Tema 4 El fetge I-signed (2015)

Apunte Español
Universidad Universidad Rovira y Virgili (URV)
Grado Bioquímica y Biología Molecular - 3º curso
Asignatura Metabolisme i la seva regulació
Año del apunte 2015
Páginas 17
Fecha de subida 21/01/2015
Descargas 10
Subido por

Vista previa del texto

Tema 4: El fetge, òrgan central del metabolisme: CAyES El fetge és l’òrgan bioquímic per excel·lència principal, la màquina bioquímica de l’organisme. És l’òrgan per on arriben primer els aliments, on es transformen, on s’acumula l’energia i on es redistribueix. Esta situat per sota del diafragma, a la part dreta del cos, té un lòbul esquerre (petit) i un altre dret (gran). És un òrgan que té un sistema d’irrigació, d’arribada de la sang característic, que és molt important per entendre el funcionament. La sang entra al fetge per dos sistemes de vasos sanguinis, per una banda la vena porta i per altra banda la artèria hepàtica. En el fetge només arriba un 20% de sang arterial (porta l’oxigen), el 80% de la sang que arriba al fetge ve per la vena porta.
El sistema porta és un sistema de vasos sanguinis que comuniquen l’intestí amb el fetge. Hi ha una part del sistema porta que comunica tota la part inicial de l’intestí prim, després hi ha una altra porta que és l’intestí distal, l’intestí gruixut que també recull vasos capil·lars. Finalment també connecta la melsa, que és un òrgan que aporta determinats tipus de molècules que interessa al funcionament cel·lular. Això vol dir que la sang que arriba al fetge, abans d’arribar al fetge, majoritàriament passa per l’intestí. Això permet recollir els nutrients i portar-los cap al fetge. Els nutrients van al sistema portal cap al fetge, no es reparteixen per la circulació. Tots els nutrients hidrosolubles i els no hidrosolubles, tots arriben al fetge i aquest és l’encarregat de transformarlos, redistribuir-los o enviar-los cap a la resta de circulació que es a través de la vena hepàtica que és la que surt per dalt. Els greixos no son absorbits pel sistema porta de l’intestí, sinó que són absorbits pel sistema limfàtic.
- Sistema limfàtic: Un altre mecanisme de vasos sanguinis que recull el líquid intracel·lular i l’envia a través d’uns conductes cap a la vena cava superior a on el reparteix al conjunt de la circulació general.
Els lípids no poden ser transportats, no s’incorporen al sistema porta, sinó que van a parar a la limfa i al anar a parar a la limfa, desemboquen a la vena cava i es reparteixen per la circulació general.
L’organització cel·lular al fetge també és singular. L’estructura del fetge està format per lòbuls i els lòbuls alhora estan formats per un conjunt de cèl·lules que són hepatòcits amb una disposició singular. Aquestes són les més principals, encara que no les úniques. Els hepatòcits estan agrupats amb una disposició regular. En cada vèrtex d’aquest hexàgon hi ha tres esferes que indiquen tres vasos del sistema circulatori. Per una banda hi ha una vena porta, per altra banda també hi ha una arteriola hepàtica i per altra banda hi ha un tub que és el conducte biliar, que condueix la bilis que fabriquen aquestes cèl·lules. Per la part de fora dels vèrtex circula el sistema portal, el sistema arterial i bilis. Per la part de dintre vena hepàtica que recull els substrats que van a parar després per tot l’organisme.
Aquestes cèl·lules hepàtiques estan separades entre sí per un sistema equivalent a vasos sanguinis capil·lars que permet la circulació de la sang arterial i portal entre l’arribada i la sortida cap a la vena central.
Els hepatòcits del fetge no són tots iguals, estan compartimentats, els que estan més a prop de les tríades són diferents que els que estan més a prop de la vena central.
Tenen funcions bioquímiques diferents. els que estan més a prop de les tríades són els que es diuen hepatòcits periportals, estan al voltant del sistema portal i són cèl·lules que fan el metabolisme oxidatiu principalment, utilitzen oxigen per obtenir energia, fan gluconeogènesi. Els altres, els que estan més a prop del mig es diuen perivenosos que estan al voltant de la vena hepàtica. Alhora també hi ha proximals i distals, per tant, està zonificat degut que fan vies metabòliques diferents.
Transport de glucosa a través de membranes: CAyES La glucosa que arriba per la dieta no va a parar al fetge, si no que va al múscul on queda com a glicogen. El paper diferencial del metabolisme d’uns teixits i altres amb la glucosa es degut a les característiques cinètiques de dues proteïnes, la GLUT 4 (al múscul) i les quinases que fosforilen la glucosa. La glucosa una vegada entra dintre de la cèl·lula és una molècula. Les dues proteïnes claus són les hexoquinases (catalitza la fosforilació de la glucosa) i les proteïnes GLUT faciliten el transport a favor de gradient (difusió facilitada). Les dues tenen unes característiques cinètiques que les fan adequades segons el paper que han de fer en un teixit o en un altre teixit.
Hi ha un conjunt de transportadors que tenen Km diferents, es saturen més o menys aviat segons l’afinitat al substrat.
De hexoquinases també hi ha de diferents, segons el teixit que sigui. Les proteïnes SGLT actuen contra favor de gradient (necessiten aport d’energia) i solen ser reservades a estructures que necessiten captar glucosa en contra de gradient. La concentració de glucosa en plasma es aproximadament 5mM.
- - La proteïna que transporta la glucosa és la GLUT 1 en el cervell en els eritròcits, teixits fetals... sempre estan captan glucosa, son glucosa dependents.
La GLUT 2 principalment al fetge, intestí, ronyó... és molt més alta que la concentració de glucosa plasmàtica, per tant, permet treballar en concentracions de glucosa elevades. Treballen amb una Km alta, no es satura amb facilitat.
La GLUT 3 treballa en el cervell, majoritàriament, amb una Km molt baixa, això permet una taxa constant de captació de glucosa independent de que la concentració exterior sigui baixa.
La GLUT 5 treballa amb fructosa i es la responsable de la captació de fructosa.
Lo mateix passa amb les quinases (isoenzims diferents): - Les musculars tenen Km baixes i són inhibides al·lostèricament pel producte de la reacció, la G-6-P. Quan la G-6-P puja per sobre del normal, inhibeix l’enzim, ajustant així la velocitat de formació de G-6-P amb la d’utilització. La hexo 1 amb molt poca glucosa que entra dintre de la cèl·lula té molta afinitat per fosforilar-la. Aquesta treballa al múscul i esta inhibida per la glucosa-6-fosfat.
- La hepàtica te una Km alta (treballa sense saturar-se a concentracions altes de glucosa, com després de menjar), responent al paper que l’enzim ha de fer al fetge. No és inhibida per la G-6-P, per tant no ajusta el flux. La hexo 4: Com te una Km alta treballa sense saturar-se, ella segueix fosforilan i no és inhibida per la glucosa-6-fosfat i aquesta treballa al fetge.
El glicogen, síntesi i degradació: Estructura molt semblant a la amilopectina, més ramificat, una ramificació cada 8-12 residu glicosils.. Al final, aquesta molècula té moltes molècules de glucosa als extrems ja que esta molt ramificada. Quan actuen els enzims poden actuar sobre totes les branques de la molècula alliberant moltes glucoses. Les molècules de glicogen en el fetge formen grànuls que son visibles al microscopi. Estan associades als enzims que intervenen en la síntesi i degradació. A les cèl·lules hepàtiques s’observen grànuls constituïts per molècules de glicogen (30.000 unitats de glucosa) més molècules d’aigua (2/3 parts) més enzims que intervenen en la síntesi i degradació.
CAyES Degradació del glicogen: El glicogen en el fetge es una reserva de glucosa per ser exportada a la sang. El catabolisme dels glúcids en el fetge i el múscul és diferent.
- El fetge actua com a reservori de glucosa per abastir els òrgans dependents de glucosa com és el cervell, que necessita constantment glucosa.
- També està la via de les pentoses per degradar la glucosa per tal d’obtenir ribosa i NADPH.
Hi ha un enzim clau en la degradació de la glucosa que és la glicogen fosforilasa (de glicogen a glucosa 1 fosfat).
L’altre enzim que actua després és la fosfoglucomutase (de glucosa 1 fosfat a glucosa 6 fosfat).
Gràcies a la glicogen fosforilasa es van degradant les molècules de glucosa que estan en les ramificacions i quan s’acaben i l’enzim arriba al nus de la ramificació actua un altre enzim que és la transferasa que mou molècules de glucosa de la ramificació a la cadena principal i per tant ara només ens queda una molècula a la ramificació que amb l’enzim a-1,6-glucosidase obtenim una molècula de glucosa més.
L’enzim fosfoglucomutsasa té serines i té esterificat un àcid fosfòric. Aquest enzim cedeix el grup fosfat a la glucosa 1 fosfat per tant es forma la glucosa 1,6 bisfosfat i finalment el fosfat en posició 1 torna altra vegada al enzim i finalment queda la glucosa 6 fosfat.
La glucosa-6-fosfat mitjançant una transportador (T1) passa cap dintre del reticle endoplasmàtic. (foto) Regulació del procés: És a dos nivells, efectors al·lostèrics i també respon a senyals hormonals. Per tant dos tipus de senyals sobre la glicogen fosforilasa. Aquest enzim és al·lostèric, existeix en dues formes, cadascuna d’aquestes formes estan alhora en forma tenses o relaxades. La forma a és la que està activa ja que està fosforilada i la forma b és l’inactiva ja que no està fosforilada. Però els enzim al·lostèrics tenen diversos estats un estat tens i altre relaxat. La forma a relaxada que està fosforilada es la que produeix la catàlisis de la reacció. Per altra banda, la forma inactiva (no fosforilada) també existeix en dues formes. La forma relaxada és menys activa que la fosforilasa a però menys i la forma tensa és completament inactiva (no fosforilada i tensa). En equilibri la forma activa està en estat relaxat i la conformació inactiva esta en estat tens.
La presencia de glucosa actua coma a modulador negatiu, canviant la conformació de la proteïna inhibint l’enzim, passa d’un estat actiu a una estat menys actiu, ja que si tenim glucosa no cal que l’enzim produeixi més. El calci pot actuar sobre la regulació d’aquest procés, no de manera clara en el fetge, però si en el múscul.
El fetge degrada glucosa per exportar-la a altres teixits, quan el nivell de glucosa és baix. Si hi ha glucosa provinent d’una altra font (dieta) no cal mobilitzar el glicogen. La glicogen fosforilasa hepàtica és sensible a la glucosa: la unió de la glucosa la desestabilitza.
CAyES La fosforilasa a, però no la b, mostra la transició més sensible de R a T. La unió de la glucosa desplaça l’equilibri al·lostèric de la forma a des de l’estat R fins al T, fet que desactiva l’enzim.
L’enzim fosforilasa quinasa és dependent de fosfat i de calci, per tant a través d’una molècula que es senyal podem modular la degradació de glucosa. Tenim una quinasa activa que la podem passar a activa a través de la fosforilació i per tant serà parcialment activa, però per ser totalment activa també ha de tenir calci en la seva estructura.
La degradació de glicogen és sensible, d’una banda a moduladors al·lostèrics que detecten l’estat energètic cel·lular i això fa que la degradació es produeixi o no i altra banda són susceptibles a hormones i així coordinar el funcionament metabòlic.
Hi ha dos senyals hormonals que principalment el glucagó és el que actua, però també podem trobar epinefrina.
Al múscul l’hormona que detecta el senyal és l’epinefrina, són hormones que provoquen la degradació de combustible (són hormones catabòliques). La epinefrina és l’hormona de l’estrès, és una catecolamina que l’organisme allibera quan té una senyal d’alarma d’estrès i això li provoca la degradació de glicogen per obtenir energia, ho fa especialment al múscul que és on s’ha de provocar l’energia i secundàriament una petita mobilització al fetge.
En el fetge estudiem el glucagó que és l’hormona contra-insulina, és l’hormona que actua com catabolisme quan l’organisme està en situació de canvi de la concentració de glucosa. Això és una constant de la regulació metabòlica quan la concentració de glucosa augmenta per la ingesta, provoca la secreció d’insulina (hi ha un CAyES sistema heteropàtic que provoca l’augment de la concentració de glucosa a l’organisme) i això fa disparar les cèl·lules pancreàtiques. Quan augmenta la concentració de insulina provoca una disminució dels nivells de glucosa i ho fa bàsicament perquè augmenta la síntesi de glicogen i inhibeix la degradació. Alhora quan aquesta glucosa baixa, com que no pot baixar massa per mantenir l’equilibri homeostàtic i nivells baixos de glucosa provoquen una secreció de glucagó, a més, les cèl·lules del pàncrees augmenten la seva concentració i quan augmenta la concentració de glucagó això provoca que augmentin els nivells de glucosa.
Per tan és: puja la glucosa  puja la insulina  baixa la glucosa  puja el glucagó; i això ho fa el glucagó baixant la síntesi de glicogen i augmentant la degradació. Del que es tracta és d’augmentar la degradació del glicogen quan la glucosa baixa, el glucagó fa aquesta senyal a través d’un sistema de senyalització.
El glucagó el que fa aquí és ser sensible al sistema del AMPc, de l’adenil ciclasa. Les cèl·lules hepatiques tenen receptors de glucagó i d’epinefrina, que engeguen el sistema de l’adenil ciclasa que acaba passant l’ATP intracitoplasmàtic a AMPc. L’AMPc és activador de la protein kinasa A (que passa a la forma activa) i actua convertint la fosforilasa quinasa a una altra forma activa, que finalment és la que passa la fosoforilasa B en fosforilasa A. La glicogen fosforilasa A en estat relaxat és l’enzim actiu de la degradació de glicogen, passa de la forma inactiva a la forma activa per un procés de fosforilació i això ho fa la glicogen fosforilasa quinasa. Com molts altres quinases és sensible a la protein quinasa A (perquè també està desfosforilada i fosforilada), és activada per l’AMPc. S’amplifica el senyal d’una manera molt significativa, perquè amb unes poques molècules del receptor units a la membrana, manté l’adenilil ciclasa activada i poques molècules d’AMPc converteixen una proteïna inactiva en un catalitzador actiu (pot catalitzar no una reacció sinó moltes reaccions, un catalitzador que està en el medi). Amb unes poques molècules d’hormona s’aconsegueix transformar amb molta velocitat tota la fosforilasa inactiva en activa i fer una cascada d’amplificació de senyals. Una vegada la hormona deixa d’estar activa al receptor, les fosfodiesterases destrueixen l’AMPc i la senyal es para; quan no hi ha AMPc la protein quinasa A retorna a l’estat inicial i les fosfatases estan actuant i reverteixen aquest sistema. Les fosfodiesterases degraden l’AMPc a AMP i aturen el sistema (la reacció).
El sistema circula ràpidament per no malbaratar el glicogen, tan bon punt s’han cobert les necessitats energètiques, és a dir tan bon punt els nivells de glucosa tornen a pujar per mantenir la concentració de glucosa en plasma constant al voltant de 5mM (interessa a l’organisme) es para la reacció per no degradar més glicogen del necessari; el glicogen només es sintetitza si es necessita, perquè l’organisme també ha d’estalviar, només degradarà glicogen si ho necessita. Per tant, tan bon punt la glucosa ha pujat els nivells que havia de tenir (això CAyES vol dir que hi ha sistemes que detecten els nivells de glucosa cel·lulars) el glicogen es para. Es para actuant bàsicament una proteïna, la proteïna fosfatasa 1 (PP1). Proteïna que la que treu els enllaços fosfòric de la glicogen fosforilasa activa; aquesta té un grup fosfat esterificat. La pp1 és un enzim important en els sistemes de regulació i fa la reacció que tenim aquí.
(explicació de la imatge) El glicogen fosforilasa fosfatasa A (pp1) transforma la molècula de glicogen fosforilasa activa (quan té esters fosfòrics units a cadenes laterals de serines de la molècula) es forma una molècula que ha perdut els àcids fosfòrics (els fosfats) amb l’entrada d’una molècula d’aigua, i dóna una molècula més o menys activa segons si està en estat relaxat o tens. En principi passarà cap al tens.
Es un enzim interesant en els sistemes de regulació de la degradació del glicogen, insistiré després de parlar de com funciona la síntesi.
Quan s’està fent síntesi no s’està fent degradació, ha d’haver una coordinació, no fer les dues coses a l’hora.
Quan la cèl·lula té glicogen disponible, no cal que el sintetitzi. Hi ha un sistema de regulació que està interconnectant els mecanismes, un dels quals és aquesta fosfatasa.
Ara parlem de síntesi de glicogen, és un procés que funciona com la síntesis de tots els sucres. Tots els sucres es sintetizen amb una lògica semblant.
Primer s’activa una molècula de sucre amb nucleòtids fosfats (en aquest cas UDT) i es forma UDP-glucosa (el sucre activat), sempre que hi ha una síntesi de sucres (disacàrid, trisacàrid...) la bioquímica és la mateixa: - - El sucre s’activa amb un nucleòtid fosfat (UTP), consumint energia.
S’ajunta amb la glucosa1P per fer una molècula d’àcid fosfòric i quedar en forma d’UDP-sucre. Reacció molt exergónica que proporciona un enllaç fort en energia que facilita la síntesi d’aquesta molècula activada.
El tancament de dos enllaços fosfats fa que quedi unit amb una molècula que té una variació d’energia lliure més important i això fa que sigui termodinamicament possible en condicions cel·lulars.
La següent reacció és la pròpia de síntesi de glicogen: una molècula de glicogen (n residus) es passa a glicogen (n+1) i s’allibera UDP (s’haurà de regenerar en UTP), és a dir, s’incorpora una molècula de glucosa en el C inicial (C4). Això s’ha fet en posició 1-4, però quan hi ha ramificacions hi actua un altre enzim, un enzim ramificant que trenca un tros de cadena en posició 6.
El procés de síntesi es un procés senzill, funciona amb un primer enzim fosforilasa i després amb una glicogen sintasa (és regulable en les condicions cel·lulars) que és l’enzim important de la regulació de la síntesi de glicogen. Es regulable perquè està en dues formes, una forma activa i una forma inactiva, segons si està fosforilada o desfosforilada en aquest cas es al revés que el glicogen, la glicogen fsforilasa A (activa) ho és quan està fosforilada, en canvi la glicogen sintasa és activa quan està desfosforilada; això permet una regulació coordinada. Això permet que el mateix sistema de regulació quan activa la degradació, aturi la síntesi (això és el que indica aquest esquema).
Quan el glucagó i l’epirefrina actuen al fetge i al múscul formant AMPc, la protein kinasa A transforma la fosforilasa kinasa en fosforilasa kinasa activa que passa la glicogen fosforilasa B inactiva a forma activa. Alhora el mateix sistema, la protien kinasa A actua sobre la glicogen sintasa, passant-la de la forma activa a la forma inactiva, està activant la fosforilasa i inhibint la sintasa. El mateix sistema de la protien kinasa A.
CAyES La fosfatasa és l’enzim contrari. Es un sistema invers que fa la PP1, un enzim que hidroxila cadenes laterals de serina. La seva activació té la funció de parar la degradació de glicogen i començar la síntesi.
Aquí està la lògica de la fosforilasa B, en situació de requeriment de síntesi de glicogen (la insulina està elevada) s’activa la protien fosfatasa 1 (és sensible als nivells de glucosa i insulina, és un enzim que a diferencia del sistema de degradació que va per la via d’AMPc, aquest va per la via dels receptors d’insulina) s’activa. Passen diverses coses: D’una banda, s’inhibeixen les proteïnes que estan fosforilades, la fosforilasa A passa a fosfirlasa B, la glicogen fosforilasa que estava activa passa a la forma inactiva perquè es trenquen els enllaços ester. També passa el mateix amb al quinasa de la fosforilasa. A més passa una tercera cosa, la protein fosfatasa 1 passa la glicogen sintasa inactiva a activa. Per lo tant es un sistema que actua igual que l’AMPc, però al revés. La senyal de degradació és la catecolamina i el glucagó i la senyal de síntesi es la insulina. Un va via protin kinasa A i l’altre via insulina.
CAyES Quan funciona la degradació, l’organisme ha d’obtenir glucosa per preparar-se per l’exercici (necessitat energètica), és quan actua el glucagó i les catecolamides i provoquen la senyal de degradació. Quan puja la glucosa a més a més de pujar la insulina, puja el PP1. Si s’activa la PP1 s’activa la síntesi de glicogen, perquè la fosfatasa el que fa és treure els èsters fosfòrics de la fosfatasa inactiva i passar-la a la forma activa. La pp1 del fetge està formada per dues subunitats, una subunitat catalítica i una reguladora (G). La proteïna GL (liver). La subunitat R està unida a la glicogen fosforilasa A en estat R (forma activa), l’enzim que degrada al glicogen està unit a la fosfatasa i es la que degrada quan es fosforila el mateix enzim.
La glucosa és un modulador al·lostèric d’aquest enzim perquè quan s’ajunta provoca un canvi conformacional i fa que canvi l’estat. La glicogen fosforilasa A està en forma relaxada però en presencia de glicogen s’omple els centres actius, envia la conformació i passa l’està T. La glicogen fosforilasa en presencia de glucosa no actua, perquè no cal degradar el glicogen. Això tenia un efecte directe sobre la degradació del glicogen.
La glicogen fosforilasa és el sensor de glucosa al organisme, és el que detecta els niells de glucosa. Quan puja la concentració de glucosa, com que la glucosa és modulador al·lostèric de la glicogen fosforilasa provoca un canvi a la seva conformació i passa d’estat relaxat a tens (inactiu); alhora aquesta canvi fa que es desuneixi la glicogen fosforilasa de la subunitat reguladora de la PP1 i permet que la subunitat catalítica sigui activa i la subunitat que estava activa es torna inactiva. Per tant, pugen els nivells de glucosa, no degradant glicogen, sí sintetitzant glicogen. (Activa la insulina  activa la PP1) Aquí insistim amb el mateix, després d’ingerir un àpat ric en glucosa. L’efecte directe dels nivells de glucosa, quan afegim glucosa al medi, al cap de dos minuts la glicogen fosforilasa A, passa de forma activa a la forma inactiva, al cap de quatre minuts està tota inactiva. El mateix passa quan no hi ha glucosa en el medi, comença a pujar la sintasa. La insulina és el senyal que fa que això canviï a través d’aquest sistema d’un detector de glucosa i alhora actua directament sobre els sistemes i sobre la inhibició de la glicogen sintasa.
CAyES Aquí hi ha resumida la via de la degradació de la insulina.
És una via de transmissió de senyal des de que l’hormona activa al receptors receptors d’insulina. Acaba activant una proteïna B. Una protein kinasa fa la fosforilació d’una proteïna, en aquest cas la proteïna activa la transforma en inactiva. El fet que hi hagi insulina activa la degradació del glicogen.
Aquí tenim un resum del metabolisme del glicogen i la seva regulació que és el que cal recordar. Es molt important en la regulació del metabolisme.
Fins ara hem parlat glicogen – glucosa (degradació de glicogen). Ara parlem de la segona etapa del metabolisme dels glúcids: glucòlisi – gluconeogènesi.
Són dues vies que funcionen al citoplasma cel·lular i que en principi van en sentit invers una de l’altre, tot i que no són les mateixes reaccions les que estan actuant.
CAyES La glucòlisi en el fetge és una via bàsicament implicada en els apatocits perivenosos, com a via de degradació està més en els apatòcits que estan al costat del sistema venós; en canvi la GNG està als apatocits periportals, estan a prop del sistema portal. És a dir, la via de síntesi i degradació del glicogen que funcionen al fetge, no és una via que funciona a les mateixes cèl·lules. L’efecte es el mateix però funcionen en compartiments diferents.
Quan funciona la glucòlisi no funciona la GNG, i a l’inrevés. Són dues vies que funcionen en sentit contrari i van amb una lògica molt semblant (sempre hem de mantenir els nivells de glucosa a la sang).
La glucòlisi és una via que comença amb l’hexokinasa, un enzim que fosforila (irreversible), després hi ha una isomerasa que fa fructosa, després un altre enzim irreversible fa una segona fosforilació (fructosa 1-6 bisfosfat) i a partir d’aquí es trenca la molècula, dóna molècules de tres carbonis que són reconvertibles i van reconvertintse fins arribar a convertir-se a fosfoenolpiruvat.
Hi ha tres reaccions irreversibles, que són les tres quinases del sistema, tres enzims que fosforilen. Són les que condicionen la glucòlisi.
Les reaccions reversibles són les mateixes amb la GNG, però hi ha enzims diferents en les reaccions irreversibles.
El pas de piruvat a fosfoenolpiruvat no és una reacció senzilla, és una reacció que necessita dos enzims. Primer es passa a oxalacetat a través d’una carboxilasa (surt al cicle de krebs), després hi ha una segona reacció amb la PEP carboxikinasa. Hi ha dos tipus de reaccions. A partir hi ha una sèrie de reaccions reversibles que ens tornen a portar a la fructosa1,6-bisfosfat.
Aquí tenim el mateix que abans però amb fórmules, són molècules que no és obligatòria la seva recordació.
Hem de recordar el sistema. La glucòlisi és una via que acaba en piruvat, i el piruvat és utilitzat per donar aminoàcids, i sobretot pel cicle de krebs i produir energia, o acabar en lactat i fer glucòlisi anaeròbia (via que comença una molècula i acaba en un altre i és al final on es desvia).
En canvi, la GNG ve de productes cel·lulars finals, el piruvat no és un intermediari, aquesta via no s’acaba en piruvat; la glucolisi quan s’atura s’acaba en piruvat però la via metabòlica no s’acaba en piruvat. S’ha de transformar en un altre producte per mantenir l’equilibri redox citoplasmàtic, sinó hi ha un desequilibri a la cèl·lula.
CAyES La GNG té tres vies d’entrada: - Comença al lactat, que és un producte final de glucolisi anaeròbia (funciona al múscul). LACTAT PRODUCTE FINAL DE GLUCÒLISI ANAERÒBIA, és la piruvat lactat.
- A partir d’aminoàcids. DIVERSOS AMINOÀCIDS QUE QUAN ES DEGRADEN DONEN PIRUVAT, FOSFOENOLPIRUVAT... productes que van cap a la GNG.
- Un glicerol que forma part dels triacilglicerols (matriu que aguanta els àcids grassos esterificant-los).
El fetge és un òrgan que no fa una glucòlisi activa per obtenir energia, ja ho he dit quan parlàvem de metabolisme energètic, el fetge és un òrgan que obté energia bàsicament de l’oxidació d’aminoàcids i àcids grassos. El fetge és un òrgan que principalment no obté energia a través de glucosa, secundàriament sí. El fetge degrada, per obtenir energia (aminoàcids amb el cicle de krebs, àcids grassos amb beta-oxidació i cicle de krebs) és la font de combustible del fetge. El fetge degrada glucosa per obtenir piruvat que fa servir per la síntesis d’aminoàcids i altres productes, la transforma en àcids grassos o bé pel cicle de krebs.
Per poder fer aquesta lògics d’utilitzar els combustibles en el fetge hi ha dos enzims que estan catalitzant reaccions irreversibles, són enzims clau del control de flux. Són dues kinases (no la primera, la hexokinasa) la fosfofructokinasa i piruvat kinasa. Aquests són els enzims que regulen el sistema, la seva relació és a través de moduladors al·lostèrics.
Regulació en la via de degradació de glucosa al fetge, hi ha dos enzims irreversibles importants: - Fosfofructokinasa1: és el principal regulador de la via glucolítica, es el que marca el flux.
Té dos inhibidors (ATP i citrat (substrat del cicle de krebs)) són combustibles ja fabricats, quan la cèl·lula té energia disponible actua la glucolisi des del començament, si la cèl·lula té energia no cal degradar la glucosa, s’atura el sistema al nivell d’aquest enzim; i al contrari, quan la cèl·lula no té ATP, té AMP activa el sistema, perquè necessita energia. El citrat fa el mateix, si hi ha citrat, hi ha cicle de krebs i hi ha formació d’ATP.
I tres activadors (AMP, ADP i fructosa-2,6BP). La F2,6BP activa la degradació de glucosa, i és un modulador que permet la coordinació amb la GNG, és alhora inhibidor de la GNG, i la seva formació està sotmesa a control hormonal. Hi ha molècules que funcionen coordinant les dues rutes. És un enzim irreversible, té una Km baixa, és un enzim al·lostèric, està controlat per les demandes energètiques cel·lulars.
- Piruvat kinasa: també un enzim al·lostèric, passa el fosfoenolpiruvat a piruvat. Tenim la mateixa lògica que abans, si hi ha combustibles no cal fer la degradació de glucosa. Hi ha un activador que és el producte inicial, la fructosa 1-6bp. És un enzim que es sensible a la glucòlisi, la protein kinasa A que és sensible del glucagó, és capaç de passar la piruvat kinasa a una forma inactiva, i la fosfatasa al inrevés.
Quan el glucagó activa la protien kinasa vol dir que estem en situació de que cal augmentar la degradació.
CAyES La gluconeogènesi és una via típicament hepàtica. És una ruta que funciona principalment al fetge, encara que també està present en altres òrgans, on no es troba són als teixits perifèrics, als músculs. És una via que funciona principal a les cèl·lules hepàtiques però en situacions d’emergència, aquesta via actua en situacions d’emergència, de dejuni, no és tan comú com la via de la glicòlisi. En situacions normals si que funciona però el ritme no és tan exagerat.
En principi els nivells de glucosa s’han de mantenir entre 4,4 i 5,5mM, és a dir, 5mM. això pel funcionament de l’organisme és de vital importància ja que quan la glucosa baixa dels nivells adequats es produeix una situació de coma hipoglucemic ja que no arriba la glucosa als òrgans de destí, el mateix passa en les situacions d’hiperglucemia, ja que la concentració de glucosa puja per sobre de 9mM per exemple i provoca situacions greus a les persones. Per tan, els nivells de glucosa s’han de mantenir de manera constant.
Un cervell adult humà necessita prop de 120g de glucosa al dia, la major part dels 160g necessaris per tot l’organisme. La quantitat de glucosa present als fluids corporals és d’uns 20g i la que està disponible de forma immediata com a glicogen (principalment al múscul) és de aproximadament 190g. per tant les reserves directes són suficients per a cobrir les necessitats diàries.
Per abastir aquesta glucosa, quan l’organisme menja la glucosa passa als teixits perifèrics, passa al cervell i l’utilitza. Quan després de menjar, la glucosa ja s’ha dipositat al glicogen o als teixits de reserva, pot seguir funcionant perquè hi ha certa glucosa disponible als medis biològics i sinó alliberant glucosa de les reserves. Per tant no cal fer gluconeogènesi, no cal sintetitzar glucosa de nou, ja que amb la glucosa que hem menjat i la que esta de reserva ja hi ha prou, però en situacions de dejuni més perllongat els nivells de glicogen disponible es van degradant, per tant ha d’haver un sistema que retorni a produir glucosa al seu estat inicial d’altres materials de l’organisme, lactat, alguns aminoàcids i glicerol per a tornar a tindre glucosa.
Si que funciona ordinàriament aquesta via perquè els nivells de combustibles es van sincronitzant, el glucagó insulina modulen els nivells dels combustibles metabòlits i optimitzen. Per tant la gluconeogènesi per tal d’optimitzar combustibles si que funciona, però per tal de produir glucosa de manera significativa no és una via significativa.
CAyES Un concepte important és que la glucòlisi i la gluconeogènesi no es poden donar simultàniament ja que no te sentit degradar i sintetitzar glucosa alhora. Per tant hi ha un sistema de regulació sincronitzat que quan funciona una ruta l’altra no funciona. Hi ha uns intermediaris, que són els mateixos, de regulació que fan que les rutes es sincronitzin. Un punt de control enzimàtic, el control del flux de la ruta gluconeogènica és a través de la piruvat carboxilasa.
- Piruvat carboxilasa: És l’enzim que transforma el piruvat en oxalacetat. És un enzim mitocondrial. És un enzim irreversible que carboxila el piruvat.
Aquest enzim està regulat per l’acetilCoA que és el producte final de la reacció de la glicòlisi, és un enzim que estimula la piruvat carboxilasa, alhora l’acetilCoA inhibeix la piruvat deshidrogenasa. Quan la cèl·lula està acumulant l’acetilCoA, en la regulació del cicle de krebs, d’entrada s’inhibeix la formació de més acetilCoA, no cal gastar piruvat cap a acetilCoA quan la cèl·lula no està gastant acetilCoA, no s’està produint energia. Però alhora, l’acetilCoA activa la piruvat carboxilasa. Activa la ruta que va cap dalt, s’utilitza el piruvat per tornar a fer glucosa.
El punt principal de control és l’enzim que passa cap dalt, la fructosa 1-6bisfosfatasa 1. Aquest punt de control, que per altra banda a la glicòlisi també està controlat per la fosfofructoquinasa 1, la segona quinasa de la glucòlisi que fa fructosa 6-P en fructosa 1,6-BP, és un enzim que està modulat al·lostèricament per un conjunt de senyals, ATP, ADP, citrat, AMP. Quan a la cèl·lula hi ha ADP i AMP la cèl·lula necessita obtenir més ATP (energia), per tant s’activa la fosfofructoquinasa 1 i funciona la via glucolítica, al revés, quan hi ha combustibles, citrat i ATP inhibeixen la reacció. En el cas de la gluconeogènesi l’enzim que fa la reacció inversa és la fosfatasa. És inhibit al·lostericament per l’AMP. L’AMP regula els dos sentits, quan la concentració és elevada activa la glicólisi i inhibeix la gluconeogènesi. Aquest és un sistema primari de regulació i sempre veiem que o són productes de les reaccions o són molècules que indiquen l’estan energètic cel·lular, que fan que les vies vagin cap a un sentit o altre.
Hi ha una altre sistema de regulació sincronitzada de gluconeogènesi i glicòlisi és la fructosa 2,6-BP. Això vol dir que és una altra molècula que es catalitza en la seva síntesi per un sistema enzimàtic diferent i suseccible al metabolisme hormonal (insulina). Aquest intermediari és un modulador al·lostèric que modula la fructosa 1,6bisfosfatasa 1 i la fosfofructoquinasa 1. La fructosa 2,6bisfosfat activa i inhibeix un enzim o un altre.
Fructosa 2,6-bisfosfat: La reacció de formació de fructosa 2,6-BP a partir de la fructosa 1,6-BP es fa mitjançant la fosfofructoquinasa 2 i la fructobisfosfatasa 2. Aquí els isoenzims en lloc de fosforilara el carboni 1 fosforilen el carboni 2. Aquests enzims formen part d’una mateixa proteïna de 55Kd, té dos dominis catalítics units fisicament.
- Quan la proteïna està hidroxilada està activa el domini de la fosfatasa i quan està fosfatada està activa la quinasa. Quan tenim la fosfofructoquinasa 2 activa la la fructosabisfosfatasa inactiva, amb el sistema de l’AMPc depenen de la proteïna quinasa a fosforila la proteïna amb l’ATP, que és quan augmenta el glucagó.
- Al revés, quan la fructobisfosfatasa 2 està activa i la quinasa inactiva és capaç de convertir aquesta proteïna fosforilada en no fosforilada mitjançant l’acció de l’insulina amb l’acció de les fosfatases.
Quan aquest sistema provoca que augmenti la concentració de fructosa 2,6bisfosfat, lo que passa és que s’activa la glucòlisi i s’inhibeix la gluconeogènesi. En situació d’insulina elevada s’activa l’activitat de la fosfatasa que fa augmentar la F26BP i activa la glucòlisi i s’inhibeix la gluconeogènesi.
CAyES Per què la insulina que és una hormona anabòlica estimula la glucòlisi? Te sentit en el context de que els sucres en situació d’excés es transformen en greixos i això es fa a partir d’acetilCoA, per tant, en augmentar la concentació de glucosa, alhora de la insulina activa la biosíntesi de glucogen activa la glicolisi perque augmenti la concentració d’acetilCoA i es pugui transformar en greixos (glucosa, àcids grassos). Quan augmenta la concentració de glucosa s’omplen les reserves de glucogen, però simultaniament està sintetitzant greixos. La insulina activa la glicólisi per sintetitzar greixos. Però també és una via anabòlica, sintetitza greixos a partir de sucres.
Quan baixa la concentració de F26BP tenim una situació d’inhibició de la glucòlisi i acitvació de la gluconeogènesi i és quan funciona el glucagó, les hormones contra la insulina, quan funcionen les catecolamines. En sitaució d’estrès s’ha d’aconseguir sintetitzar glucosa d’on sigui, l’organisme necessita metabolits glucidics. El glucagó alhora que degrada el glicogen també sintetitza glucosa amb la gluconeogènesi.
És important recordar que les hormones, com la insulina o el glucagó tenen un paper important en les vies metabóliques ja que com hem vist també actuen sobre la fosfatasa, la adenin ciclasa...les hormones també poden interferir amb els receptors nuclears.
Per tant hi ha dos tipus de regulacions del metabolisme, regulació a llarg termini (fer esport) i a curt termini (senyal).
Via de les pentoses fosfat: A més a més de la degradació i la síntesi del glicogen (glucòlisi gluconeogènesi) al fetge té una altra ruta important en el metabolisme dels glúcids que és la via de les pentoses fosfat. És un procés que està implicat en la biosíntesis de moltes molècules. És un ruta biosintética que proporciona dos materials molts significatius en biosíntesis, NADPH que és un coenzim que participa en la síntesi d’àcids grassos, de colesterol, nucleòtids...
també serveix per processos d’oxido-redució i cofactor del citocrom. Per altra banda proporciona ribosa-5-P que permet la síntesi de sucres amb funcions importants en el funcionament cel·lular (glicolípids, etc).
Primera fase oxidativa: CAyES Segons fase o oxidativa: La ribulosa-5P passa a res ribosa-5P i xilulosa-5P. Després actuen dos enzim principalment, la transamilasa que converteixen tot aquest conjunt de molècules inicials de 5 carbonis en altres molècules de 3, 7, 6 i 4 carbonis, que permeten tot un equilibri de reaccions en el metabolisme dels sucres i fan possible que la regió de les pentoses es faci servir per diferents funcions de la cèl·lula quan li convé.
És una via multifuncional, depèn lo que necessiti la cèl·lula sentititzarà uns sucres o uns altres, ja que hi ha moltes vies possibles d’interconversió. Les necessitas cel·lulars és el punt clau de regulació d’aquesta via, depenen del sucre que es necessiti anirà cap a un sentit o un altre. També hi ha un control secundaria de control que està mediat pel NADP+. El NADP+ oxidat és en principi qui condiciona el funcionament de la via, no modula sinó que condiciona. Si no hi ha NADP+ la via no funciona perque la deshidrogenasa de la glucosa inicial necessita NADP+. El NADPH és un inhibidor al·lostèric de la deshidrogenasa (DH). La insulina també estimula la via de les pentoses, com a hormona anabòlica que és que té un control a llarg termini, no té efectes a curt termini de la via de les pentoses.
CAyES Una visió d’un organ com el fetge que queda ven reflectit que els sistemes de regulació no són només a través dels reguladors al·lostèrics que permeten la sincronització de les vies, sinó que també algun enzim, alguna hormona, especialment insulina, determina en el funcionament del metabolisme.
El metabolisme del fetge s’adapta a la disponibilitat dels combustibles i l’adaptació no l’hem explicat encara. És diferent la situació metabòlica del fetge en una situació postabsrotiva (després de menjar) a una situació absortiva.
CAyES La situació després de menjar, l’intestí pot captar glucosa i aquesta glucosa pràcticament no entra en el fetge, va cap als teixits perifèrics principalment. On es degrada la glucosa en forma d’energia, en forma de lactat... Una part pertita de glucosa va cap al fetge i principalment es transforma en glicogen.
Quan no hi ha entrada d’aliments (post-absortiu), els teixits extrahepàtics utilitzen glicogen per obtenir glucosa, part d’aquesta glucosa dona lactat com a producte final, el lactat surt del teixit, va cap al fetge i el fetge fa gluconeogènesi en els teixits periportals. Fabrica glucosa que el fetge la transporta cap als teixits perifèrics, com el cervell.
...