Stoffwechsel und stoffwechselaktive Hormone

Transkript

1 Stoffwechsel und stoffwechselaktive Hormone Cem Ekmekcioglu Valentin Leibetseder Institut für Physiologie, MUW Vorlesung unter:

2 Inhaltsangabe Übersicht: Aminosäurestoffwechsel Regulation des Stoffwechsels nach Nahrungsaufnahme und im Hungerzustand Stoffwechselaktive Hormone: Glukokortikoide Schilddrüsenhormone Katecholamine STH

3 Resorption und Verteilung der Aminosäuren im Körper Löffler, Petrides: Biochemie und Pathochemie, S.523, Springer (1997)

4 Übersicht über den täglichen AS-Umsatz eines Menschen Löffler, Petrides: Biochemie und Pathochemie, S.523, Springer (1997)

5 Regulation des Stoffwechsels nach Nahrungsaufnahme die mit der Nahrung aufgenommenen Kohlenhydrate werden nach ihrer Aufspaltung und Resorption vorwiegend in der Leber und in der Muskulatur metabolisiert von 50 g Glukose, die pro Stunde aufgenommen werden, gelangen ca. 6 g ins Gehirn (kein Insulin nötig) und ca. 44 g in Leber, Muskulatur und Fettgewebe ca. die Hälfte dieser Menge wird oxidiert (Muskel), die andere Hälfte wird nicht-oxidativ verwertet, z.b. als Glykogen gespeichert, wofür Insulin benötigt wird durch Stimulation, bzw. Hemmung verschiedener Enzyme in Muskel, Leber und Fettgewebe wirkt das Insulin anabol

6 Insulin (1): Kohlenhydratstoffwechsel Einschleusen von Glukose in insulinabhängige Organe, vor allem in Fett- und Muskelzellen (Rekrutierung von GLUT-4 Transportern). Nervenzellen sind insulinunabhängig! Glykogenaufbau stimuliert, Glykogenabbau gehemmt Glukoneogenese gehemmt Glykolyse stimuliert BZ gesenkt!

7 Insulin (2): Lipidstoffwechsel Insulin hemmt die hormonsensitive Lipase Insulin fördert die Speicherung von Fett Schutz vor Arteriosklerose Insulin wirkt einer erhöhten Ketonkörperbildung entgehen Schutz vor metabolischer Azidose

8 Insulin (3): Proteinstoffwechsel Anaboles Hormon stimuliert die Proteinsynthese

9 Insulin (4): Absoluter Insulinmangel Kurz- Mittelfristig: Hyperglykämie Hyperosmolarität osmotische Diurese und Osmose Exsikkose und Elektrolytverlust Hyperketonämie Ketoazidose Coma diabeticum Langfristig: Hyperglykämie Glykosylierung von Proteinen Überflutung mit Fetten Arteriosklerose multiple Organschäden

10 Regulation des Stoffwechsels im Hungerzustand erfolgt während einer bestimmten Zeit keine Energiezufuhr (Fasten), stellt der Organismus auf eine katabole Stoffwechsellage um Priorität hat die Aufrechterhaltung einer adäquaten Glukosekonzentration im Blut (ZNS!) mit Hilfe der gegenregulatorischen Hormone Glukagon, Adrenalin und Kortisol auch im Hungerzustand erfolgt eine gewisse basale Insulinsekretion, damit katabole Stoffwechselprozesse nicht entgleisen bei längerem Fasten treten folgende Umstellungen im Stoffwechsel auf: Glykogen ist verbraucht (reicht für ca h) Fettabbau Proteinkatabolismus vermehrt Muskulatur nutzt vermehrt FFS für die Energiebereitstellung Cori-Zyklus (Reduktion von Pyruvat zu Laktat) und Ketonkörpersynthese gesteigert ZNS metabolisiert auch Ketonkörper (Glukose aber immer noch zusätzlich notwendig)

11 Stoffwechsel bei kurzzeitigem Fasten (12-24h) (Spinas, Fischli: Endokrinologie und Stoffwechsel - kurz und prägnant, S. 99, Georg Thieme Verlag (2001)

12 Stoffwechsel bei längerem Fasten (> 24h) (Spinas, Fischli: Endokrinologie und Stoffwechsel - kurz und prägnant, S. 98, Georg Thieme Verlag (2001)

13 Kortikoid - Synthese

14 Wirkungen der Glukokortikoide I Physiologische Effekte: Stoffwechsel Glukoneogenese glukoneogenetischer Effekt von Glukagon und Katecholaminen (permissive Wirkung) Substratangebot aus Peripherie (Glukose, Laktat, AS) periphere Glukoseaufnahme in Muskel/Fettgewebe Lipolyse: Freisetzung von Glyzerin und FFS

15 Wirkungen der Glukokortikoide II Physiologische Effekte: Bindegewebe, Knochen, Ca ++ -Stoffwechsel Hemmung der Fibroblasten: Kollagen/Bindegewebe Knochenaufbau/ Osteolyse ( Osteoklasten) Intestinale Calciumabsorption renale Calcium- und Phosphatausscheidung

16 Wirkungen der Glukokortikoide III Physiologische Effekte: Entzündungsmechanismen Migration von Entzündungsquellen Prostaglandin-, Leukotrien- und Thromboxansynthese Phagozytoseaktivität der Neutrophilen Fibroblastenproliferation Physiologische Effekte: Immunsystem Lymphozytenzahlen (v.a. CD 4+ -Lyc) veränderte Lymphozytenfunktionen: Hemmung der Interleukinproduktion, verändertes Antigen-Antikörperprocessing antiinflammatorisch immunsuppresiv

17 Wirkungen der Glukokortikoide IV Physiologische Effekte: kardiovaskulär cardiac output peripherer Gefäßwiderstand (permissive Wirkung für Katecholamine und Expression von adrenergen Rezeptoren) Physiologische Effekte: renal mineralkortokoide Effekte Erhöhung der GFR ( cardiac output) Physiologische Effekte: ZNS Erhöhung der Wahrnehmung für Sinnesreizen; Einfluss von Emotionen (hochdosierte Kortisontherapie u.u. psychische Störungen)

18 Biosynthese der Schilddrüsenhormone 1. Aufnahme von Iodid über NIS 2. Transport von I - in das Kolloid über einen Anionenaustausch 3. Iodierung der Tyrosinreste von Thyreoglobulin unter Beteiligung von H 2 O 2 und TPO 4. Bildung von Thyreoglobulingekoppeltes T 3 und T 4 5. Endozytose des Thyreoglobulins 1 6. Freisetzung von T 3 und T 4 durch Proteasen und Abgabe ins Blut Abkürzungen: NIS: Natrium-Iodid-Transporter; TPO: Thyreoperoxidase

19 Wirkungsweise der Schilddrüsenhormone a) Bindung an ein cytosolisches Protein und anschließend an einen Zellkernrezeptor. Steigerung der Transkription der mrna für zahlreiche Enzyme b) Bindung an Rezeptoren in der inneren Mitochondrienmembran und in Folge Stimulierung der ATP-Bildung und Erhöhung des O 2 - Verbrauches c) Stimulation der Na + /K + -ATPase

20 Wirkungen der Schilddrüsenhormone I Physiologische Effekte: Grundumsatz Grundumsatz ( O 2 -Verbrauch, Wärmeproduktion) Stimulation der Na + /K + -ATPase in fast allen Geweben

21 Wirkungen der Schilddrüsenhormone II Physiologische Effekte: Lipid-KH-Stoffwechsel hepatische Glukoneogenese / Glykogenolyse Cholesterinsynthese und Abbau (Erhöhung der LDL-Rezeptoren in der Leber) Lipolyse: Freisetzung von freien Fettsäuren und Glyzerin Physiologische Effekte: Knochenmetabolismus stimuliert Knochen-turnover: Anstieg der Calciumkonzentrationen in Plasma und Urin

22 Wirkungen der Schilddrüsenhormone III Physiologische Effekte: Kardiovaskulär ß-adrenerge Stimulation bzw. -adrenerge Hemmung (Zu- bzw. Abnahme der Rezeptoranzahl) im Myokard (und: Skelettmuskel, Fettgewebe, Lymphozyten) positiv inotrop, positiv chronotrop Erhöhung der Sensitivität für Katecholamine am Myokard Physiologische Effekte: Pulmonal Aufrechterhaltung der Atemregulation durch hypoxische / hyperkapnische Reize auf das Atemzentrum

23 Wirkungen der Schilddrüsenhormone IV Physiologische Effekte: Fetale Entwicklung fördert ZNS- und Skelettentwicklung Schilddrüse und HVL-System sind im Fetus erst ab 11.SSW funktionstüchtig Physiologische Effekte: Erythropoiese Erythropoietinkonzentration und Erythropoiese 2,3 DPG-Konzentration in Erythrozyten Physiologische Effekte: Gastrointestinal Stimulation der Darmmotilität (Stimulation der glatten Muskulatur) Physiologische Effekte: Neuromuskulär Zunahme der Muskelkontraktion und relaxation stimulierende Wirkung auf ZNS

24 Synthese der Katecholamine (Spinas, Fischli: Endokrinologie und Stoffwechsel - kurz und prägnant, S. 82, Georg Thieme Verlag (2001)

25 Übersicht über die hauptsächlich adrenergen Rezeptor-Typen (Spinas, Fischli: Endokrinologie und Stoffwechsel - kurz und prägnant, S. 84, Georg Thieme Verlag (2001)

26 Wirkung der Katecholamine aus dem Nebennierenmark auf verschiedene Organe

27 Funktionen des Wachstumshormons (1) Anaboles Hormon (Aufnahme von AS in die Zellen, Proteinsynthese ) Stimulation der IGF-1 Produktion in der Leber STH + IGF 1: Längenwachstum des Knochens

28 Funktionen des Wachstumshormons (2) Lipolyse im Fettgewebe Kohlenhydratstoffwechsel: Hemmung des Glukoseverbrauchs und der Glukoseaufnahme Stimulation der Glukoneogenese (Stimulation der Insulinsekretion-erste Phase) Erhöhung der Wasserresorption im Darm und Konservierung von Natrium (?)