CONTROLLO
DEL
METABOLISMO
Completamente ossidato
Muscolo scheletrico
Periodi di bassa richiesta di E
Periodi di alta richiesta di Energia
(dal glicogeno)
≠
Muscolo cardiaco
Continua necessità di E per una
contrazione regolare: glucosio
completamente ossidato
G1P + UTP UDPGlucosio (UDPG)
+ 2 NAD+
sintesi del glicogeno
UDP-Glucuronato
UDP-Glucuronato + R-OH R-O-Glucuronato + UDP
Composti apolari coniugati con accettori non polari per
formare composti più polari
- composti endogeni: bilirubina, ormoni steroidei, T3
- composti esogeni: farmaci
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
Ca2+
CITRATO
H+
F2,6bisP (insulina)
F1,6bisP fosfatasi
AMP
Glicogeno fosforilasi
ATP
G6P
Glicogeno sintasi
ATP
G6P
F2,6BP
AMP
Ca2+
Controllo allosterico
e
Ciclo dei substrati
ATP 5 mM
AMP 0,1 mM
10%
600%
Muscolo
ATP/AMP 50
ATP/ADP 10
4,5 mM
0,6 mM
L’aumento 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 del flusso glicolitico
Meccanismo d’azione
degli ormoni
SEGNALI CHIMICI EXTRACELLULARI
hanno un 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
(in blu)
composti lipofili,
- richiedono trasportatori ematici
- si legano a recettori intracellulari
STEROIDEA
ormoni sessuali
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
(Glucagone)
I. SEGNALE: ORMONE
RECETTORE (membrana)
legame 1:1 R-ormone
II. TRASDUZIONE (membrana)
amplificazione del segnale tramite enzimi
proteine G, adenilato ciclasi, fosfolipasi C
III. SECONDI MESSAGGERI (citoplasma, membrana)
AMPc, Ca2+ , inositolo 1,4,5,trifosfato, diacilglicerolo
IV. PROTEIN CHINASI; FOSFOPROTEIN FOSFATASI
V. 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
Protein chinasi A
PKA (C2R2 )
fosforila residui di Ser
Glucagone
Adrenalina
Paratormone
ACTH, LH, FSH
R
+ 4 cAMP
2
adenilato
ciclasi attiva
-cAMP
R -cAMP
cAMP
membrana
cellulare
R
C
ATP
Fosfodiesterasi
AMP
C
inibita da
caffeina
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
famiglia delle tirosinchinasi
Tetramero 22
alfa extracellulare: sito di legame
dell’insulina
beta intracellulare: attività chinasica
I. Legame dell’insulina attiva
autofosforilazione di residui di Tyr
II. La forma fosforilata ha attività
chinasica verso altre proteine intrac
insulina
P
p
membrana
IRS-1 (substrato 1 del recettore dell’ insulina)
la sua fosforilazione induce
effetti mitogeni,
espressione
genica
GLUT-4
trasporto glucosio
muscolo, tessuto
adiposo
biosintesi
proteine
biosintesi
glicogeno
biosintesi
acidi grassi
Insulina
stimola la fosfodiesterasi con calo livelli di AMPciclico
stimola fosfoprotein fosfatasi
IPOGLICEMIA GLUCAGONE
Glicogenolisi
attivata fosforilasi, inibita glicogeno sintasi
Gluconeogenesi
attivata fruttosio 1,6 bisfosfatasi
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
Controllo ormonale: Gluconeogenesi epatica
- Fosfofruttochinasi-2 (PFK-2)
- Fruttosio 2,6bisfosfatasi-2 (FBPasi-2)
Domini diversi dello stesso enzima bifunzionale
enzima defosforilato. dall’ insulina
ATP + F6P
F2,6 bisP + H2O
fosfoenzima dal glucagone
Attiva fosfofruttochinasi
Inibisce fruttosio 1,6 bis fosfatasi
in presenza di insulina
F6P + ATP + enzima defosforilato attivo
F2,6 bisP + H2O
attiva fosfofruttochinasi
inattiva fruttosio 1,6 bis fosfatasi
AUMENTA GLICOLISI e DIMINUISCE GLUCONEOGENESI
In presenza di glucagone
F6P + ATP
fosfoenzima inattivo + F2,6 bisP + H2O
inattiva fosfofruttochinasi
attiva fruttosio 1,6 bis fosfatasi
DIMINUISCE GLICOLISI e AUMENTA GLUCONEOGENESI
AUMENTA GLICEMIA
Regolazione tramite l’aumento o la diminuizione dell’
espressione di geni che codificano per enzimi chiave.
INSULINA
Aumenta sintesi dell’enzima piruvato chinasi ed
aumenta il flusso glicolitico (per dare precurosi per la
sintesi degli acidi grassi).
GLUCOCORTICOIDI
Aumenta sintesi dell’enzima fosfoenolpiruvato
carbossichinasi ed aumenta la gluconeogenesi.
