Biochemie ledvin

Hlavní role ledvin  Účast na metabolismu aminokyselin / dusíku  Exkrece vody, solí a odpadních produktů (močovina, kyselina močová…)  Regulace elektrolytové a acidobazické rovnováhy (homeostáza)  Účast na biosyntézách (kreatin, karnitin, glukosa, AA)  Účast v hormonální regulaci

Metabolismus AA/dusíku za hladovění  Při hladovění kosterní svaly uvolňují AA: Ala, Gln  Sval oxiduje Val, Ile, Leu a produkuje energii a Gln  Aminoskupiny Val, Ile, Leu, Asp a Glu jsou transportovány ze svalu ve formě Ala a Gln Ala je v játrech využit pro glukoneogenezi, Gln míří do ledvin a střev

Val, Ile a Leu  V, I, L jsou hlavní AA, které mohou být oxidovány i jinde než v játrech (např. ve svalech, ledvinách)  α- ketokyseliny vznikající transaminací V, I, L jsou buď krví přeneseny do jater, nebo oxidovány na CO 2, nebo přeměněny na Gln

Gln a Ala – přenašeče dusíku  Gln vzniká hlavně v kosterním svalu oxidací L, I, V a také v plicích a mozku odstraňováním NH 4 + : Glu + ATP + NH 4 +  Gln + H 2 O + ADP + P  Ledviny, střeva a buňky s rychlým obratem (např. buňky imunitního systému) jsou hlavními příjemci Gln  Gln tu slouží jako palivo a donor dusíku pro syntézy, v ledvi- nách ještě pro glutaminasovou reakci  Nevyužitý dusík z Gln je zabudován do Ala, který jej přenáší do jater, kde je dusík přeměněn na močovinu

Uvolnění amoniaku v ledvinách  1) Glutaminasou:  2) Glutamátdehydrogenasou:  α -ketoglutarát je v ledvinách použit jako zdroj energie a oxidován na CO 2 nebo přemě- něn na glukosu

Glutamin jako zdroj energie pro ledviny  Uhlíkatá kostra Gln tvoří α- ketoglutarát, který je oxido- ván na CO 2, přeměněn na Glc nebo uvolněn jako S či A  Glukosa je využívána hlavně buňkami dřeně  Laktát je oxidován v buňkách kůry, které mají vyšší obsah mitochondrií a bohatší krevní zásobení

Amoniak je vyloučen do moče

Ledviny v regulaci acidobazické rovnováhy

Sekrece H +  V proximálních tubulech jsou ionty H + sekretovány sekundárním aktivním transportem s Na +.  V distálních tubulech a sběrném kanálku jsou ionty H + sekretovány H + -ATPasou.

Odstranění H + z tubulární tekutiny  Reakce s amoniakem  Reakce s HCO 3 -  Reakce s HPO 4 2-

Odstranění protonů pomocí amoniaku  NH 3 difunduje přes membrány tubulárních buněk do moče  Amoniak přijímá proton a tvoří NH 4 +  Přesměrování Gln z jater do ledvin navíc také šetří HCO 3 - (spotřebovává se na tvorbu močoviny)

Glutaminasová reakce a exkrece protonů v regulaci acidobazické rovnováhy  NH 3 přenášený molekulou Gln je v ledvinách vyloučen do moče  Tento proces odstraňuje protony pocházející z oxidací a pomáhá udržovat pH organismu  Při metabolické acidóze: ledviny se stávají hlavním místem příjmu Gln aktivita ledvinové glutaminasy a Glu-dh roste exkrece NH 4 + močí několikanásobně roste játra syntetizují méně močoviny ( víc Gln pro ledviny)

Reakce H + s HCO 3 -  Sekretované ionty H + (z disociace H 2 CO 3 ) podporují resorpci HCO 3 - : H + reagují s HCO 3 - v primární moči a tvoří H 2 O a CO 2, který difunduje zpět do tubulárních buněk a pak do krve

Exkreční funkce ledvin

Tvorba moče  Z 1500 l krve protékající denně ledvinami je filtro- váno 180 l primární moče  Primární moč je zakoncen- trována  za den se vyloučí 0,5-2 l finální moče  Koncentrace a transport přes membrány vyžadují velké množství energie (ATP)

Moč  95% vody  Organické látky: močovina kyselina močová kreatinin AA a jejich deriváty (např. kys. hippurová) metabolity hormonů xenobiotika pigmenty  Anorganické ionty (Na + a Cl - tvoří 2/3 elektrolytů)

Exkrece kreatininu  Kreatinfosfát slouží k regeneraci ATP:  Kreatinfosfát je nestabilní a spontánně tvoří kreatinin, který je vyloučen močí

Kreatinin v moči jako indikátor  Množství kreatininu vyloučené za den je konstantní a závisí na množství svalové hmoty  Může být použito jako měřítko exkrece dalších látek a jako indikátor exkreční funkce ledvin Clearance kreatininu (U Cr x V) / P Cr nebo její aproximace vycházející z koncentrace Cr v séru umožňují stanovit rychlost glomerulární filtrace (glomerular filtration rate):  Množství Cr může také pomoci určit, zda vzorek moče je skutečně výsledkem celodenního sběru (140 – age). mass [kg] Např.: C Cr = 48,9. serum Cr [µmol/l]

Regulace elektrolytové rovnováhy

Resorpce vody a elektrolytů LátkaResorpce [%]Místo resorpce Na + 99,4PT, HK, DT, SK K+K+ 93,3PT, HK, DT, SK Cl - 99,2PT, HK, DT, SK HCO PT, DT močovina53PT, HK, DT, SK kys. močová98PT glukosa100PT voda99,4PT, HK, DT, SK

 Vápenaté a fosfátové ionty: téměř kompletně resorbovány aktivním transportem; resorpci regulují:  parathormon – produkován příštítnými tělísky;  resorpci Ca 2+,  resorpci fosfátu  kalcitonin – produkován štítnou žlázou;  resorpci Ca 2+ i fosfátu  kalcitriol – produkován ledvinami;  resorpci Ca 2+ i fosfátu

 Sodné ionty: Většina resorbována – pasivním transportem a sekundárním aktivním transportem Resorpci regulují:  aldosteron –  resorpci Na +  ANP –  resorpci Na +  angiotensin II – zvyšuje resorpci Na + a HCO 3 - v proximálním tubulu (viz dále)  Voda: pasivně resorbována (voda sleduje osmoticky aktivní částice, především Na + ) regulováno ADH ve sběrném kanálku: ADH stimuluje inkorporaci akvaporinů do plasmatické membrány

ADH (vasopresin)  Nonapeptid uvolňovaný neurohypofýzou po stimulaci baroreceptorů a osmoreceptorů, které reagují na pokles TK nebo vzestup extracelulárního Na +  Stimuluje inzerci akvaporinů do luminální PM:

Diabetes insipidus  V nepřítomnosti ADH jsou buňky sběrného kanálku málo propustné pro vodu a diuréza se zvyšuje  Příčiny diabetes insipidus: nedostatek ADH (např. kvůli poškození hypofýzy či hypothalamu) ledviny na ADH nereagují z důvodu:  mutace v genu pro receptor  mutace v genu pro akvaporin 2

Biosyntetické dráhy v ledvinách

Glukoneogeneze v ledvinách  Při delším hladovění (2 dny a déle) je stimulována i renální glukoneogeneze  Glc produkovaná kůrou ledvin je využita hlavně buňkami dřeně, i když část může vstoupit do krve a zásobovat mozek a erytrocyty  Hlavní substrát: AA (Gln)  Regulace: kortisol

Biosyntéza serinu  Hlavně v játrech a ledvinách

Konverze Gly na oxalát  Gly je degradován na glyoxylát a ten může být oxidován na oxalát  Oxalát může precipitovat v tubulech ledvin  tvorba kamenů

Syntéza kreatinu  Syntéza kreatinu začíná v ledvinách a je dokončena v játrech  Kreatin je krví transportován do dalších tkání, hlavně do kosterního svalu, srdce a mozku

Syntéza Arg ve střevě a ledvinách  Střevo uvolňuje citrullin, který je v ledvinách přeměněn na Arg  Arg může být v ledvinách přeměněn na kreatin, nebo uvolněn do krve  V játrech Arg slouží k tvorbě ornithinu pro močovinový cyklus

Syntéza karnitinu  Vychází z lysinů, které jsou N-methylovány na trimethyllysin  Trimethyllysin se uvolňuje při degradaci proteinů  Celá dráha probíhá v ledvinách, v menší míře i v játrech. Tyto orgány zásobují karnitinem další tkáně, hlavně sval, srdce

Sekreční funkce ledvin Participace v hormonální regulaci

 Ledviny produkují: renin 1,25-dihydroxycholekalciferol (vitamin D, kalcitriol) erytropoetin

Renin-angiotensinový systém  Produkuje angiotensin II  Renin – aspartátová proteasa tvořená v ledvinách; v krvi štěpí angiotensinogen  ACE – na povrchu endoteliálních buněk, hlavně pulmonárních a renálních

Působení AngII vede ke zvýšení TK a resorpci sodíku a vody

Aldosteron  Produkován v zona glomerulosa nadledvin  Funkce: stimuluje resorpci Na + v ledvinách, hlavně v distálním tubulu působí retenci vody zvyšuje TK (zvětšuje objem tekutiny)

Farmakologická intervence  Renin-angiotensinový systém může být ovlivněn: analogy angiotensinu I, které inhibují ACE antagonisty, které blokují vazbu AngII na receptory inhibitory reninu  Tato léčiva snižují TK Captopril: ACE inhibitor

Kalcitriol  7-dehydrocholesterol je v kůži aktivován slunečním zářením na vitamin D 3 (cholekalciferol), který je hydroxylován: v játrech v poloze 25 poté v ledvinách v poloze 1 C-C bond cleavage opens the B-ring

 Komplex hormon-receptor se váže na responsivní elementy  Výsledek: stimulace transkripce genů pro proteiny vázající a transportující Ca 2+ (Ca 2+ -ATPasa…) stimulace absorpce Ca 2+ a fosfátu z lumen střeva úloha v regulaci mineralizace kostí v ledvinách slabá stimulace resorpce Ca 2+

Erytropoetin (EPO)  Uvolňován ledvinami při sníženém přísunu kyslíku do tkání  V kostní dřeni EPO (glykoprotein) stimuluje proliferaci a maturaci prekurzorů erytrocytů Retikulocyt: jádro chybí, ale mRNA a ribosomy jsou zachová- ny a umožňují syntézu Hb

Eikosanoidy ledvin  PGE 2, PGI 2 dilatují renální cévy a zvyšují průtok krve ledvinami. PGE 2 a PGD 2 podporují exkreci vody a solí.  20-HETE reguluje exkreci Na + a diurézu  12- a 15-HETE modulují renin-angiotensinový systém (asi zprostředkovávají inhibici reninu zpětnou vazbou) PGE 2