controllo del metabolismo

Università di Roma TOR VERGATA
CL in Medicina
Biochimica (Prof L. Avigliano)
CONTROLLO
DEL
METABOLISMO
LIVELLI DI CONTROLLO DEL METABOLISMO
IMMEDIATO non richiede energia
- flusso del substrato (controllato da Km)
- regolazione allosterica
prodotto (inibizione a feed back)
metaboliti
H+ ; Ca+2
A BREVE TERMINE (MINUTI) - RICHIEDE ENERGIA
modificazione covalente (fosforilazione - defosforilazione
di proteine)
A LUNGO TERMINE (ORE) - RICHIEDE ENERGIA
Modificazione dei livelli proteici tramite
- biosintesi proteica
- degradazione proteica
Controllo della glicolisi
A BREVE TERMINE
- controllo allosterico
- ciclo dei substrati
A LUNGO TERMINE
- modificazione covalente
- modificazione dei livelli enzimatici
2 ADP (miochinasi)  ATP + AMP
Controllo allosterico
Fosfofruttochinasi
ATP
 AMP
 CITRATO
 H+
 F2,6BP
 AMP
 F2,6BP
 AMP
Ca2+
F1,6bisP fosfatasi
Glicogeno fosforilasi
ATP
 G6P
Glicogeno sintasi
 ATP
 G6P
 Ca2+
Controllo allosterico
e
Ciclo dei substrati
ATP 5 mM
AMP 0,1 mM
Muscolo
ATP/AMP  50
ATP/ADP  10
 10%4,5 mM
 600%
0,6 mM
aumento di 6 volte dell’AMP comporta un
aumento di 10 volte dell’attività della PFK
contemporaneamente
calo di 10 volte della attività della fosfatasi
RISULTATO: aumento 100 volte flusso glicolitico
Meccanismo d’azione
degli ormoni
SEGNALI CHIMICI EXTRACELLULARI
MECCANISMO GENERALE COMUNE
CONTROLLO ORMONALE
NEUROTRASMISSIONE
OLFATTO
GUSTO
VISTA
CRESCITA
DIFFERENZIAMENTO
NATURA CHIMICA degli ORMONI
POLIPEPTIDICA
insulina, glucagone,
ormoni ipofisari
paratormone
AMMINOACIDICA (dalla tirosina)
adrenalina, ormoni tiroidei
caratteristiche (in blu)
- composti lipofili,
STEROIDEA
- trasportatori ematici
ormoni sessuali
- recettori intracellulari
corticosurrenalici
1,25-diidrossi colecalciferolo o 1,25 (OH)2 D3
I recettori per gli ormoni steroideI formano eterodimeri con
RXR recettore per l’acido retinoico (derivato Vit A)
Extrac.
citoplasma
nucleo
RXR
Complesso
Trascrizione
coattivatore
basale
DNA
MECCANISMI DI
TRASDUZIONE DEL SEGNALE
DI ADRENALINA E DI
ORMONI POLIPEPTIDICI
SEGNALE (ormone)
RECETTORE (membrana)
AMPLIFICAZIONE
TRASDUZIONE (membrana)
proteine G, adenilato ciclasi, fosfolipasi C
SECONDI MESSAGGERI (citoplasma, membrana)
AMPc, Ca2+ , inositolo 1,4,5,trifosfato, diacilglicerolo
PROTEIN CHINASI; FOSFOPROTEIN FOSFATASI
RISPOSTA CELLULARE
attivazione enzimi, fattori di trascrizione, canali di membrana,
Recettore -adrenergico (R)
R + ormone  R..ormone
conseguente cambio
conformazionale del
recettore
DISATTIVAZIONE (se permane il legame R..ormone)
1. la “chinasi del recettore -adrenergico” riconosce la forma attiva
2. il recettore viene fosforilato (R-P)
3. la proteina -arrestina lega il R-P
4. si interrompe l’interazione con le proteine G
Subunità : lenta attività
GTPasica (sec)
L’idrolisi del GTP funge da orologio
incorporato che spontanemante
riporta allo stato inattivo
adenilato ciclasi inattiva
adenilato ciclasi attiva
La tossina colerica blocca nella forma attiva
La tossina della pertosse inattiva il sistema
PROTEIN CHINASI Ser/Thr, Tyr
Premio Nobel 1992
Dal genoma si calcola 1.000 differenti protein chinasi
PROTEIN FOSFATASI
Glucagone
Adrenalina
Paratormone
ACTH, LH, FSH
Protein chinasi A
PKA (C2R2 )
fosforila residui di Ser
R
+ 4 cAMP
2
adenilato
ciclasi attiva
-cAMP
R -cAMP
cAMP
membrana
cellulare
R
C
ATP
C
Fosfodiesterasi
inibita da
caffeina
AMP
teofillina
+2
C
+ ATP
proteina
fosfoproteina
fosfatasi
EFFETTI
FISIOLOGICI
Tossina colerica
A
B
A1 + A2
5 subunita B
B si lega alla membrana della mucosa intestinale
A entra all’interno della cellula e blocca proteine G nella
forma attiva
catalizza la ADP ribosilazione delle proteine G
Subunità -Arg-Ribosio -P-P Ribosio - Adenina (ADPribosio)
AMPc 100 volte più elevato
 PKA
apertura canali per il Cl- ed eccessiva perdita di NaCl e H2O
Diarrea con perdita di 1 litro/h acqua ricca di sali
REIDRATAZIONE CON SALI E GLUCOSIO
acetilcolina, vasopressina, ossitocina, neurotrasmettitori
membrana
Fosfatidil inositolo 4,5 bisfosfato (PIP2)
FOSFOLIPASI C
secondi messaggeri sinergici
diacilglicerolo (DAG)
(apolare)
regolatore di PKCCa2+ fosforila Ser/Thr
inositolo 1,4,5,trisfosfato (IP3)
(polare idrosolubile)

Rilascio di Ca2+ dal R.E.

Protein chinasi C (PKC)
forma solubile
PKC- Ca2+
trasloca sulla membrana
Recettore dell’insulina
Tetramero 22
insulina
P
p
membrana
IRS-1 substrato 1 del recettore dell’ insulina
effetti mitogeni,
espressione
genica
GLUT-4
trasporto glucosio
muscolo, tessuto
adiposo
biosintesi
proteine
biosintesi
glicogeno
biosintesi
acidi grassi
Muscolo
GLUT 4
immagazzinato dentro
vescicole intracellulari
L’insulina
e/o l’esercizio fisico
promuovono la
traslocazione di
GLUT-4 sulla
membrana plasmatica
IPOGLICEMIA  GLUCAGONE
 Glicogenolisi
attivata fosforilasi, inibita glicogeno sintasi
 Gluconeogenesi
attivata fruttosio 1,6bisfosfatasi
inibita fosfofruttochinasi
IPERGLICEMIA  INSULINA
 Importo glucosio (GLUT 4)
 Glicogenolisi
inibita fosforilasi, attivata glicogeno sintasi
 Glicolisi
GLUCAGONE, ADRENALINA

adenilato ciclasi

cAMP

protein chinasi A (PKA)
fosforilasi chinasi ()4
subunità catalitica
  siti di fosforilazione
 calmodulina (lega Ca2+)

FOSFORILASI b inattiva
FOSFORILASI a attiva
GLICOGENO
SINTASI-P
(inattiva)
PROTEIN
FOSFATASI -P
(inattiva)
2 ATP
Forma T
poco
attiva
2 ADP
Fosforilasi chinasi
P-
-P
Fosfoprotein fosfatasi
ATP
G6P
AMP
Forma R
attiva
P-P
Fosforilasi b
controllo allosterico immediato
dipende da carica energetica
Fosforilasi a
controllo covalente ormonale
non soggetto a regolazione
allosterica ATP/AMP
regolazione allosterica scavalcata da quella ormonale se
è richiesta risposta prolungata
Insulina induce defosforilazione
attiva
- PROTEIN FOSFATASI
- GLICOGENO SINTASI forma defosforilata attiva
denominata:
Forma I indipendente da regolazione allosterica
viceversa
Glicogeno sintasi poco attiva nella forma fosforilata
denominata:
Forma D dipendente da regolazione allosterica
Gluconeogenesi epatica
- Fosfofruttochinasi-2 (PFK-2)
- Fruttosio 2,6bisfosfatasi-2 (FBPasi-2)
Domini diversi dello stesso enzima bifunzionale
enzima defosforilato
F6P + ATP
F2,6 bisP + H2O
fosfoenzima
Attiva PFK
Inibisce FBPasi
IPOGLICEMIA

aumenta secrezione di glucagone

aumenta cAMP

aumenta il livello di fosforilazione

inibita PFK-2 - attivata FbisP-2

calo dei livelli F2,6bisP

 inibizione fosfofruttochinasi
 attivazione fosfofruttobisfosfatasi

 gluconeogenesi -  glicolisi

AUMENTA GLICEMIA