Lehninger Principles of Biochemistry Fourth Edition

Hormónastýring og samþætting efnaskipta

1

Lehninger Principles of BiochemistryFourth Edition

Chapter 23:Hormonal Regulation and

Integration ofMammalian Metabolism

David L. Nelson and Michael M. Cox


2

Hlutverk og stýring helstu efnaskiptaferla

1) Glýkólýsa Orkugjafi við loftfirrtar aðstæður, leggur til pýrúvat til oxunar og kolefnisgrind til efnasmíðarStýrt af fosfófrúktókínasa-1

2) SítrónusýruhringurFullbruni fæðuefna, leggur einnig til hráefni til efnasmíðarStýrt af ATP, en myndunarhraða þess er stýrt af ADP

(respiratory control)

3) PentósaferliLeggur til ríbósa til kjarnsýru- og kóensímasmíðar og afoxandi efni

(NADPH)Stýrt af upphafsskrefi


3

Hlutverk og stýring helstu efnaskiptaferla - 2

4) Nýmyndun glúkósaViðhald blóðsykurs milli málaStýrt af frúktósa-1,6-bisfosfatasa

5) Smíð og niðurbrot glýkógensOrkuforði sem fljótlegt er að grípa tilUndir samhæfðri stýringu stigmögnunarferlis sem er sett af stað af hormónum

6) Nýsmíð og niðurbrot fitusýraOrkuforði til lengri tíma, helsta brenni vöðva sem starfa loftháðNýsmíð stýrt af sítrati og ATP (hindra)Losun fitusýra úr fituvef einkum stýrt af hormónanæmum lípasa


4


5


6


7

Efnaskiptaferli

Flest efnaskiptaferli eru ógagnhverfFerli niðurbrots og nýsmíðar eru ólíkFerlin hafa skuldbindingarskref (committed steps) sem eru ógagnhverf stýriskrefFerlunum er stýrtFerlin eru staðsett í ólíkum frumuhlutum

Efnaskiptahringir – samanburður á sítrónusýruhring og þvagefnishringSjá efni um þvagefnishring


8


9

Nokkur lykilefni eru á vegamótum í efnaskiptum

Helst þessara efna eru glúkósa-6-fosfat, pýrúvat, asetýl-CoA og oxalóasetatHvaðan koma þau og hvert fara þau? Hvernig tengjast þau innbyrðis?Teiknið sjálf þessi vegamót og tengið þau samanSýnið einhverf skrefHvað gerist í frymi og hvað í mítókondríum?Þannig getið þið útbúið efnaskiptakort með helstu aðalatriðum


10

Tilhögun efnaskipta í helstu líffærum


11

Tilhögun efnaskipta í helstu líffærum

1) Lifur er fjölhæft og ósérhlífið líffæri - helstu hlutverk:Að sjá heila og vöðvum fyrir brenni milli mála og í föstu með geymslu og niðurbroti glýkógens og með nýmyndun glúkósa

Smíð fitusýra sem flytjast með VLDL til geymslu í fituvef Smíð ketónefna til oxunar utan lifrarLifur brennir amínósýrur/fitusýrur fremur en glúkósa eða ketónefni


12

Afdrif glúkósa-6-fosfats í lifur


13

Afdrif amínósýra í lifur


14

Afdrif fitusýra í lifur


15

Tilhögun efnaskipta í helstu líffærum2) Fituvefur geymir og losar þríglýseríð

Þarf glúkósa til þríglýseríðasmíðar


16

Tilhögun efnaskipta í helstu líffærum 3) Vöðvar nota glúkósa við snögga, loftfirrta áreynslu, fitusýrur og einnig ketónefni í hvíld og við stöðuga, loftháða áreynslu


17

Tilhögun efnaskipta í helstu líffærum 3) Vöðvar geyma glýkógen til eigin þarfa


18

Tilhögun efnaskipta í helstu líffærum4) Heili notar nær eingöngu glúkósa, nema í langvinnri föstu, þá eru ketónefni einnig notuð, þó ekki eingöngu


19

Tegundir vöðvaþráða og einkenni þeirra varðandi orkuöflun og eldsneytisval

I IIA IIB

Enskt heiti “slow oxidative” “fast oxidative” “fast glycolytic”“slow-twitch” “fast-twitch”

Litur rauður rauður ljósOrkugjafi ildisháð fosfórýlering ildisháð fosfórýlering glýkólýsaMítókondríur margar margar fáarHáræðar margar milli fáarMýóglóbínmikið mikið lítið lítiðGlýkógeninnihald lítið milli mikiðGlýkólýsuvirkni lítil milli mikilÞríglýseríðaforði mikill milli lítill

Gerð IIA er fremur sjaldgæf í mönnumGerð I er í dökkum vöðvum í fuglum og við ugga í fiskum,

en gerð II er í ljósum vöðvumGerð I er algengari í maraþonhlaupurum og púlshestum

Gerð IIA er algengari í spretthlaupurum og veðhlaupahestum


20

Alfa-aktinín er flokkur vöðvapróteina sem binst aktíni. Alfa-Aktinín-3 er óvirkt í mörgu fólki, einkum af evrópskum uppruna, en virkt í Afríkubúum og góðum spretthlaupurum.

Þeir sem vantar genið eru betri langhlauparar.


21

Eldsneytisval rákótts vöðva:

Eftir máltíð: glúkósiMilli mála: fríar fitusýrur, amínósýrurLangvinn fasta: fríar fitusýrur, ketónefniSúrefnisþurrð: glúkósi, eigið glýkógen


22

Áhrif líkamsáreynslu

Samanburður á eldneytisvali við spretthlaup og langhlaup er lærdómsríkur

Við snögga áreynslu, spretthlaup eða kraftlyftingar gengur fyrst á fosfókreatínbirgðir, en síðan á glýkógenbirgðir

Efnaskiptin eru loftfirrt, pH lækkar og laktat hækkar


23

Við snögga áreynslu, spretthlaup eða kraftlyftingar gengur fyrst á fosfókreatínbirgðir


24

Áhrif líkamsáreynslu 2

Að lokinn snöggri loftfirrtri áreynslu eykst súrefnisneysla (oxygen debt)Þetta er einkum vegna endurmyndunar fosfókreatíns í vöðvum á kostnað ATPÞess vegna eru menn móðir og másandi í nokkrar mínútur eftir stutt spretthlaupSíðan tekur við nýmyndun glúkósa frá laktati sem vöðvinn myndar loftfirrt, tekur langan tíma


25

Hvað gerist eftir snögga áreynslu? Cori-hringrás er virk

Við snögga áreynslu, spretthlaup eða kraftlyftingar gengur fyrst á fosfókreatínbirgðir, en síðan á glýkógenbirgðir

Efnaskiptin eru loftfirrt, pH lækkar og laktat hækkar

Síðan tekur við nýmyndun glúkósa frá laktati sem vöðvinn myndar loftfirrt, tekur langan tíma


26

Áhrif líkamsáreynslu 3

Við langvinna áreynslu, maraþonhlaup eða í þolæfingum er notuð blanda: glúkósi frá glýkógenbirgðum og fitusýrur

Glýkógenbirgðir einar nægja ekki til að hlaupa maraþonLágur blóðsykur veldur hækkun hlutfalls glúkagon/insúlíns, fitusýrur oxast

Í lok maraþonhlaups eru glýkógenbirgðir næstum þrotnar


27

Flutningshlutverk blóðs

Blóð flytur

súrefni frá lungum til vefja, koldíoxíð frá vefjum til lungna, næringarefni frá görn til vefja, næringarefni milli vefja,úrgangsefni frá vefjum til nýrna, lungna og svitakirtlahormón frá innkirtli til marklíffæris


28

Frumur:Rauðar frumur (erythrocytes) flytja súrefniHvítar frumur (leukocytes)hluti af varnarkerfi líkamansBlóðflögur (platelets, thrombocytes)taka m. a. þátt í blóðsegamyndun (coagulation)

Plasma:vökvi sem inniheldur ekki frumursölt og snefilefni

næringarefni/úrgangsefni

prótein

Samsetning blóðs


29

Stýring blóðsykursMólmassi glúkósa er 180

90 mg/100 ml = 5 mM

Ef blóðsykur fer fer niður fyrir40 mg/100 ml (2,2 mM)er hætta á ferðum


30

Hormónastýring efnaskiptaferla

1) Insúlín er mettunartákn, örvar smíð glýkógens, fitu og próteina

2) Glúkagon er hungurtákn, örvar losun glúkósa úr lifur

3) Katekólamín (adrenalín og noradrenalín) eru streitutákn örva losun glýkógens úr vöðvum og losun fitusýra úr fituvef hindra upptöku glúkósa í vöðva sem notar fitusýrur sem losna úr fituvef


31

Hormónastýring efnaskiptaferla 2

Þessi hormón (peptíð, prótein, katekólamín) komast ekki inn í frumurÞau tengjast viðtökum á himnu á markfrumum og virka með innri boðefnum sem oft setja af stað stigmögnunarferli inni í frumum

Stera- og skjaldkirtilshormón komast inn í frumur, tengjast viðtökum inni í frumum og hafa áhrif á genatjáningu


32

Sérhæfing, verkaskipting og samspil líffæra leysa ýmis efnaskiptavandamál sem verða til vegna áreynslu, langvinnrar föstu eða í sykursýki


33

Hvað gerist hvænær?

Hvað gerist strax eftir máltíð?Hvað gerist milli mála og eftir næturlanga föstu?Hvað gerist í langvinnri föstu, í streitu og við mikla líkamsáverka?


34

Hvað gerist strax eftir máltíð? Lifrin smíðar fitu

Losun insúlíns örvast,losun glúkagons minnkar

Smíð glýkógens eykst.smíð fitu eykst


35

Hvað gerist milli mála og eftir næturlanga föstu? Lifrin smíðar glúkósa

Seyting glúkagons eykst,seyting insúlíns minnkar.

Glýkógen og nýmyndunglúkósa halda uppi blóðsykri.

Um 50% glúkósa fer til heila, um 20% til vöðva ogum 20% til rauðra blóðfrumna

Vöðvi og fituvefur eru insúlínháðir, heili og rauðar blóðfrumurekki


36

Hvað gerist eftir næturlanga föstu? Cori-hringrás og glúkósa-alanín hringrásir eru virkar


37

Hvað gerist í langvinnri föstu, í streitu og við mikla líkamsáverka?

Glúkósi er losaður úr öllum hugsanlegum birgðum.

Laktat, amínósýrur og glýseról eru notuð til nýmyndunar glúkósa

Fitusýrur og ketónefni eru notuð sem orkugjafar.

Við mikla líkamsáverka eyskt niðurbrot vöðvapróteina.Amínósýrurnar eru notar til að gera við skemmda vefi, en einnig til nýmyndunar glúkósa.


38

Sérhæfing, verkaskipting og samspil líffæra


39

Insúlín er mettunartákn, örvar smíð glýkógens, fitu og próteina


40

Glúkagon er hungurtákn, örvar losun glúkósa úr lifur


41

Katekólamín (adrenalín og noradrenalín) eru streitutákn örva losun glýkógens úr vöðvum og losun fitusýra úr fituvef hindra upptöku glúkósa í vöðva sem notar fitusýrur sem losna úr fituvef


42

Aðlögun efnaskiptaferla í langvarandi föstu er að sumu leyti sambærileg við efnaskiptaraskanir í sykursýki

Forgangsatriði í langvarandi föstu

1) Heila og rauðum blóðfrumum er séð fyrir nægilegum glúkósa

2) Reynt er að varðveita prótein


43


44

Atburðarás í langvarandi föstu

1) Fyrsta sólarhring tæmast glýkógenbirgðir, blóðsykur lækkar, nýmyndun glúkósa í lifur örvast og losun þríglýseríða úr fituvef Lifur og vöðvar brenna fitusýrur Vöðvaprótein brotna niður, með því móti fæst glúkósi úr glúkógenískum amínósýrum


45


2) Eftir þriggja sólarhringa föstu fer lifur að mynda ketóna og heili og hjarta að brenna þá Það fer að draga úr niðurbroti vöðvapróteina


46


3) Eftir nokkurra vikna föstu eru ketónefni mikilvægur orkugjafi heila Glúkósaþörf heila er minni og niðurbrot próteina minna Rúmur helmingur af orkuþörf heila kemur frá ketónefnum Þörf er á oxalóasetati til að ketónefni geti brunnið

Þríglýseríðabirgðir ráða mestu um úthald í föstu


47

Hvað gerist í langvinnri föstu?

Fyrsta sólarhring tæmast glýkógenbirgðir, blóðsykur lækkar, nýmyndun glúkósa í lifur örvast og losun þríglýseríða úr fituvefLifur og vöðvar brenna fitusýrur Vöðvaprótein brotna niður, þannig fæst glúkósi úr glúkógenískum amínósýrumEftir þriggja sólarhringa föstu fer lifur að mynda ketóna og heili og hjarta að brenna þáÞað fer að draga úr niðurbroti vöðvapróteinaEftir nokkurra vikna föstu eru ketónefni mikilvægur orkugjafi heila Glúkósaþörf heila er minni og niðurbrot próteina minnaRúmur helmingur af orkuþörf heila kemur frá ketónefnum Þörf er á oxalóasetati til að ketónefni geti brunnið Þríglýseríðabirgðir ráða mestu um úthald í föstu


48

Eftir þriggja sólarhringa föstu fer lifur að mynda ketóna og heili og hjarta að brenna þá


49

Asetóasetat getur tapað CO2 og myndað asetón

Asetón nýtist ekki, en skilst út í þvagi og útöndunarlofti sem lyktar af asetóni

Þetta gerist í langvinnri föstu og ómeðhöndlaðri sykursýki


50

Efnaskiptaraskanir í ómeðhöndlaðri sykursýki stafa af hlutfallslegum skorti insúlíns og ofgnótt glúkagons

Þær eru sambærilegar við efnaskiptaástand í langvarandi föstu


51

Flokkun sykursýki – sykursýki 1 og sykursýki 2

Sykursýki 1 er insúlínháð, greinist snemma á ævinni, almennt talin vera sjálfsofnæmissjúkdómur

Sykursýki 2 er insúlínóháð, greinist um miðjan aldur


52

Hvað gerist í sykursýki?

Glúkósi kemst ekki inn í frumur í vöðvum og fituvef

Glýkólýsa gengur hægar en nýmyndun glúkósa hraðar

Glúkósi skilst út í þvagi og vökvi tapast

Fitusýrur losna úr fituvef og eru brenndar

Niðurbrot próteina eykst

Myndun ketónefna eykst og pH fellur


53

Þeir uppgötvuðu insúlín


54

Insúlín er framleitt íbeta-frumum briskirtils,en glúkagon í alfa-frumum

Hormónarnir fara út í portæð og lifrin er fyrsta líffærið sem þeir berast til

Flutningur glúkósa inn í beta-frumur briskirtils er mjög háður glúkósastyrk í blóði (Glucose transporter 2, GLUT 2)


55

Insúlín og glúkagon eru mikilvægustu

hormónarnir sem stýra blóðsykursstyrk

Þau hafa öndverð áhrifInsúlín er mettunartáknGlúkagon er hungurtákn


56


57

Glúkósi í blóði stýrir seytingu insúlíns.

Flutningur glúkósa inn í beta-frumur briskirtils með GLUT 2 (Glucose transporter 2)

er mjög háður glúkósastyrk í blóði

Þessi mynd sýnir meiri smáatriði en þið þurfið á að halda


58

Flutningskerfi glúkósa

GLUT-1 Flestar frumur, t. d. rauðar blóðfrumur Km um 1-2 mM Tryggir flutning glúkósa í frumur við lágan blóðsykurssyrk

GLUT-2 Lifur, beta-frumur briskirtils Km um 15-20 mM Flutningur háður glúkósastyrk

GLUT-3 Margar frumur, einkum heili Svipaður og GLUT-1

GLUT-4 Vöðvar, fituvefur Km um 5 mM Insúlín fjölgar viðtökum í

fitufrumum og vöðva

GLUT-5 Þekjufrumur mjógirnis Km (frúktósi) > 10 mMFlytur glúkósa og frúktósa í blóðrásVinnur með Na+-háðum symporter (SGLT-1) sem flytur glúkósa úr

meltingarvegi inn í þekjufrumur mjógirnis


59

Glúkósi er hvarfagjörn sameind

Glýkósýlering próteina gerist án ensímhvötunar (non-enzymic protein glycosylation)

Ruglið þessu ekki saman við ensímhvatta, sérhæfða ábót sykra á glýkóprótein


60

Glúkósi hvarfast við amínóhópa próteina

Glýkósýlerað hemóglóbín (Hb AIc) er mælikvarði á blóðsykursstyrk undanfarna tvo mánuðiGlýkósýlerað albúmín (serum frúktósamín) er mælikvarði á blóðsykursstyrk undanfarna daga

Glýkósýleruð prótein hafa aðra eiginleika en eðlileg próteinHugsanlegt er að langlíf prótein, kollagen í stoðvef, elastín í æðaveggjum, krystallín í augasteini geti glýkósýlerast og að þær breytingar valdi röskun á starfsemi próteinanna


61


62

Sykurþolspróf eru notuð til að greina sykursýki


63

Skyndimælar eru afar gagnlegirfyrir sykursjúka


64

Strimlar eru notaðir til að mæla ketóna (og sykur) í þvagi


65

Hormón stýra matarlyst - þau kallast adipokines

Leptín er framleitt í fituvefÞað hefur áhrif á viðtaka í undirstúku sem hemja matarlyst

Adipónektín er framleitt í fituvef Það hefur áhrif á AMP-háðan próteinkínasa, AMPK, sem er mikilvægur gangráður efnaskiptaAMPK örvar oxun fitusýra og dregur úr fitusýrusmíð

Ghrelín er framleitt í maga og örvar hungurtilfinningu

Peptíð YY (PYY) er framleitt í mjógirni og ristli og dregur úr hungurtilfinninguMikil próteinneysla örvar framleiðslu á PYY


66


67

Leptín hemur matarlyst,dregur úr fitusýrusmíð,örvar oxun fitusýra

Ef fituvefur eykst, eykst framleiðsla leptíns, matarlyst minnkar, fitusýrusmíð minnkar,fitubrennsla eykst

Ef fituvefur minnkar, minnkar leptínframleiðsla, matarlyst eykst, fitusýrusmíð eykst,fitubrennsla minnkar


68

Of feit mús með með gallað leptíngen vegur 67 grömm, hin vegur 35 grömm


69

Adipónektín er framleitt í fituvef

Adípónektín hefur áhrif á AMP-háðan próteinkínasa, AMPK, sem er mikilvægur gangráður efnaskipta


70

AMPK dregur úr fitusýrusmíð


71

Ghrelín hækkar rétt fyrirvenjulega matmálstima,lækkar svo snögglega

Insúlín hækkar strax eftir máltíð,lækkar svo hratt


72

Hvernig á að grenna sig? Það er ekki auðvelt, en það er kleift!

Borða minna, en ekki svelta sigLíkaminn túlkar of litla fæðu sem hungursneyð, lagar sig að henni og efnaskiptahraði minnkarBorða sem samsvarar 1500-200 kcal/dag eða brenna 500-1000 kcal umfram neyslu


73

Hvernig á að grenna sig?

Heppilegt er að minnka neyslu á fitu, einkum mettaðri, íbættum sykri og áfengiVið vitum vel í hvaða fæðutegundum þessa kaloríugjafa er að finnaBest er að samsetning fæðu sé eðlilega fjölbreytt og í samræmi við manneldismarkmiðGalli við megrunarkúra þar sem mjög lítilla kolhýdrata er neytt er hætta á lágum blóðsykriEinnig getur orðið blóðsýring af völdum ketónefnaKúrarnir virka einkum vegna minni matarlystar og minni fæðuinntöku

Gott er að breyta um lífsstíl, en það getur verið erfitt


74

Hann gat breytt um lífsstíl!


75

Hvernig á að grenna sig?

Öll áreynsla og hreyfing eru til bóta, en í fitubrennslu verður hún að vera það mikil að fólk finni fyrir henniÁreynslan verður að vera það langvinn að fólk brenni fitu, 30-120 mín. 2-4 sinnum í vikuÞað er vont, það er vont, en það venst! (Einkunnarorð Hlaupaklúbbs Vesturbæjar)

Ekki búast við kraftaverkum!Raunhæft markmið er að grennast um hálft kíló á viku, í mesta lagi eitt kílóEitt kíló af blautum fituvef samsvarar 7000 kcal


76

Eftir hlaupið


77

Líkamsþyngdarstuðull (body mass index, BMI) er þyngd (kg)/(hæð[m])2

BMI < 18 einstaklingur er of grannur, 20-25 gott holdafar, 25-30 of þungur, 30-40 of feitur, > 40 sjúkleg offita

Lehninger Principles of Biochemistry Fourth Edition

Documents