotermiczne) i homeotermiczne

(endotermiczne)

pracujących mięśniach)

•

Regulacja:

- fizjologiczna
- behawioralna

Strefy temperaturowe ciała przy

róznych temperaturach otoczenia.

UTRZYMANIE STAŁEJ TEMPERATURY POCHŁANIA

OKOŁO 50% NASZEJ ENERGII

POBÓR

ENERGII

WYDATKOWANIE

ENERGII

•

GŁÓD/APETYT

•

SYTOŚĆ

•

CZYNNIKI

SPOŁECZNO-

CIEPŁO (~50%)

•

TERMOREGULACJA

SPOŁECZNO-
PSYCHOLOGICZNE

PRACA (~50%)

•

TRANSPORT PRZEZ BŁONY

•

PRACA „FIZYCZNA” (RUCH)

•

PRACA CHEMICZNA

- WZROST
- ZAPASY ENERGETYCZNE (ATP,
FOSFOKREATYNA; GLIKOGEN,
TŁUSZCZ)

MECHANIZMY TRANSFERU ENERGII

ENERGIA

POCHŁONIĘTA Z

OTOCZENIA

ENERGIA

WYPRODUKOWANA

ENERGIA

WYDATKOWANA

=

PROMIENIOWANIE

PROMIENIO-
WANIE

PAROWANIE

PRZEWODZENIE

TEMP.

CIAŁA

PRZEWODZENIE

PRZEWODZENIE

KONWEKCJA

CIAŁA

WEWN.

PRODUKCJA

CIEPŁA

METABO

-LIZM

SKURCZE

MIĘŚNI

PROCESY

REGULOWANE

TERMOGENEZA

BEZDRśENIOWA

TERMOGENEZA

DRśENIOWA

Wytwarzanie i utrata ciepła

•

promieniowanie IR

•

przewodzenie - bezpośredni przepływ energii podczas kontaktu z

innym obiektem

Wytwarzanie energii:

•

termogeneza bezdrżeniowa (przemiana materii lub aktywacja

Utrata energii:

•

parowanie ~ 13% (t otoczenia = 20

o

C); 100% (t otoczenia = 36

o

C)

•

konwekcja ~ 26%

•

promieniowanie ~ 61%

•

termogeneza bezdrżeniowa (przemiana materii lub aktywacja

biaałek rozprzęgających - nie udowodniona u dorosłego człowieka)

•

termogeneza drżeniowa

Wytwarzanie i utrata ciepła

„Ośrodek grzania” w tylnym podwzgórzu -

pobudzany impulsami

z obwodowych termoreceptorów uruchamia mechanizmy grzania:

•

TERMOGENEZA DRśENIOWA - SKURCZE MIĘŚNIOWE

•

TERMOGENEZA BEZDRśENIOWA - PRODUKCJA CIEPŁA
W NARZĄDACH (WZROST PRZEMIANY MATERII

)

REGULACJA TEMPERATURY – OŚRODKI W

PODWZGÓRZU ORAZ RECEPTORY CENTRALNE I

OBWODOWE

W NARZĄDACH (WZROST PRZEMIANY MATERII

)

Także: Skurcz skórnych naczyń krwionośnych oraz wzmożona

nieświadoma aktywność fizyczna, „kulenie się”, „poszukiwanie

słońca”

REGULACJA TEMPERATURY – OŚRODKI W

PODWZGÓRZU ORAZ RECEPTORY CENTRALNE I

OBWODOWE

„Ośrodek chłodzenia” w przednim podwzgórzu

- termodetektory

pobudzane temperaturą krwi. Mechanizmy chłodzenia:

•

PAROWANIE (POCENIE, ZIAJANIE)

•

KONWEKCJA (ROZSZERZENIE POWIERZCHOWNYCH
NACZYŃ SKÓRNYCH)

NACZYŃ SKÓRNYCH)

Także: zahamowanie przyjmowania pokarmów, bezruch, apatia,

„ucieczka do cienia”

OŚRODEK GRZANIA I OŚRODEK CHŁODZENIA –

NEGATYWNE SPRZĘśENIE ZWROTNE

BIAŁKA ROZPRZĘGAJĄCE (UCP – UNCOUPLING PROTEINS,

TERMOGENINY): TRANSPORTERY PROTONÓW

ROZPRZĘGAJĄ SPALANIE SUBSTRATÓW ENERGETYCZNYCH I

PRODUKCJĘ ATP, NIWELUJĄC GRADIENT PROTONÓW W

POPRZEK WEWNĘTRZNEJ BŁONY MITOCHONDRIALNEJ (W

BRUNATNEJ TK. TŁUSZCZOWEJ)

BIAŁKA ROZPRZĘGAJĄCE (UCP – UNCOUPLING PROTEINS,

TERMOGENINY): TRANSPORTERY PROTONÓW

SYNTEZA UCP-1 STYMULOWANA JEST PRZEZ

LEPTYNĘ

Gorączka

– zaburzenie działania ośrodka termoregulacji

Wywoływana przez pirogeny, działające na ośrodek w przednim podwzgórzu.

Cytokiny: głównie interleukiny 1 i 6 => pobudzenie COX-2 (cyklooksygenazy)
=> synteza prostaglandyn => przestawienie termostatu podwzgórzowego na
wyższy poziom

Inhibitory
nieselektywne

Selektywny
inhibitor COX-2