Formas de regulação da atividade enzimática
Gene
expression
regulation
Ativação/desativação por
Fosforilação/defosforilação
Fluxo de metabólitos de uma via metabólica pode
ser modulado por:
•
número de enzimas (por controles
transcricionais/traducionais/protein turnover)
(minutos até horas)
•
mudança da atividade enzimática das enzimas
da via por
- controle por modificação covalente (via
fatores de transcrição) ou ligação a proteína
reguladora (Hexoquinase IV)
- regulação alostérica (milisegundos)
- seqüestro da enzima ou do substrato em
compartimentos diferentes
Hexoquinase IV é regulada pelo nível de glicose no sangue:
regulação por seqüestro no núcleo celular
hepatócito
Após refeição
Durante jejum
Vindo da gliconeogênese
Fígado não compete com demais órgãos pela glicose escassa.
Controle da Glicemia por Regulação Endócrina:
• Necessidade de uma reserva
energética de fácil mobilização
Insulina
X
Glucagon
Estoca glicose na forma de
glicogênio e secreta quando
necessário.
Homeostase da glicose
Transportadores de Glicose
TRANSPORTADOR
Km par a glicose
( mM )
Dist r ibuição
Car act er íst icas
GLUT 1
1 -2
am pla, com alt a
con cent r ação no cér ebr o,
er it r ócit os e en dot élio
t r an sp or t ador
con st it u t ivo de glicose
GLUT 2
15 - 20
r in s, int est in o delgado,
f ígado e pân cr eas e cél ulas b
t r an sp or t ador de baixa
af inidade, f u ncion a
com o sensor de glicose
GLUT 3
10
n eu r ônios, placen t a
t r an spor t ador de alt a
afin idade
GLUT 4
5
m úsculos esquelét ico e
car díaco, t ecido adip oso
t r an sp or t ador
dep en dent e de in su lin a
GLUT 5
6 - 11
in t est in o delgado, esper m a,
r im , cér ebr o, adipócit os e
m úsculo
t r an spor t ador de
f r u t ose, af in idade m u it o
baixa p ar a glicose
GLUT1 permite a entrada de glicose por difusão facilitada com uma taxa 50.000
vezes maior do que a taxa de difusão na reação não catalisada.
GLUT 4
GLUT 1
I) Captação de glicose – hexose transporter
Properties of Glucose Transport Proteins
Transporter
Tissue distribution
Special properties
GLUT 1
Most cells.
High capacity, relatively low
Km (1-2mM).
GLUT 2
Liver, beta cells,
hypothalamus, basolateral
membrane small intestine.
High capacity but low affinity (high
Km, 15-20mM) part of "the glucose
sensor" in ß-cells.
GLUT 3
Neurons, placenta, testes.
Low Km (1mM) and high capacity.
GLUT 4
Skeletal and cardiac muscle,
fat.
Activated by insulin. Km 5mM.
I) Captação de glicose – hexoquinase
Músculo:
GLUT-4 -> Km= 5 mM
Hexoquinase 1 -> Km= 0,1 mM
Fígado:
GLUT-2 -> Km= 15-20 mM
Hexoquinase IV -> Km=10 mM
Como estará a atividade da
hexoquinase?
Órgão
Hipoglicemia
(< 3,5 mM)
Normoglice
mia
(5 mM)
Hiperglicemi
a
(10mM)
Músculo
Fígado
Fígado:
GLUT-2 -> Km= 15-20 mM
Glicoquinase -> Km=10 mM
Músculo:
GLUT-4 -> Km= 5 mM
Hexoquinase I -> Km=0,1 mM
Como estará a atividade da
hexoquinase?
Órgão
Hipoglicemia
(< 3,5 mM)
Normoglice
mia
(5 mM)
Hiperglicemi
a
(10mM)
Músculo
+
+
+
Fígado
-
-
+
Fígado:
GLUT-2 -> Km= 15-20 mM
Glicoquinase -> Km=10 mM
Músculo:
GLUT-4 -> Km= 5 mM
Hexoquinase I -> Km=0,1 mM
A manutenção dos níveis de glicose no sangue
envolvem 3 hormônios principais
Insulina
Glucagon
Epinefrina
(Cortisol)
Estes hormônios tem uma atuação importante
principalmente no fígado, músculos e tecido adiposo.
II) Secreção de insulina
Pâncreas:
GLUT-2
(Km= 15-20 mM)
Regulação da internalização
da glicose
por seqüestro de transportadores
transportador GLUT-4:
tecidos muscular e adiposo
X
transportador GLUT-2: Tecido
hepático- constitutivamente
exposto
GLUT-4 permanece
sequestrado em vesículas
no citoplasma até que a
Insulina sinalize para sua
exposição.
GLUT-4 A taxa de entrada de glucose aumenta de > 15 vezes
III) Cascata de sinalização
Insulina regula ambos o metabolismo e a expressão gênica
receptor de insulina
= proteína cinase específica
de tirosina
Modulação da transcrição de 100 genes regulados pela insulina
T ip o de r eser va
Glicogênio
Glicogênio
Glicose ( m M)
Lipídeos
Pr ot eín a
Hor m ôn io ou su bst r at o
( U)
I nsulina (mU/ m l)
Glu cagon ( pg/ m l)
r azão in su lin a:glucagon
Glicose ( m M)
Ácidos gr axos ( m M)
Acet oacet at o ( m M)
bHidr oxibut ir at o ( m M)
Lact at o ( m M)
Pir uvat o ( m M)
Alan ina ( m M)
AT P ( m M)
Fo nt e: Ru der m an et al ., 1 9 7 6 .
T ecido
Qu an t idade ( g)
f ígado
m úsculo
f lu idos cor por ais
t ecido adip oso
m úsculo
70
1 20
20
1 50 00
60 00
Muit o bem
alim en t ado
Pósabsor ção
( 1 2h )
Jeju m
3 dias
Jeju m
5 sem an as
40
80
0.50
6 .4
0.14
0.04
0.03
2 .5
0.25
0 .8
3 43
15
1 00
0.15
4 .8
0 .6
0.05
0.10
0.70
0.06
0.03
2 90
8
1 50
0.05
3 .8
1 .2
0 .4
1 .4
0.70
0.04
0 .3
3 80
6
1 20
0.05
3 .6
1 .4
1 .3
6 .0
0 .6
0.03
0 .1
5 37
PIP3
PIP3
Quinases / Fosfatases
Akt = PKB
PIP2
IV.a) Metabolismo de glicose
• Aumento da síntese e diminuição da degradação de glicogênio
(ativação da glicogênio sintase) – PP1 e GSK3
• Aumento da glicólise (ativação da PFK-2; ↑ expressão gênica
de hexoquinases, piruvato quinase) – Akt e PI3K
• Diminuição da gliconeogênese (inativação da glicose-6fosfatase;
↓ expressão gênica de PEPCK) – PI3K
Regulação da síntese do glicogênio
IRS = insulin receptor substrate
Regulação da síntese do glicogênio
A glicogênio sintase mantem-se inativa por meio de
fosforilação de serinas: Glicogênio sintase quinase 3 (GSK3)
glicose 6-P liga-se a um sítio
alostérico na glicogênio sintase
aumentando o acesso da
fosfoproteína fosfatase
Regulação hormonal da glicólise
Tecido Hepático
Glucagon
Adrenalina
+
Fosfatase
ativa
Kinase
ativa
+
Insulina
Tecido Muscular
e Cardiaco
Adrenalina
Insulina
+
PI
Fosfatase
ativa
ATP
ADP
Kinase
ativa
Regulação da Glicogenólise
Músculo:
Disparado na
contração muscular
ativa a fosforilase b
kinase (isoforma
muscular) que
apresenta um
domínio calmodulina
AMP resultante da
quebra de ATP quando
a musculatura está
sob contração
vigorosa ativa
alostericamente a
glicogênio fosforilase
Amplificação do sinal
Fígado
Glicogênio fosforilase = sensor da [glicose] no fígado
controle da síntese de glicogênio no músculo
- Fluxo controlado por GLUT-4 e hexocinase,
a glicogênio sintase regula a homesostase de metabólitos
A regulação da insulina também ocorre a
nível transcricional
Epinefrina
 A epinefrina é produzida pelas glândulas adrenais
 É liberada após sinais de estresse
 Atua em receptores adrenérgicos
Liver
Relação (direta ou inversa) entre a degradação de glicogênio
e a aceleração da via glicolítica em músculo e fígado
1) José é um enfermeiro muito trabalhador. De tanto trabalhar
sequer teve tempo de almoçar, de forma que saiu do trabalho
hoje as 15 horas sem ter feito nenhuma refeição desde o café da
manhã.
Pergunta-se:
a) Apesar do longo período de jejum, nível de glicose no sangue de
José não se alterou. Que hormônio foi importante para manter
sua glicemia constante?
b) Quais são as consequências da sinalização desse hormônio no
fígado
em
relação
ao
metabolismo
da
glicose
(glicólise/gliconeogênese)?
c) Este hormônio induz a biossíntese ou degradação do glicogênio
hepático? Explique a cascata de sinalização que leva a tal
evento.
2) Como se não bastasse sua intensa lida diária, no dia seguinte José
foi surpreendido por um assaltante no caminho de casa, porém
conseguiu escapar do assalto pois usou todas as suas forças
correndo desesperadamente.
a) Os estoques de glicogênio da musculatura esquelética das pernas
de José foram bastante usados nesse episódio. Descreva a via
catabólica de degradação do glicogênio.
b) Qual hormônio sinalizou a quebra de glicogênio no tecido
muscular?
c) Que via catabólica foi usada na degradação da glicose muscular?
Para onde seu produto é transportado e em que este produto é
regenerado?
Diabetes Mellitus: comum no Brasil (prevalência 7,6 % da
população brasileira entre 30 e 69 anos)
Apresentam hiperglicemia
Tipo I: insulino-dependente ou juvenil. É uma doença
auto-imune que provoca a destruição de células b das
ilhotas do pâncreas.
Tipo II: não insulino-dependente (resistente a insulina, e
por secreção deficiente de insulina).
80% estão acima do peso adequado
Síndrome
Metabólica
No diabetes o organismo comporta-se como no jejum
prolongado.
Um dos métodos de monitoramento da hiperglicemia é o
exame que mede a Hemoglobina glicosada (HbA1c): em
diabetes essa taxa pode ser até 3 X maior.
Diabetes Mellitus
 Doença em que o nível de glicose sanguínea está acima
do normal.
 Pessoas com diabetes tem problema em converter
glicose em energia.
 As pessoas desenvolvem diabetes porque o pâncreas
não produz insulina suficiente ou porque as células
musculares, hepáticas e adiposas não percebem a insulina
ou ainda por ambos os motivos.
 O resultado é que os níveis de glicose aumentam na
circulação e as células estão carentes de energia.
 Ao longo dos anos os níveis altos de glicose
(hiperglicemia) danifica os nervos, os vasos sanguíneos e
podem levar a complicações tais como doenças do
coração, infarto, doenças renais, cegueira, problemas nos
nervos, infecções intestinais e amputação.
Fonte: http://diabetes.niddk.nih.gov/dm/pubs/diagnosis/index.htm
Principais tipos de Diabetes
 Os dois principais tipos de diabetes são chamados de tipo
1 e tipo 2. A terceira forma de diabetes é chamada de
diabetes gestacional.
Diabetes tipo 1
O tipo 1 é formalmente chamada de diabetes juvenil. É
normalmente diagnosticada em crianças, adolescentes e
adultos jovens.
Caracteriza-se pela insuficiência na produção de insulina pelo
pâncreas porque o sistema imune atacou e destruiu as
células b do pâncreas.
Diabetes tipo 2
O tipo 2 é formalmente chamada de diabetes de adultos e é a
forma mais comum.
Caracteriza-se por ser iniciada com a resistência a insulina.
Uma condição onde as células musculares, hepáticas e
adiposas não percebem a insulina ou ainda por ambos os
motivos. Como conseqüência o corpo precisa de mais
insulina para ajudar na captação de glicose por estas células.
Fonte: http://diabetes.niddk.nih.gov/dm/pubs/diagnosis/index.htm
Diabetes tipo 2
Em um primeiro momento o pâncreas continua produzindo
insulina, entretanto, com o tempo o pâncreas perde a
capacidade de secretar insulina suficiente para responder a
alimentação.
Diabetes Gestacional
É a diabetes que ocorre durante o período gestacional.
Durante a gravidez parece que a necessidade por insulina em
algumas mulheres é aumentada e elas desenvolvem diabetes
gestacional nos estágios tardios da gravidez.
Esta forma de diabetes normalmente desaparece após o
nascimento do bebê.
Entretanto, parece que mulheres que desenvolvem este tipo
de diabetes são mais suscetíveis a desenvolverem diabetes
tipo 2 posteriormente.
Fonte: http://diabetes.niddk.nih.gov/dm/pubs/diagno
Teste de tolerância a glicose:
após jejum de 12 h ingere-se 100g de glicose dissolvida num
copo de água. A dosagem da glicose está feita antes
Mede-se a glicose antes a ingestão e cada 30 min após durante
algumas horas.
Diagnóstico
Table 1. Fasting plasma glucose (FPG) test
Plasma Glucose Result (mg/dL) Diagnosis
99 or below
Normal
100 to 125
Pre-diabetes
(impaired fasting glucose)
126 or above
Diabetes*
*Confirmed
by repeating the test on a
different day.
Fonte: http://diabetes.niddk.nih.gov/dm/pubs/diagno
Oral glucose tolerance test (OGTT)
2-Hour
Plasma
Glucose
Result tolerance test
Table
2. Oral
glucose
Diagnosis
(mg/dL)
(OGTT)
139 and below
Normal
140 to 199
Pre-diabetes
(impaired glucose
tolerance)
200 and above
Diabetes*
*Confirmed
by repeating the test on a different day.
Exame:
- 8 horas de jejum
- É medida a glicemia do jejum
- Paciente ingere 75g de glicose dissolvida em água
- Glicemia é medida 2 horas depois da ingestão de glicose.
Fonte: http://diabetes.niddk.nih.gov/dm/pubs/diagno