Stáhnout prezentaci
Prezentace se nahrává, počkejte prosím
1
Biochemie myokardu Jana Novotná
2
Specifičnost metabolismu myokardu
Srdce je jedním z nejaktivnějších orgánů v těle. Funkce myokardu závisí na velmi jemné rovnováze mezi srdeční prací (srdce musí zajistit všechny životní funkce a nároky organismu) a energií, kterou musí myokard získat ze syntetických reakcí, které převádí do energeticky bohaté fosfátové vazby. Tím se udržuje plynulá návaznost mezi excitací a kontrakcí.
3
Specifičnost metabolismu myokardu
Srdce – tkáň s vysokou spotřebou kyslíku. Pro zachování vysokého srdečního výkonu je metabolismus uzpůsoben tak, aby oxidativní fosforylací produkoval maximální množství ATP. Za bazálních aerobních podmínek: 60% energie pochází z volných mastných kyselin a triglyceridů, 35% ze sacharidů, 5% z aminokyselin a ketolátek.
4
Specifičnost metabolismu myokardu
Mitochondriální dýchací řetězec produkuje více než 90% energie. Mitochondrie zaujímají v kardiomyocytu ~30% celkového prostoru. > 95% ATP pochází z oxidativní fosforylace v mitochondriích. ~ 60-70% ATP se hydrolyzuje při svalové kontrakci ~ % ATP spotřebují Ca2+-ATPasa v sarkoplas-matickém retikulu a ostatní iontové pumpy.
5
Regulace metabolických drah v myokardu
W.C. Stanley et all. Physiol. Rev. 85, 2005
6
Metabolismus sacharidů
Zdravé srdce - ~ 60-90% acetyl-CoA pocházá z b-oxidace, 10 – 40% z glykolýzy. Zdravé srdce metabolisuje laktát – jen v případě téměř maximálního výkonu nebo za ischemie (zrychlení glykolýzy v důsledku nedostatečné oxidace pyruvátu). Substráty pro glykolytickou dráhu (glukosa a glykogen) pocházejí z exogenních zdrojů.
7
Metabolismus sacharidů
Transport glukosy do kardiomyocytu je regulován transmembránovým glukosovým gradientem a množstvím glukosových transportérů v sarkolemě – GLUT-4 (v menší míře GLUT-1). Glukosové tarnsportéry se přemisťují z intracelulárních vesikulů do sarkolemy – stimuluje insulin, zvýšená srdeční práce, ischemie. Glykogenní hotovost v srdeční svalovině ~30 mmol/g vlhké tkáně. Glykogenní hotovost v kosterní svalovině ~150 mmol/g vlhké tkáně.
8
Metabolismus sacharidů
Stimulace insulinem, zvyšující se srdeční práce nebo ischemie - transport glukosy do buněk a rychlost jejího vychytávání. V glycolytické dráze se glukosa 6-fosfát a NAD+ přeměňuje na pyruvát a NADH. Vzniknou 2 ATP / 1 mo-lekulu glukosy. Pyruvát a NADH se převedou do mitochondriální matrix tvorba CO2 a NAD+ - kompletní aerobní oxidativní glykolýza 36 ATP/ /1 molekulu glukosy.
9
Metabolismus sacharidů
10
Metabolismus sacharidů
Fosfofruktokinasa-1 (PFK-1) – klíčový regulační enzym glykolýzy – katalýza ireverzibilního kroku tvorba fruktosa 1,6-bisfosfátu (F1,6BP) za spotřeby 1 ATP. PFK-1 je aktivována ADP, AMP a Pi, inhibována ATP a poklesem pH (míra inhibice [H+] závisí na hladině ATP). PFK-1 stimuluje také fruktosa 2,6-bisfosfát (F2,6PB) F2,6BP je tvořen z fruktosa 6-fosfátu bifunkčním enzymem fosfofrukto-2-kinasou/fruktosa-2,6-bisfotatasou (PFK-2). F2,6BP zvyšuje afinitu PFK-1 k F6P W.C. Stanley et all. Physiol. Rev. 85, 2005
11
Metabolismus sacharidů
V mitochondrii se pyruvát: dekarboxyluje a oxiduje pyruvátdehydrogenasou (PDH) na acetyl CoA, nebo karboxyluje pyruvátkarboxylasou na oxalacetát, nebo se redukuje na laktát. Regulace aktivity PDH je zásadní pro řízení celého glukosového metabolismu. Adrenergní stimulace Ca2+ v cytosolu a v mito-chondriích aktivace PDH oxidace pyruvátu zvýší se srdeční činnost. PDH inhibuje (oxidaci glukosy a pyruvátu) zvýšená rychlost oxidace mastných kyselin.
12
Metabolismus sacharidů
Za anaerobních podmínek (ischemie) se pyruvát redukuje na laktát – anaerobní glykolýza. Laktát se uvolňuje přes specifický monokarboxylátový transportér do krve. Transportér pro laktát má zásadní význam pro regulaci a udržování intracelulárního pH (odstraňuje také protony vzniklé během glykolýzy).
13
Metabolismus laktátu Během hladovění se laktát mění zpět na pyruvát.
Při oxidaci laktátu na pyruvát se NAD+ redukuje na NADH a vzniknou 3 ATP. Pyruvát se aerobně metabolisuje v citrátovém cyklu za vzniku 14 ATP za jeden cyklus.
14
Metabolismus mastných kyselin
Volné mastné kyseliny vstupují do kardiomyocytu: pasivní difusí proteinem zprostředkovaným transportem přes sarkolemu – translokázou mastných kyselin (fatty acid translocase, FAT) nebo proteinem vázajícím mastné kyseliny (fatty acid binding protein, FABPpm). Syntasa acyl-CoA mastných kyselin (fatty acyl-CoA synthase, FACS) esterifikuje volné mastné kyseliny na acyl-CoA. W.C. Stanley et all. Physiol. Rev. 85, 2005
15
Metabolismus mastných kyselin
Acyl-CoA dlouhých mastných kyselin je: buď esterifikován na triglyceridy (glycerolfosfátacyltransferasou) intrakardiální hotovost triglyceridů (10-30% of FA) nebo přeměněn na acylkarnitin dlouhých mastných kyselin karnitin- palmitoyltransferasou-I (CPT-I), mezi vnější a vnitřní mitochondriální membránou. W.C. Stanley et all. Physiol. Rev. 85, 2005
16
Metabolismus mastných kyselin
Karnitinacyltranslokasa (CAT) transportuje acylkarnitin dlouhých mastných kyselin přes vnitřní membránu do matrix mitochondrie za volný karnitin. Karnitinpalmitoyltransferasa II (CPT-II) regeneruje acylkarnitin dlouhých mastných kyselin na volný acyl-CoA. W.C. Stanley et all. Physiol. Rev. 85, 2005
17
Metabolismus mastných kyselin
Malonyl CoA velmi silně inhibuje CPT-I (na cytosolické starně). CPT-I má dvě izoformy: jaterní CPT-Ta a CPT-Tb v srdci CPT-Tb je 30krát více sensitivní k inhibici malonylem-CoA. W.C. Stanley et all. Physiol. Rev. 85, 2005
18
Metabolismus mastných kyselin
Malonyl-CoA - klíčový fysiologický regulátor oxidace mastných kyselin v srdci ( malonyl-CoA vychytávání MK a jejich oxidaci). acetyl-CoA karboxylasa (ACC) karboxylace acetal-CoA malonyl-CoA. AMPK (AMP-activated protein kinase) inhibuje ACC (fosforylace) zrychlení oxidace mastných kyselin. W.C. Stanley et all. Physiol. Rev. 85, 2005
19
Metabolismus mastných kyselin
b-oxidace NADH, FADH2 a acetyl-CoA Acetyl-CoA citrátový cykls (CAC) NADH NADH + FADH2 dýchací řetězec ATP W.C. Stanley et all. Physiol. Rev. 85, 2005
20
Vzájemná regulace mezi oxidací mastných kyselin a sacharidů
Hlavní fysiologický regulační mechanismus toku a rychlosti oxidace glukosy přes PDH v srdci je oxidace mastných kyselin. Activitu PDH inhibuje vysoká rychlost oxidace mastných kyselin přes zvýšení poměru mitochondrial acetyl-CoA/volnému CoA a NADH/NAD+ což aktivuje PDH kinasu.
21
Vzájemná regulace mezi oxidací mastných kyselin a sacharidů
Inhibice oxidace mastných kyselin zvyšuje absorpci glukosy a laktátu a jejich oxidaci:
22
Metabolismus ketolátek
Srdce během hladovění nebo špatně léčeného diabetu využívá a oxiduje ketolátky (b-hydroxybutyrát a acetoacetát). Málo insulinu a vysoká hladina mastných kyselin ketolátky. Ketolátky jsou pak pro srdce hlavním substrátem. Ketolátky inhibují PDH a b-oxidaci.
23
Literatura Reviews: W.C. Stanley, F.A. Recchia, G.D. Lopaschuk: Myocardial substrate metabolism in the normal and failing heart. Physiol. Rev. 85: , 2005 CH. Depré, M.H. Rider, L. Hue: Mechanism of control of heart glycolysis. Eur. J. Biochem. 258: , 1998 R. Ventura-Clapier, A. Garnier, V. Veksler: Energy metabolism in heart failure. J. Physiol. 555:1-13, 2003
24
Děkuji za pozornost
Podobné prezentace
© 2024 SlidePlayer.cz Inc.
All rights reserved.