A betegség biokémiai alapja

Alastair J. Barr; A betegség biokémiai alapja. Esszék Biochem 2018. december 3 .; 62 (5): 619–642. doi: https://doi.org/10.1042/EBC20170054

biokémiai

Hivatkozási fájl letöltése:

Ez a cikk betekintést enged az olvasóba a biokémia szerepében a jelenlegi globális egészségügyi és betegségi problémák egy részében. Felfedezi a betegség biokémiai okait hozzáférhető és tömör formában, ugyanakkor a farmakológia, a sejtbiológia, a patológia és a fiziológia szempontjait is felveti, amelyek szorosan illeszkednek a biokémiához. A kiválasztott betegségek megvitatása izgalmas új fejleményeket emel ki, és megvilágítja a legfontosabb biokémiai útvonalakat és közös vonásokat. A cikk a cukorbetegség, az érelmeszesedés, a rák, a mikroorganizmusok és a betegségek, a táplálkozás, a májbetegségek és az Alzheimer-kór ismertetését tartalmazza, de nem próbálja átfogóan lefedni a betegségeket, mivel ez meghaladja hatáskörét és hatályát. Következésképpen a betegségeknek számos lenyűgöző biokémiai aspektusa van, mind a gyakori, mind a ritka, amelyekkel itt nem foglalkozunk, és amelyek a további idézett olvasatban feltárhatók. A betegség tanulmányozásának technikáival és biokémiai eljárásaival itt nem foglalkozunk részletesen, de ezek könnyen megtalálhatók számos biokémiai módszer forrásában.

Cukorbetegség

Bevezetés

A cukorbetegség olyan állapot, amelyben a test nem képes megfelelően szabályozni a vércukorszintet, ami magas vércukorszintet eredményez (hiperglikémia). A tünetek közé tartozik a vizelet felesleges glükóz ozmotikus hatása miatt gyakori vizelés, folyadékvesztés miatti szomjúság és fogyás. A cukorbetegség lehetséges hosszú távú szövődményei, ha a vércukorszintet gyengén szabályozzák, magukban foglalják a szív- és érrendszeri betegségeket (például érelmeszesedést és agyvérzést), valamint az idegek, a vese és a szem károsodását, amelyek vaksághoz vezethetnek. A cukorbetegség jelentős egészségügyi probléma, becslések szerint világszerte 425 millió ember szenved, és ezek a számok várhatóan növekedni fognak. A szám növekedése a lakosság elhízásának növekedésével jár, és a szövődmények kezelése jelentős egészségügyi költség. Az Egyesült Királyságban egyes becslések szerint a költségek elérhetik az NHS költségvetésének 17% -át.

Inzulinhatás

Egészséges egyéneknél a vércukorszint étkezés előtt 3,5 és 5,5 mmol/l között mozog. Ezt a tartományt a hormonok (elsősorban az inzulin és a glükagon, de az adrenalin, a kortizol és a növekedési hormon is) fenntartják, amelyek szabályozzák a glükóz termelését és felvételét, a glikogén (a glükóz tárolt formája) szintjét, valamint a zsír- és fehérje-anyagcserét, szükség szerint étkezés után, böjt és testmozgás közben. Az inzulin és a glükagon egyaránt a hasnyálmirigy által termelt polipeptidek (β-sejtek - inzulin; α-sejtek - glükagon).

Biokémiai szinten az inzulin az inzulinreceptorhoz - egy sejtfelszíni glikoproteinhez - kötődik, amely két extracelluláris α alegységből és két membránon átívelő β alegységből áll (1. ábra). A receptor tirozin-kináz aktivitással rendelkezik (azaz enzimaktivitással, amely katalizálja egy foszfátcsoport átvitelét az ATP-ből egy tirozin-aminosavvá egy fehérjében, más néven tirozin-foszforilezést). Az inzulin kötődése a receptorhoz kezdetben maga a receptor tirozin-foszforilációját okozza, majd az inzulinreceptor szubsztrátja (IRS) -1 és IRS-2 nevű intracelluláris fehérjék foszforilezését, majd az intracelluláris jelátviteli események komplex sorozatát, amely sok más kinázt is magában foglal, a szénhidrát, a zsír és a fehérje anyagcseréjének fentiekben tárgyalt fiziológiai változásaihoz vezetnek a génexpresszió és az anyagcsere-enzimek aktivitásának változásain keresztül. Az inzulin glükózfelvételre gyakorolt ​​hatását a glükóz transzporter, a GLUT-4 közvetíti, amelyet inaktív állapotban tárolnak az intracelluláris vezikulákban, és az inzulin stimulálja ezen vezikulák mozgását a plazmamembránig, ahol a GLUT-4 beépül a membránba pórus, amely lehetővé teszi a glükóz felvételét a sejtbe (1. ábra).

Inzulin jelátvitel egy adipocitában

Rövidítés: P, tirozin foszforilezése.

Rövidítés: P, tirozin foszforilezése.

Betegségbetegségek és ketoacidózis

A cukorbetegség hosszabb távú szövődményei közül sok a nagy artériákra (makrovaszkuláris), valamint a kis artériákra és a kapillárisokra (mikrovaszkuláris) egyaránt hatással van. A magas vércukorszint ahhoz vezet, hogy a fehérjék és a lipidek nem enzimatikus folyamatban módosulnak a cukroknak való kitettség révén, és fejlett glikációs végtermékeket képeznek, amelyek szerepet játszanak a betegség folyamatában. Oxidatív stressz és a vaszkuláris erek endotheliumának károsodása is érintett. A cukorbetegség egyik diagnosztikai tesztje magában foglalja a vörösvértestek glikált hemoglobin (HbA1c) szintjének mérését. Ez egy értékes teszt, mert a vörösvérsejtek 120 napos élettartama miatt a hónapok átlagos plazma-glükóz-koncentrációját értékeli, és jelzi a kezelés eredményességét is.

A kezeletlen 1-es típusú cukorbetegséghez társuló akut súlyos életveszélyes állapot a diabéteszes ketoacidózis. Inzulin hiányában alakul ki, amelynek során a máj fokozott glükóztermelődik, de mivel a periférián nincsenek inzulinsejtek, például izomsejtek, nem képesek felvenni a glükózt és felhasználni. Ennek következtében a magas vércukorszint azt eredményezi, hogy a vesék a vizelettel kiszűrik és eltávolítják a testből. Ez összefügg az ozmotikus diurézissel (folyadék- és elektrolitveszteség) és a kiszáradással. Alternatív energiaforrásként a zsírszövetből származó triglicerideket (zsírokat) szabad zsírsavakká bontják és a máj veszi fel. Itt acetil CoA-vá alakulnak át, amely a mitokondriumban a ketonok (acetoacetát, β-hidroxi-butirát és aceton) képződésének előfutára. Ezeket ketontesteknek nevezik, és a vérbe engedik, és a légzésben detektálhatók, és az acetonhoz vagy a körte cseppéhez hasonló jellegzetes szagot adnak. A ketonok vérbe történő felszabadulása a pH csökkenését (acidózis) okozza, és a szervezet hiperventilációval próbálja kompenzálni. Kezelés nélkül ezek az események kómához és halálhoz vezethetnek.

Kezelés

Az 1-es típusú cukorbetegség kezelésében az inzulin elengedhetetlen. Az emberi inzulint ma rekombináns DNS-technológiával állítják elő, nem pedig állatok hasnyálmirigyéből történő extrakcióval. Az étrend és a testmozgás kulcsfontosságú a 2-es típusú cukorbetegség kezelésében, és ez kombinálható a gyógyszeres kezeléssel.

Szív- és érrendszeri betegségek - érelmeszesedés

Bevezetés

Az érelmeszesedés, más néven az artériák megkeményedése egy krónikus artériás betegség, amely hosszú évtizedek alatt fejlődik ki, és világszerte a halálozás egyik fő oka. A zsírban, koleszterinben és kalciumban gazdag artériás falban emelt folt vagy plakett alakul ki, és ez idővel megkeményedik és beszűkíti az artériát, megfosztva az erek által szállított régiót oxigéntől (ischaemia). A lepedék felszakadása miatt a vérlemezkéknek nevezett vérsejt-töredékek tapadnak a sérülés felszínén, ami trombózishoz vezet (vérrögképződés), ami az érintett artéria teljes elzáródását eredményezheti. A koszorúér érintettsége esetén miokardiális infarktus (szívroham), vagy ha az agyat ellátó agyi artéria ischaemiás stroke-ot okozhat. Az ateroszklerózis kialakulásához több kockázati tényezőt azonosítottak. Ezek egy része módosítható, például egészségtelen vér lipidprofil, magas vérnyomás, 2-es típusú cukorbetegség, dohányzás, elhízás, stressz és fizikai inaktivitás. Egyéb tényezők, például életkor, nem, faj és a szívbetegség családi kórtörténete nem változtatható meg. A lipid metabolizmus biokémiáját és az érelmeszesedés folyamatát az alábbiakban tárgyaljuk.

A koleszterin metabolizmusa és a lipoproteinek

A koleszterin és a zsírsavak két általános típusú lipid, amelyet a sejtekben vízben oldhatatlan molekulákként definiálnak, és amelyek szerves oldószerekben oldódnak (2. ábra). Mindkét molekula fontos biológiai funkcióval rendelkezik. A koleszterin a sejtmembránok egyik fontos alkotóeleme, ahol modulálja a folyékonyságot, valamint a mellékvese, a herék és a petefészkek által termelt D-vitamin és szteroid hormonok prekurzora. Kiindulópontként szolgál a májban lévő epesavak szintéziséhez is, amelyek a bélbe választódnak, ahol zsírokat oldanak, és elősegítik a zsírban oldódó vitaminok (A, D, E és K) felszívódását. A zsírsavak a membrán-foszfolipidek és a glikolipidek prekurzorai, és olyan üzemanyag-molekulák, amelyeket trigliceridekként tárolnak (glicerin és három zsírsav észterei) (2. ábra).

Egyes közös lipidek szerkezete és anyagcsere útjai