of 22 /22
UNIVERSITATEA DIN BUCURESTI CICLUL 1. LICENTA IN BIOCHIMIE Biochimie metabolica

Metabolismul glucidelor 3

Embed Size (px)

Text of Metabolismul glucidelor 3

  • 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 , 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 -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 -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 -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
  • Efectele glucagonului, epinefrinei si insulinei asupra metabolismului glucidic

    glucagon epinefrina insulina

    Sursa Celule pancreas

    Medulo suprarenale

    Celule 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