CONTROLLO DEL METABOLISMO

CONTROLLO

METABOLISMO DEL

Università di Roma TOR VERGATA CL in Medicina

Biochimica (Prof L. Avigliano)

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 LUNGO TERMINE A BREVE TERMINE

- controllo allosterico - ciclo dei substrati

- modificazione covalente

- modificazione dei livelli enzimatici

Fosfofruttochinasi ATP  AMP  Ca²⁺

 CITRATO

 H⁺  F2,6BP

F1,6bisP fosfatasi  AMP  F2,6BP Controllo allosterico

Glicogeno fosforilasi ATP  AMP Ca²⁺

 G6P Glicogeno sintasi  ATP  G6P

Muscolo ATP/AMP  50 ATP/ADP  10

Controllo allosterico Ciclo dei substratie

ATP 5 mM  10%4,5 mM

AMP 0,1 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

RXR

Complesso coattivatore

DNA

Trascrizione basale

I recettori per gli ormoni steroideI formano eterodimeri con RXR recettore per l’acido retinoico (derivato Vit A)

Extrac.

citoplasma

nucleo

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,

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

Recettore -adrenergico (R)

R + ormone  R^..ormone

conseguente cambio conformazionale del recettore

adenilato ciclasi inattiva

adenilato ciclasi attiva

Subunità : lenta attività GTPasica (sec)

L’idrolisi del GTP funge da orologio incorporato che spontanemante riporta allo stato inattivo

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

membrana cellulare

adenilato

ciclasi attiva

ATP

cAMP

Fosfodiesterasi inibita da caffeina teofillina

AMP

R

R C C

Protein chinasi A PKA (C₂R₂ )

fosforila residui di Ser

+ 4 cAMP

2 R ^-cAMP_-cAMP + 2 C

proteina fosfoproteina + ATP

fosfatasi EFFETTI

FISIOLOGICI

Tossina colerica

B A

5 subunita B A1 + A2

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

diacilglicerolo (DAG) (^apolare)

regolatore di PKC- Ca²⁺

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 secondi messaggeri sinergici

Recettore dell’insulina

Tetramero ₂₂

insulina

P p

IRS-1 substrato 1 del recettore dell’ insulina

trasporto glucosio muscolo, tessuto adiposo

GLUT-4

biosintesi

glicogeno biosintesi acidi grassi

biosintesi proteine

effetti mitogeni, espressione

genica membrana

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

fosforilasi chinasi ()₄

subunità catalitica

  siti di fosforilazione

 calmodulina (lega Ca²⁺⁾



FOSFORILASIb inattiva

GLUCAGONE, ADRENALINA



adenilato ciclasi

 cAMP



protein chinasi A (PKA)

GLICOGENO SINTASI-P (inattiva)

PROTEIN

FOSFATASI -P (inattiva)

Fosforilasi b Fosforilasi a controllo allosterico immediato

dipende da carica energetica

Forma R attiva Forma T pocoattiva

ATP AMP G6P

Fosforilasi chinasi

2 ATP 2 ADP

Fosfoprotein fosfatasi

-P P-

-P P-

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

fosfoenzima

F6P + ATP F2,6 bisP + H₂O

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

