CONTROLLO DEL

METABOLISMO

Università di Roma TOR VERGATACL 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)metabolitiH+ ; Ca+2

A BREVE TERMINE (MINUTI) - RICHIEDE ENERGIAmodificazione covalente (fosforilazione - defosforilazione di proteine)

A LUNGO TERMINE (ORE) - RICHIEDE ENERGIAModificazione 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

2 ADP (miochinasi) ATP + AMP

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 allostericoe

Ciclo dei substrati

ATP 5 mM 10%4,5 mMAMP 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 ORMONALENEUROTRASMISSIONEOLFATTOGUSTOVISTACRESCITADIFFERENZIAMENTO

NATURA CHIMICA degli ORMONI

POLIPEPTIDICA insulina, glucagone, ormoni ipofisariparatormone

AMMINOACIDICA (dalla tirosina)adrenalina, ormoni tiroidei

caratteristiche (in blu)- composti lipofili,

STEROIDEA - trasportatori ematiciormoni sessuali - recettori intracellularicorticosurrenalici1,25-diidrossi colecalciferolo o 1,25 (OH)2 D3

RXR

Complesso coattivatore

DNA

Trascrizionebasale

I recettori per gli ormoni steroideI formano eterodimeri conRXR 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 CELLULAREattivazione 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 attivaLa 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

GlucagoneAdrenalinaParatormoneACTH, LH, FSH

membranacellulare

adenilatociclasi attiva

ATP

cAMP

Fosfodiesterasiinibita da

caffeinateofillina

AMP

R

R

C

C

Protein chinasi APKA (C2R2 ) fosforila residui di Ser

+ 4 cAMP

2 R-cAMP-cAMP + 2 C

proteina fosfoproteina

+ ATP

fosfatasi

EFFETTI FISIOLOGICI

Tossina colerica B

A5 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 GSubunità -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 saliREIDRATAZIONE CON SALI E GLUCOSIO

acetilcolina, vasopressina, ossitocina, neurotrasmettitori

membranaFosfatidil 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 22

insulina

P p

IRS-1 substrato 1 del recettore dell’ insulina

trasporto glucosio muscolo, tessuto adiposo

GLUT-4

biosintesiglicogeno biosintesi

acidi grassi

biosintesi proteine

effetti mitogeni, espressione genica

membrana

Muscolo

GLUT 4 immagazzinato dentro vescicole intracellulari

L’insulina e/o l’esercizio fisicopromuovono la traslocazione di GLUT-4 sulla membrana plasmatica

IPOGLICEMIA GLUCAGONE

Glicogenolisi attivata fosforilasi, inibita glicogeno sintasi

Gluconeogenesi attivata fruttosio 1,6bisfosfatasiinibita 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+)

FOSFORILASI b inattiva

FOSFORILASI a attiva

GLUCAGONE, ADRENALINA

adenilato ciclasi

cAMP

protein chinasi A (PKA)

GLICOGENOSINTASI-P(inattiva)

PROTEINFOSFATASI -P(inattiva)

Fosforilasi b Fosforilasi a

controllo allosterico immediatodipende da carica energetica

Forma Rattiva

Forma Tpocoattiva

AMPATPG6P

Fosforilasi chinasi

2 ATP 2 ADP

Fosfoprotein fosfatasi

-P

P-

-P

P-

controllo covalente ormonalenon 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 PFKInibisce 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