Upload
others
View
8
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
UNIVERSITATEA DIN BUCURESTI
CICLUL 1. LICENTA IN BIOCHIMIE
Biochimie metabolica
Sinteza glicogenului
1957 Luis Leloir
(1) Glc + ATP glucokinaza (ficat) Glc 6-P + ADP
hexokinaza (muschi)
(2) Glc 6-P fosfoglucomutaza Glc 1-P
(3) UTP + Glc 1-P UDP-Glc UDP-Glc + PP
pirofosforilaza
(4) PP + H2O pirofosfataza 2Pi
(5) UDP-Glc + (glicogen)n glicogen sintaza UDP + (glicogen)n+1
(6) UDP + ATP nucleozid difosfokinaza UTP + ADP
Reactie totala Glucoza + (glicogen)n + 2 ATP (glicogen)n+1 + 2ADP +2 Pi
2
Pirofosfat anorganic (PPi) Fosfat anorganic (Pi)
pirofosfataza
ATP ADP
UDP UTP
Nucleozid difosfokinaza
3
Glc Glc 6-P
UDP-Glc este forma activata a glucozei
Rolul central role al glucokinazei (GK) in mentinerea homeostaziei glucozei. In celulele pancreatice ß, GK tip B este parte dintr-un sensor al glucozei. Glucoza este transportata in celule prin intermediul transportorului GLUT2. Glicoliza si metabolismul oxidativ al glucozei cresc raportul [ATP]/[GDP] conducand la inactivarea unui canal de potasiu Kir6.2 si ulterior depolarizarea membranei. Ca urmare a influxului ionilor de Ca2+ prin canalul de Ca2+ deschis de voltaj, veziculele de stocare care contin insulina fuzioneaza cu membrana plasmatica, provocand eliberarea hormonului in fluxul sangvin. In ficat, productia glucozo-6-P de catre GK tip L (GKL) precede inmagazionarea glucozei sub forma de glicogen, proces stimulat de insulina. In adipocite si miocite, insulina stimuleaza preluarea si metabolizarea glucozei prin inducerea translocarii GLUT 4 din vezuculele de stocare intracelulare la membrana plasmatica.
5
Glicogen sintaza (GS) – este o glicozil transferaza 6
UDP-glucoza + Glicogen primer (n)
cel putin 4 resturi
UDP + Glicogen (n+1) GS adauga repetitiv resturi glucozil la capatul nereducator al unui glicogen primer (C4) cu formarea de legaturi α-1,4-glucozidice
1991 – biosinteza glicogenului– prima etapa catalizata de o protein tirozin glucozil transferaza care formeaza o prima legatura glucozidica prin atasarea glucozei la restul Tyr194 a proteinei – glicogenina (o proteina de 37 kDa)
- a doua etapa – extensia lantului glucan de la Tyr 194 prin adaugarea succesiva a 7-8 resturi glucozil (donor UDP-Glc) – realizata autocatalitic de glicogenina care are o activitate intrinseca UDP-Glc glucozil transferazica Mn2+/Mg(2+)-dependenta, cand glicogenina si GS sunt asamblate intr-un complex.
- GS disociaza de pe glicogenina permitind extensia moleculei de glicogen.
1) Sinteza auto-catalizata a unui oligomer glucan de catre glicogenina; 2) extensia lineara a oligomerului glucan catalizata de glicogen sintaza; 3) formarea ramificatiilor catalizata de enzima de ramificare. Repetarea ultimelor doua transformari permite generarea unui glicogen cu MM mare si ramificat in mod normal. Cataliza acestor transformari de izoenzime distincte in ficat si muschi permite reglarea independenta a sintezei glicogenului in cele doua tesuturi
7
Enzima de ramificare
Formarea de ramificatii α-1,6 creste solubilitatea glicogenului
numarul de capete nereducatoare
Viteza de transformare
scindeaza un fragment terminal de ~ 7 resturi de la un capat nereducator
il transfera pe alt brat al glicogenului (care are cel putin 11 resturi glucozil
legandu-l α-1,6 cu destul de mare precizie
Sinteza glicogenului in fibre musculare in repaus
(glicogen)n + Glc + 2 ATP (glicogen)n+1 + 2 ADP + 2 Pi
Scindarea glicogenului in fibre musculare in contractie
(glicogen)n+1 + 3 (ADP + Pi) (glicogen)n + 2 Lac +3 ATP
Suma Glc + ADP + Pi 2 Lac + ATP 8
Glc + ADP + Pi 2 Lac + ATP 9
De ce glicogenul este forma de stocare a energiei metabolice ?
1) Viteza de metabolizare maxima
2) Catabolizare si in lipsa O2
3) Permite mentinerea homeostaziei glicemiei
Reglarea glicogen sintazei
prin fosforilarea unor resturi de Ser din GS, soldata cu inactivarea enzimei
GS exista in 2 forme: a (activa, defosforilata, I) si b (inactiva, fosforilata, D)
prin activare alosterica a formei b – Glucozo 6-P I-independenta, D-dependenta de Glc 6-P
Glicogen sintaza-OH Glicogen sintaza-P
ATP ADP
activa inactiva
H2O Pi
PP-1
+ Gluco 6-P
Exista multe protein kinaze implicate in fosforilare si cel putin 9 resturi de Ser fosforilabile, grupate in clustere la capetele N si C
Glc 6-P este activator alosteric in conc > 10 mM [conc fizologice 0,2-0,4 mM)
10
Protein kinaze implicate in fosforilarea/inactivarea GS:
PKA: protein kinaza cAMP dependenta
CaMK: protein kinaza calmodulin dependenta
CK1, CK2: cazein kinaz2
GSK3: glicogen sintaza kinaza 3
AMPK: AMP kinaza
Fosforilaza kinaza
Epinefrina activeaza PKA care scade acivitatea GS direct prin fosforilarea situsului 2 si indirect prin fosforilarea situsului 3 printr-un mecanism necunoscut.
GSK3 este o Ser/Thr protein kinaza care fosforileaza si inhiba GS. GSK3 la randul ei este fosforilata si inhibata de Akt protein kinaza din cadrul mecanismului de semnalizare a insulinei
11
12 De fapt epinefrina si glucagonul prin mesagerul sau secund (cAMP) regleaza coordonat liza si sinteza glicogenului
Epinefrina
Adenilat ciclaza Adenilat ciclaza
ATP cAMP
PKA PKA
Fosforilaza kinaza
Fosforilaza kinaza a
Fosforilaza b Fosforilaza a
glicogen glucoza
Glicogen sintaza a
Glicogen sintaza b
glicogen - +
Forme inactive
Forme active
Hormoni cu actiune hiperglicemianta
Ca2+
AMP
G6P
Activare alosterica
Reglarea coordonata a lizei si sintezei glicogenului se realizeaza si la nivelul PP-1
Glicogen sintaza b
Glicogen sntaza a
Creste sinteza
glicogenului
G C
Glicogen fosforilaza a
Glicogen fosforilaza b
Scade liza
glicogenului
PP-1
PP-1 este formata dintr-o subunitate catalitica C de 37 kDa si o subunitate G de legare a glicogenului de 100 kDa
Subunit G creste afinitatea de legare a PP-1c la particulele de glicogen
Fosforilarea subunitatii G de catre PKA previne legarea la PP-1c
Deci, epinefrina si glucagonul care actioneaza prin cAMP inhiba PP-1 mentinand glicogen fosforilaza si sintaza in forme fosforilate
13
14
Alt reglator cheie al PP-1 este inhibitorul 1, o proteina mica de 22 kDa.
Epinefrina PKA activata
PP-1G
I-1
P
P
PP-1 inactivata
Deci fosforilarile induse de epinefrina concura spre stimularea degradarii glicogenului
15
Reglarea coordonata a metabolismului glicogenului
Glucagon Epinefrina
Pr G AC
cAMP
Membraba plasmatica
PKA
Fos K FosK
ATP ADP
Pi H2O
PP1
ATP ADP
GPb GPa
Pi H2O + LIZA
PP1
Ca2+
AMP
GSa GSb
ATP ADP
G6P
Pi H2O
- SINTEZA
PP1
I1 I1-P
ATP ADP
Alta PP
Pi H2O
PP1c.PP1G
PP1c. PP1G
P
PP1activ PP1inactiv
Inhibitia PP-1
Inhibitia PP-1
16
17
Unul dintre multiplele mecanisme prin care insulina controleaza glicogenosinteza
Insulina stimuleaza sinteza glicogenului prin activarea PP-1
insulina
Receptor Tyr kinaza
Protein kinaza sensibila la insulina
activata
PP-1 activata
Glicogen sintaza a -OH
Glicogen fosforilaza b-OH
Protein kinaza insulin-sensibila fosforileaza PP-1G la un situs diferit de PKA
18
In ficat – glicogen fosforilaza (GP) este un senzor al glucozei
Glicemia normala 80-120 mg/100 ml (4,4 – 6,7 mM)
Ficatul sesizeaza orice modificare in glicemie. Cand creste glicemia nivel GPa scade rapid. Dupa o perioada de lag, nivelul GSa creste conducand la sinteza glicogenului
Legarea glucozei la GPa deplaseaza echilibrul alosteric R T, ceea ce
expune Ser14-P la hidroliza catalizata de PP-1
PP-1 se leaga puternic la GPa, dar ac t ioneaza cata l i t ic numai cand glucoza induce tranzitia la forma T inactiva.
GPb nu leaga PP-1
19
Maladii de stocare a glicogenului 20
Tip I: Maladia lui Von Gierke; Defect Glucozo-6-fosfataza hipoglicemie <60 mg/dL datorita lipsei etapei finale a gluconeogenezei afecteaza numai celulele ficatului si renale scade mobilizarea glicogenului – produce hepatomegalie scaderea gluconeogenezei conduce la cresterea [lactatului] - lactic acidemie
Tip V: Maladia lui McArdle; Defect Glicogen fosforilaza M. scheletici afectat numai M scheletic, enzima hepatica normala crampe musculare, slabiciune dupa exercitiu fizic nu creste nivelul lactatului in sange muschii contin un nivel crescut de glicogen dar cu o structura normala
Tip VI: Maladia lui Hers; Defect Glicogen fosforilaza Ficat afectat numai ficatul, enzima M. scheletici normala hepatomegalie datorata nivelului crescut de glicogen dar cu o structura normala dupa administrarea de glucagon nu creste nivelul glicemiei
Efectele glucagonului, epinefrinei si insulinei asupra metabolismului glucidic
glucagon epinefrina insulina
Sursa Celule αpancreas
Medulo suprarenale
Celule β pancreas
Efect global Hiper glicemiant
Hiper glicemiant
Hipoglicemiant
Tinta primara Ficat Muschi>ficat Muschi, ficat, t. adipos
Gluconeogeneza + + - Represeaza sinteze
Glicogensinteza - Fosforilare -Fosforilare +inductie GS, defosforilare
Glicogenoliza + fosforilare + Fosforilare - defosforilare
Glicoliza - Represeaza PK
- + stimuleaza sinteza enzime
cAMP + + +
Fru-2,6 P2 Numai ficat Numai ficat
22