BIOCHIMICA DEL RENE

Il rene è coinvolto nel mantenimento dell’omeostasi

dell’organismo attraverso:

Filtrazione del plasma

Eliminazione/escrezione dei cataboliti

Recupero/riassorbimento di molecole necessarie

FUNZIONI DEL RENE

regolazione del contenuto di acqua e di elettroliti

(=> controllo pressione arteriosa ed equilibrio idrico-salino)

regolazione del pH plasmatico (equilibrio acido-base)

controllo della calcemia

controllo concentrazione proteine plasmatiche e metaboliti

controllo emopoiesi

eliminazione dei prodotti finali del catabolismo, dei prodotti

tossici e di farmaci

FUNZIONI DEL RENE

Funzioni endocrine: secerne ormoni ad azione sistemica

RENINA per la regolazione della pressione arteriosa sistemica

ERITROPOIETINA principale regolatore dell’eritropoiesi

1- 25 DIIDROSSICOLECALCIFEROLO forma attiva della vitamina D3,

importantissimo ormone regolatore del metabolismo del calcio.

Funzioni endocrineLe cellule dell’apparato iuxaglomerulare sintetizzano la Renina, glicoproteina di p.m 40000. Secrezione stimolata da diminuita concentrazione di Na+ plasmatico (chemiocettori) e da ipotensione (barocettori)Enzima proteolitico

L’angiotensina II è un vasocostrittore molto potente, aumenta la pressione sanguigna e stimola il surrene a produrre aldosterone ( recettori AT1)

Eritropoietina (EPO): ormone glicoproteico, che rappresenta il principale stimolo per l’eritropoiesi.Livelli plasmatici inversamente correlati all’ossigeno dei tessuti90% dell’EPO circolante è prodotta nel rene

Funzioni endocrine

un fattore di trascrizione (Hypoxia Inducible Factor, HIF) regola la sintesi di EPO

STRUTTURA DEL RENENEFRONE = UNITA’ STRUTTURALE E FUNZIONALE

0.4% DEL PESO CORPOREO(=> 300 g per 2 reni)

1 RENE CONTIENE 900.000 NEFRONINEFRONE = GLOMERULO + SISTEMA TUBULARE

Filtrazione del plasma

GLOMERULO

Nella capsula di Bowman avviene la filtrazione glomerulare

Componente principale della membrana basale glomerulare è il collagene di tipo IV; fibronectina e proteoglicani

RICHIESTA ENERGETICA

8-10% del metabolismo basale

consuma 30%di O2/Kg di organo

UTILIZZO DELL’ENERGIA PRODOTTA

75-80% utilizzata per processi di trasporto attivo

metabolismo corticale metabolismo midollare

GLUCONEOGENESI

METABOLISMO RENALE10% dell’O2 che arriva al rene

SANGUE

GLUCONEOGENESI RENALE

Avviene nella corticale

Il glc viene rilasciato in circolo

Stimolata da glucagone, adrenalina e catecolamine

Contribuisce al 50% del glc ematico nel digiuno Precursori: acido latticoil gliceroloaminoacidi glucogenetici (glutammina)

Stimolata da adrenalina e glucagone attraverso la formazionedi cAMPRiduzione dei livelli di F2,6BF

Gluconeogenesi renale

Durante il digiuno le cellule della porzione corticale svolgono una intensa gluconeogenesi

Il glucosio sintetizzato viene ceduto in parte alle cellule della midollare, in parte serve a mantenere costante la glicemia.

Nel digiuno prolungato, la gluconeogenesi renale può contribuire anche al 50% del glucosio ematico

Gluconeogenesi renale

Metabolizza FRUTTOSIO: possiede fruttochinasi e

aldolasi

Molto attivo il metabolismo della glutammina

Metabolismo glutammina

Le cellule renali contengonoglutamminasi, enzima mitocondriale in grado dirilasciare il gruppo –NH2 alla glutammina, trasformandolo inNH3 e producendo acido glutammico.Quest’ultimo viene trasformato in acido alfa-chetoglutarico e da questo è possibile formare, con la gluconeogenesi, glucosio.

Ruolo della anidrasi carbonica citosolica (riassorbimento bicarbonato)

Anidrasicarbonica

Ossalacetato+GTP fosfoenolpiruvato+CO2+GDP

a-chetoglutarato-deidrogenasi

Fosfoenolpiruvato-carbossichinasi

Il metabolismo renale della glutammina è importante non solo nel digiuno prolungato per la gluconeogenesi, ma anche per la produzione di ammoniaca in condizioni di acidosi .Due molecole di NH4

+

esportate nel lume tubulare

FiltrazioneRiassorbimentoSecrezioneEscrezione

MECCANISMI DI FILTRAZIONE – RIASSORBIMENTO - ESCREZIONE

PROCESSI CHE PORTANO ALLA FORMAZIONE DELL’URINA

Una delle funzioni primarie del rene è eliminare dal sangue, riversandole nelle urine, sostanze non necessarie,e trattenere le sostanze necessarie.

La formazione dell’urina deriva da tre processi:• Filtrazione glomerulare• Riassorbimento tubulare• Secrezione tubulare

FiltrazioneRiassorbimentoSecresioneEscrezione

MECCANISMI DI FILTRAZIONE E RIASSORBIMENTO

L’energia prodotta dal metabolismo renale serve a far funzionare i sistemi di riassorbimento.

Se così non fosse, l'importante quantitativo di sangue, con il suo carico di cellule e proteine non filtrabili, rischierebbe di intasare il "setaccio", compromettendo l'intera funzionalità renale.

FILTRAZIONE RENALE

I reni filtrano circa 130 ml di sangue/min => 180L/die

Filtrazione: glomeruli della corticale

Permessa dalla differenza di pressione tra il sangue

(60-70 mm Hg) e glomerulo (5 mmHg)

Formazione della pre-urina = plasma – proteine plasm

Contribuisce al 50% del glc ematico nel digiuno

L’ultrafiltrazione a livello del glomeruli è generata dalla forte differenza di pressione tra il sangue (60-70 mm Hg) e l’interno della capsula di Bowman (5 mmHg)

-la membrana filtrante è permeabile all’acqua, ai soluti a basso peso molecolare (come gli ioni inorganici), urea, glucosio e aminoacidi - sostanze che superano i 70.000 dalton di P.M., come le proteine plasmatiche, non possono essere filtrate.

Filtrazione

Alcune sostanze utili vengono riassorbite, quali:-acqua;-sodio, potassio, cloro;-glucosio, aminoacidi.Altre sostanze quali:-l’urea (90%), l’acido urico, la creatinina, lo ione ammonio ed eventuali sostanze tossiche vengono escrete con l’urina.

-In un uomo di 70 Kg il filtrato glomerulare è di circa 180 litri/die.-Il volume dell’urina eliminata è di 1 litro/die.- Quindi ben 179 litri/die del filtrato glomerulare vengono riassorbiti.

CREATINA

ARGININA GLICINA METIONINA

Fegato e rene

Muscolo come riserva energetica

Creatinina (catabolita)

Riassorbimento

I sistemi di trasporto di membrana sonolocalizzati nelle cellule dei tubuli renali sullamembrana apicale e sullamembrana basolaterale

sanguelume

Espressione di recettori e trasportatori specifici sui due lati della membrana

Nel tubulo prossimale si ha il riassorbimento dell’80-90% dell’acqua, del sodio, del cloro, di tutto il glucosio, della maggior parte del calcio del magnesio, della vitamina C e di parte dei fosfati.Nell’ansa di Henle viene riassorbita parte dell’acqua e del sodioNel tubulo distale viene riassorbita parte di acqua e di fosfati e quella parte di sodio non ancora riassorbita dai segmenti precedenti

L’acqua tubulare residua con le sostanze in essa disciolte diventa urina.

Riassorbimento di proteine

Avviene nel tubulo contorto prossimale

Processo molto efficiente

Endocitosi mediata da recettori

Megalina: proteina glicosilata di 600 kDa. Famiglia dei recettori delle LDL

Cubulina: glicoproteina di 460 kDa

Lisosomi

600 kDa460 kDa

L’uromodulina e’ la proteina più abbondante presente nelle urine umane in condizioni fisiologiche (ne vengono escreti dai 50-100 mg/24 ore). Gliproteina di 660 aa prodotta esclusivamente dalle cellule midollari del tratto ascendente dell’ansa di Henle.

Topi knock-out: protezione dell’urotelio da infezioni. Ruolo nell’immunità innata del rene

La quota di proteine normalmente escrete con le urine (<150mg/24ore)deriva in minima parte da proteine filtrate dal glomerulo

Riassorbimento del glucosio

Soglia renale glucosio: 170 -180mg/100ml

GlicosuriaPoliuriapolidipsia

Cotrasporto Na+/glucosio: SGLT-2 Km 3mM SGLT-1 km 0, 3mM

Carenza ereditaria di SGLT-2: diabete renale

Il glucosio (180 g/mol -> piccolo) viene

rapidamente filtrato a livello glomerulare

=> per questo motivo la sua concentrazione nel

filtrato è identica a quella del plasma.

Riassorbimento del glucosio

Riassorbimento degli amminoacidi

Gli aminoacidi filtrati vengono riassorbitia livello del tubulo prossimalecon differenti velocità. Esistonodifferenti trasportatori:

- Aa basici- Aa neutri- Aa acidi- Glicina

99% degli aa filtrati vengono riassorbiti

Funzioni metaboliche: produzione di NH3 e HCO3

- da glutamminaGluconeogenesiSintesi di glutatione ecc.

Cotrasporto Na+/aa

Patologie ereditarie

In condizioni fisiologiche questi trasportatori riescono a recuperare tutto il glucosio ma, dal momento che il loro numero è limitato, quando le concentrazioni dello zucchero nel filtrato salgono eccessivamente, un po' di glucosio sfugge al riassorbimento

Regolazione del pH ematico

I processi metabolici cellulari si accompagnano alla continua produzione di metaboliti acidi

- CO2 acidità volatile-Acidi organici acidità non volatile

-Il rene esercita un importante ruolo di mantenimento del pH plasmatico in due modi: Riassorbimento ed escrezione di HCO3

-

Riassorbimento ed escrezione di H+

Il pH del plasma viene mantenutoa valori compresi tra 7,35 e 7,45- Se il pH del sangue si abbassa per lapresenza di acidi (es: Acetacetico e β-idrossi butirrico), il rene riassorbe H+ licombina con l’ammoniaca trasformandoli in ioni NH4+ che vengono eliminati con l’urina.

Eliminazione di H+ come NH4+

Gli ioni H+ secreti dalle cellule tubulari legano NH3 (proveniente da deaminazione glutammina e glutammato) per formare NH4

+ che viene escreto con le urine

Eliminazione di H+ come fosfato e di acidi organici

Eliminazione renale di acidi non volatili:Fosfato e acidi organici

Acidosi metabolica escrezione di acidi organici

Mentre nel sangue il rapportoHPO4

2- /H2PO4- è 4:1

nei reni diminuisce all’aumentare dell’acidificazione.

A pH 4,5 tutto il fosfato è in forma H2PO4

- Metabolismo cellulare

Riassorbimento del bicarbonato

-Il bicarbonato filtrato viene quasi completamente riassorbito

-L’energia consumata dalla Na+/K+ ATPasi sostiene il riassorbimento di HCO3

-

-HCO3- si forma anche

da deaminazione glutammina e glutammato e conseguente metabolismo dell’a-chetoglutarato (processo stimolato da stati di acidosi)

Riassorbimento di H2O

Il rene partecipa anche al controllo del bilancio idrico

Il controllo della sete, esercitato da vie nervose, e quello del volume dell’urina, esercitato dal rene, sono i principali meccanismi di controllo del bilancio idrico

- Il riassorbimento o l’eliminazione dell’acquaè in parte un fenomeno osmotico, legato anche al riassorbimento o all’eliminazione del Na+ e di altri ioni- L’acqua viene assorbita sia livello dei tubuli prossimali che distali.- Questo meccanismo si innesta quando si hanno variazioni del volume del sangue.

Un esercizio aerobico intenso e prolungatodetermina una perdita di liquidi e elettroliticon il sudore.Questa perdita è di circa 1,25 Litri/ora perun soggetto di 60 Kg di peso.Pertanto è necessario compensare le perditesia di elettroliti che di acqua aumentando iprocessi di riassorbimento a livello renale diacqua e di ioni, in particolare di Na+.

Diminuzione volume del sangue

Le acquaporine

Famigli di proteine canale molto conservate in tutti gli organismi viventi.Nell’uomo ne sono state identificate 10.

Acquaporine e acquagliceroporine. La differenza sostanziale tra queste due classi di acquaporine, sta nella loro configurazione amminoacidica interna del canale.

Premio Nobel per la Chimica

Le acquaporine

Proteine integrali di membrana, ognuna composta da 6 segmenti transmembrana, associate a formare tetrameri.

Nel rene sono espressi differenti tipi di acquaporine

Anse B ed E responsabili della formazione del polo

L’acquaporina 2 è attivata da vasopressina

L’ormone ADH (vasopressina) è un ormone a struttura poli-peptidica (9 aminoacidi) sintetizzato nell’ipotalamoed accumulato nell’ipofisi posteriore. Viene secreto in seguito a riduzione del volume ematico.Recettori per ADH: tubulo distale e dotto collettore

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Riassorbimento di H2O nei diversi distretti del nefrone

-Tratto discendente dell’ansa di Henle molto permeabile a H2O (AQ-1)-Tratto ascendente impermeabile a H2O (uromodulina) ma riassorbe ioni. Concentrazione urina-Tubulo contorto distale e dotto collettore scarsa permeabilità a H2O. Regolazione del bilancio idrico salino (AQ-2 e aldosterone)

ADH -> aumento riassorbimento acqua

ALDOSTERONE -> aumento riassorbimento di Na+

(aumento della P sanguigna)

ANF -> aumento filtrazione ed escrezione

L’aldosterone stimola il riassorbimento di Na+ nel tubulo distale e nel dotto collettore .

Il segnale per la sintesi dell'aldosterone viene generato quando l'organismo richiede una maggiore pressione sanguigna, un maggior volume plasmatico e un incremento di ioni Na+ nel sangue.La sua sintesi è controllata dal sistema renina-angiotensina

Stimola la sintesi di nuovi canali agendo A livello trascrizionale

- Un eccessiva introduzione di liquidi o di elettroliti, comporta un aumento del volume ematico che deve venir riequilibrato con la perdita di maggior liquido ed elettroliti a livello renale.-L’ormone coinvolto in questo meccanismo è l’ormone natriuretico (ANF)

- Peptidi natriuretici atriali: Prodotti dai cardiociti atriali e liberati nel sangue quando il suo volume aumenta - Peptide natriuretico renale- Gene unico

AUMENTO VOLUME SANGUE

- Ormoni di natura proteica in grado di agire aumentando la velocità di filtrazioneglomerulare.-Legano recettori apicali (renale) e basolaterali (atriali) del dotto collettore. -produzione di un secondo messaggero (GMP ciclico)

ANF

EFFETTI

- Aumento della filtrazione glomerulare- Aumento escrezione di Na+

- Inibizione della secrezione di renina e di Aldosterone

Riassorbimento calcio e fosfato

Riassorbimento Ca+ : passivo nel tubulo prossimale e tratto ascendente dell’ansa di Henle. Attivo nel tubulo distale e dotto collettore (Canali TRPV5) Controllo ormonale (PTH, Vit.D, calcitonina)

Riassorbimento fosfato: attivo nel tubulo prossimale. Trasportatore Na+/fosfato. PTH induce endocitosi e inattivazione del trasportatore.