Wykład III węglowodany – slajdy

Insulinooporność – przyczyny:

-Zmniejszona ekspresja receptora insuliny

-Zmniejszona aktywność kinazy tyrozynowej

-Zmiany ufosforylowania IRS-1 i IRS-2

-Zmniejszona aktywność kinazy PI3

-Zmniejszona translokacja GLUT-4

-Zmiana aktywności enzymów wewnątrzkomórkowych

Glukagon i komórki beta w DM2

-Utrata komórek beta i nasekrecja glukagonu

-Postępująca utrata komórek beta związana jest z nieprawidłową sekrecją insuliny

-Wydzielanie glukagonu nie jest inhibowane w okresach poposiłkowych

-Wzrasta wątrobowa produkcja glukozy w okresie głodzenia i nie jest hamowana w okresach poposiłkowych

Insulinooporność – generacja czynników ryzyka:

↑CRP

↑CD40

↑ agregacji płytek

↑ fibrynogen

↑ AWF

↑ F VII

↑ F VIII zakrzep, pęknięcie blaszki

↑ Tissue factor

↑PAI -1

↑Endotelina

↓TPA

↓PG12

↑angiogeneza

↑ aktywności współczulnej

Zespół metaboliczny – Kryteria NCEP ATP III

-Spełnienie 3 z poniższych kryteriów:

• Otyłość brzuszna

Obwód talii: M>102 cm, F>88 cm

• Triglicerydy >= 150 mg/dl

• HDL

M<40 mg/dl, F<50mg/dl

• SBP >= 130 mmHg lub DBP >= 85 mmHg

• FPG >= 110 md/dl (IFG)

Rola trzustki - Amylina:

-Hormon polipeptydowy

-Wydzielany razem z insuliną

-Hamuje wydzielanie glukagonu

-Zwalnia opróżnianie żołądka

• Działanie poprzez OUN

• Silniejsze niż np. GLP-1

-Zwiększa poczucie sytości

• Zmniejsza spożycie pokarmu

• Hamowanie wzrostu masy ciała

-Synteza z pro peptydu – proamyliny (amyloid polypeptide prekursor)

-Odszczepienie aminokwasów N- i C- końców

-Zawiera wiązanie dwusiarczkowe niezbędne dla swojej aktywności

• Degradacja w związku z tym podobna do degradacji insuliny

-Zdolność do spontanicznej polimeryzacji i tworzenia amyloidu

-Polimeryzacji może ulegać prekursor oraz sama amylina

-Apoptoza wysp trzustkowych spotykana w cukrzycy typu II

-Za agregację odpowiedzialne głownie aminokwasy 25-29

Amylina – zastosowania

-Syntetyczny hormon – pramlintyd

-Zamiana aminokwasów 25, 28, 29 na prolinę

• Brak zdolności do formowania amyloidu

-Leczenie cukrzycy typu 1 i 2

-Spowolnienie opróżniania żołądka

-Obniżenie hemoglobiny glikowanej o ok. 0,7 p.p.

-Obniżenie masy ciała

Inne hormony trzustki:

-Somatostatyna

• 14 AA

• Silny inhibitor uwalnia glukagon

• Stymulowany przez: glukozę, argininę, hormony Gi

• Działa antagonistycznie do somatotropiny

-Glukagon

Hormony przeciwdziałające hipoglikemii:

Odpowiedź wczesna :

-glukagon

-adrenalina

Odpowiedź opóźniona

-kortyzol

-GH

Glukagon

• Zwiększa glikemię

• Wydzielany przez komórki alfa

• 29 AA

• Powstaje z 160 AA prekursora – pro glukagonu

-Efekty metaboliczne

• Zwiększa wątrobową glikogenolizę

• Zwiększa glukoneogenezę

• Zwiększa transport aminokwasów

• Zwiększa metabolizm FA

Glukagon:

-Leczenie hipoglikemii u cukrzyków

-Zestaw z glukagonem – 1 mg Sc

-Działanie po 2-3 minutach

Insulina i glukagon:

Działanie	Insulina	Glukagon
Synteza glikogenu	↑	↓
Glikoliza	↑	↓
Lipogeneza	↑	↓
Synteza białek	↑	↓
Glikogenoliza	↓	↑
Glukoneogeneza	↓	↑
Lipoliza	↓	↑
Ketogeneza	↓	↑

Wydzielanie glukagonu

-Glikemia <70 mg/dl

-Wysokie stężenie aminokwasów w osoczu

• Głownie argininy i alaniny

-Stymulacja współczulna i przywspółczulna

-Katecholaminy

-CCK, gastryna, GIP

-Glikokortykoidy

Stan międzyposiłkowy:

-Krótkie głodzenie

• Zużytkowanie wolnej glukozy (15 -20%)

• Rozpad glikogenu (75%)

- Glikemia nocna

• Rozpad glikogenu (75%)

• Glukoneogeneza (25%)

-Przedłużone głodzenie

• W wątrobie zapasy glikogenu <10g

• Jedynym źródłem glukozy jest glukoneogeneza

• Degradacja białek mięśniowych i zużytkowanie AA do glukoneogenezy

• Lipoliza prowadzi do ketogenezy

• Ketony stają się Głownem źródłem energii

Odpowiedź hormonów na obniżanie stężenia glukozy:

Odpowiedź	Granica glikemii	Efekt fizjologiczny	Udział w przeciwdziałaniu
insulina	80 -85 mg%	Ra ( Rd)	Pierwsza linia obrony
glukagon	65 – 70 mg%	Ra	Druga linia obrony
adrenalina	65 – 70 mg%	Ra Rd	Udział w krytycznej obronie
kortyzol, GH	65 – 70 mg%	Ra Rd	Nie krytyczne
wchłanianie pokarmu	50 – 55 mg%	glukozy egzogennej	< 50mg%

Adrenalina:

-Szybkodziałający hormon hiperglikemizujący

-Efekt mediowany przez podwzgórze w odpowiedzi na niskie stężenie glukozy

-Stymulacja układu współczulnego i uwalnianie adrenaliny

-Rozpad glikogenu, glukoneogeneza, uwalnianie glukozy z wątroby

-Glikoliza w mięśniach

-Lipoliza w tkance tłuszczowej

-Obniżenie wydzielania insuliny

-Stymulacja wydzielania glukagonu

Rola kortyzolu i GH:

-Długodziałające hormony hiperglikemizujące

-Regulacja trwa godziny do dni

• Amniejszają zużytkowanie glukozy

Cześć efektów mediowana przez działanie ośrodkowe

Kortyzol

-Hormon steroidowe

• Synteza w korze nadnerczy

• Regulacja – CRF i ACTH

-Zespół Cushinga

• Hiperglikemia

• Insulino oporność

Hormon wzrostu(GH):

-Efekt wczesny – hipoglikemizujący

-Efekt późny – hiperglikemizujący

Gigantyzm i akromegalia – towarzyszy im insulino oporność

• Nietolerancja glukozy – 50%

• Hiperinulinemia – 70%

Leptyna:

-Produkowana przez adipocyty

-Reguluje apetyt poprzez sygnał sytości w podwzgórzu

-Wpływa korzystnie na oksydację FA w mięśniach i na insulino oporność

-Efekty te są zmniejszane przez niewrażliwość na lektynę

-odgrywa rolę w rozwoju różnych czynników ryzyka CVD, w tym nadciśnienia

Adipsyna (ASP)

-ASP – Acylation Stimulation Protein

-Wychwyt I estryfikacja FA

-Promuje odkładanie FA w postaci TG

-Stymuluje syntezę TG poprzez acylotransferazę diacyloglicerolową (DGAT)

-Stymuluje translokację do błony GLUT

-Uwalnianie ASP indukuje HDL

Adiponektyna:

-Homologia ze składnikiem dopełniacza C1q

-Kumuluje się w naczyniach w odpowiedzi na uszkodzenie komórek edotelialnych

-Utrata masy ciała zwiększa jej stężenie

-Obniżone stężenie u osób z CAD

-Korzystne efekty w CAD

• Inhibicja funkcji makrofagów

• Modulacja odpowiedzi zapalnej endotelium

Inhibicja indukowanego TNFalfa wzrostu ekspresji molekuł adhezyjnych

GLIKOZYLACJA BIAŁEK

-Proces obróbki posttranslacyjnej lub kontranslacyjnej białek

-Przebiega bez matrycy

-Zależy od ekspresji enzymów katalizujących reakcję

• Znaczenie:

• Dojrzewanie białek (prawidłowe połafdowanie)

• Eksport białek do poszczególnych organelli

-Stabilizacja białka i wydłużanie okresu półtrwania

-Typy glikozylacji

• N-glikozylacja

• Zależy do liniowej struktury peptydu

• Przyłączenie N-acetyloglukozoaminy do asparaginy

• Sekencja ASN-X-Ser lub ASN-X-THR

• N-glikozylacja

• Zachodzi na wczesnych etapach syntezy białka

• Znaczenie głównie dla fałdowania białka

• Regulacja transportu białka

-N-glikozylacja:

• Synteza glikanu prekursorowego

• Przyłączanie do syntetyzowanego peptydu

• Przycinanie

• Dojrzewanie

• Synteza glikanu prekursorowego

• Prekursor z 14 reszt N-acetyloglukozaminy, mannozy i glukozy

• Przyłączony do dolicholu – polilzoprenoidu kotwiczącego strukturę w błonach ER

• Pierwsze 7 cukrów przyłączonych jest w cytoplazmie poprzez wiązanie pirofosforanowe

• Pochodzą z UDP lub GDP-pochodnych

-N-glikozylacja:

• Oligotransferazy sacharydowe wyszukują sekwencji konsensusowych

• Po ich odszukaniu przenoszą 14-mer z dolicholu na aminokwas

-N-glikozylacja:

• Kolejny etap polega na usunięciu nadmiaru reszt węglowodanowych

• Kontrola fałdowania bialek

• Glikozydaza I i II usuwają dwie terminalne cząsteczki

• Reszta peptydu jest wiązana przez lektyny

• Źle sfałdowane peptydy eksponują reszty mannozy

• Przyłącza się kompleks ERAD i dochodzi do degradacji białka

• Transport do aparatu Golgiego, gdzie następują kolejne modyfikacje

-Typy glikozylacji:

• O-glikozydowe

• Zależy od liniowej struktury peptydu

• Przyłączanie N-acetylogalaktozaminy do aminokwasu posiadającego grupę OH

• Głównie seryny i treoniny

• Brak sekwencji konsensusowej

• Zachodzi na późniejszych etapach biosyntezy białka

GLIKOZYLACJA BIAŁEK – ZABURZE NIA

-Modyfikacje poglikozylacyjne:

• Sulfatacja mannozy i GlcNAc – synteza glikozaminoglikanów

• Acetylacja kwasu sialowego co umożliwia interakcję pomiędzy białkami

• Fosforylacja mannozy i tworzenie mannozo-6-fosforany – sygnał lokalizacji lizosomalnej

-Brak enzymów odpowiedzialnych za degradację glikoprotein w lizosomach na skutek ich nieprawidłowej glikozylacji

-Nagromadzenie glikozaminoglikanów i glikolipidów w lizosomach

-Zaburzenia glikozylacji towarzyszące innym chorobom

-Dlaczego?

-System oznaczania i transportu białek do lizosomów

-Transport głównie hydrolaz z ER

-Oparty o sygnał jakim jest przyłączenie mannozo-6-fosforan

-Szlak mannozo-6-fosforanowy

-Fosforylacja mannozy w aparacie Golgiego

-Szlak mannozo-6-fosforanowy

-Przyłączenie oznakowanego białka do receptora dla M-6-P

-Dwa typy receptorów:

-Cation independent M-6-P receptor (IGF_II R)

-Cation dependent M-6-P R – znaczenie nieznane

-Po związaniu z białkiem tworzą wgłębienia klatrynowe

-Transport do lizosomów

-Szlak mannozo-6-fosforanowy

-W lizosomach zakwaszenie pęcherzyka

-Dysocjacja receptora

-Powrót receptora do aparatu Golgiego

-Podobny mechanizm zachodzi dla białek błonowych – w przypadku internalizacji i transportu do lizosomów

-Typy glikozylacji

• Glikozylacja fosfoseryny – rzadko u krękowców

• C – mannozylacja:

  • Bezpośrednie połączenie atomów węgla aminokwasu i cukru

  • Tryptofan-X-X-tryptofan

• Glipiacja:

  • Połączenie przez mostki z glikofosfatydyloinozytolu (GPI)

  • Łącznikiem jest glukozamina lub mannoza

  • Umożliwia zakotwiczenie białka w błonie dzięki resztom acylowym przyłączonym do fosfatydyloinozytolu

-Zaburzenia glipiacji:

• Nocna napadowa hemoglobinuria

• Niedokrwistość hemololityczna z hemoglobinurią

• Poranny mocz ma najwięcej hemoglobiny

• Brak podjednostki A N – acetyloglukozaminotransferazy fosfatydylonozytolu (PIGA)

• Brak zakotwiczenia białak inhibującego C3b i C4b (DAF)

• Zwiększona wrażliwość na działanie lityczne układu dopełniacza

-Unikalny proces glikozylacji dla tkanek

-Zaburzenia spotykane w nowotworach

-Odmienne glikozylowanie biała – markery nowotworowe

-Zaburzenia w innych stanach

• Dosialowana transferyna – marker alkoholizmu

GLIKACJA BIAŁEK:

-Proces nieenzymatycznego przyłączania węglowodanu do białka

-Szybkość zależy od :

• Temperatury

• Czasu kontaktu

• Stężenia węglowodanu

-Węglowodany mogą występować w postaci pierścieniowej i liniowej

-Formy łańcuchowe glukozy, mannozy i galaktozy posiadają reaktywne grupy aldehydowe (karbonylowe) – są aldozami

-Forma pierścieniowa nie reaguje z innymi donorami reaktywnymi grup chemicznych

-Forma łańcuchowa posiada wolną grupę karbonylową

• Reakcja z innymi związkami

• Reakcja z lizyną i argininą

-Dostępność grup karbonylowych

• Glukoza – 0,002 % w postaci łańcuchowej

• Galaktoza – 0,02 % w postaci łańcuchowej

• Mannoza - 0,005% w postaci łańcuchowej

• Fruktoza- 0,7% w postaci łańcuchowej (ketoza)

-Wiązanie glukozy z gr aminowymi i tworzenie zasad SCHIFFA

-Przegrupowanie Amadori

-Tworzenie AGE

• Powstaje karboksymetylolizyna (CML)

-Tworzenie wiązań poprzecznych pomiędzy białkami

-Konsekwencje:

• Tworzenie kowalencyjnych wiązań sieciujących bialka

• Nieprawidłowa struktura, szczególnie białek pozakomórkowych (ECM)

• Glikacja nukleotydów prowadzi do mutagenezy

• Glikacja lipidów przyśpiesza ich peroksydację

• Zmiana funkcji białek, szczególnie enzymatycznych