Stoffwechsel und stoffwechselaktive Hormone

Stoffwechsel und stoffwechselaktive Hormone Cem Ekmekcioglu Valentin Leibetseder Institut für Physiologie, MUW Vorlesung unter: http://www.meduniwien.ac.at/umweltphysiologie/links.htm

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

Resorption und Verteilung der Aminosäuren im Körper

Löffler, Petrides: Biochemie und Pathochemie, S.523, Springer (1997)

Übersicht über den täglichen AS-Umsatz eines Menschen

Löffler, Petrides: Biochemie und Pathochemie, S.523, Springer (1997)

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

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!

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

Insulin (3): Proteinstoffwechsel Anaboles Hormon stimuliert die Proteinsynthese

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

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. 12-24h) – 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)

Stoffwechsel bei kurzzeitigem Fasten (12-24h)

(Spinas, Fischli: Endokrinologie und Stoffwechsel - kurz und prägnant, S. 99, Georg Thieme Verlag (2001)

Stoffwechsel bei längerem Fasten (> 24h)

(Spinas, Fischli: Endokrinologie und Stoffwechsel - kurz und prägnant, S. 98, Georg Thieme Verlag (2001)

Kortikoid - Synthese

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

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

Wirkungen der Glukokortikoide III Physiologische Effekte: Entzündungsmechanismen

−  Prostaglandin-, Leukotrien- und Thromboxansynthese −  Phagozytoseaktivität der Neutrophilen −  Fibroblastenproliferation

antiinflammatorisch

−  Migration von Entzündungsquellen

−  Lymphozytenzahlen (v.a. CD4+-Lyc) −

veränderte Lymphozytenfunktionen: Hemmung der Interleukinproduktion, verändertes Antigen-Antikörperprocessing

immunsuppresiv

Physiologische Effekte: Immunsystem

Wirkungen der Glukokortikoide IV Physiologische Effekte:

kardiovaskulär

 cardiac output  peripherer Gefäßwiderstand (permissive Wirkung für Katecholamine und Expression von adrenergen Rezeptoren)

− −

Physiologische Effekte:

− −

mineralkortokoide Effekte Erhöhung der GFR ( cardiac output) Physiologische Effekte:

−

renal

ZNS

Erhöhung der Wahrnehmung für Sinnesreizen; Einfluss von Emotionen (hochdosierte Kortisontherapie – u.U. psychische Störungen)

Biosynthese der 3

4

2

5

6

1

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 H2O2 und TPO

4.

Bildung von Thyreoglobulingekoppeltes T3 und T4

5.

Endozytose des Thyreoglobulins

6.

Freisetzung von T3 und T4 durch Proteasen und Abgabe ins Blut

Abkürzungen: NIS: Natrium-Iodid-Transporter; TPO: Thyreoperoxidase

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 O2Verbrauches c) Stimulation der Na+/K+ - ATPase

Wirkungen der Schilddrüsenhormone I Physiologische Effekte: Grundumsatz   Grundumsatz ( O2-Verbrauch,  Wärmeproduktion)  Stimulation der Na+/K+-ATPase in fast allen

Geweben

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

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

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:

−

Stimulation der Darmmotilität (Stimulation der glatten Muskulatur) Physiologische Effekte:

− −

Gastrointestinal

Neuromuskulär

Zunahme der Muskelkontraktion und –relaxation stimulierende Wirkung auf ZNS

Synthese der Katecholamine

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

Übersicht über die hauptsächlich adrenergen Rezeptor-Typen

(Spinas, Fischli: Endokrinologie und Stoffwechsel - kurz und prägnant, S. 84, Georg Thieme Verlag (2001)

Wirkung der Katecholamine aus dem Nebennierenmark auf verschiedene Organe

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 

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 (?)