HH (2007)

Otro Portugués
Universidad Universidad Autónoma de Barcelona (UAB)
Grado Bioquímica - 5º curso
Asignatura HH
Profesor E.I.
Año del apunte 2007
Páginas 9
Fecha de subida 02/07/2015
Descargas 15

Vista previa del texto

TEMA 3 – Regulació metabòlica TEMA 3: Regulació del cicle dels àcids tricarboxílics 28-04-15 Connexions amb altres vies metabòliques El cicle dels àcids tricarboxílics es dóna en el mitocondri, punt on conflueixen vies metabòliques de glúcids, lípids i aminoàcids (mirar-se l’esquema per sobre). Exemple: el cicle de Krebs pot anar cap a gluconeogènesi, cap a la síntesi de citrat, cap a transport de lípids i també té connexions amb processos nuclears, perquè cicle de Krebs pot anar cap a la ciclació d’histones.
És una via amfibòlica. Cal que hi hagi un sistema de regeneració dels E oxidats => connexió amb la CTE.
Regulació de la PDH per fosforilació reversible De tots aquests processos, sembla ser que el pas més regulat és el pas de piruvat a acetil-Coa, que ve regulat pel complex de la piruvat deshidrogenasa (PDH). Recorda aquesta imatge del complex de la PDH de l’any passat: 1 TEMA 3 – Regulació metabòlica El poder reductor si ve d’àcids grassos el podem obtenir directament, pel procés de la beta-oxidació (cicle de Krebs), però si ve de la glucosa ha de passar a acetil-Coa => cal la intervenció de la PDH.
Com es regula la PDH? Ve regulada pels nivells de coenzim A, acetil-Coa i NAD/NADH => relació senzilla pel S (piruvat)/P format (acetil-Coa) i pel nivell d’enzims que intervenen en el procés, si estan oxidats o reduïts. S’ha vist que elevades concentracions de piruvat estimula l’activitat de la PDH activant-la, mentre que quan hi ha molt acetil-Coa s’inactiva la PDH. El mateix succeeix quan hi ha molt coenzim reduït. No se sap ben bé si és efecte al·lostèric o si és per mecanismes de fosforilació/desfosforilació.
Durant molt temps es va pensar que l’efecte d’aquestes relacions s’exercien sobre alguns enzims del complex de la PDH i el més evident semblava ser E1. Posteriorment es va plantejar que l’important no seria sobre com els metabòlits afectarien a E1, sinó la interconversió d’E1 d’una forma desfosforilada molt activa a una forma fosforilada inactiva o poc activa. Els nivells d’acetil-Coa, NADH/NAD regularien l’equilibri de forma desfosforilada activa i la fosforilada inactiva.
Intervenen quatre quinases (PDHK) i dues fosfatases (PDP) regulades per diferents mecanismes. Nivells de NADH i acetil-Coa provoquen un efecte activador de les quinases -> a molt NADH i molt acetil-Coa no cal que funcioni el complex PDH => s’activen les quinases, que fosforilen E1 i aquesta s’inactivaria. Si hi ha en canvi molt piruvat, aquest inhibiria les quinases. Les connexions sobre les fosfatases no estan tan clares, a l’esquema posa que són regulades per insulina, mentre que a les quinases no -> això pot portar a l’error que les quinases pensar que no són regulades per hormones, però sí que vénen regulades per hormones. Es creu que el magnesi, calci i insulina afectarien a les fosfatases, mentre que els metabòlits esmentats afectarien a l’activitat de les quinases.
2 TEMA 3 – Regulació metabòlica Característiques dels isoenzims de PDHK i PDP en mamífers Quinases de PDH = PDHK o PDK (millor PDHK, ja que PDK pot crear confusions).
D’aquestes quinases i fosfatases la preferència de S fosforilat no és el mateix, però ve solapat (tenen diferents sensibilitats). El més remarcable és la diferència en la distribució tissular, en el múscul esquelet i cardíac és on se n’expressen més, mentre que el fetge i el ronyó són més selectius, abunden la PDHK2 i la PDP2. En múscul esquelètic hi ha més quinasa que fosfatasa, però hi ha fosfatasa també. També es diferencien en la sensibilitat dels inhibidors. PDH2 inhibida fortament per ADP i activada màximament per NADH i acetil-coa => fortament i màximament, vol dir que està molt més regulada la PDHK2 que no la PDHK1. També la PDHK4 bastant regulada fortament, està més regulada que la 3. És inhibida per ADP i piruvat i és estimulada per NADH i acetil-Coa. Si està molt més regulada la PDP2 o la PDP1 no està tan clar. La PDP1 i PDP2 són activades per Mg i també pel calci (missatger secundari a resposta a diferents hormones). Les PDP1 i 2 es troben repartides per igual al múscul cardíac, però a nivell de teixits gluconeogènics (fetge i ronyó) abunda la PDP2.
Les que responguin fortament a la presència dels reguladors tindran un paper més important. La PDHK2 respon més fortament i és més sensible a la presència de reguladors (distribució tissular més àmplia).
Aquesta és inhibida fortament per ADP => activació de la PDH quan hi ha nivells energètics baixos. En 3 TEMA 3 – Regulació metabòlica canvi, si hi ha molt poder reductor s’atura el cicle de Krebs => no cal passar piruvat a acetil-Coa => s’activa PDHK2 i s’inactiva PDH.
També són regulats a nivell de transcripció gènica, les que tenen un efecte més clar són la PDHK2 i la PDHK4 i també les fosfatases (PDP1 i PDP2). És regulada per diferents TF, d’aquests hi ha els lligands lipídics (en resposta a hormones esteroides), en resposta al cortisol (corticoide) o en resposta a la insulina. L’expressió de PDHK2 i 4 està estimulada en condicions de dejuni i podria estar afectada per la insulina (problemes amb diabetis i hipertiroïdisme). L’expressió de PDP1 i 2 està disminuïda en el cas de diabetis i dejú.
Competició en la utilització de carbohidrats i grassa durant l’exercici L’expressió de PDH4 ve regulada pels àcids grassos (promouen la seva transcripció al interaccionar amb el receptor PPAR) i per la insulina (disminueixen la seva transcripció regulant negativament FOXO).
Regulació de PDH4 per àcids grassos Dintre del mitocondri es produeix acetil-coa, que pot produir-se per la degradació d’àcids grassos pel procés de la beta-oxidació o pel complex PDH a partir de piruvat. Què se’n fa de l’acetil-coa que entra dintre? Perquè entrin els àcids grassos al mitocondri cal el transportador de la carnitina => entren com a acilcarnitina. La carnitina també pot ser utilitzada perquè a partir d’acetil-coa es formi acetil-carnitina (no acil!!!) => l’acetil-carnitina es queda dintre del mitocondri. Conseqüències: l’acetil-carnitina serviria per emmagatzemar l’excés d’acetil-coa produït que no pot anar al cicle de Krebs. Una altra conseqüència és que si la carnitina no torna al citosol no poden entrar els àcids grassos al mitocondri => la carnitina pot actuar com a sistema de tamponament dels acetil-coa dintre del mitocondri. Diuen que una ingesta forta de carnitina ajudaria a prevenir aquestes situacions, la predisposició a diabetis... però quedaria com a acetil-carnitina (?).
4 TEMA 3 – Regulació metabòlica La connexió que hi ha entre metabòlits lipídics i glucídics a nivell de mitocondri hi ha la carnitina, però aquesta funció té uns límits, si hi ha una gran quantitat de lípids tot i així, hi haurà una gran producció d’acetil-coa, que interferirà en el consum de piruvat que ve de la glucosa, alterant el metabolisme glucídic.
Es produirà una acumulació de lípids molt forta, dintre d’aquestes els metabòlits derivats de l’àcid araquidònic, compostos eicosanoides i altres àcids grassos. En aquesta situació es produeix que aquests compostos araquidònics, àcids grassos lliures i altres eicosanoides, acaben interaccionant amb receptors que acaben anant a TF del nucli. Dintre d’aquests, el diana és el receptor activat del factor activador de peroxisoma PPAR (peroxisome proliferator activated receptor), un receptor intracel·lular. Els receptors intracel·lulars poden existir com a homodímers (reconeixen repeticions palindròmiques) o heterodímers (reconeixen repeticions directes), el PPAR és del tipus heterodímer i moltes vegades interacciona amb el receptor X de retinoide (RXR), que reconeix seqüències específiques en el DNA de la regió del promotor afectant a l’expressió gènica.
En el cas de la PDH4 també hem vist que l’expressió ve afectada pel cortisol, que és un glucocorticoide.
Els receptors de glucocorticoide són del tipus homodímers, reconeixen seqüències específiques, en aquest cas palindròmiques, i d’aquesta manera acaben afectant l’expressió del PDHK4, en aquest cas en particular afavorint, molts d’aquests factors formen complexes amb altres proteïnes relacionades amb el control de l’expressió gènica.
FOXO Regulació de PDH4 per insulina (FOXO) En el cas de la insulina, aquesta no interacciona directament amb TF, el què fa és provocar una cascada de senyalització que al final acaba afectant al funcionament de TF, d’entre els quals un és denominat com a FOXO i d’aquesta manera es regula l’expressió de PDHK4. La insulina bloqueja l’efecte de FOXO, disminuint l’efecte de PDKH4.
5 TEMA 3 – Regulació metabòlica Insulina -> receptor -> PDK -> Akt -> fosforila FOXO, que interacciona amb una proteïna del tipus 1-4-3-3 i fa que surti al citosol i deixi de funcionar => deixa d’haver-hi l’activació de l’expressió dels gens diana, entre d’ells PDKH4, no es reprimeix, sinó que deixa d’activar-se. Pot ser degut a situacions d’estrès, que fa que hi hagi quinases d’estrès que fosforilen FOXO i afavoreixen que entri a nucli i tingui un efecte promotor de l’expressió de PDKH4 i aquest efecte activador es dóna tan si ha actuat o no la insulina => davant situació d’estrès i insulina mana l’estrès i FOXO es fosforila independentment de si està fosforilat per Akt i entra al nucli.
30-04-15 Regulació del cicle dels àcids tricarboxílics 6 TEMA 3 – Regulació metabòlica Es regulen sobretot les primeres etapes, que són les més irreversibles. La via ve regulada pels nivells d’ADP/ATP, pels nivells de coenzims reduïts, de calci i per la concentració d’intermediaris acumulats. El mecanisme de control és molt senzill.
Destacar la presència d’efectors al·lostèrics, que són els propis components del cicle a excepció del Calci.
Ara bé, hi ha moltes patologies conegudes relacionades amb la disfunció de l’expressió dels enzims d’aquesta via: Una alteració en algun dels enzims provoca canvis molt greus a nivell d’organisme.
Alguns dels isoenzims del Cicle de Krebs presenten expressió diferencial, i això està emprat com a marcador en alguns tipus de patologies com el càncer.
7 TEMA 3 – Regulació metabòlica Regulació de la secreció d’insulina: paper de la senyalització mitocondrial Augmenta la concentració d’ATP que provoca que el canal de potassi sensible a ATP s’inhibeixi. Això produeix una despolarització de la membrana, com ja vam veure. A part d’això, perquè es mantingui la secreció d’insulina es pot afavorir un procés en què la despolarització de la membrana sigui més sostinguda. S’inhibeixen, doncs, els processos que indueixen la repolarització (entrada del calci i obertura d’un canal de potassi). Aquest canal de potassi és afectat pels nivells de poder reductor, de manera que si el NADPH és elevat, s’inhibeix el canal i la despolarització es manté durant més temps i s’afavoreix l’alliberament d’insulina.
Sembla ser que la presència de poder reductor afecta a la glutaredoxina, que podria afectar al canal de calci. D’on ve aquest poder reductor? De la via de les pentoses fosfat o del pas de malat a piruvat per part de l’enzim màlic (es requereix la sortida de citrat -> oxalacetat -> malat -> piruvat). Al mitocondri hi ha una altra via directa de sortida de malat.
8 TEMA 3 – Regulació metabòlica Es requereix la fusió de les vesícules d’insulina amb la membrana => es requereix síntesi de lípids per la reestructuració de la membrana => es requereix acetil-CoA per la síntesi de lípids i també es requereix poder reductor. L’acetil-CoA prové del pas de citrat a oxalacetat (cicle del piruvat). Si no funciona la síntesi de lípids no es pot donar aquest recanvi.
Factors de coordinació del control del metabolisme Podem distingir indicadors d’elevat nivell energètic i indicadors de baix nivell energètic. Les vies metabòliques més bàsiques vénen regulades per aquests indicadors intracel·lulars. ATP: controlador 9 ...