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  Ca2+  CITRATO  H+  F2,6BP F1,6bisP fosfatasi  AMP  F2,6BP Glicogeno fosforilasi ATP  AMP Ca2+  G6P Glicogeno sintasi  ATP  G6P

Controllo allosterico e Ciclo dei substrati Muscolo ATP/AMP  50 ATP/ADP  10 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

I recettori per gli ormoni steroideI formano eterodimeri con RXR recettore per l’acido retinoico (derivato Vit A) Extrac. citoplasma RXR Complesso coattivatore Trascrizione basale nucleo DNA

MECCANISMI DI TRASDUZIONE DEL SEGNALE DI ADRENALINA E DI ORMONI POLIPEPTIDICI

proteine G, adenilato ciclasi, fosfolipasi C 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 R C Adrenalina Paratormone ACTH, LH, FSH ATP 2 + 2 membrana cellulare adenilato ciclasi attiva ATP cAMP Fosfodiesterasi inibita da caffeina teofillina AMP R C Protein chinasi A PKA (C2R2 ) fosforila residui di Ser + 4 cAMP 2 -cAMP + 2 proteina fosfoproteina + ATP fosfatasi EFFETTI FISIOLOGICI

REIDRATAZIONE CON SALI E GLUCOSIO A1 + A2 A Tossina colerica 5 subunita B 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

Fosfatidil inositolo 4,5 bisfosfato (PIP2) 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

IRS-1 substrato 1 del recettore dell’ insulina P p IRS-1 substrato 1 del recettore dell’ insulina trasporto glucosio muscolo, tessuto adiposo GLUT-4 biosintesi glicogeno acidi grassi 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

protein chinasi A (PKA) GLUCAGONE, ADRENALINA  adenilato ciclasi cAMP protein chinasi A (PKA) GLICOGENO SINTASI-P (inattiva) fosforilasi chinasi ()4 subunità catalitica   siti di fosforilazione  calmodulina (lega Ca2+)  FOSFORILASI b inattiva FOSFORILASI a attiva PROTEIN FOSFATASI -P (inattiva)

controllo covalente ormonale controllo allosterico immediato Fosforilasi chinasi 2 ATP 2 ADP Fosfoprotein fosfatasi Forma R attiva Forma T poco AMP ATP G6P -P P- Fosforilasi a Fosforilasi b controllo covalente ormonale non soggetto a regolazione allosterica ATP/AMP controllo allosterico immediato dipende da carica energetica 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

F6P + ATP F2,6 bisP + H2O 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

aumenta secrezione di glucagone aumenta cAMP 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