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 (?)