Prof. Didier Salmon MSc Cristiane S. Lessa R EGULAÇÃO H ORMONAL Janeiro 2016 Bioquímica para Enfermagem 11/01/16.

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1 Prof. Didier Salmon MSc Cristiane S. Lessa R EGULAÇÃO H ORMONAL Janeiro 2016 Bioquímica para Enfermagem 11/01/16

2 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

3 Controle transcricional e traducional - Regula o número de enzimas - Minutos ou até horas

4 Modulação da atividade enzimática

5 - 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

6 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)

7 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)

8 Modulação da atividade enzimática - Controle por modificação covalente - Mais comum: fosforilação Ativação/desativação por Fosforilação/defosforilação

9 Regulação Endócrina da Glicemia

10 Necessidade de uma reserva de fácil mobilização: glicogênio Insulina x Glucagon Variação Normal Sinais neurológicos sutis; fome liberação de glucagon, adrenalina, cortisol, sudorese, tremor Letargia convulsões, coma Dano encefálico permanente (se prolongado) morte

11 Homeostase da Glicose

12 Transportadores de Hexoses

13 Principais transportadores de Glicose Properties of Glucose Transport Proteins TransporterTissue distributionSpecial properties GLUT 1Most 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 3Neurons, placenta, testis.Low Km (1mM) and high capacity. GLUT 4Skeletal and cardiac muscle, fat.Activated by insulin. Km 5mM.

14 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

15 GLUT4 Dependente de insulina

16 Hexoquinase Músculo Fígado Km

17 Hexoquinase Órgão Hipoglicemia (< 3,5 mM) Normoglicemia (5 mM) Hiperglicemia (10mM) Como está a atividade da hexoquinase? Fígado GLUT-2 → Km= 15-20 mM Glicoquinase → Km=10 mM Músculo GLUT-4 → Km= 5 mM Hexoquinase I → Km=0,1 mM - + + + + -

18 Hormônios envolvidos na Homeostase Glicêmica Insulina Glucagon Epinefrina

19 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”;

20 Pré-pró-insulinaPró-insulina Insulina 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

21 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 Pâncreas GLUT-2 (Km= 15-20 mM)

22 Regulação pela glicose da secreção de insulina Causa o fechamento dos canais de K controlados por ATP na membrana [ATP] Pâncreas GLUT-2 (Km= 15-20 mM)

23 Regulação pela glicose da secreção de insulina Despolariza a membrana. Abre canais de Ca 2+ controlados por voltagem Fluxo de K Pâncreas GLUT-2 (Km= 15-20 mM)

24 Regulação pela glicose da secreção de insulina Desencadeia a liberação de insulina por exocitose [Ca 2+ ] Citosólica Pâncreas GLUT-2 (Km= 15-20 mM)

25 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

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27 Receptor de Insulina Aproximadamente 150 genes tem sua expressão regulada pela insulina  É uma tirosina quinase  Subunidades  e , 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

28 Cascata de Sinalização da Insulina Insulina regula tanto o metabolismo quanto a expressão gênica

29 Via PI3K/AKT Akt = PKB (Proteína Quinase B) – Alvos celulares: quinases e fosfatases

30 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

31 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

32 Regulação da Síntese do Glicogênio Glicose 6-P liga-se a um sítio alostérico na glicogênio sintase aumentando o acesso da fosfoproteína fosfatase

33 Glucagon Hormônio peptídico produzido pelas células  pancreáticas Efeitos opostos aos da Insulina

34 Regulação Hormonal da Glicólise Fígado GLICÓLISE GLICONEOGÊNESE

35 Regulação Hormonal da Glicólise

36 Epinefrina A epinefrina é produzida pelas glândulas adrenais É liberada após sinais de estresse/exercício Atua em receptores adrenérgicos

37 Epinefrina Mecanismo semelhante ao disparado pelo Glucagon*

38 Diferenças Fígado Fosfatase ativa Kinase ativa Glucagon Adrenalina 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-2 Piruvato-cinase PEP-carboxicinase Lipase sensível ao hormônio PKA Acetil-CoA-carboxilase

39 Diferenças Tecido Muscular Esquelético e Cardíaco Fosfatase ativa Kinase ativa Adrenalina Insulina + ATP ADP PIPI

40 Relação (direta ou inversa) entre a degradação de glicogênio e a aceleração da via glicolítica em músculo e fígado

41 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

42 Glicogênio Fosforilase Regulação Alostérica – ↑ Glicose plasmática – Glicogênio fosforilase = sensor da [glicose] no fígado

43 - Fluxo controlado por GLUT-4 e hexocinase, a glicogênio sintase regula a homeostase de metabólitos Controle da Glicogênese

44 Regulação a nível transcricional

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47 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?

48 Diabetes Melittus Diabetes 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 Metabólica No 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.

49 Hemoglobina Glicada

50 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  do pâncreas 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  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. 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 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

51 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

52 Glicemia de Jejum Diagnóstico Plasma Glucose Result (mg/dL)Diagnosis 99 or below Normal 100 to 125 Pre-diabetes (impaired fasting glucose) 126 or aboveDiabetes * 2-Hour Plasma Glucose Result (mg/dL) Diagnosis 139 and belowNormal 140 to 199 Pre-diabetes (impaired glucose tolerance) 200 and aboveDiabetes * Duas horas após ingestão de solução glicosada