Metabolismus ůpurinů a

i idi ůpyrimidinů

1

Mtb purinů a pyrimidinů• dusíkaté báze, aromatické heterocykly

• puriny: pyrimidinový + imidazolový kruhkruh

• adenin, guanin, hypoxantin• pyrimidiny: pyrimidinovy kruh

• tymin, cytosin, uracyld i át i ů j těl čá tí • deriváty purinů jsou v těle součástí: • kofaktorů (NAD, NADP, FAD, CoA,..)• nukleových kyselin

kl id bá + h id ( ibó • nukleosidy: báze + monosacharid (ribóza nebo deolxyribóza) spojeny beta-N-glykosidovou vazbou (adenosin, guanosin, inosin, uridin, cytidin, tymidin)

• nukleotidy: báze + monosacharid + kys nukleotidy: báze + monosacharid + kys. fosforečná spojeny esterovou vazbou mezi kyselinou a monosacharidem (ATP, UTP, CTP, ...)

• makroergních sloučening• katalýza endergonických reakcí nebo druzí ůposlové v signální gransdukci (ATP. GTP, cAMP, cGMP)

• buněčného a plazmatického poolu ů

2

bu ěč é o a p a at c é o poo umetabolitů

• xantin, hypoxantin, kys. močová

Syntéza purinů• nejsou esenciální• zdroje

• organismus je schopen • organismus je schopen využívat puriny, které přijímá v potravě

• trávení účinkem pankreatických endonukleázendonukleáz

• ale dokáže je také syntetizovat sám de novo

• vysoké E nároky při syntéze de novo (=> využívají se šetřící novo ( > využívají se šetřící (recyklační) reakce - syntéza z produktů degradace, „salvage“)

• hlavním místem syntézy jsou játrajátra• cukr (riboza)+ AK (glycin,

glutamin, aspartát)• pentózy pochází z pentózového

cyklucyklu• jako koenzym slouží folát

(kys. listová), proto je důležitá pro dělení buněk

3

p

Metabolismus purinů• přebytečné puriny jsou v několika

krocích oxidovány na kys. močovou (KM) která je vylučována močí(KM), která je vylučována močí• denně se vyloučí 0,5g (50% endogenní,

50% z potravy)• významný antioxidant• v krvi jako sodná sůl (natrium urát)

• normální hodnoty (sérum)• normální hodnoty (sérum)• muži 220 – 420 μmol/l• ženy 140 – 340 μmol/l

• hyperurikemie je stav, kdy je v séru vysoká koncentrace KMkoncentrace KM• porucha vylučování KM• nadměrná tvorba KM

ýš ý di t í ří i ů

4

• zvýšený dietní přísun purinů• porucha recyklace

Degradace purinů v živočišné říši

5

Poruchy metabolismu purinů• ve vodě špatně rozpustná, soli KM (uráty) mohou

při hyperurikemii tvořit krystalyh klád ěkký h ká í h b kl b h • mohou se ukládat v měkkých tkáních nebo kloubech,

což způsobuje zánětlivou reakci (arthritis uratica, „dna“)ř í é č ř í é• při její vysoké koncentraci v moči, nebo při nízkém pH

moči, může krystalizovat a tvořit tak močové kameny (nefrolithiáza)

• další vzácné metabolické poruchy purinového katabolismu: • hereditární xantinurie (AR) – deficit xantinoxidázy hereditární xantinurie (AR) deficit xantinoxidázy,

vede k hypourikemii, urolitiáze z akumulace xantinu a hypoxantinu

• Lesh-Nyhanův sundrom (X-ch ) – hyperurikemie • Lesh Nyhanův sundrom (X ch.) hyperurikemie, močové kameny a psychické poruchy

• těžký kombinovaný imunodeficit (SCID) - deficit enzymu adenosindeaminazy (ADA) destrukce T a B

6

enzymu adenosindeaminazy (ADA), destrukce T a B lymfocytů způsobuje těžkou imunodeficienci

SCID genová terapie• SCID byl prvním onemocněním, u kterého byla použita genová

terapie • vnesení funkčního genu do bb. pomocí vektoru (virus)vnesení funkčního genu do bb. pomocí vektoru (virus)

• dříve lymfocyty, dnes hematopoetické kmenové buňky (CD34+)

7

Arthritis uratica (primární)• synonyma dna, podagra, pakostnice,

nemoc králů • prevalence cca 10% populace, více u

ůp p p ,mužů kolem 20 - 40 roku věku

• u části nemocných je pozitivní rodinná anamnéza (= genetická dispozice)dispozice)

• poruchy enzymů degradace purinů • dochází k vypadávání krystalů urátu

sodného do tkání při hyperurikemii, č těji hl d ější h čá t h ( k )častěji v chladnějších částech (akra)

• kloubní pouzdra, chrupavky, okolí kloubů, šlachy, ušní boltce (dnavé tofy)

• postihuje většinou malé klouby ( t k ál í t t ál í) jč těji (metakarpální, metatarsální), nejčastěji palec nohy

• nemoc probíhá většinou v atakách (po dietním excesu), kloub je zarudlý l i b l ti ý d i k t lů a velmi bolestivý, depozice krustalů

vyvolá akutní zánět• při déledobějším trvání neléčené

nemoci dochází k deformacím kloubů

8

e oc doc á de o ac oubů(dnavá artropatie)

Arthritis uratica (angl. gout)

9

Predilekční postižení - akutní

10

Nutriční omezení u disponovaných osob

11

Syndrom nádorového rozpadu• angl. tumor lysis syndrome (TLS)• velmi závažná život ohrožující komplikace terapie nádorových

onemocnění• rozvrat vnitřního prostředí způsobený spontánní nebo léčbou • rozvrat vnitřního prostředí způsobený spontánní nebo léčbou

vyvolanou nekrózou či fulminantní apoptózou mádorových buněk

• nejč. hematologické malignity (non-Hodgkinské lymfomy, akutní leukémie) i některé solidní nádory (sarkomy, malobuněčný k l k lá í )karcinom plic, testikulární aj.)

• patogeneze• hyperurikemie (KM > 480 μmol/l) - velký rozpad bb. a tedy

mukleových kyselin• precipitace krystalů v ledvinách – akutní selhání ledvinprecipitace krystalů v ledvinách akutní selhání ledvin

• hyperkalemie (K > 5,5 mmol/l) – uvolnění intracelulárního kalia• kardiotoxicita (bradykardie, hypotenze až zástava srdce v diastole

• hyperfosfatemie - vylití intracelulárního poolu fosfátů (vznik kalciumfosfátů)

• sekundární hypokalcemie (zvýšená neuromuskulární dráždivost tetanie)• sekundární hypokalcemie (zvýšená neuromuskulární dráždivost, tetanie)• ukládní deposit kalciumfosfátů v ledvinných tubulech - akutní ledvinné

selhání • láktátová acidosa (laktát ≥ 10 mmol/l) - přidružená komplikace

hematologických malignit i solidních nádorů, ve většině přídech se na ní podílí zvýšený rozpad buněk a postižení jater nádorovým na ní podílí zvýšený rozpad buněk a postižení jater nádorovým procesem

• prevence• prehydratace pacienta 24 – 48 hod před počátkem chemoterapie

(roztoky krystaloidů v dávce 3000ml/m2/den)i hibi t b KM ( l i l b iká )

12

• inhibice tvorby KM (alopurinol, rasburikáza)• podpora diurézy (diuretika, manitol)• alkalizace moči

Syndrom nádorového rozpadu

13

Methylxantiny• některé rostliny tvoří

methylované xantiny (alkaloidy), které mají účinek na CNS a které mají účinek na CNS a ostatní tkáně (zejm. kardiovaskulární, respirační a vylučovací systém)vylučovací systém)• efekt: neselektivní inhibitory

fosfodiesterázy (PDE), která degraduje cAMP a cGMP (druhý

l) í ž lposel) a tím snižuje intracel. signalizaci

• nejvýznamnější jsou• kofein – káva

• obecné stimulans• theofyllin – čaj

• bronchodilatační účinek – léčba astmatu a CHOPN

• theobromin – kakao, čokoláda• vasodilatační účinek snížení TK

14

• vasodilatační účinek, snížení TK

Efekt kofeinu na metabolismus lipidů

15

Arteficiální puriny• cytostatika

• analoga přirozených • analoga přirozených purinů• při inkorporaci do p p

DNA způsobují její rozpad nebo neschopnost neschopnost replikace a tedy dělení buněk

• např 6 thioguanin • např. 6-thioguanin nebo 6-merkaptopurin, 5-fl il fluorouracil, …

• analoga folátů• např metotrexat

16

• např. metotrexat

17

Metabolismus Metabolismus porfyrinů a hemu –porfyrinů a hemu –bilirubin - ikterusbilirubin - ikterus

18

“Lost in terminology”• hemoglobin = 4 × hem + 4 × globin

• globin = 2 × α + 2 × β• vazba na Fe prostřednictvím His

• hem = porfyrin + Fe• hem = porfyrin + Fe• porfyrin = 4 × pyrolový kruh• metaloporfyrin = porfyrin vázající kov (např. Fe,

Mg)• hem slouží jako prostetická skupina proteinů• hem slouží jako prostetická skupina proteinů

• enzymů• kataláza, peroxidáza

• cytochromů• změny Fe2+ na Fe3+ umožňuji přenos elektronůzměny Fe na Fe umožňuji přenos elektronů

• hemoglobinu a myoglobinu• u Hb je Fe3+ nežádoucí - není schopen přenosu O2

(methemoglobin)• biliverdin = produkt degradace hemu (porfyrinu)

úč á• linearizace porfyrinu účinkem hemoxygenázy• bilirubin = metabolit biliverdinu

• redukce účinkem biliverdinreduktázy• urobilinogen = vzniká z bilirubinu v tlustém

ůg

střevě účinkem enzymů střevní mikroflóry• urobilin = oxidovaný urobilinogen v moči

• sterkobilinogen = následný produkt urobilinogenu ve střevě

19

g• sterkobilin= oxidovaný sterkobilinogen ve střevě

Syntéza hemu

• hl. lokalizace k t í dř i t b Hb t é• v kostní dřeni – tvorba Hb - erytropoéza

• v játrech - cytochrom P450 - metabolismus léků a toxinů• probíhá z části v mitochondriích a z části v cytosolu – 8 reakcí

• výchozí látkou je sukcinyl-CoA (z citrátového cyklu) a glycin• rychlost limitujícím enzymem je ALA syntetáza

20

yc ost tuj c e y e je sy tetá a• olovo (otrava olovem) inhibuje 3 enzymy syntézy hemu a vede

• k nedostatečné syntéze a tedy anémii• kumulaci meziproduktů – toxické (viz dále)

Porfyrie• kolektivní název pro sk. vzácných vrozených nemocí

v důsledku defektu některého enzymu syntézy hemu (tj. 8 typů) = vedou ke kumulaci meziproduktů

• klíčovým enzymem syntézy hemu ke ALA-syntetázaí ý ř• hem je její allosterický inhibitor, při nedostatku (= porfyrie)

je aktivována a syntéza vede k další kumulaci meziproduktů• podle místa, kde se enzym. defekt převážně exprimuje,

rozeznáváme erytroidní a jaterní porfyrie• podle převažující symptomatologie kožní a neuroviscerální

• zjednodušeně erytroidní porfyrie se manifestují převážně kožními příznaky a jaterní neuroviscerálními

• dominantním kožním příznakem je fotosenzitivita v důsledku kumulace porfyrinů v kůži

• porfyriny absorbují světlo a emitují jej za vzniku ROS• neuroviscerálními příznaky (jako akutní břišní příhoda) – abdominální bolest • neuroviscerálními příznaky (jako akutní břišní příhoda) abdominální bolest,

porucha střevní motility, svalová paralýza, popř. respirační selhání • některé prekurzory porfurinů mají charakter neurotoxinů

PORFYRIE ENZYMATICKÝ DEFEKT SYMPTOMATOLOGIEErytropoetické K itál í t i ti ká f i f i III k t tá f t iti itKongenitální erytropoietická porfyrie uroporfyrinogen III kosyntetáza fotosenzitivita Erytropoietická protoporfyrie ferochelatáza fotosenzitivita Jaterní Deficience ALA-dehydratázy ALA-dehydratáza neuroviscerální Akutní intermitentní porfyrie uroporfyrinogensyntetáza neuroviscerálníAkutní intermitentní porfyrie uroporfyrinogensyntetáza neuroviscerální

Hereditární koproporfyrie koproporfyrinogenoxidáza neuroviscerální, ev. fotosenzitivita

Porphyria variegata protoporfyrinogenoxidáza neuroviscerální, ev. fotosenzitivita

21

ev. fotosenzitivita Porphyria cutanea tarda uroporfyrinogendekarboxyláza fotosenzitivita

Hepatoerytropoetická porfyrie uroporfyrinogendekarboxyláza fotosenzitivita, ev. neuroviscerální

Katabolizmus hemu• 80-85% hemu z Ery, zbytek enzymy a cytochormy• Ery po cca 120 dnech odstraňovány buňkami (monocyty/makrofágy/Kupferovy

bb.) RES (k. dřeň/slezina/játra) t f tó úči k h d l ti ký h ů d d á h l bi • erytrofagocytóza - účinkem hydrolytických enzymů degradovány a z hemoglobinu

(denní obrat cca 6 g) se uvolňuje hem a globin• globin je recyklován na aminokyseliny • katabolizmus hemu zahrnuje linearizaci porfyrinového řetězce pomocí

h á ikhemoxygenázy za vzniku• biliverdinu• Fe3+ (váže se na transferin a je znovu transportováno do kostní dřeně) • oxidu uhelnatého (jediný CO vzniklý endogenně, transportován jako karboxy-Hb)

22

Metabolizmus bilirubinu – do jater• účinkem biliverdinreduktázy (v cytosolu

RES bb.) vzniká bilirubin• není rozpustný ve vodě - v plazmě se váže

na albuminna albumin• každá molekula albuminu má 2 vazebná místa

pro bilirubin• tzv. nekonjugovaný nebo nepřímý• má antioxidační vlastnosti, v populačních

studiích byly opakovaně nízké hladiny nekonj. y y p y jbilirubinu jsou spojeny s vyšší kardiovaskulární morbiditou

• v jaterních kapilárách se odděluje od albuminu a pomocí bílkovinného nosiče se dostává do hepatocytup y

• velká kapacita tohoto transportu• podléhá konjugaci – mění se na ve vodě

rozpustnou sloučeninu a může být vyloučen do žluči

• Hb uvolněný při intravaskulární hemolýze • Hb uvolněný při intravaskulární hemolýze (fyziologicky cca 10–20%) je v plazmě rychle navázán na haptoglobin a vychytán játry a buňkami RES

• malá část volného Hb v plazmě je d d á h t j á á degradována na hem, ten je vázán na hemopexin a vychytán játry

• protože volné železo katalyzuje Fentonovu reakci ROS poškození

23

Metabolizmus bilirubinu – v játrech• enzym uridindifosfát

(UDP)-áglukuronyltransferáza

kartalyzuje v endoplazmatickém retikulu endoplazmatickém retikulu hepatocytu konjugaci bilirubinu s glukuronovou k selino a nik monokyselinou za vzniku mono-a di-glukuronidů• konjugovaný bilirubinj g ý

• vyloučení z hepatocytu do žluči: ATP-dependentní t té transportér • vylučování glukuronidu žlučí

je rychlost-limitující faktor

24

transportu bilirubinu z plazmy do žluči

Metabolizmus bilirubinu – za játry

• žlučovými cestami se bilirubin dostává do tenk. střeva• zčásti dekonjugace a zpětná

( t h tál í resorpce (enterohepatální oběh)

• zčásti vyloučen stolicíy• z části přeměněn střevními

bakteriemi tlustého střeva na bezbarvý urobilinogenbezbarvý urobilinogen

• tohoto se část vstřebá a je vyloučena močí

ě í• zbytek se mění na sterkobilinogen a oxiduje na hnědý sterkobilin (zbarvení t li )

25

stolice)

Hyperbilirubinemie/ikterus• stav, kdy je zvýšena koncentrace celkového bilirubinu v plazmě

• normálně celk. Bi <17μmol/l• v závislosti na konkrétní plazmatické hladině se projevuje jistým v závislosti na konkrétní plazmatické hladině se projevuje jistým

stupněm ikteru (žloutenky) • ikterus = žluté zbarvení kůže a sliznic způsobené zvýšeným obsahem

bilirubinu v plazmě a tkáních (zvýšení cca >35 – 40 μmol/l)• je to pouze klinický symptom který upozorňuje na přítomnost • je to pouze klinický symptom, který upozorňuje na přítomnost

jistého problému• dif. dg. játra, žlučové cesty, hemolýza

• pro dospělého člověka není bilirubin toxickýp p ý• u dětí

• (a) fyziologická novorozenecká žloutenka (icterus neonatorum) –nekonj. Bi

• vrchol v prvních pěti dnech téměř u poloviny novorozenců• vrchol v prvních pěti dnech, téměř u poloviny novorozenců• v důsledku

• zvýšeného zániku erytrocytů (fetální Hb) • nedokonalé jaterní konjugační a transportní systémy• zvýšené zpětné vstřebávání bilirubinu ze střeva a jeho snížená vazba ý p j

na albumin• (B) hemolytická nemoc novorozenců

• inkompatibilita kr. skupin mezi matkou Rh- a plodem Rh+• tvorba protilátek – hemolýza, žloutenka už během prvních 2 dnů života

26

• kernikterus (jádrový ikterus)• výrazné zvýšení koncentrace bilirubinu v krvi – proniká přes hematoencefalickou bariéru

– poškození bazálních ganglií – mentální retardace a neurologické symptomy

Hemolytická nemoc ůnovorozenců • má podobný mechanizmus

jako transfuzní reakce • anti Rh IgM produkované • anti-Rh IgM produkované

matkou během 1. těhotenství neprochází placentou a nepoškodí dítě

í í ě• po porodu prvního dítěte odstraní tyto protilátky Rh+ antigen dítěte z oběhu Rh- matkyy

• paměťové anti-Rh B-lymfocyty v matčině oběhu produkují anti-Rh+

IgG během následující IgG během následující gravidity

• IgG prochází placentou a poškodí plod (hemolýza plodu)plodu)

• nutná prevence podáním anti-Rh protilátek do 48 hodin po prvním porodu

ř d d b l

27

• předejde se senzibilizaci matky

28

Prehepatální ikterus• nadměrné zatížení jaterní

buňky bilirubinem yvětšinou následkem hemolýzy• hemolytické anemie

• korpuskulární• dědičné, polékové, infekční, p ,

• extrakorpuskulární• idiopatické, polékové

• zvýšený nekonjugovaný zvýšený nekonjugovaný bilirubin

• zvýšená nabídka –zvýšený přísun do střeva• v moči urobilinogen

bili bi í či

29

• bilirubin není v moči• hypercholická stolice

Hepatální ikterus• způsoben poruchou na úrovni jater

• vychytávání• konjugace• vylučování z hepatocytu• rozpad hepatocytů a uvolnění bilirubinu

do cirkulace • zvýšen je celk. Biýše je ce

• poměr mezi konjugovaným a nekonjugovaným závisí na typu poruchy

• v moči urobilinogen popř. i bilirubin (konjugovaný)(konjugovaný)

• při poškození jaterní architektury –komunikace mezi jaterními a žlučovými kapilárami – je Bi v moči

• typická jaterní poškozenítypická jaterní poškození• hepatitida – zejm. virová• dekomp. cirhóza• toxické poškození (léky, chemikálie,

otravy)otravy)• dědičné hyperbilirubinemie

• familiární nekonjugované hyperbilirubinémie

• Gilbertův syndrom

30

y• Crigler-Najjarův syndrom

• familiární konjugované hyperbilirubinémie• Dubin-Johnsonův syndrom• Rotorův syndrom

Dědičné hyperbilirubinemie• Gilbertův syndrom

• geneticky podmíněné onemocnění charakterizované mírnou chronickou nekonjugovanou hyperbilirubinemií bez přítomnosti jaterního onemocnění či j é h lýzjevné hemolýzy

• populační frekvence 2–5%• jednou z příčin mutace v promotoru genu pro UDP-glukuronosyltransferázu

• snížení aktivity enzymu asi o 30% normální hodnotyy y y• benigní syndrom, celoživotní hyperbilirubinémie

• typicky bilirubin do 100 μmol/l• jsou náznaky, že by mohl být i protektivní (↓ kardiovaskulárních nemocí)

• Crigler-Najjarův syndrom• Crigler-Najjarův syndrom• těžká forma hereditární hyperbilirubinemie (autozomálně recesivní) při

nedostatek UDPGT v játrech• velmi vysoké hodnoty nekonjugovaného bilirubinu v krvi

• typ I• bilirubin více než 350 μmol/l• v játrech úplně chybí UDPGT

• typ II• bilirubin do 350 μmol/lbilirubin do 350 μmol/l• enzymová aktivita <10% (proto nižší koncentrace Bi)

• Dubin-Johnsonův syndrom• benigní familiární převážně konjugovaná

hyperbilirubinémie (autozomálně recesivní)

31

hyperbilirubinémie (autozomálně recesivní)• mutace v genu pro MRP2 (= ATP-dependentní

transportér konj. Bi do žluče)

Posthepatální ikterus• výsledek poruchy (částečné

nebo kompletní) vylučování bilirubinu do střeva po jeho bilirubinu do střeva po jeho konjugaci v hepatocytech

• cholestáza – porucha odtoku žlučižluči• intrahepatální – porucha uvnitř

jater• extrahepatální – zablokování extrahepatální zablokování

žlučovodu• choledocholitiáza• nádor

ýš ý ý• zvýšený konjugovaný bilirubin• při úplné obstrukci v moči jen

bili bibilirubin• acholická stolice• urobilinogen není v moči

32

33

Shrnutí – dif. dg. ikteru

Pre-hepatický Hepatický Post-hepatický

Celkový bilirubin ↑ ↑ ↑ý

Konjug. bilirubin normální normální / ↓ ↑

Nekonjug. bilirubin ↑ normální / ↑ normální

Urobilinogen ↑ normální / ↑ ↓ (negativní)

Barva moči /stolice normální / tmavá tmavá / normální tmavá / světlá

žl č ( ) ál í ál í ↑Enzymy žluč. cest (ALP) normální normální ↑

Jaterní enzymy (ALT, AST) normální ↑ normální

34

35