Glukostaza
Glukostaza
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 – poniŜej 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
•
UmoŜliwienie magazynowania subst. energetycznych w postaci glikogenu i
tłuszczów.
•
Mobilizacja tych rezerw podczas pracy, stresu czy głodu – utrzymanie stęŜ.
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 stęŜeń glukozy
Heksokinaza
– zapewnia niskie stęŜenie 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 stęŜenie 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 zuŜycie glukozy, syntezę
glikogenu, ale takŜe lipidów i białek (wzrost
komórki).
InsulinozaleŜny 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
ObniŜenie stęŜenia 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, poŜądanie)
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
Ŝółta 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 Ŝołądka”
Jej stęŜenie wzrasta podczas głodu, a po posiłku spada.
•
stymuluje pobieranie pokarmu (zwiększa
łaknienie, pobudza wydzielanie NPY)
•
stymuluje wydzielanie kwasów Ŝołądkowych
•
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 stęŜenia glukozy we krwi
CUKRZYCA - podwyŜszony poziom glukozy spowodowany
zaburzeniami w wydzielaniu insuliny (I), działaniu insuliny (II) lub
obiema przyczynami naraz.
•
Typ I – insulinozaleŜna – ok. 10% chorych
•
Typ II – cukrzyca insulinoniezaleŜna – 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 moŜliwości 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 bezdrŜeniowa (przemiana materii lub aktywacja
Utrata energii:
•
parowanie ~ 13% (t otoczenia = 20
o
C); 100% (t otoczenia = 36
o
C)
•
konwekcja ~ 26%
•
promieniowanie ~ 61%
•
termogeneza bezdrŜeniowa (przemiana materii lub aktywacja
biaałek rozprzęgających - nie udowodniona u dorosłego człowieka)
•
termogeneza drŜeniowa
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
)
TakŜe: Skurcz skórnych naczyń krwionośnych oraz wzmoŜona
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)
TakŜe: 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
wyŜszy poziom
Inhibitory
nieselektywne
Selektywny
inhibitor COX-2