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 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  F2,6BP Glicogeno fosforilasi ATP  AMP Ca2+  G6P Glicogeno sintasi  ATP  G6P INIBIZIONE DA H* FUNZIONA DA SISTEMA DI PROTEZIONE

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 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, STEROIDEA - richiedono trasportatori ematici ormoni sessuali - si legano a 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 (Glucagone)

RECETTORE (membrana) legame 1:1 R-ormone II. TRASDUZIONE (membrana) 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

R C ATP C R 2 + 2 membrana cellulare cAMP AMP Protein chinasi A PKA (C2R2 ) fosforila residui di Ser Glucagone Adrenalina Paratormone ACTH, LH, FSH R C membrana cellulare ATP + 4 cAMP 2 R -cAMP + 2 C adenilato ciclasi attiva cAMP + ATP Fosfodiesterasi proteina fosfoproteina inibita da caffeina teofillina AMP 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 famiglia delle tirosinchinasi Tetramero 22 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

IRS-1 (substrato 1 del recettore dell’ insulina) P p membrana IRS-1 (substrato 1 del recettore dell’ insulina) la sua fosforilazione induce effetti mitogeni, espressione genica GLUT-4 biosintesi proteine trasporto glucosio muscolo, tessuto adiposo 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

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

ATP + F6P F2,6 bisP + H2O 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.