Prof. Didier Salmon MSc Cristiane S. Lessa REGULAÇÃO HORMONAL Janeiro 2016 Bioquímica para Enfermagem 11/01/16
Prof. Didier SalmonMSc Cristiane S. Lessa
REGULAÇÃO HORMONAL
Janeiro 2016
Bioquímica para Enfermagem
11/01/16
Regulação da Atividade Enzimática
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 controle por modificação covalente (via fatores de transcrição) ou
ligação à proteína reguladora (Hexoquinase IV); regulação alostérica (milisegundos); seqüestro da enzima ou do substrato em compartimentos diferentes
Controle transcricional e traducional - Regula o número de enzimas- Minutos ou até horas
Modulação da atividade enzimática
Modulação da atividade enzimática
- 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
• Não é inibida por glicose-6-fosfato• Maior Km pela glicose: 10 mM
– Regulada pela [glicose]plasmática – Regulação por sequestro no núcleo celular
Estado Alimentado
> 10 mM
Hepatócito
Glicose não é desperdiçada quando estiver abundante, síntese de glicogênio e ácidos graxos
Glicoquinase (HQIV)
• Não é inibida por glicose-6-fosfato• Maior Km pela glicose: 10 mM
– Regulada pela [glicose]plasmática
– Regulação por sequestro no núcleo celular
Jejum
< 10 mM
Hepatócito
Fígado não compete com demais órgãos pela glicose escassa. Prioridade cérebro e músculo
Glicoquinase (HQIV)
Modulação da atividade enzimática
- Controle por modificação covalente
- Mais comum: fosforilação
Ativação/desativação porFosforilação/defosforilação
Regulação Endócrina da Glicemia
Regulação Endócrina da Glicemia
Necessidade de uma reserva de fácil mobilização: glicogênio
Insulina x GlucagonVariação Normal
Sinais neurológicos sutis; fome liberação de glucagon, adrenalina, cortisol, sudorese, tremor
Letargia convulsões, coma
Dano encefálico permanente (se prolongado) morte
Homeostase da Glicose
Transportadores de Hexoses
Principais transportadores de Glicose
Properties of Glucose Transport ProteinsTransporter 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, testis. Low Km (1mM) and high capacity.
GLUT 4 Skeletal and cardiac muscle, fat. Activated by insulin. Km 5mM.
GLUT1• 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 1
GLUT4• Dependente de insulina
Hexoquinase
Músculo
Fígado
Km
Hexoquinase
Órgão Hipoglicemia(< 3,5 mM)
Normoglicemia(5 mM)
Hiperglicemia(10mM)
• Como está a atividade da hexoquinase?
FígadoGLUT-2 → Km= 15-20 mM
Glicoquinase → Km=10 mM
MúsculoGLUT-4 → Km= 5 mM
Hexoquinase I → Km=0,1 mM
-+ +
++
-
Hormônios envolvidos na Homeostase Glicêmica
Insulina Glucagon Epinefrina
Insulina• Proteina pequena, com duas cadeias polipeptídicas ligadas por duas ligações
de dissulfeto;
• Sintetizada no pâncreas como precursor inativo de uma só cadeia “pré-pró-insulina”;
Pré-pró-insulina Pró-insulinaInsulina madura
Pré-pró-insulina – inativa – necessário diversas proteólises para se tornar ativa. Possui sequência sinalizadora aminoterminal que direciona sua passagem para as vesículas de secreção;
Pró-insulina - proteólise da sequencia sinalizadora (23 aminoácidos) e formação de 3 ligações de dissulfeto;
Insulina Madura – nova proteólise remove o peptídeo C
Regulação pela glicose da secreção de insulina
[glicose] plasmática
GLUT 2 carrega a glicose para dentro
da célula, que é fosforilada e entra na
glicólise
PâncreasGLUT-2(Km= 15-20 mM)
Regulação pela glicose da secreção de insulina
Causa o fechamento dos canais de K
controlados por ATP na membrana
[ATP]
PâncreasGLUT-2(Km= 15-20 mM)
Regulação pela glicose da secreção de insulina
Despolariza a membrana. Abre
canais de Ca2+ controlados por
voltagem
Fluxo de K
PâncreasGLUT-2(Km= 15-20 mM)
Regulação pela glicose da secreção de insulina
Desencadeia a liberação de insulina
por exocitose
[Ca2+] Citosólica
PâncreasGLUT-2(Km= 15-20 mM)
Regulação da internalização de glicose por sequestro dos transportadores
Transportador GLUT-4: tecidos muscular e adiposo
X
Transportador GLUT-2: Tecido hepático- constitutivamente
exposto
GLUT-4: A taxa de entrada de glicose aumenta > 15 vezes
GLUT-4 permanece sequestrado em
vesículas no citoplasma até que a Insulina sinalize para sua
exposição
Receptor de Insulina
Aproximadamente 150 genes tem sua expressão regulada pela insulina
É uma tirosina quinase
Subunidades a e b, sofre dimerização
Ligação da Insulina provoca uma mudança estrutural do receptor que leva a autofosforilação de resíduos de tirosina
Recrutamento de proteínas adaptadoras, como IRSs* (substrato do receptor de insulina)
*IRS-1 – insulin receptor substrate-1
Cascata de Sinalização da Insulina• Insulina regula tanto o metabolismo quanto a expressão gênica
Via PI3K/AKT
• Akt = PKB (Proteína Quinase B)
– Alvos celulares: quinases e fosfatases
Metabolismo da Glicose
• Aumento da síntese e diminuição da degradação de glicogênio (ativação
da glicogênio sintase) – PP1 e GSK3
• Aumento da glicólise (ativação da PFK-2 via a PP1 ; ↑ expressão gênica de
hexoquinases, piruvato quinase) – Akt e PI3K
• Diminuição da gliconeogênese (inativação da glicose-6-fosfatase; ↓
expressão gênica de PEPCK e glicose-6-fosfatase) – PI3K
Ativação da GS e PP1• A glicogênio sintase mantém-se inativa por meio de fosforilação de
serinas: Glicogênio sintase quinase 3 (GSK3)
Aumento da Síntese de Glicogênio
Regulação da Síntese do Glicogênio
Glicose 6-P liga-se a um sítio alostérico na glicogênio sintase aumentando o acesso da fosfoproteína fosfatase
Glucagon
• Hormônio peptídico produzido pelas • células a pancreáticas
• Efeitos opostos aos da Insulina
Regulação Hormonal da GlicóliseFígado
GLICÓLISE GLICONEOGÊNESE
Regulação Hormonal da Glicólise
Epinefrina
• A epinefrina é produzida pelas glândulas adrenais
• É liberada após sinais de estresse/exercício
• Atua em receptores adrenérgicos
Epinefrina
Mecanismo semelhante ao disparado pelo Glucagon*
Diferenças
• FígadoFosfataseativa
Kinase ativa
GlucagonAdrenalina
Insulina
+
+
Insulina
GLUT4
Glicocinase
Glicogênio-sintase
Glicogênio-fosforilase
PFK-1 (por PFK-2)Complexo da piruvato-
desidrogenase
Acetil-CoA-carboxilase
Lipase lipoproteica
Glucagon
Glicogênio-fosforilase
Glicogênio-sintase
PFK-1
FBPase-2Piruvato-cinase
PEP-carboxicinase
Lipase sensível ao hormônio
PKA
Acetil-CoA-carboxilase
Diferenças
• Tecido Muscular• Esquelético e Cardíaco
Fosfataseativa
Kinaseativa
AdrenalinaInsulina
+
ATP
ADP
PI
Relação (direta ou inversa) entre a degradação de glicogênio e a aceleração da via glicolítica em músculo e fígado
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
Glicogênio Fosforilase• Regulação Alostérica
– ↑ Glicose plasmática– Glicogênio fosforilase = sensor da [glicose] no fígado
- Fluxo controlado por GLUT-4 e hexocinase, a glicogênio sintase regula a homeostase de metabólitos
Controle da Glicogênese
Regulação a nível transcricional
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 MelittusDiabetes 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 MetabólicaNo 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.
Hemoglobina Glicada
• 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.
Diabetes Melittus
Tipo I
Chamada de diabetes juvenil
Caracteriza-se pela insuficiência na produção de insulina pelo pâncreas porque o sistema imune
atacou e destruiu as células b do pâncreas
Tipo II
Chamada de diabetes de adultos e é a forma mais
comum.
Resistência a insulina. Uma condição onde as
células musculares, hepáticas e adiposas não
percebem a insulina.
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
•Após jejum de 12 h ingere-se 75g de glicose dissolvida num copo de água. •A dosagem da glicose está feita antes e a cada 30 min após a ingestão da solução glicosada, por algumas horas
Teste Oral de Tolerância a Glicose
• Glicemia de Jejum
Diagnóstico
Plasma Glucose Result (mg/dL) Diagnosis
99 or below Normal
100 to 125 Pre-diabetes(impaired fasting glucose)
126 or above Diabetes*
2-Hour Plasma Glucose Result (mg/dL) Diagnosis
139 and below Normal
140 to 199Pre-diabetes(impaired glucose tolerance)
200 and above Diabetes*
• Duas horas após ingestão de solução glicosada