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