a ketolýza

Poruchy metabolismu purinů,
pyrimidinů; porfyrie;
poruchy ketogeneze a ketolýzy
biochemie hladovění
Pavel Ješina
ÚDMP 1.LF UK a VFN Praha
Otázky
•
•
•
•
Poruchy metabolismu kyseliny močové.
Poruchy metabolismu purinů a pyrimidinů.
Porfyrie jaterní a kožní
Patobiochemie hladovění, poruchy ketogeneze
a ketolýzy
Nukleové báze
imidazol
Nukleosidy
Nukleotidy
Inosin!!!!!
Uridin!!!!!!!
Význam nukleotidů
• Nositelé informace
DNA/RNA
• Univerzální zdroj
energie (ATP 30 kJ/mol)
• Druhý posel: cGMP a
cAMP
• Koenzymy a přenos
zbytků (např.AdoMet)
http://www.benbest.com/health/cycAMP.gif
Buněčný cyklus a syntéza P/P
Recyklace („salvage pathway“)
De novo biosynthesa
PRPP = 5-fosforibosylpyrofosfát
• Puriny: první
krok v IMP
syntéze
• Pyrimidiny:
poslední krok
v syntéze UMP
• úloha v
recyklaci
http://ead.univ-angers.fr/~jaspard/Page2/COURS/2N2NH3aaetUree/2Figures/9AAaromatiques/8PRPP.gif
Syntéza a odbourání P/P
Prekursory
Nukleotidy
(IMP, UMP)
Jiné nukleotidy
Volné báze
Produkty
odbourání
Metabolismus purinů a pyrimidinů
puriny
pyrimidiny
PRPP
1.krok
poslední krok
produkt
IMP
UMP
lokalizace
cytoplazma
cytoplazma + 1 enzym
v mitochondrii
produkty
odbourávání
kyselina močová,
amoniak
CO2, amoniak, -AIanin
-aminoizobutyrát
purinosom
http://arthritis-research.com/content/figures/ar1909-2.gif
http://scienceblogs.com/moleculeoftheday/images/gout-cartoon.jpg
Dna = athritis urica
http://scienceblogs.com/moleculeoftheday/images/gout-cartoon.jpg
Kys.močová
• Trioxopurin
• Keto/enol forma
• Fysiologické pHurát sodný
• Omezená
rozpustnost
• Vychytávač
volných radikálů
http://0.tqn.com/d/chemistry/1/0/M/R/1/Uric_acid.jpg
Urátové konkrementy
http://img.medscape.com/pi/emed/ckb/pediatrics_general/980683-983759-669.jpg
http://img.medscape.com/slide/migrated/editorial/cmecircle/2006/4933/images/edwards/slide006.gif
Renální reabsorpce a sekrece KM
• Hyperurikémie
• Nízká exkreční frakce
kys.močové
• Normální profil purinů a
pyrimidinů v moči
http://img.medscape.com/article/705/178/705178-fig1.jpg
Hyperurikémie
Familiární juvenilní hyperurikemická nefropatie (FJHN)
dna a progresivní nefropatie
začátek v dětství/adolescenti, renální selhání (20.-40.r.)
hyperurikémie a snížená exkreční frakce kys.močové
Hypourikémie
Renální hypourikémie
transportní porucha
zvýšená clearence kys.močové
izolovaný defekt/kombinovaný (Fanconiho sy, cystinóza,
Wilsonův sy, hereditární intolernce fruktózy, …)
získaná – SIADH; léky, toxické postižení (těžké kovy), malignity
Dna
Klinický syndrom s prim.hyperurikémií, arthritidou a nefropatií
Primární dna; deficit HPRT, zvýšená ktivit PRPPS, FJHN, familiární dna
Dědičné metabolické poruchy
purinů
Superaktivita PPRP synthasy
•
William N Nyhan, Bruce A Barshop, Pinar T Ozand (eds). Atlas of metabolic diseases, 2nd
edition. London: Hodder Arnold, 2005
Superaktivita PPRP synthasy
• X-vázaná porucha
• Hyperaktivita enzymu
(aktivující mutace)
• Hyperurikémie, dna
• Neurologické
postižení
• Hluchota
• PMR, autizmus
William N Nyhan, Bruce A Barshop, Pinar T Ozand (eds). Atlas of metabolic diseases, 2nd edition. London: Hodder Arnold, 2005
Deficit adenylosukcinátlyázy
Deficit ADSL
• AR onemocnění
• SAICAR toxický pro neurony (porucha utilizace
glukózy), S-Ado možná protektivní)
• Nejasná úloha deplece purinů (neprokázaná)
• Variabilní neurologické projevy (stereotypie, PMR,
epilepsie, hypotonie, encefalopatie, ataxie)
• Kraniofaciální dysmorfie
• Autistické prvky v chování
• Léčba není známá
Faciální dysmorfie u deficitu ADSL
Holder-Espinasse M et al. J Med Genet 2002;39:440-442
brachycefalie, prominujcíí suture metopica, malý nos s
antevertovanými nostrilami, dlouhé a vyhlazené
filtrum, úzký horní ret
O
hypoxanthin
O
Deficit HGPRT
• X-vázané onemocnění
• Různé formy: Lesch-Nyhanův syndrom, parciální
deficit (Kelly-Seegmillerův syndrom)
• Hyperurikémie (jediný léčitelný důsledek nemoci)
• Neurologické obtíže: automutilace, agresivita, PMR,
epilepsie, poruchy chůze
• Různé teorie pro neurologické postižení vč.deplece
purinů, v.s.sekundárně defekt v syntéze dopaminu
(snížená DOPA-dekarboxyláza)
Deficit HGPRT-pleny
http://newborns.stanford.edu/images/urates2.jpg
http://www.dent.ucla.edu/pic/visitors/teethloss/images/PreFig9.jpg
Deficit HGPRT-urátový tofus
•
William N Nyhan, Bruce A Barshop, Pinar T Ozand (eds). Atlas of metabolic diseases, 2nd edition. London: Hodder Arnold, 2005
Deficit HGPRT
http://newborns.stanford.edu/images/urates2.jpg
http://www.dent.ucla.edu/pic/visitors/teethloss/images/PreFig9.jpg
Deficit HGPRT
•
William N Nyhan, Bruce A Barshop, Pinar T Ozand (eds). Atlas of metabolic diseases, 2nd edition. London: Hodder Arnold,
2005
Deficit HGPRT
•
William N Nyhan, Bruce A Barshop, Pinar T Ozand (eds). Atlas of metabolic diseases, 2nd edition. London: Hodder Arnold,
2005
Aktivita HGPRT ve fibroblastech
Lesch-Nyhanův syndrom
< 1.5%
Kelly-Seegmillerův syndrome 1.5 – 8%
HPRT-related hyperurikémie
•
> 8%
William N Nyhan, Bruce A Barshop, Pinar T Ozand (eds). Atlas of metabolic diseases, 2nd edition. London: Hodder Arnold, 2005
O
hypoxanthin
O
Deficit APRT
• Tvorba 2,8-dihydroxyadeninu
• Velmi nízká rozpustnost: 3
mg/L (vs. K.M. 150 mg/L)
• V běžném vyšetření nelze
odlišit od kys.močové
• Krystalurie (skvrny na
plenách; renální koliky;
dyzurie; ak.renální selhání
• Léčba: allopurinol, dietní
omezení; tekutiny
William N Nyhan, Bruce A Barshop, Pinar T Ozand (eds). Atlas of metabolic diseases, 2nd edition. London: Hodder Arnold, 2005
http://www.herringlab.com/photos/2/55-2,8-dihydroxyadenine97-P3.jpg
ADA – deficit adenosin deaminázy
• SCID – severe combined immunodeficiency
• Neprospívání, progresivní neurologické postižení
(spasticita)
• Lymfopenie, hypogammaglobulinémie
• Dg – zvýšený adenosin v moči
• Léčba – transplantace kostní dřeně
– Enzymová terapie
– Genová terapie
http://www.tamilspider.com/attachments/Resources/3322-71129-xanthine.jpg
Arikyants N. et al. Pediatr Nephrol 2007
In type I, the isolated XO deficiency leads to a block in UA production and
accumulation of xanthine and hypoxanthine whereas the conversion of
allopurinol to oxypurinol is unaffected. In type II the combined deficiency of
the XO and AO complex impairs the production of UA and oxypurinol.
Zapůjčeno laskavostí Dr.B.Stibůrkové
control
0.090
uric acid
0.080
0.070
0.060
AU
0.050
hypoxanthine
xanthine
0.040
0.030
0.020
0.010
0.000
2.00
3.00
4.00
5.00
6.00
7.00
8.00
Minutes
9.00
10.00
11.00
12.00
13.00
14.00
0.14
hypoxanthine
0.12
patient
xanthine
0.10
AU
0.08
0.06
0.04
uric acid
0.02
0.00
2.00
3.00
4.00
5.00
6.00
7.00
8.00
Minutes
9.00
10.00
11.00
HPLC chromatogram močových P/P
Zapůjčeno laskavostí Dr.B.Stibůrkové
12.00
13.00
14.00
Xanthinurie
• Izolovaný deficit xanthinoxidázy
• Urolithiasa a někdy myopatie
způsobená krystalky xantinu ve
svalech
• 50 % asymptomatičtí
• Hypourik – émie i úrie
• Léčba: pitný režim
Molybden je kofaktorem pro XO a sulfitoxidázu – komb.
deficit XO/SO (neonatální nástup neurol.projevů –
epilepsie, encefalopatie, hypertonie; úmrtí v kojen.věku)
http://www.tamilspider.com/attachments/Resources/3322-71129-xanthine.jpg
Dědičné metabolické poruchy
pyrimidinů
Orotová aciduire
• Deficit UMP synthasy
• Nadprodukce kys.orotovékrystalurie (málokdy lithiasa)
• Snížená produkce
pyrimidinů—porucha
krvetvorby-megaloblastová
anemie—PMR, neprospívání
• Léčba: uridin (kinasa mění na
UMP)
http://www.prohealthdynamics.com/images/orotic_and_sulphuric_acid_ojrx.jpg
Deficit DPD – dihydropyrimidin dehydrogenáza
• Kompletní deficit
•
•
•
•
Neurotrofická keratitits
Nemoc dětského věku
PMR, hypertonie, autismus
Mikrocefalie a dysmorfické rysy
Léčba není
• Parciální deficit
• % běžné populace
• Toxicita 5-fluorouracilu
(neutropenie,stomatitida,
neurologické symptomy)
http://www.ijo.in/articles/2008/56/4/images/IndianJOphthalmol_2008_56_4_336_41422_1.jpg
Deficit dihydropyriminidázy
Deficit UMPH – pyrimidin 5´-nukleosidáza
Anémie chron.hemolytická; dobrá prognóza
Deficit thymidin fosforylázy
TP
OMP
Mitoch.neurogastrointestinální
encefalopatický syndrom (MNGIE)
• Začátek mezi 1.a 5.dekádou (60% pacientů
před 20.rokem života)
• Progresivní GIT dysmotilita (časný pocit
sytosti, nauzea/zvracení po jídle, dysfagie,
reflux, průjmy/zácpy)
• Progresivní kachexie
• Neurologické obtíže-demylinizace periferních
nervů, parestesie, poruchy sluchu
Porfyrie, vlkodlaci a upíři
http://devoid.blogs.heraldtribune.com/files/2009/10/werewolf.jpg
http://th01.deviantart.com/fs21/300W/f/2007/258/a/5/Vampire_Caitlin_Deadly_Beauty_by_VampHunter777.jpg
Hemoproteiny-příklady
• Hemoglobin a myoglobin- vazba O2 (Fe2+)
• Katalasa-přeměna peroxidu vodíku na vodu a
kyslík
• Cytochromy
– přenosy elektronů v dých.řetězci (Fe2+ ↔Fe3+)
– NOS
• Cystathionin beta-synthasa-strukturní funkce
Hem-struktura
http://www.home-air-purifier-expert.com/images/heme.jpg
http://www.reactome.org/figures/porphyrin_biosynthesis.jpg
Porfyrie
• Často AD dědičnost, některé i AR dědičnost
• Obvykle nástup v dospělosti
• Manifestace často až po vyvolávajících momentech
(hladovění, menses, léky, oslunění)
• Klasifikace dle sídla defektu:
• Jaterní
• Erythropoetické
• Klasifikace dle projevů
• Neuroviscerální
• kožní
http://www.jle.com/en/revues/medecine/ejd/e-docs/00/04/18/FB/texte_alt_jleejd00203_gr1.jpg
http://www.jle.com/en/revues/medecine/ejd/e-docs/00/04/18/FB/texte_alt_jleejd00203_gr1.jpg
Jak poznat porfyrii zrakem?
http://terrycomeau.com/Porphyria/Porphyria.htm
http://www.pathguy.com/lectures/erythrodontia.jpg
Absorpční spektrum porfyrinů
Jaterní – akutní porfyrie
•
•
•
•
Akutní intermitentní porfyrie
Porfphyria variegata
Hereditární koproporfyrie
Dooseho porfýrie (AR)
• Dědičnost- AD
• Indukovaná – léky, alkoholem, hormóny, stresem,
hladověním, ... – akutní krize (zvracení, obraz NPB,
neurologická a psychiatrická symptomatika,…)
Neurologické příznaky u porfyrií
• Periferní nerv.systém
•
•
•
•
Zvýšená aktivita sympatiku: tachykardie, hypertenze
Bolesti břicha-nelokalizované i kolikovité
Parestesie
Periferní neuropathie- svalová slabost
• Centrální nerv.systém
• Neklid
• Až psychotické stavy
• Mechanismus: interference se synaptickými funkcemi
(strukturní podobnost GABA a delta-ALA), nedostatek
hemu (NOS, Trp pyrrolasa)
Marie Stuartovna-AIP?
en.wikipedia.org/wiki/Porphyria
AIP – akutní intermitentní porfyrie
• AD
• 20.-40. rok, > 2:1
• Akutní krize – spuštěny léky, lačněním strsem,
menstruací, hormony, …
• Obraz NPB
• Polyneuropatie
• Psychiatrické příznaky – agitace, deprese
• Mezi krizemi – asymptomatický průběh
• Dg – porfyriny, porfobilinogen, ALA v moči
zvýšená potřeba syntézy hemu
zvýšené
odbourávání
xenobiotik
zvýšené
odbourávání
hemu HO-1
http://terrycomeau.com/Porphyria/Porphyria.htm
chybí
zpětná
inhibice
syntézy
hemu
Léčba AIP
Increased need of heme synthesis
1
Increased
turnover of
xenobiotics
Increased
heme
degradation
by HO-1
2
3
1. Vyvarovat se léků, hormonů, alkoholu, …
2. Nehladovět – glukóza i.v.
3. Heme, heminarginate
Lack of
feedback
decrease
in heme
synthesis
Jaterní porfyrie
• Hereditární koproporfyrie a porphyria variegata
• Velmi vzácné
• AD
• Obraz NPB, neuropsychiatrické příznaky
• fotosensitivita
• Dooseho porfyrie
• AR
Kožní porfyrie
• Porphyria cutanea tarda
• Kongenitální erytropoietická porfyrie (Guntherova ch.)
• Erytropoietická protoporfyrie
• Dědičnost – AD (Guntherova ch. – AR)
• Dg – specifické porfyriny v moči, krvi a stolici
Fotosensitivita u porfyrií
• Absorpce v UV
oblasti
• tvorba volných
radikálů
• rozvoj zánětu,
začíná erytémem
http://www.jle.com/en/revues/medecine/ejd/e-docs/00/04/18/FB/texte_alt_jleejd00203_gr1.jpg
PCT (porphyria cutanea tarda)
• Zvýšená zranitelnost, eroze, sek.infekce, krusty,
puchýře, alopecie, hyperpigmentace, …
http://www.jle.com/en/revues/medecine/ejd/e-docs/00/04/18/FB/texte_alt_jleejd00203_gr1.jpg
PCT (porphyria cutanea tarda)
•
•
•
•
AD; nejčastějí 1:5000
Bez neurologických symptomů
al symptoms
Rizikové faktory – alkohol, estrogeny, hepatatida C,
hemochromatóza
• Th – flebotomie, chlorochine (vyplavení porfyrinů z
jater)
http://www.jle.com/en/revues/medecine/ejd/e-docs/00/04/18/FB/texte_alt_jleejd00203_gr1.jpg
CEP(kongenitální erythropetická porfyrie)
http://www.pathguy.com/lectures/erythrodontia.jpg
http://www.jle.com/en/revues/medecine/ejd/e-docs/00/04/18/FB/texte_alt_jleejd00203_gr1.jpg
Erytropoietická protoporfyrie
•
•
•
•
•
•
•
AD dědičnost
Deficit ferrochelatázy – akumulace in kost.dřeni, kůži a játrech
Nástup v kojeneckém/dětském věku
Fotosensitivita a erytrodoncie
Hemolýzy a postižení jater - karcinomy
Neurologickém příznaky - vzácně
Léčba: transfuze, beta-caroten, transplantace jater
Ketogeneze
• játra
• Ketolátky – CNS, srdce, …
http://www.wikipedia.org
Ketogeneze
• játra
• Ketolátky – CNS, srdce, …
Deficit HMG-CoA syntázy
Ak.hypoketotická hypoglykémie
Metabolická acidóza
Léčba – nelačnit
antihypoglykemický režim
http://www.wikipedia.org
Ketogeneze
• játra
• Ketolátky – CNS, srdce, …
http://www.wikipedia.org
Deficit HMG-CoA lyázy
Ak.hypoketotická hypoglykémie
Metabolická acidóza
Reye-like epizody
Hepatopatie
Léčba – nehladovět
antihypoglykemický režim
nízkobílk.dieta
nízkotuková dieta
Ketolýza
• extrahepálně
• Ketolátky – CNS, srdce, …
Ketolýza
• extrahepatálně
• Ketolátky, CNS, srdce, …
SCOT (succinyl-CoA.3-oxoacid-Coa
transferase)
Těžká ketoacidóza
Hyperketotická hypoglykémie
koma, hypotonie
Ketolýza
• extrahepatálně
• Ketolátky – CNS, srdce, …
SCOT (succinyl-CoA.3-oxoacid-Coa
transferase)
Deficit 3-oxothiolázy
Ketoacidóza
Hyperketotická hypoglykémie
Reye-like; koma, hypotonie
Léčba – nízkobílk. dieta
(bílkoviny indukují ketogenezy; Ile)
- vysoký přísun cukrů
Pathobiochemie lačnění/hladovění
• Lačnění – po vstřebání živin do hladovění
↑ glukóza v krvi -> ↑ inzulin a ↓ glukagon ->
glykolýza, lipogeneze, glykogeneze, proteosyntéza
• Hladovění - 3 fáze –
fáze časná, glukoneogentická
adaptační fáze
terminální fáze - katabolismus, kritická fáze
Pathobiochemie lačnění/hladovění
Časná glukoneogenetická fáze –
• normoglykémie
• Glykogenolýza v játrech
• glukoneogeneze v játrech
Coriho cyklus; Alaninový cyklus
(BCAA ve svalech a Gln v GIT, ledvinách)
• lipolýza – hormosens.lipáza
↑ glukagon, adrenalin; ↓ inzulin
glycerol v játrech
beta oxidace MK ve svalu, srdci,
játrech a ledvinách
Pathobiochemie lačnění/hladovění
Adaptační fáze – 3.den až týdny
• Omezený pool glykogenu – zastavena glykogenolýza
• Snížená glukoneogeneza
glukóza z glycerolu, omzený pool of laktátu, pyruvátu a alaninu
• Zvýšená beta oxidace MK - energie
• Ketogeneze (v játrech) a ketolýza (v CNS, svalu, srdci)
• Ochrana proteinů – zamezit masivní proteolýze
Pathobiochemie lačnění/hladovění
Terminální fáze – po 7.-8.týdnech
• Žádné zásoby tuku a glykogenu
• Aktivace proteolýzy –
o Ztráta svalové hmoty
o Snížení imunitní odpovědi
o koagulapatie
o Snížená schopnost reparace tkání
o ….
o smrt
Děkuji za pozornost