Deel II Cursus Prof. E. Waelkens 3. Hoofdstuk 1: Het transport van vetten Lipoproteïnen en apolipoproteïnen 3

Transcriptie

1 VOORWOORD Het is december 2004 als ik eindelijk de laatste hand leg aan deze cursus. Vele weken hard werk zijn hierin gekropen, maar het resultaat mag er zijn; een half centimeterke metabolisme (als je alle bladen afdrukt en op elkaar legt) met daarin alle kennis nodig om de 2 de kandidatuur arts; vak Metabolisme en metabole regeling deel Waelkens tot een goed einde te brengen. Natuurlijk is deze cursus nooit helemaal compleet, of sloop er hier en daar nog een foutje in. Daarom zou ik het leuk vinden af en toe eens een mailtje in mijn mailbox te vinden, met suggesties ed. om deze cursus nog beter te maken naar de toekomst toe. Bij deze wil ik ook de mensen bedanken van wie ik extra nota s, vragenlijsten en cursusmateriaal heb gekregen. Bedankt Griet, Titia, Katja en Anne- Sophie voor alle hulp! Afsluitend wil ik graag aan iedereen een fijne en succesvolle blok toewensen! Godfried INHOUDSTAFEL Deel II Cursus Prof. E. Waelkens 3 Hoofdstuk 1: Het transport van vetten 3 1. Lipoproteïnen en apolipoproteïnen 3 2. Exogeen transport van vetten (=voeding) 4 3. Endogeen transport van vetten 5 4. De LDL-receptor 6 5. Enkele ziektebeelden; wat is de rol van cholesterol? 8 6. Mogelijke examenvragen over dit hoofdstuk 16 Hoofdstuk 2: Detoxificatiereacties Inleiding Het mono-oxygenasecomplex in het ER van de hepatocyten (lever) De fase 1 detoxificaties (examen) De fase 2 detoxificaties (examen) Algemene kenmerken van detoxificatiereacties Mogelijke examenvragen over dit hoofdstuk 23 Hoofdstuk 3: Hormonen Inleiding Het maag-darmstelsel De pancreas 26 1

2 4. De schildklier (glandula thyroidea) De bijnier De hypofyse Hormoonachtige stoffen Mogelijke examenvragen over dit hoofdstuk 60 Hoofdstuk 4: Vitaminen Inleiding Wateroplosbare vitaminen: een overzicht Vetoplosbare vitaminen: een overzicht Mogelijke examenvragen over dit hoofdstuk 75 Hoofdstuk 5: Bloedmetabolisme Porfyrines Galzouten AZ en derivaten als mediatoren van cerebrale NT s Mogelijke examenvragen over dit hoofdstuk 95 Hoofdstuk 6: Sfingolipiden en stapelingsziekten Sfingolipiden Afwijkingen in het katabolisme van Phe stapelingsziekten Mogelijke examenvragen over dit hoofdstuk 103 2

3 Deel II Cursus Prof. E. Waelkens Realisatie: Godfried Verheyen Hoofdstuk 1: Het transport van vetten 1. Lipoproteïnen en apolipoproteïnen De lipoproteinen: Lipiden (cholesterol, cholesterylesters, triglyceriden, fosfolipiden, vrij en veresterde vetzuren) zijn zelf onoplosbaar in water, maar moeten toch in het lichaam getransporteerd worden. Vrije vetzuren binden aan de albumine op voorwaarde dat ze niet te lang zijn en in de vrije-vetzuurvorm voorkomen (dus geen TG s), terwijl de andere lipiden in combinatie met proteinen als in wateroplosbare lipoproteinen getransporteerd worden. Lipoproteinen zijn submicroscopisch kleinde deeltjes, bestaande uit een kern van hydrofobe lipiden (cholesterolesters en triglyceriden) en een schil van meer polaire lipiden (fosfolipiden en cholesterol) en eiwitten. Deze schil zorgt ervoor dat de hydrofobe kern opgelost blijft in het plasma. De eiwitten, apo(lipo)proteinen genaamd, staan niet alleen in voor de vorming van de lipoproteinen, maar bepalen bovendien waar het deeltje naartoe gaat en wat er mee gebeurt. De verschillende soorten lipoproteinen hebben een gelijkaardige bouw maar verschillen in grootte en dichtheid, en in de samenstelling van hun lipiden- en proteinendeel. Naarmate het lipidengehalte van een lipoproteine groter is, zal het soortelijk gewicht evenredig lager zijn: CM > VLDL > LDL > HDL. Chylomicronen: o Zijn het grootst; amper mantel; zeer veel lipiden o Chylus, inhoud chylevaten; o Geproduceerd door darmepitheel o Liggen op het bloed als een soort bierkraag (-> daarom testen op NUCHTERE patiënten; anders chylomicronen in het bloedstaal) Very Low Density Lipoproteins: o Triglyceriderijke lipoproteinen; o Geproduceerd door lever. Low Density Lipoproteins: o Cholesterolrijk; o 2/3 van plasmacholesterol. High Density Lipoproteins: o Zijn het zwaarst; o Relatief weinig cholesterol; o Veel eiwitten. De apolipoproteinen: 3

4 Apolipoproteine Lipoproteine%apoproteine Bron Functie ApoA-I HDL > CM Lever, darm Activatie LCAT ApoA-II HDL > CM Lever, darm ApoB-48 CM Darm ApoB-100 LDL > IDL, VLDL Lever Ligand LDL-R ApoC-I HDL > VLDL > IDL Lever ApoC-II HDL > CM, VLDL > IDL Lever Activatie lipoproteine lipase ApoC-III HDL > VLDL, IDL, LDL Lever ApoD HDL ApoE HDL > VLDL, CM Lever Ligand B48:E-R en LDL-R 2. Exogeen transport van vetten (=voeding) Het transport van exogene lipiden gebeurt door de chylomicronen. Na opname van de vetzuren en glyceriden, worden deze weer tot triglyceriden versmolten t.h.v. de darmmucosa. Ook de opgenomen cholesterol wordt veresterd o.i.v. LCAT. Vervolgens zullen zij onder vorm van chylomicronen vanuit de darmmucosa in de lymfevaten worden gesecreteerd via de ductus thoracicus. Het ApoB 48 eiwit is een noodzakelijk structuurelement bij de vorming van de natieve chylomicronen in de dunne darm. Zonder dit eiwit kunnen de darmen geen chylomicronen aan de lymfevaten afstaan. Verder zullen de chylomicronen gedurende hun maturatie nog ApoA, ApoC en ApoE inbouwen. De chylomicronen komen via de lymfe in de bloedsomloop waar ze ApoC en ApoE opnemen afkomstig van het HDL. ApoC wodt uitsluitend door de lever gevormd. Een varient ervan, ApoC-II, is een krachtige activator van het lipoproteinelipase. Dit lipoproteinelipase bevindt zich in de epitheellaag van de bloedcapillairen, in het bijzonder van de spier en vetweefsel. Tijdens het transport door het lichaam worden de triglyceriden van de chylomicronen door herhaalde inwerking van lipoproteinelipase steeds verder afgebroken. De vetzuren die hierbij ontstaan gaan naar de spieren, waar ze energie opleveren, en naar het vetweefsel, waar er nieuw vet uit gevormd wordt. De chylomicronen worden dus steeds kleiner. Het ApoC en ApoA wordt opnieuw opgenomen door het HDL. Zo ontstaan uiteindelijk de relatief cholesterolrijke restanten van de chylomicronen die snel weggevangen worden door de lever. De lever beschikt immers over specifieke receptoren welke het nog aanwezige ApoE herkennen. 4

5 3. Endogeen transport van vetten Van de lever naar de weefsels Endogeen vet wordt in de lever gesynthetiseerd. Bij de synthese van triglyceriden kunnen de benodigde vetzuren afkomstig zijn van het vetweefsel of ter plaatse gevormd worden uit koolhydraten. Kort na de voeding kan men in het bloed ook medium-chain-length vetzuren aantreffen die direct vanuit de darmen in het bloed gekomen zijn. Uiteraard kuunnen ook deze gebruikt worden bij de synthese van nieuw vet. De gevormde vetten worden in de vorm van VLDLdeeltjes gesecreteerd. Het ApoB 100 is essentieel bij de vorming en secretie van het VLDLdeeltje. Het pasgevormde VLDL zal ApoC en ApoE opnemen van het HDL-deeltje. De afbraak van VLDL verloopt precies zoals die van de chylomicronen, maar een verschil is wel dat de restanten van de VLDL-kern veel langer blijven circuleren. De VLDLdeeltjes worden afgebroken door een lipase op de plaats waar ze aangemeerd liggen. Bij hun passage door de bloedbaan langs het vaatwandepitheel verliezen ze geleidelijk steeds meer triglyceriden en worden alsmaar kleiner. Ook zal het ApoC teruggegeven worden aan het HDL-deeltje. Zo onstaan de VLDL-restanten die IDL (Intermediate Density Lipoproteins) genoemd worden. De IDL-deeltjes zijn een tussenstadium en hieruit ontstaan tenslotte, bij verdere verkleining, de LDL-deeltjes die het ApoB bevatten. De LDL-deeltjes worden gebonden aan specifieke receptoren gelegen t.h.v. het celoppervlak. Deze receptoren herkennen ApoB en ApoE. Door de receptor-gemedieerde endocytose kunnen de LDL-deeltjes na binding aan de receptor opgenomen worden in de cel o.v.v. endosomen. In eerste instantie zijn de receptoren er nog aan gebonden. Deze receptoren komen nu los van de LDL-deeltjes en worden teruggevoerd naar het celoppervlak (recycling). Anderzijds wordt het achtergebleven LDL afgebroken door fusie van de endosomen met lysosomen. Hierbij wordt het cholesterol beschikbaar gesteld voor de cel. De lichaamscellen hebben cholesterol nodig als bouwsteen voor de opbouw van de cellulaire membranen. Deze cholesterol maken ze deels zelf, maar voor een ander deel ontrekken ze dit aan het bloed via endocytose van LDL. 5

6 Van de weefsels naar de lever HDL-deeltjes bevatten als oppervlaktecomponenten vooral apoproteinen en ook cholesterol, met als kernlipiden cholesterylesters en triglyceriden. HDLdeeltjes worden door de lever gevormd en aan het circulerende bloed afgestaan o.v.v. het natief HDL dat alleen vrij fosfolipiden en cholesterol bevat en waarvan het eiwitgedeelte voornamelijk bestaat uit ApoA 1 en ApoA 2. ApoA 1 is een activator van LCAT, een enzym dat door de lever gesecreteerd wordt en dat instaat voor de verestering van het cholesterol. Uit natief HDL ontstaan HDL 3 en HDL 2 die bij de opname van cholesterol uit andere lipoproteinen zoals chylomicronen en VLDL een rol spelen. Nota: we hebben in de les gezien dat HDL, zonder veresterde cholesterolmoleculen in zich, lijkt op een schijfje qua bouw. Als het HDL dan vervolgens cholesterol gaat opzuigen om zo terug te transporteren naar de lever, kun je dit best vergelijken met een voetbal die zichzelf oppompt (dankzij LCAT). HDL geeft ApoC en ApoE af aan chylomicronen en VLDL, en nemen ApoA en ApoC uit chylomicronen en ApoC uit VLDL. HDL-deeltjes kunnen ook cholesterol opnemen uit de plasmamembraan van cellen. O.i.v. LCAT wordt de cholesterol aan de buitenkatn van het HDL-deeltje veresterd (HDL zuigt het cholesterol uit de andere componenten, waarna LCAT hen verestert). De gevormde cholesterolesters zullen zich vervolgens gedeeltelijk verplaatsen naar de kern van het deeltje. Dit komt omdat de veresterde cholesterol moleculen lipofieler zijn geworden. Het HDL-deeltje wordt uiteindelijk in de lever weer afgebroken. De choleserol die hierbij vrijkomt kan gebruikt worden voor de aanmaak van galzuren. 4. De LDL-receptor De LDL-receptor weegt 115 kd en bestaat uit 5 regio s: De eerste regio bestaat uit een lus, die zeer sterk negatief geladen is. Dit wijst erop dat er veel glutamaat en aspartaat AZ in de keten zullen zitten. Deze polariteit is nodig om het LDL te binden. Daarom noemen we deze regio ook het LDLbindingsdomein. Naast LDL kan ook Ca 2+ hier binden. Bovendien bevindt zich hier de aminoterminus van de LDL-receptor en zitten er nog veel cysteine-az in de keten. De tweede regio is homoloog met een EGF-domein. Hier komen vooral veel N-suikers in voor De derde regio bestaat voornamelijk uit O-suikers en is Thr/Ser-rijk. Deze regio lijkt noodzakelijk om de LDLreceptor rechtopstaand te houden op het plasmamembraan. 6

7 De vierde regio, die het plasmamembraan overbrugt, bestaat uit 22 hydrofobe residu s, juist nodig om doorheen dit membraan te geraken. De laatste regio bezit 50 residu s. Dit is ook de carboxyterminale zijde van de LDLreceptor. Hierboven zie je in een schema de endocytose van chosterol. Merk op dat cholesterol de cel binnenkomt en dan twee keuzes heeft. Ofwel kiest het ervoor om ingebouwd te worden in de membranen (het PM wordt vloeibaarder), ofwel wordt het opgeslagen in speciale storages na eerst te zijn veresterd door het ACAT. 7

8 5. Enkele ziektebeelden; wat is de rol van cholesterol? Inleiding Realisatie: Godfried Verheyen Uit Biochemistry, 4e editie The results of Brown and Goldstein's pioneering studies of familial hypercholesterolemia revealed the physiologic importance of the LDL receptor. The total concentration of cholesterol and LDL in the plasma is markedly elevated in this genetic disorder, which results from a mutation at a single autosomal locus. The cholesterol level in the plasma of homozygotes is typically 680 mg dl-1, compared with 300 mg dl-1 in heterozygotes (clinical assay results are often expressed in milligrams per deciliter, which is equal to milligrams per 100 milliliters). (Noot: wij hebben deze getallen ook gezien, waarbij we opmerken dat een homozygoot vrij snel zal sterven) A value of < 200 mg dl-1 is regarded as desirable, but many people have higher levels. In familial hypercholesterolemia, cholesterol is deposited in various tissues because of the high concentration of LDL cholesterol in the plasma. Nodules of cholesterol called xanthomas are prominent in skin and tendons. (Noot: ook dit hebben wij gezien. Herinner je maar die foto van die gast met die witte bolletjes onder zijn ogen) Of particular concern is the oxidation of the excess blood LDL to form oxidized LDL (oxldl). The oxldl is taken up by immune-system cells called macrophages, which become engorged to form foam cells. These foam cells become trapped in the walls of the blood vessels and contribute to the formation of atherosclerotic plaques that cause arterial narrowing and lead to heart attacks. In fact, most homozygotes die of coronary artery disease in childhood. The disease in heterozygotes (1 in 500 people) has a milder and more variable clinical course. A serum esterase that degrades oxidized lipids is found in association with HDL. Possibly, the HDL-associated protein destroys the oxldl, accounting for HDL's ability to protect against coronary disease. The molecular defect in most cases of familial hypercholesterolemia is an absence or deficiency of functional receptors for LDL. Receptor mutations that disrupt each of the stages in the endocytotic pathway have been identified. Homozygotes have almost no functional receptors for LDL, whereas heterozygotes have about half the normal number. Consequently, the entry of LDL into liver and other cells is impaired, leading to an increased 8

9 plasma level of LDL. Furthermore, less IDL enters liver cells because IDL entry, too, is mediated by the LDL receptor. Consequently, IDL stays in the blood longer in familial hypercholesterolemia, and more of it is converted into LDL than in normal people. All deleterious consequences of an absence or deficiency of the LDL receptor can be attributed to the ensuing elevated level of LDL cholesterol in the blood. Atherosclerose Atherosclerose is een ziekte met een hoge mortaliteit in onze Westerse wereld. Zelfs kanker komt minder vaak voor dan aderverkalking. Bovendien heeft de ziekte ook een hoge morbiditeit, want zelfs als je een hartinfarct overleefd als gevolg van atherosclerose, blijf je zeer vaak zorgbehoevend achteraf. Om te begrijpen hoe atherosclerose kan ontstaan, hebben we eerst een inzicht nodig in de bouw van onze bloedvaten. (cfr. tekening hiernaast). Er zijn verschillende oorzaken voor atherosclerose, die allemaal duidelijk kunnen teruggebracht worden tot één enkele basisfactor: agressie t.o.v. het endotheel van de vaatwand. Men onderscheidt: Hemodynamische agressie Dit is een mechanische agressie tegenoverstaande van het endotheel. Een voorbeeld hiervan vomen de voorkeurplaatsen voor atherosclerotische letsels, zoals de bifurcatie van de aorta waar een verhoogde turbulentie (op het schema voorgesteld door kracht F) en een verhoogde tangentiële druk op de vaatwand bestaat. Zo kan je natuurlijk ook begrijpen dat hypertensie een extra nadelige invloed heeft op het ontstaansmechanisme van atherosclerose. Chemische agressie Voorbeelden van chemische agressies zijn het CO (rokers), immuuncomplexen (bv. bij transplantaties) en een verhoogde cholesterolconcentratie. Specifiek voor cholesterol is dit ook gemakkelijk te begrijpen. Cholesterol neigt immers zich in het plasmamembraan te vestigen, waardoor deze vloeibaarder worden en zodus wordt het endotheel kwetsbaarder tegen de mechanische druk van de bloedsstuwing. 9

10 Het ontstaan van atherosclerose Bij het herstel van beschadigd endotheel vervullen de bloedplaatjes een essentiële rol. Zij zullen zich hechten ter hoogte van het endotheeldefect en instaan voor de vorming van mitogene factoren. Hierdoor zal het endotheel weer dichtgroeien terwijl ook andere cellen in het subendotheliale weefsel tot groei gestimuleerd worden. Het pasgevormde endotheel vertoont bovendien een verhoogde doorlaatbaarheid voor de plasmalipoproteïnen. De lokale hyperplasie en opname van lipiden veroorzaken dus een lokale verdikking van de intima, een letsel dat sterk gelijkt op een beginnende atherosclerose. Zo kunnen we verstaan dat aspirine, dat een remmende invloed heeft op de synthese van bloedplaatjes, een interessant medicijn is in de strijd tegen atherosclerose. Ook mensen die lijden aan de ziekte van Von Willebrand (bloedplaatjes-insuffiëntie) hebben een verminderd risico op atherosclerose. Invloed van cholesterol op de bloedvatwand Cholesterol en cholesterylesters zijn van essentieel belang voor de gezondheid van het organisme omdat ze een vitale rol vervullen: ze herstellen beschadigde weefsels en worden voor de productie van hormonen gebruikt. Daarom is een daling van de bloedspiegel van cholesterol onder de 150 mg per 100 ml ongewenst. Bij patiënten met een abnormaal hoge cholesterolspiegel worden vaak afzettingen in de intima van de slagaders gevonden. Daarom is een cholesterolspiegel van meer dan 250 mg per 100 ml al even ongewenst. Lipidenfiltratie van de vaatwand Plasmacholesterol wordt vooral onder vorm van linoleïnezuuresters door LDL gedragen. De LDL zijn in staat zich te fixeren op specifieke cellulaire receptoren waarvan de aanwezigheid werd aangetoond aan de oppervlak van verschillende soorten cellen: gladde spiercellen, fibroblasten, lymfocyten, De gestapelde cholesterylesters in de vaatwand kunnen ook voortkomen in de degradatie van de VLDL en chylomicronen. Na absorptie door de laag polysacchariden die het endotheel bedekt, zouden deze lipidedeeltjes de invloed ondergaan van een lipoproteinelipase. Dit zou resulteren in het vrijkomen van residu s rijk aan cholesterylesters. Deze zouden in het geval van beschadiging van de endotheliale barrière in de vaatwand doordringen. Het zuiveringseffect van HDL en LCAT Een kleine fractie van in het plasma aanwezige choleserol wordt ook door de HDL getransporteerd. De HDL remmen het binnendringen van LDL in fibroblasten doordat ze competitief zijn voor een gemeenschappelijke receptor. Bovendien kunnen ze vrij cholesterol aan de oppervlak van deze cellen opnemen. HDL kan de cholesterol vanuit de weefsels tot in de lever brengen, waar ze dan gerecycleerd kan worden of via de gal uitgedreven. Dit proces is afhankelijk van de werking van het LCAT, een 10

11 plasmaglycoproteine met een selectieve affiniteit voor de HDL. Dit enzym zorgt voor verestering van cholesterol, waardoor de cholesterol dieper in het HDL-deeltje gaat en waarvan de oppervlakte verder in staat blijft andere vrije cholesterolmoleculen te fixeren. Het gevolg van atherosclerose Het gevolg van atherosclerose is dat de endothele vaatwand wordt beschadigd en wordt opgevuld met vetten (cholesterol). Deze opstapeling kunnen dan steeds vergroten tot een atheroom, die op de cruciale plaatsen in het bloedvat het bloed gaan opstoppen en zo bv. in kransslagaders die het hart met zuurstof bevoorraden een lokale ischemie veroorzaken. Dit kan dan mogelijkerwijs leiden tot een hartinfarct of hartfalen. De rol van lipiden m.b.t. atherosclerose C20:4 (Arachidonzuur) Prostacycline I 2 (PGI 2 ) Thromboxaan A 2 (TXA 2 ) remt activiteit v/d bloedplaatjes stimulatie activiteit v/d bloedplaatjes Evenwicht tussen beiden is noodzakelijk voor de goede gezondheid! C20:5 (Eicosapentaeenonzuur) bv. in vissen Prostacycline I 3 (PGI 3 ) Thromboxaan A 3 (TXA 3 ) remt activiteit v/d bloedplaatjes stimulatie activiteit v/d bloedplaatjes Prostacycline I 3 (PGI 3 ) is analoog qua activiteitsniveau aan het prostacycline I 2 (PGI 2 ), maar het grote verschil zit hem er in, dat het thromboxaan A 3 (TXA 3 ) veel minder efficiënt werkt dan het thromboxaan A 2 (TXA 2 ). Dit is ook de reden waarom eskimo s veel minder kans hebben om atherosclerose te krijgen dan wij. Ook interessant om te weten is dat ons lichaam cholesterol gebruikt voor de aanmaak van TXA 2, naast het gebruik van cholesterol voor het opbouwen van PM en de aanmaak van galzouten. We verstaan nu ook waarom HDL de goede cholesterol wordt genoemd. Zij is immers verantwoordelijk voor het transport van het overtollig cholesterol naar de lever, en heeft zo een remmende werking op de vorming van atherosclerose. 11

12 Beïnvloeding van HDL en LDL spiegels LDL-spiegel hoger: - consumptie verzadigde vetzuren - overgewicht HDL spiegel lager: - mannelijk - vetzucht - hypertriglyceridemie, hyperglycemie, diabetes - roken - gebrek aan activiteit - voeding met een laag vet- en een hoog KH-gehalte HDL spiegel hoger: - duursporten (uithouding is belangrijk!) - alcohol (matig) º Mogelijke pathologiën i.v.m. afwijkingen m.b.t. lipoproteïnen Als we bloed trekken bij de patiënt, dan bestaat dit bloed uit 2 componenten. Een plasmacomponent en een component met daarin alle BC. Voor sommige analyses echter, hebben we enkel het serum nodig. Dit is [plasma]-[stollingsfactoren]. Als we dan dit serum gaan onderwerpen aan een gel-electroforese en vervolgens een kleuring toepassen op eiwitten krijgen we volgend resultaat: γ-globulines β 2 β 1 α 2 α 1 albumine Indien het dezelfde staal wordt aangekleurd voor lipiden; krijgen we dit resultaat: chylomicronen VLDL (pre β) HDL (α) VVZ LDL (β) Noteer wel dat chylomicronen; IDL en VLDL niet zichtbaar zijn bij nuchtere patiënten. (VLDL halfwaardetijd van 4h). Indien ze wel aanwezig zijn bij nuchtere patiënten wijst dit op een mogelijke pathologie. Daarom is het belangrijk om steeds nuchtere mensen te testen, anders kan dit aanleiding tot foutieve testresultaten. 12

13 Te weinig chylomicronen Basser-Kornzweig disease Realisatie: Godfried Verheyen Oorzaak ApoB 48 disfunctioneel Sympto(o)m(en) Ernstige buikpijn bij vetrijke maaltijden Behandeling Aangepast dieet met MCT s. Enkel voedsel met TG s C12 of kleiner. Te weinig β (op de lipidenband) - Geen β (àβ) Geen LDL Vrij snel overlijden, want er is geen cholesterol voor de inbouw in de PM s van de cellen. Zo krijgen RBC s een stervormig uitzicht (acantocyten) en verliezen ze wat van hun mogelijkheden om O 2 te binden. Bovendien gaat deze ziekte gepaard met enkele zware neurologische stoornissen. - Weinig β [LDL] c op 10-50% van de normale waarde Personen zijn meestal perfect gezond en vertonen zelfs minder kans op atherosclerose. Te weinig α (op de lipidenband) Tangier disease Oorzaak LCAT deficiëntie Sympto(o)m(en) * Cholesterol is erg laag * [TG] c is erg hoog, want shuttlewerking cholesterol is weg * Zwelling van de lymfereticulaire weefels (lever, nier,...), want LDL blijft achter in de weefsels. Er is immers geen HDL om de LDL s terug naar de lever te brengen Te veel chylomicronen Frederickson disease (1965) Type I ziekte Oorzaak Lipoproteïnelipase werkt slecht - Defect in eiwit zelf - Apo C 2 defect De ziekte wordt dus autosomaal doorgegeven. Sympto(o)m(en) Opstapeling van TG s op plaatsen waar het niet moet vorming van xanthomen (vetbolletjes) Behandeling Aangepast dieet met MCT s. Enkel voedsel met TG s C12 of kleiner. 13

14 Te veel β Type II ziekte Teveel LDL Oorzaak Stoornis in de functie van de LDL-receptor - Defect in eiwit zelf (cfr. inleiding) - Apo B 100 defect Door de dubbele oorzaak maakt men een onderscheid tussen twee types: - Type IIa ziekte [LDL] c Defect in de LDL-receptor zelf. Dit is een genetische en aangeboren vorm. (cfr. inleiding) - Type IIb ziekte [LDL] c [VLDL] c Deze variant kan ook genetisch zijn, maar evengoed een secundaire toestand van een ander type. Te veel pre-β Type III ziekte Oorzaak ApoE mutatie (genetische oorsprong) Sympto(o)m(en) [VLDL] c Pre-β-band is ten eerste zichtbaar bij nuchtere patiënten en ligt bovendien rechtstreeks naast de β-band, zodat de β-band veel breder lijkt dan ze zou moeten zijn. Daarom spreken we soms ook over de broad-β-disease. Pre-β-band zichtbaar Type IV ziekte Oorzaak Secundaire toestand van: - Alcoholisme - Obesitas - Diabetes Sympto(o)m(en) [VLDL] c Pre-β-band is zichtbaar bij nuchtere patiënten, maar ligt niet naast de β-band. Deze ziekte komt vrij veel voor. 14

15 Te veel TG s Type V ziekte Oorzaak Secundaire toestand van: - Alcoholisme - Obesitas - Diabetes Sympto(o)m(en) [TG] c Chylo [VLDL] c Deze ziekte is vrij zeldzaam. Familiale gecombineerde hyperlipidemie Type VI ziekte Dit is een mix van type IIb en type V. Je zou dit kunnen vergelijken met het tiltslaan van de lever; die zonder reden massaal veel VLDL begint te secreteren. De behandeling van cholesterolproblemen in België beslaat een drietal luiken. Eerst en vooral moet men op zoek gaan naar de primaire oorzaak. Eens men die gevonden heeft MOET men eerst een dieet voorstellen aan de patiënt, erop gericht om cholesterolintake, VZZ-intake en calorie-intake te verlagen en pectine-intake te verhogen. Deze pectines, die bv. rijkelijk aanwezig zijn in appels, binden met lipiden en vermijden zo dat ons lichaam deze lipiden opneemt. Een derde luik in de bestrijding van overtollig cholesterol zijn de farmaca. We hebben een vijftal chemische stoffen die helpen in de afbouw van cholesterol. Zo is er: 1. Nicotinezuur ( nicotine) ZEER EFFICIËNT! Dit inhibeert VLDL-synthese en secretie door de lever. Dit is een zeer efficiënt geneesmiddel om VLDL én LDL concentraties te verlagen, met dien verstande dat om een verschil te zien in LDL-concentraties men enige tijd (paar weken) moet wachten, vanwege de hoge halfwaardetijd van LDL. 2. Clofibraat Dit zorgt voor een stimulatie van het lipoproteïne lipase 3. Anionuitwisselaars (bv. Questran ) Dit zijn cholesterol- en galzoutbindende harsen ZEER EFFICIËNT! 4. HMG-CoA-reductase inhibitoren; statines Bv. ZOCOR 5. Andere 15

16 6. Mogelijke examenvragen over dit hoofdstuk Bespreek het transport van vetten. Welke rol kunnen cholesterol, LDL, HDL en LCAT spelen in de pathogenese van atherosclerose? Waarom zijn omega-3 vetzuren zo gezond? (Wat zijn omega-3 vetzuren?) Op welke pathologiën kan een teveel aan LDL/VLDL/... wijzen? Bespreek de aangeboren stoornissen ivm lipoproteïnen. Hoofdstuk 2: Detoxificatiereacties 1. Inleiding De manier van opnemen van bepaalde toxische stoffen is afhankelijk van een tweetal factoren. Allereerst heb je de fysische toestand waarin het product zich bevindt. Is het agens opgelost in waterig midden, dan zal de opname sneller gebeuren, dan wanneer het agens in olie is opgelost (bv. sommige medicatie). Soms kan het product ook in vaste vorm worden opgenomen; dan komt de snelheid van opname grotendeels overeen met de oplosbaarheid van het product. Een tweede factor die een rol speelt m.b.t. tot de snelheid van opname is de toegangspoort langswaar een toxische stof het lichaam binnentreedt. Enkele voorbeelden: - per os: opnamesnelheid variabel - intraveneus (IV): onmiddellijk - subcutaan (SC): onmiddellijk - intramuscuslair (IM): onmiddellijk op voorwaarde dat het gaat om een waterige oplossing. (anders fel vertraagd) - sublinguaal (SL): onmiddellijk (bv. nitroglycerine) - rectaal: opnamesnelheid variabel en niet compleet (er gebeuren meteen detoxificatiereacties door de lever) - huis: efficiënte snelle opname (bv. cortisone-zalfjes) In ons lichaam zijn er een viertal plaatsen waar ons detoxificatiesysteem actief is. Dit zijn de longen, de lever, de maag en de nieren. Deze organen gaan proberen alle toxische stoffen meer polair te maken a.h.v. zogenoemde detoxificatiereacties. Deze polariteit zorgt ervoor dat het toxisch agens zeer goed wateroplosbaar wordt en zo dus rapper kan worden afgevoerd door ons lichaam. 16

17 Detoxificatiereacties zijn doorgaans in te delen in een tweetal fases: fase I en fase II. De fase I detoxificatiereacties omvatten o.m. de oxidatie, de reductie en hydrolyse van chemische stoffen. Langs de andere kant omvatten fase II detoxificaties alle conjugaties. (toxisch molecule koppelen met een molecule dat per definitie polair is) 2. Het mono-oxygenasecomplex in het ER van de hepatocyten (lever) Oxidatie gebeurt in ons lichaam door verschillende mechanismen. Zo bezitten onze cellen bv. het amine oxidase, het xanthine oxidase, het haem peroxidase en het al wat beter gekende alcohol (aldehyde) dehydrogenase. In de lever echter werkt er een heel specifiek oxidasecomplex; dat we het cytochroom P 450 -monooxygenasecomplex noemen. Dit complex gebruikt het flavoproteïne FADH 2 samen met de enzymes cytochroom P 450 en cytochroom P 450 reductase om toxische substraten te oxideren. (cfr. schema) 3. De fase 1 detoxificaties (examen) Hoewel deze reacties frequent een minder actief metaboliet opleveren, kunnen de fase-i metabolieten soms ook actiever zijn, even actief of anders actief dan het oorspronkelijke molecule. Veelal dienen de fase-i-reacties ter voorbereiding van de fase-ii-reacties waar een conjugeerbare groep zal worden aangebracht. Oxidaties Een eerste oxidatie is de typische hydroxylatiereactie die je hiernaast ziet afgebeeld. Enkele voorbeelden maken duidelijk hoe bv. ons lichaam barbituraten (slaapmiddelen) neutraliseert. Een tweede oxidatie is het omzetten van methylgroepen in alcoholgroepen, zoals op de tekening hier links afgebeeld. 17

18 Een derde oxidatie is de deaminatie-oxidatie van aminogroepen. Dit is de afsplitsing van een aminogroep zowel bij alifatische als bij aromatische stoffen. R-O-R R-NH 2 via R NH CH2 OH Aan de linkerzijde zien we de vierde oxidatie, namelijk de dealkylatie verschijnen die in twee vormen bestaat: de N- dealkylatie en de O- dealkylatie. De vijfde oxidatie besproken in de les was de vorming van sulfoxides. Een goed voorbeeld hiervan is de detoxificatie van chlorpranazine. De zesde oxidatie besproken in de les, was de oxidatie van alcoholen en aldehyden naar carbonzuren. Zo hebben we het voorbeeld gezien van de detoxificatie van methanol. Deze reactie loopt in feite verkeerd in ons lichaam, want methanol is niet rechtstreeks schadelijk en wel wateroplosbaar. Het is juist door onze detoxificatie-enzymen dat er uit methanol, formol en mierenzuur zullen onstaan. Dit zijn 2 toxische stoffen die dan gaan inwerken op onze ganglia en onze retina; de cellen zullen ontsteken en daarna afsterven. Het is dan ook niet moeilijk te begrijpen dat na inname van 15 ml methanol blindheid al kan optreden. (behandeling; based op competitieve inhibitie; want affiniteit van alcohol dehydrogenase is 100x groter voor ethanol, dan voor methanol) Reducties (d.m.v. cyt P 450 reductase) Een eerste reductie is de reductie van aldehyden tot ethanolen. Een bekend voorbeeld hiervan is de detoxificatie van choral (een sterk anestheticum). Een tweede reductie is de nitroreductie. Hiervan hebben we het dinitrofenol als voorbeeld gezien, dat wordt gereduceerd tot het amino-nitro-fenol 18

19 Een derde reductie is de azoreductie. Bijvoorbeeld: azobenzeen 2x aniline De vierde reductie gezien in de les is de dehalogenatie. Dit gebeurt o.m. met het toxische DDT. Hydrolyse (gebeurt over het hele lichaam) Als eerste hebben we de hydrolyse van esters. Dit vinden we terug bij bv. procaïne. (een anestheticum voor plaatselijke verdoving). Verder kunnen ook amides gehydrolyseerd worden, zoals afgebeeld hiernaast. Een bekend voorbeeld is het lidocaïne, dat zoals zijn homoloog, ook een verdovingsmiddel is dat plaatselijk wordt gebruikt. 4. De fase 2 detoxificaties (examen) Deze reacties grijpen meestal plaats na voorafgaandelijke structuurverandering van fase-i; ze beogen, naast een activiteitsvermindering, meestal een toename van de wateroplosbaarheid om zodoende de excretie te bevorderen via conjugatie van een ander polair molecule. Conjugatiereacties kunnen gebeuren met: glucuronzuur + UDP (de belangrijkste) acetaat (acetylatie) + S~CoA neutralisatie van anti-tbc-antibiotica 19

20 glycine (substraat wordt zelf eerst geactiveerd door CoA) Realisatie: Godfried Verheyen sulfaat + PAP (bv. dikwijls bij fenolen en steroïdhormonen) S is onstabiel geworden en kan worden overgedragen methylgroep (methylatie) (uit 5-adenosyl-methionine) 20

21 cysteïne + acetaat (ontstaan van mercaptiden) m.b.h. S~CoA Realisatie: Godfried Verheyen Het verder verloop van de detoxificatiereacties hangt dan af van het moleculair gewicht van de reactieproducten. Is het MG < 300? urine. Is het MG > 500? gal faeces. Bij een waarde hiertussen kunnen de reactieproducten verschillende richtingen uit. (zelfs naar het hoofdhaar en/of huidschilfers) 5. Algemene kenmerken van detoxificatiereacties Aspecificiteit Het aspecifiek karakter van deze reacties blijkt uit de meerdere detoxificatiemogelijkheden per product. Bijvoorbeeld benzoaat kan gehydroxyleerd worden en op zijn carboxylgroep zowel met glycine als met glucuronzuur geconjugeerd worden. Competitie Wegens het aspecifiek karakter van het detoxificatieproces komt het frequent voor dat uiteenlopende geneesmiddelen in competitie staan voor dezelfde detoxificatiereactie; de werking van beide producten zal dus sterker zijn en vooral langer duren. Bijvoorbeeld kan er competitie optreden tussen tolbutamide (antidiabeticum) en fenylbutazone (antireumaticum), chloramfenicol (antibioticum) en dicoumarol (anticoagulerend middel). Soortverschillen Er komen opvallende soortverschillen voor zowel wat betreft het type detoxificatie voor een bepaald product als voor wat betreft de snelheid van detoxificatie. - Type Bijvoorbeeld bij de mens wordt bilirubine gedetoxificeerd door glucuronidatie, terwijl de hond gebruik maakt van conjugatie met glucose of xylose. - Snelheid Bijvoorbeeld bij de mens wordt fenylbutazone traag gemetaboliseerd (T ½ = 2 dagen), maar veel vlugger bij vele andere dieren (T ½ = 3-6 uur). Leeftijdsverschillen De reden dient hiervoor gezocht te worden in de immaturiteit van de detoxificerende enzymen bij de geboorte die pas later een maturatie zullen ondergaan. 21

22 Bijvoorbeeld chloramfenicol wordt bij baby s 5x trager gedetoxificeerd (door conjugatie met glucuronzuur, naast reductie) dan bij volwassenen. Daarom is het zo gevaarlijk bij vrouwen in de laatste maanden van de zwangerschap, zomaar een antibioticum voor te schrijven. Als de vrouw immers bevalt en de navelstreng wordt afgeknipt; kan de neonatus het antibioticum niet meer tijdig detoxificeren, en heeft het enorm schadelijke gevolgen. Interindividuele verschillen Bijvoorbeeld belangrijke interindivuele verschillen in de afbraaksnelheid van dicoumarol. (7h-74h) d.i. belangrijk voor het op punt stellen van anticoagulantia-therapie. Inductie Chronisch gebruik van bepaalde geneesmiddelen kan leiden tot inductie van de detoxificerende enzymenset. Deze inductie ligt aan de basis van tolerantie en crosstolerantie van geneesmiddelen. Gelukkig is dit een reversibel proces - Tolerantie Bijvoorbeeld chronisch gebruik van barbituraten, in de ijdele hoop slaapstoornissen te verhelpen, wordt gekenmerkt door een progressief verminderend slaapverwekkend effect. (Ander voorbeeld is DDT bij vogels. Vogels eten insecten DDT vogels DDT. [DDT] c zo hoog dat vogels DDT s detoxificatiesysteem zo n hoge tolerantie heeft, dat vogels DDT hun eigen geslachtshormonen beginnen af te breken.) - Cross-tolerantie Bijvoorbeeld indien, na het op punt stellen van een dicoumarol-behandeling, na enige tijd barbituraten worden genomen, kan door aspecifieke inductie dicoumarol sneller worden afgebroken (gebrekkige antistollingstherapie). Omgekeerd, bij het stopzetten van het gebruik van barbituraten tijdens een dicoumarol-behandeling, zal het dicoumarol trager worden gemetaboliseerd (risico op bloedingen). Activatie Voorbeeld: fenylbutazone (cyt P 450 afhankelijk) - gehydroxyleerd op een aromatische ring: inflammatoire eigenschappen - gehydroxyleerd op alifatische keten: stimulering van urinezuur-secretie Toxificatie Bijvoorbeeld fenacetine kan door mislopen van detoxificaties omgezet worden tot hepatoof nefrotoxische derivaten. 22

23 6. Mogelijke examenvragen over dit hoofdstuk Bespreek de fase-1 detoxificatie-reacties. Illustreer met enkele voorbeelden Bespreek de fase-2 detoxificatie-reacties. Illustreer met enkele voorbeelden Bespreek de algemene kenmerken van de detoxificatiereacties + bespreek MAO Hoofdstuk 3: Hormonen 1. Inleiding Hormoneninteracties kunnen in ons lichaam op verschillende manieren gebeuren. Zo heb je bv. endocriene (cel -> bloed -> cel), paracriene (cel -> cel), autocriene (cel op zichzelf) en juxtacriene (in synapsen) interacties. Wat betreft de indeling van hormonen kun je allereerst een indeling maken op basis van al dan niet wateroplosbaar. Zo zullen vetoplosbaarbare hormonen, zoals steroïden en schildklierhormoon, transporteiwitten nodig hebben (albumine of een ander specifiek transporteiwit) om vervoerd te kunnen worden langs de bloedbaan. Dit feit zorgt er dan ook voor dat bij toediening van vetoplosbare hormonen, het langer gaat duren alvorens zij in de cel zijn opgenomen. Deze hormonen moeten immers eerst door het PM om in het cytosol dan actief te zijn. Wateroplosbare hormonen (bv. peptidehormonen of prostaglandines) worden dan wel sneller opgenomen; omdat zij vaak binden aan een extracellulaire receptor op het PM en dus minder afstand moeten overbruggen. Een tweede indeling die kan gebeuren, is een biochemische indeling. Zo kan men hormonen indelen in een viertal verschillende categoriën. Zo zijn er de hormonen die gewoon bestaan uit ketens van AZ (bv. encephalines). Ten tweede heb je nog de hormonen die gebaseerd zijn op één enkel AZ-derivaat. (bv. schildklierhormoon is afgeleid van tyrosine cfr. Sciot). Ten derde is er een speciale klasse van hormonen die worden gevormd uit de eicosanoïden. Voorbeelden hiervan zijn de prostaglandines, de thromboxanen en de leukotriënen, en tenslotte heb je nog de groep hormonen die ontstaan als derivaten van cholesterol (bv. steroïden). Wat betreft de vorming van hormonen kunnen we vrij kort zijn. Een hormoon ontstaat als preprohormoon (het pre-stukje is vaak een signaalpeptide) prohormoon hormoon. Het nut van zo n mechanisme is dat er meerdere hormonen uit 1 preprohormoon kunnen ontstaan, bv. prosomastatine (pross) SS28 en SS14 23

24 2. Het maag-darmstelsel De belangrijkste hormonen die voorkomen in het maagdarmstelsel op een rijtje Secretine (lijkt op glucagon men spreekt soms van de secretine/glucagon-familie) Secretine bestaat slechts onder 1 vorm, nl. die van 27 AZ en wordt afgescheiden door: - Het slijmvlies van het duodenum (S-cellen); dit wordt uitgelokt door de doorgang van zure spijsbrij. - Het proximaal deel van de dunne darm. Secretine stimuleert de secretie van een bicarbonaatrijke vloeistof door het pancreas. - ph secretine pancreas-activiteit HCO3- - HCO3- is basisch en neutraliseert het maagzuur ph signaal valt weg. Gastrine (prepro: 101 AZ) Naargelang het aantal AZ, spreekt men van gastrine 14, 17 en G14 is biologisch actief. - G17 wordt gesecreteerd door de mucosa van de maagpylorus (G-cellen). (dit is de populairste gastrine) - G34 wordt gesecreteerd door de mucosa van het proximaal deel van het GIstelsel (GI-cellen). Gastrine stimuleert (functie van gastrine): - de secretie van het maagzuur en pepsine door de maagmucosa; - de maagmotiliteit; - de celproliferatie van de maagmucosa. De afscheiding van gastrine wordt uitgelokt door: - mechanische uitzetting; - vagale impulsen; - secretagogen (peptiden, ethanol, caffeïne); - histamine anti-histaminica tegen te hoge maagsecretie (reisziekte) De secretie wordt geïnhibeerd door: - de zuurtegraad van de maag; Wanneer de ph te laag wordt, stopt de gastrine-productie = negatieve feedback. Een ander hormoon dat de gastrine-productie kan doen stoppen is het somatostatine. Dit hormoon wordt zowat beschouwd als de off-switch van elk hormoon in ons maagdarmstelsel. Cholecystokinine (CCK) Van dit hormoon bestaan er verschillende vormen nl. CCK 58, 39, 33, 8 waarvan CCK33 de meest populaire is. Dit CCK 33 bestaat uit 33 aminozuren, en kun je eigenlijk functioneel opdelen in twee delen; een stukje 28AZ + 5AZ (dit is de CCK 5 -sequentie, die ook aan gastrine wordt aangekoppeld ter bescherming tegen proteolytische activiteit) Het preprocck bestaat uit 115 AZ. Het carboxyterminaal uiteinde is zoals gezegd identisch aan dat van 24

25 gastrine, met als gevolg dat de effecten van CCK en gastrine vrij gemeenschappelijk zijn. Het aminoterminaal uiteinde is verantwoordelijk voor de specifieke eigenschappen van CCK. CCK-secretie wordt getriggerd door de aanwezigheid van halfverteerde vetten in de dunnedarm en ook door de n. vagus. Vervolgens wordt CCK afgescheiden door de intestinale mucosa (proximaal deel van dunnedarm; I-cellen). CCK stimuleert: - secretie van enzymen - secretie van HCO3- door pancreas - contractie van de galblaas galzouten komen vrij afbraak vetten - lediging van de maag (dit veronderstelt een feedbacksysteem; anders zou dit aan de gang blijven) Gezien het effect op de voedselvertering, grijpt er een positieve feedback plaats. Gastric Inhibitory Peptide (GIP) GIP is een polypeptide bestaande uit 42 AZ waarvan de structuur gelijkt op die van glucagon en secretine. GIP wordt gesecreteerd door de K-cellen van de mucosa van het duodenum en het proximaal deel van de dunnedarm. De secretie van GIP wordt gestimuleerd door intraluminale KH en lipiden. GIP veroorzaakt een verhoogde glucosegeïnduceerde insulinereactie bij verhoogde plasmaspiegel, en stimuleert aldus de secretie. (cfr. schema hieronder) Glucagonlike peptide 1 (GLP1) (amide) Dit enzyme wordt aangemaakt en vrijgesteld door de L-cellen van het duodenum o.i.v. van het GIP. Het hormoon target de β-cellen van de pancreas; die gestimuleerd zullen worden en waardoor de insulineproductie dus zal stijgen. insuline Somatostatine 28 (SS28) Dit hormoon is een beetje de off-switch van ons gastro-intestinaal stelsel. Zijn functie is drieledig: het remmen van de maagfunctie, het remmen van de enzymesynthese door de pancreas en het remmen van de secretie van pancreasenzymen. (glucagon en insuline) Het hormoon staat volledig onder controle van het CZS. We spreken van een neurogene regeling: o.i.v. orthosympatische vezels, secretie ; o.i.v. n. vagus, secretie 25

26 Vasoactive intestinal polypeptide (VIP) VIP is aanwezig in de neuronen van de dunnedarm en het CZS. Het heeft een drieledige werking: - een vasodilaterende werking; - een relaxerende werking op de gladde spieren en sfincters van het GI-stelsel; - een stimulerend effect op de secretie van het pancreasvocht. Enteroglucagon Het enteroglucagon wordt afgescheiden door: - de speekselklieren; - de maag; - de dunnedarm; - het colon; - de hersenen. De structuur is niet gekend, maar wordt afgeschreven van dezelfde genstructuur als het pancreatisch glucagon. De functie van het enteroglucagon is zwakker dan dat van glucagon. Naast deze hormonen zijn er nog vele andere hormonen die een rol spelen in het gastrointestinaal systeem, bijvoorbeeld substance P, neurotensine, motiline, enz De pancreas De pancreas is een erg belangrijk orgaan voor ons lichaam. Het maakt onder meer volgende hormonen-set aan: - insuline (β-cellen in de eilandjes van Langerhans) - glucagon - SS14 (δ-cellen); dit zijn de laatste 14AZ van het SS28 - pancreatisch polypeptide (PP) (geproduceerd door de PP-cellen) PP (º pancreas); pancreasenzymen PYY (º colon); maagsecretie en motiliteit NPY (º maagdarm en hersenen); vasoconstrictie en secretie ACh Insuline (51AZ) De vorming van insuline is geïllustreerd op deze tekening hier: 26

27 De eigenlijke synthese van insuline verloopt over het prepro-insuline met een MG van kda. Door afsplitsing van het signaalpeptide (23 AZ) na doorgang in het ER, wordt prepro-insuline omgezet in pro-insuline, dat op zijn beurt door verwijdering van het connecting peptide aanleiding geeft tot insuline. Het hormoon wordt gevormd ter hoogte van het ER als pro-insuline, omgezet tot insuline in het Golgi-apparaat en opgestapeld, geassocieerd met 2 zinkatomen, als een hexameer door associatie van 3 dimeren, in de β- granulen. De β-granulen, allen omgeven door een membraan, bewegen zich naar de celmembraan door contractie van het microtubulair systeem, en hun inhoud wordt door exocytose in de extracellulaire ruimte gestort. De β-cellen van het pancreas secreteren dus insuline, pro-insuline en C-peptide (dit laatste in equimolaire hoeveelheden als insuline). Elke dag wordt er door de pancreas ongeveer 1,5 à 2 mg insuline geproduceerd. De halfwaardetijd van insuline bedraagt ongeveer 15 minuten. Dit is het gevolg van een snelle en intensieve afbraak ter hoogte van de lever en de nier. Deze organen beschikken over een arsenaal van afbraakmogelijkheden nl. het glutathion-insuline-dehydrogenase, het insuliniase en een mechanisme om S-S-bruggen te verbreken. Insuline heeft in de eerste plaats een groeifunctie. Natuurlijk speelt het ook een rol in de regeling van het bloedsuiker; zoals we allemaal wel weten. De regeling van insuline ziet er ongeveer als volgt uit: 27

28 De werking van insuline is vijfledig: - De opname van glucose verbeteren. Om dit goed te begrijpen moet je weten dat elk PM al GLUT1-transporters heeft om in beperkte mate glucose op te nemen. Insuline gaat nu in grote mate GLUT4-transporters rekruteren naar het PM om zo sneller glucose te kunnen opnemen in spier- en vetweefesel. Noot: In de lever zal insuline de influx van glucose langs een concentratiegradiënt door diffusie onrechtstreeks stimuleren door inductie van glucokinase. Door de verhoogde glucokinase-activiteit en de omzetting van glucose-6-p wordt de intracellulaire concentratie glucose zeer laag, en de membraan is vrij permeabel voor glucose, waardoor glucose gemakkelijk naar binnenstromen kan. De lever is de belangrijkste receptororgaan voor insuline dat de glycolyse, de glycogeen-synthese en het glucose-transport binnen enkele minuten beïnvloedt. Als gevolg van de intake van insuline zullen er fosforylatie/defosforylaties optreden met als gevolg dat de lever minder glucose zal afgeven. => Insuline heeft een effect op het koolhydratenmetabolisme. - Insuline stimuleet de omzetting van koolhydraten in vetten, zowel in de lever als in de extrahepatische weefsels. Zowel de pyruvaat dehydrogenase- als de acetyl-coa carboxylase-activiteit is gestegen, respectievelijk door een verhoogde defosforylatie en fosforylatie. De pentosecyclus is gestimuleerd door een verhoogde glucose-6-p-dehydrogenase-activiteit, en dit is noodzakelijk voor de synthese van vetzuren. Daarenboven is er een verminderde triglyceride-lipase-activiteit door de inwerking van lipolytische hormonen zoals catecholaminen en glucagon. Insuline heeft ook een gunstig effect op de cholesterolemie, door de vorming van VLDL en LDL te beïnvloeden. => Insuline heeft een effect op het vetmetabolisme. - De proteïnesynthese aanwakkeren. Dit komt omdat insuline de opname van vrije AZ bevordert en zo de translatie op volle kracht kan draaien zonder stil te vallen door gebrek aan AZ. Bovendien kan insuline een aantal ribosomale proteïnen fosforyleren (in dit geval actiever maken) en heeft insuline ook een remmend effect op de proteolyse. De mrna-synthese, met als gevolg de aanmaak van specifieke proteënen en enzymen, wordt gestimuleerd op lange termijn. => Insuline heeft een effect op het proteïnenmetabolisme. - De celdeling stimuleren. Insuline heeft immers een stimulerend effect op verschillende groeifactoren; nl. EGF; EFGF en het PDGF en op de signaaltransductie-cascade geïnitieerd door de receptor tyrosine kinase (RPTK) - Insuline zorgt ook nog voor een verhoogde K + -opname. Het werkingsmechanisme Insuline regelt het metabolisme op 2 manieren: - Het hormoon beïnvloedt het transport van substraten in de cel; - Het hormoon regelt, door verandering van enzym-activiteit, de intracellulaire modificatie van deze substraten. De insuline-receptor is een transmembranair insuline-afhankelijke tyrosine kinase. En bestaat uit 4 subeenheden. Het zijn glycoproteinen verbonden door disulfidebruggen. Insuline bindt aan de 2 centrale α-subeenheden (125 kda) die aan de buitenkant van de membraan gelegen zijn. Het cytoplasmatisch deel van de 2 daaraan gebonden β- subeenheden (95 kda) vertonen tyrosine-kinase-activiteit. De insuline-gemedieerde 28

29 autofosforylatie van tyrosine-residu s op de β-subeenheid resulteert in de productie van een actieve insuline-onafhankelijke RPTK. Na de binding van insuline met de membraanreceptor is er een verhoogd transmembranair transport van glucose. Dit mechanisme is nog niet gekend. Als gevolg van de binding van insuline aan zijn receptor, verandert de configuratie van de receptor, die nu tyrosineactiviteit vertoont en autofosforyleert. De receptoren associëren met elkaar, en er grijpt een internalisatie plaats waardoor de turnover en de concentratie van de receptoren gecontroleerd wordt (= down-regulation). Het signaal wordt doorgestuurd door de tyrosinekinase-activiteit en het docking-effect. De actieve receptor fosforyleert onder meer de insuline receptor substraat-1 (IRS-1) dat bindt aan de SH2 domeinen van PI3-kinase, GRB2, Hierdoor worden Thr/Ser PK, zoals MEK, MAPkinase, geactiveerd en dit resulteert in een complexe regeling van enzymen. Wanneer de concentratie van camp vooraf reeds gestegen is, veroorzaakt insuline een vermindering van de concentratie camp. Een groot aantal eiwitten worden in verhoogde mate aangemaakt door de regeling van mrna-transcriptie. Het effect van insuline op de gen-transcriptie ligt ook aan de basis van de embryogenese, differentiatie, celgroei en proliferatie. Daar waar in de lever de influx stijgt door diffusie langs de gradiënt veroorzaakt door de verhoogde glucokinase-acitiviteit, zal het in de spier- en vetweefsel de carrier-gemedieerde gefaciliteerde diffusie gestimuleerd worden. Pathologieën o te weinig insuline Een tekort aan insuline leidt tot een hyperglycemie ( mg%). Dit geeft vrijwel onmiddellijk aanleiding tot glucusurie (suiker in de urine). Andere symptomen zijn polyurie (veel plassen), polydypsie (veel drinken om de vochtbalans in evenwicht te houden) en polyfagie (veel eten). Een ander zeer belangrijk gevolg van hyperglycemie is dat het 29

30 lichaam een verhoogde activiteit zal tonen van de lipolyse. Hieruit volgt dat de [VVZ] c ( [VLDL] c ) en de [acetyl-coa] c zal stijgen in de lever, met hogere levels van ketonlichamen (acetoacetaat, β-hydroxybutyraat en aceton) tot gevolg. Dit leidt tot ketonemie (ketonlichamenconcentratie in het bloed verhoogd) en zelfs verder tot ketonurie (in de urine). Ketonemie is een potentieel gevaarlijke situatie; aangezien de verhoogde concentratie ketonlichamen de ph van het bloed kan doen dalen, zo ver zelfs dat het lichaam in metabole acidose gaat. Dit geeft rechtstreeks aanleiding tot coma. Dit is het eerste gevolg. Als de hyperglycemie nu meer dan vier tot zes weken aansleept; dan zal de α-keten van het Hb gemodificeerd worden. Er wordt een glucosemolecule aan het Hb gehangen. Dit nieuwe Hb draagt de naam HbA 1 C, en kan men therapeutisch gaan opsporen. Een derde gevolg is dat het katabolisme van eiwitten zeer intens zal doorgaan. Een woordje meer over diabetes Diabetes komt voor in twee vormen: diabetes mellitus (honing) en diabetes insipidus. We bespreken enkel diabetes mellitus. Diabetes mellitus of suikerziekte is een tamelijk frequent voorkomende ziekte en komt voor onder twee types: type I en type II. Type I (insuline-afhankelijke vorm) - Een absoluut gebrek aan insuline. Ontstaat door een auto-immuunrespons van het lichaam tegen de β-cellen. 5-10% van de gevallen. Wordt vrij vroeg in het leven gediagnosticeerd. (vrij snel ketonurie) Type II (non-insuline-afhankelijk slechte naam want op termijn ook insulinenood) - Een relatief gebrek aan insuline. Dit is vaak te wijten aan een slechte productie door de β-cellen en/of een perifere resistentie t.h.v. de weefsels aan het insuline (bv. glucokinase in lever) % van de gevallen. Deze variant is gevaarlijker, omdat de symptomen bij een tekort aan insuline minder uitgesproken zijn, maar ondertussen er al wel veel VLDL in het lichaam is gekomen (via VVZ). Dit VLDL geeft dan aanleiding tot hoge LDL-levels, die dan (vooral kleinere) aders gaan vervetten. Zo kan je begrijpen dat diabetes mellitus type II het risico op atherosclerose fel verhoogt. Daarnaast zijn ook blindheid en nierproblemen zeer frequent voorkomende aandoeningen te wijten aan die vervettingen. o te veel insuline Deze toestand is gewoonlijk te wijten aan tumoren van de B-cellen en is gekenmerkt door een neiging tot hypoglycemie. Hyperinsulinisme veroorzaakt een gevoel van vermoeidheid en verwarring, dat verbetert na het innemen van voedsel. Deze afwijking evolueert naar een toestand gekenmerkt door verwardheid, angst, zweten, spraakmoeilijkheden, tachycardie, duizeligheid, en zelfs coma indien niet behandeld. Glucose is immers het enige substraat dat vlug genoeg doorheen de bloed-hersen-barrière kan getransporteerd worden 30