Tema 8. Els ronyons (2015)

Apunte Español
Universidad Universidad Rovira y Virgili (URV)
Grado Bioquímica y Biología Molecular - 3º curso
Asignatura Metabolisme i la seva regulació
Año del apunte 2015
Páginas 14
Fecha de subida 21/01/2015
Descargas 11
Subido por

Vista previa del texto

Tema 8: Els ronyons Els òrgans que hem vist fins ara son els òrgans principals pel metabolisme intermediari (fetge, múscul, cor...) però aquests (ronyó, intestí, cervell) són significatius tenen un consum energètic important. S’especialitzen en processos que són característiques de cadascun d’ells.
Els ronyons tenen dues funcions importants principals: - D’una banda descartar productes metabòlics residuals, és a dir, permetre la eliminació de l’organisme de substàncies que si no s’eliminen serien tòxiques per l’organisme mitjançant la producció d’orina.
- També té la funció de mantenir la pressió osmòtica per mantenir l’osmolaritat dels fluids corporals És un òrgan molt irrigat pel sistema arterial i venós, arriben les arteries renals, una branca de l’aorta, mentre que la sang es retornada per les venes renals fins a la vena cava. Alhora de dins dels ronyons sorgeixen uns conductes que van cap a la bufeta de l’orina.
Al ronyó es distingeixen dues zones, l’escorça, que és la part externa del ronyó, que es la que està més ben irrigada i que té un metabolisme aeròbic, on es fa la filtració de la sang i després la medul·la on es fa la reabsorció dels productes filtrats, la bioquímica es diferent als dos llocs.
El conjunt de càpsula, túbul renal i túbul col·lector s’anomena nefrona són les unitats funcionals dels ronyons, cada ronyó té aproximadament mig milió de nefrones.
La sang flueix a través d’unes estructures complexes, els glomèruls, entramats de capil·lars, envoltats d’una capsula en forma de copa, la càpsula de Bowman constituint els anomenats corpuscles de Malpigi. La càpsula de Bowman continua després amb un túbul que és llarg, el túbul renal, que acaba en una zona que s’uneix amb altres túbuls col·lectors que acaben formant la uretra. Els túbuls renals formen un llarg braç anomenat nansa de Henle, amb una branca proximal i una altra distal. El conjunt de tubs col·lectors acaben a la uretra que porta l’orina a la bufeta.
El túbul renal té tres parts: - La primera part que es la del Tub contort proximal.
- La segona part que es diu la Nansa de Henle - La tercera part que es diu Tub confort distal, la part més propera al corpuscle de Malpigi.
L'endoteli dels capil·lars glomerulars està molt perforat, facilitant el transit de molècules cap en fora de la sang, en direcció a la càpsula, en un procés conegut com a filtració glomerular, que és ajudat pel fet que als capil·lars glomerulars està a una pressió superior a la normal.
La major part del material que es filtra a fora de la sang es reabsorbeix, de manera que al final només es produeixen 1-2 L d’orina. Els materials solubles del plasma, com la glucosa i la mateixa aigua es reabsorbeixen.
Els ronyons necessiten una gran quantitat d’energia per a aconseguir la reabsorció. Tot i que només són el 0,5% de la massa corporal, consumeixen el 10% de l'oxigen que es fa servir en la respiració cel·lular. Amb la poca massa que tenen els ronyons tenen una despesa energètica i treballen molt, ja que la reabsorció dels nutrients no es a favor de gradient per tant gasta molta energia.
La urea i els metabòlits tòxics no es reabsorbeixen, per tant se’n van a parar a l’orina i així s’eliminen. El procés de funcionament del ronyó és senzill, hi ha una part que filtra i deixa passar totes les molècules que tenen un determinat tamany, no és un filtre estricte, però per pressió es fa un filtrat i el que es que les partícules més grans que són els glòbuls vermells i molècules grans segueixen circulant pels capil·lars, però les molècules més petites passen cap a la càpsula de Bowman, entren cap a l’interior dels conductes que formen el tub col·lector (la Nansa de Henlen) i finalment se’n va a parar a la bufeta.
Aproximadament un litre de sang passa cada minut a través dels glomèruls, uns 800 litres diaris. D’aquests, un 20% es filtrat a través de les nefrones, produint almenys 200 litres de filtrat cada dia. Un 99% es reabsorbit, deixant els 1-2 litres d’orina diaris.
Glucosa: La reabsorció de substàncies solubles en aigua és transcendental. Els ronyons són necessaris per treure la urea de la sang, o tòxics de l’organisme. Així, almenys 180g de glucosa van a parar al filtrat glomerular cada dia, pràcticament tots són reabsorbit, sinó el metabolisme no funcionaria d’una manera adequada. La reabsorció de glucosa, és molt similar a l’absorció intestinal. Les cèl·lules epitelials que limiten els túbuls tenen microvellositats similars a les intestinals, augmentant la seva superfície d’absorció.
En la primera part dels túbuls, la glucosa es portada dins les cèl·lules per cotransportadors Na-glucosa SGLT-1, SGLT-2 i SGLT-3 i deixa al fluid intersticial i per tant al plasma venós mitjançant GLUT2. Per tant l’energia per a reabsorció de glucosa ve d’un gradient de concentració de ions sodi, que es manté per l’activitat de la Na+-K+ATPasa i en últim terme per la hidròlisis de l’ATP.
Aminoàcids: Uns 50 grams al dia d’aminoàcids passen pel sistema i passa el mateix que en el cas de la glucosa, hi ha un conjunt de transportadors a la zona del lumen, que incorporen els AA cap a l’interior de la cèl·lula i després amb altres transportadors passaria cap a l’espai extracel·lular, que va a parar a la sang.
Tots ells dependents d’energia, algunes famílies són amb cotransport de Na+, altres amb Na+ i H+, que com passava en el cas dels enterocits a l’intestí, en funció de l’estructura química dels aminoàcids es necessita un transportador o un altre.
La funció dels ronyons és la secreció de protons perquè té incidència significativa en els mecanismes de control del pH en l’organisme que bàsicament depenent del funcionament renal.
El pH s’ha de mantindre en uns marges molt estrets que condiciona la ionització de les cadenes laterals dels àcids que formen les proteïnes, per lo tant condiciona molt significativament l’estructura tridimensional de les proteïnes.
Tots els lípids que estan al voltant de les cèl·lules estan ben tamponats per mantindre un pH proper a 7, 7.2, 7.4 i així les proteïnes poden funcionar adequadament.
En els processos de transferència de sodis i de potassis associats al transportador de la glucosa, dels aminoàcids, dels altres cations... hi ha un moviment de protons de tal manera que finalment, cap a l’interior del túbul renal hi ha un sistema que està fent sortir protons cap a l’exterior. En els túbuls proximals, els ions H+ són secretats per transport actiu amb Na+. Al tub col·lector i als distals hi ha una ATPasa de H+ que està treien protons cap a l’exterior. Protons que poden neutralitzar-se amb bicarbonat, però també amb amoni per l’orina. Mentres va funcionant tot el procés de reabsorció van sortint protons cap al conducte del túbul renal que acabarà formant tota l’orina.
En el fluid tubular augmenten doncs els ions H+, que cal eliminar, la qual cosa es fa principalment: - Reacció amb l’amoníac (sistema de formació d’amoni): Aquest sistema no és un procés important en la neutralització de protons, comença amb la captació de glutamina per part de les cèl·lules del túbul renal. Les cèl·lules del túbul renal tenen la Glutaminasa (allibera l’amoni amida de la glutamina i dona amoníac) i aquest amoníac surt cap a l’orina per difusió i a l’orina neutralitza els protons, forma amoni, que s’excreta uns 50 mM al dia. A l’orina per tant no hi ha només urea, també amoni que prové d’aquest sistema d’exportació de l’amoníac format per la Glutaminasa i que neutralitza protons que s’han format al túbul renal.
Hi ha un procés de subministrament de Glutamina a les cèl·lules renals per què pugin produir amoniac neutralitzant així els protons. El producte resultant de la desaminació de la glutamina és el glutamat. I aquest glutamat es transforma activamanet per la Glutamat DH amb a-Ketoglutarate, que entra en el cicle de Krebs i proporciona energia al convertir-se en CO2.
– El NH3 difon a través de la membrana dels túbuls renals cap a l’orina – L'amoníac augmenta l’excreció de protons combinant-se amb un protó per a formar amoni.
– Transportar Gln des del fetge fins als ronyons també conserva el bicarbonat, necessari per a la formació d’urea - Per reacció amb el bicarbonat (HCO3-): Hi ha un sistema d’entrada des de la sang de CO2 i aigua a les cèl·lules renals. Aquests protons s’envien a un sistema de transport actiu secundari associat a Na+ per l’orina, on poden acceptar bicarbonat (HCO3-) i formar CO2, i per lo tant, neutralitzar així el protons que es fan amb el bicarbonat.
– Els ions H+ promouen la reabsorció de HCO3-: els H+ reaccionen amb HCO3- en la orina primària per formar H2O i CO2, el qual difon enrere per els cèl·lules dels túbuls i retorna a la sang.
Ions sodi: El Na+ és reabsorbit per transport passiu, però també com a transport actiu secundari associat altres processos.
Per tant el transport de Na+ en sí mateix no necessita energia, però secundàriament si que en consumeix ja que fa associat a processos de bombes de Na+ que si que en consumeixen. La captació de Na+ és un procés significatiu per l’organisme, està controlat per hormones la reabsorció de Na+.
- D’una banda hi ha una hormona (Aldosterona) que provoca l’augment de captació de Na+.
- Per altra banda, un pèptid atrial natriurètic (ANP) disminueix la captació de Na+.
- Amb la angiotensina II també augmenta la reabsorció de Na+ i HCO3- en el túbul proximal.
Ions calci i fosfat: Són també reabsorbits com el sodi, de manera significativa amb mitjans de sistemes de transport actiu. Es també pel calci sobretot,que estigui regulat per hormones. Per mantenir la massa òssia al cos, el calci és fonamental. Per tant hi ha hormones que són diverses: - La Parathormona, produïda per la glàndula paratiroides, provoca l’augment de calci i llavors augmentar la reabsorció de Ca2+ i disminuir la reabsorció de fosfat.
- La Calcitonina, que és una hormona fabricada a la tiroides, per les cèl·lules C d’aquesta glàndula. I disminueix la reabsorció de calci i fosfat.
- Finalment el Calcitriol és una hormona fabricada en el ronyó i augmenta la reabsorció de Ca2+ i fosfat.
Aigua: Va per un sistema diferent, perquè no va per hormones directes sinó que està l’aquoporina que es la que controla l’entrada i sortida d’aigua. Reabsorbida passivament, seguint les partícules osmòticament actives, especialment els sodi. Regulat per les ADH (vasopressines) en túbul col·lector, on estimula la transferència d’aquoporines a la membrana.
No hi ha despesa energètica, l’aigua entra dintre dels túbuls renals. Hi ha uns porus d’aigua que es diuen aquoporines. Són unes proteïnes que es posen a la membrana i que el que fan és deixar passar l’aigua a favor d’un gradient osmòtic i s’iguala la pressió osmòtica dels dos costats de la membrana i l’aigua flueix a través d’aquests porus. Hi ha un sistema que és la vasopressina, que controla el nombre de molècules d’aquoporina presents a les membranes del túbul, per lo tant, augmentant o disminuint el nombre d’aquoporines permet que passi més aigua o menys. No és un procés de consum energètic.
Principals funcions dels ronyons: • Excreció d’aigua, sals i productes de rebuig (UREA...). No només netejar la sang és la funció del ronyó, sinó també mantenir una pressió sosmòtica i global a l’organsme que condicióna la pressió dels fluids i el moviment pel sistema circulatori.
• Participació en el metabolisme dels aminoàcids/nitrogen. El ronyó és actiu metabòlicament, participa en el metabolisme dels AA, de la glucosa • Regulació del balanç d’electròlits i àcid-base.
• Participació en biosíntesi (creatina, carnitina, glucosa, aminoàcids). La carnitina es fabrica en el ronyó, que era l’encarregada de fer entrar els lípids dintre de la mitocòndria.
• Participació en la regulació hormonal. Regulació de l’equilibri osmòtic, regulació de la pressió arterial, regulació d’àcid/base...
• L’escorça renal ubica els glomèruls i algunes nefrones, i és el lloc on es fa necessària l’energia per als processos de reabsorció. En el còrtex es produeix un important subministrament de sang i fa un metabolisme preferentment aerobi, oxidant glucosa, NEFA, AA i KB. Pot utilitzar tota mena de combustible per incorporar-los al cicle de Krebs i així produir energia amb processos aerobis.
• La medul·la està menys irrigada i fa metabolisme essencialment anaerobi. Un metabolisme fermentatiu, reutilització de la glucosa fins a lactat.
Transport de N entre teixits, visió general: El ronyó amb relació del metabolisme dels AA és consumidor de glutamina. el ronyó és capaç de captar glutamina, la glutamina arriba al plasma provinent del teixit muscular, del cervell i del fetge i aquesta glutamina dins de l’excorça renal, la glutamina allibera amoni, amoni que se’n va a parar a l’orina per neutralitzar els H+. la Glutamina es degradada fins a CO2 i utilitzada com a combustible de manera significativa, el seu esquelet carbonat és utilitzada per sintetitzar glucosa en la gluconeogènesi. A-ketoglutarat és un entermediari del cicle de Krebs que pot nar cap dalt i formar glucosa.
Per tant, com a conclusió, el metabolisme renal és un consumidor net de Glutamina. Allibera amoni (NH4+) que s’allibera a l’orina per captar protons i tornar a formar amoníac.
L’esquelet carbonat de la Gln forma a-KG que és oxidat fins a CO2 o bé convertit en glucosa (en situació de dejuni pot representar el 50% de les necessitats de l’organisme. Quan no hi ha combustibles disponibles, en situació de dejuni, i la glucosa es reserva pel funcionament del cervell, el consum de Glutamina representa el 50% de la despesa energètica del ronyó. I el ronyó equival a un 10% de la despesa total de l’organisme, vol dir, que estem parlant d’un substrat quantitivament significatiu pel balanç energètic de l’organisme.
La reacció de la Glutaminasa és especialment significativa al ronyó. Ja que agafa per l’arteria renal glutamina i la passa a glutamat i l’amoni se’n va cap a l’orina. Desprès aquest glutamat pot transformar fins a glucosa.
En condicions normals el ronyó te un paper clau en el control del pH i l’equilibri àcid/base del plasma.
Lo que fa el fetge es bàsicament sintetitzar urea a partir dels AA, urea que el fetge exporta, circula per la sang, passa per les cèl·lules dels túbuls i acaba formant part de l’orina.
En el plasma hi ha un sistema de bicarbonat que serveix per tamponar el protons. El CO2, aigua i bicarbonat estan en equilibri en les cèl·lules del tub renal mentre funciona la reabsorció la qual proporciona bicarbonat al plasma a base de capturar CO2 i aigua i els protons en aquest cas s’alliberen, se’n van al filtrat i es neutralitzen amb amoni a l’orina.
La situació d’acidosi metabòlica quan canvia el metabolisme per alguna raó, per exemple, per producció important d’àcid làctic a l’exercici anaeròbic o quan es fabriquen molt cossos cetònics per a que vagin als teixits perifèrics... acidifiquen el medi, en dejuni, en situacions d’exercici o en resistència a la insulina hi ha un moment que el plasma s’acidifica, pels àcids orgànics que circulen pel plasma i aquesta acidosi metabòlica s’ha de corregir.
Lo que fa el sistema és modificar el funcionament del es vies metabòliques, activant la Glutaminasa, la GDH, la PEPCQ i el transportador de glutamina renal. Disminueix el cicle de la urea per tindre bicarbonat que no es farà servir per síntesi d’urea sinó que anirà des de el fetge cap al plasma per neutralitzar l’àcid que s’està produint i així poder corregir aquesta modificació d’acidosi.
Per tant, es relanteix el cicle de la urea i augmenta la exportació de glutamina, més bicarbonat i totes aquestes vies es modifiquen de tal manera que augmenta la exhalació de CO2 pels pulmons, augmenta la reabsorció de Na+ i augmenta l’eliminació d’amoni pels ronyons. Per tant el ronyó és sensible a aquestes modificacions, modifica les vies afectades i això té conseqüències en la producció d’urea.
Orina: La orina és un líquid que està format d’un 95% d’aigua, i també té molècules orgàniques i sals inorgàniques. Com a molècules orgàniques té urea, àcid úric (producte de la degradació dels nucleòtids), creatinina (és el producte de degradació de la creatina), AA i derivats (hippurat), metabòlits d’hormones, xenobiòtics (substàncies estranyes de l’organisme) i pigments.
Respecte a les sals inorgàniques (Na+ i Cl- representen 2/3 dels electròlits).
Creatinina: La creatinina és un producte que es fabrica a partir de la creatina fosfat que s’utilitza com a fosfagen i és inestable i espontàniament perd el fosfat i es cicla formant creatinina que és excretada per l’orina.
Aquesta creatinina passa a l’orina i no es reabsorbeix, es perd per l’orina. En principi la concentració de creatinina excretada cada dia és constant i depèn de la massa corporal. Pot ser utilitzada com un marcador d’excreció urinària d’altres compostos i com indicador de funció renal.
Vasopressina (hormona antidiürètica, ADH): El sistema nerviós central, l’encèfal té unes neurones que són capaces de detectar la pressió osmòtica, són baroreceptors. Tenen unes neurones que detecten la concentració de Na+ i per lo tant si aquestes condicions es modifiquen aquestes les detecten i envien una senyal des de d’hipotàlem a la hipòfisi. La hipòfisi està situat sota el hipotàlem protegida per una estructura òssia que protegeix aquesta glàndula pituïtària. Té dues parts, la pituïtària anterior i la posterior. La pituïtària posterior és de fet on acaben els exons de les neurones que tenen el cos neuronal al hipotàlem. Aquí és on deixen anar les substàncies que fabriquen. Quan hi ha estímul a la zona hipotalàmica d’osmoreceptors de Na+, envien senyals del hipotàlem a la hipòfisi posterior i les hormones d’aquesta hipòfisi posterior deixen anar pel torrent circulatori un precursors de l’hormona vasopressina. És un pèptid de 9 AA que cirucla pel plasma fins que troba receptors de vasopressina que estan a les cèl·lules distals del túbul renal. Que està en contacte amb proteïnes G i estimulen la Adenil ciclasa que provoquen la formació de AMPc activen la PKA, i per tant, provoca la translocació de les proteïnes aquoporina que estan en una vacuola citoplasmàtica i es transloquen a la membrana formant els porus d’aigua.
Quan augmenta la concentració d’aquoporina augmenta la capacitat d’entrada d’aigua des de el tub renal, i aquesta aigua que va a parar al torrent circulatori. Quan augmenta la concentració de Na+ envia una senyal complexa fins a les cèl·lules renals formant més aquoporines i així entrant més aigua dins la cèl·lula corregint la desviació de la pressió o de la concentració de Na+.
Les persones que tenen una alteració en la vasopressina tenen una malaltia que es diu diabetis insípida (perdre molt volum d’aigua per l’orina).
En absència d’ADH les cèl·lules del túbul col·lector són relativament impermeables a l’aigua i la diüresis augmenta, condicionant el que s’anomena diabetis insípida. Els pacients excreten grans volums d’orina i tenen set continuadament.
• Causes de diabetis insípida: – Fallada en la producció d’ADH, per exemple en situacions de dany de la pituïtària o del hipotàlem – Incapacitat del ronyó de respondre a l’hormona: • Mutació del gen que codifica pel receptor de l’hormona • Mutació del gen que codifica per l’aquaporina-2 Processos biosintètics al ronyó: El ronyó a més de filtrar la sang, excreta orina i controla l’equilibri àcid/base, és un òrgan actiu en processos biosintètics. El ronyó té la capacitat de fabricar un conjunt de molècules que són interessants per tot l’organisme.
- GNG: Primer, l’escorça renal, la part externa del ronyó, és capaç de fer gluconeogènesi, junt amb el fetge és l’altre teixit que ho pot fer, només la fa en situacions d’estrès metabòlic, com en un dejuni perllongat (2 dies o més).
És un procés molt significatiu per al conjunt de l’organisme, pot fer gluconeogènesi en el còrtex a partir de la Glutamina en un procés regulat per cortisol i destinar la glucosa preferentment a la medul·la renal que és on es gasta una part important d’energia per tal de reabsorbir les substàncies que s’han filtrat per l’orina o també és exportable per al cervell i eritròcits..
La medul·la del ronyó és un òrgan que principalment obté energia per glucòlisi anaeròbia, no utilitza glucosa com a substrat i per això necessita gluconeogènesi per abastar les necessitats de la medul·la.
Una síntesi específica que fa el ronyó és la Ser (serina), és un hidroxiaminoàcid. Es sintetitza al ronyó i al fetge.
 Des de el punt de vista de conèixer una patologia hi ha un altre punt de vista interessant que és la formació d’oxalat (àcid carboxílic). És una molècula relativament insoluble que en condicions en les que es troba de pH neutre i temperatura de 37 graus precipita en part i en els ronyons la precipitació d’oxalat pot formar pedres que si es van engrandint poden provocar dolor. El 80% de les pedres renals venen de l’oxalat. L’altre 20% és l’àcid úric, que també poden cristal·litzar. Sempre hi ha una petita precipitació de pedres d’oxalat però només en condicions determinades aquestes pedres es fan grans i provoquen problemes.
L’oxalat prové del metabolisme de la Glicina (Gly), aminoàcid de dos carbonis amb un grup amino i lo que es fa és treure el grup amino de la Gly, amb una transaminasa que el passa al piruvat i forma Glyoxylate que desprès acaba donant oxalat per oxidació. També una D-amino oxiàcid (enzim de protecció del mamífers) pot degradar la Gly.
Nosaltres tenim L-AA però alguns microorganismes tenen D-AA, com que mengem microorganismes i ingerim els seus AA, hi ha alguns mecanismes de defensa contra els D-AA, que són aquests D-oxiàcid, que donen l’oxoàcid corresponent a part d’aigua oxigenada oxidant l’AA.
L’altre procés que té interès en els ronyons és el metabolisme de la creatina i la arginina, alguns aminoàcids que permeten la síntesi de creatina als ronyons. En el múscul és on actua principalment de fosfagen la creatina.
L’intestí allibera citrul·lina que es convertida en Arg en el ronyó i l’Arg pot ser convertida en creatina pel ronyó o alliberada a la sang. El fetge utilitza l’Arg per generar ornitina per a la síntesi d’urea. El ronyó és un òrgan especialitzat en la formació de creatina per a tot l’organisme.
També el ronyó fa la síntesi d’una altra molècula que és la carnitina que és el transportador del acilCoA a l’interior de la mitocòndria. Aquesta carnitina és una molècula que es fabrica principalment al ronyó i secundàriament al fetge.
Sobre l’estructura de les proteïnes, unes proteïnes determinades que son riques en Gly es forma trimetil-lisil, que desprès, quan les proteïnes es degraden s’allibera aquesta lisina amb tres metils incorporats. Després hi ha un seguint de reaccions progressives fins que acaba donant carnitina.
En el ronyó fan la via completa i proporcionen carnitina als altres teixits, especialment múscul esquelètic i cardíac.
Els teixits si que poden fabricar trimetil-lisina, però no poden fer la transformació final d’aquesta molècula fins a butyrobetaine i fins la carnitina, nomé es pot fer al fetge i al ronyó. La butyrobetaine ha d’entrar al fetge o al ronyó per tal de convertir-se en carnitina. (BB = Butyrobetaine) 14:00!!!!!! ...