Gene expression regulation Formas de regulação da atividade enzimática Gene expression regulation Ativação/desativação por Fosforilação/defosforilação

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 por - 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

regulação por seqüestro no núcleo celular Hexoquinase IV é regulada pelo nível de glicose no sangue: regulação por seqüestro no núcleo celular hepatócito Após refeição Durante jejum Vindo da gliconeogênese Fígado não compete com demais órgãos pela glicose escassa.

Controle da Glicemia por Regulação Endócrina: Necessidade de uma reserva energética de fácil mobilização Insulina X Glucagon Estoca glicose na forma de glicogênio e secreta quando necessário.

Homeostase da glicose

Transportadores de Glicose 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 GLUT 4

I) Captação de glicose – hexose transporter

Properties of Glucose Transport Proteins Transporter 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, testes. Low Km (1mM) and high capacity. GLUT 4 Skeletal and cardiac muscle, fat. Activated by insulin. Km 5mM.

I) Captação de glicose – hexoquinase Músculo: GLUT-4 -> Km= 5 mM Hexoquinase 1 -> Km= 0,1 mM Fígado: GLUT-2 -> Km= 15-20 mM Hexoquinase IV -> Km=10 mM

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

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

A manutenção dos níveis de glicose no sangue envolvem 3 hormônios principais Insulina Glucagon Epinefrina (Cortisol) Estes hormônios tem uma atuação importante principalmente no fígado, músculos e tecido adiposo.

II) Secreção de insulina

Pâncreas: GLUT-2 (Km= 15-20 mM)

Regulação da internalização da glicose por seqüestro de transportadores transportador GLUT-4: tecidos muscular e adiposo X transportador GLUT-2: Tecido hepático- constitutivamente exposto GLUT-4 permanece sequestrado em vesículas no citoplasma até que a Insulina sinalize para sua exposição. GLUT-4 A taxa de entrada de glucose aumenta de > 15 vezes

III) Cascata de sinalização Insulina regula ambos o metabolismo e a expressão gênica

= proteína cinase específica de tirosina receptor de insulina = proteína cinase específica de tirosina Modulação da transcrição de 100 genes regulados pela insulina

PIP3 PIP2 Quinases / Fosfatases Akt = PKB

IV.a) Metabolismo de glicose Aumento da síntese e diminuição da degradação de glicogênio (ativação da glicogênio sintase) – PP1 e GSK3 Aumento da glicólise (ativação da PFK-2; ↑ expressão gênica de hexoquinases, piruvato quinase) – Akt e PI3K Diminuição da gliconeogênese (inativação da glicose-6-fosfatase; ↓ expressão gênica de PEPCK) – PI3K

Regulação da síntese do glicogênio IRS = insulin receptor substrate

Regulação da síntese do glicogênio A glicogênio sintase mantem-se inativa por meio de fosforilação de serinas: Glicogênio sintase quinase 3 (GSK3) glicose 6-P liga-se a um sítio alostérico na glicogênio sintase aumentando o acesso da fosfoproteína fosfatase

Regulação hormonal da glicólise Tecido Hepático Glucagon Adrenalina + Fosfatase ativa Kinase ativa + Insulina

Tecido Muscular e Cardiaco Adrenalina Insulina + Kinase ativa PI ATP Fosfatase ativa ADP

Regulação da Glicogenólise 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 Amplificação do sinal

Fígado Glicogênio fosforilase = sensor da [glicose] no fígado

controle da síntese de glicogênio no músculo - Fluxo controlado por GLUT-4 e hexocinase, a glicogênio sintase regula a homesostase de metabólitos

A regulação da insulina também ocorre a nível transcricional

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

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

José é um enfermeiro muito trabalhador 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. Os estoques de glicogênio da musculatura esquelética das pernas de José foram bastante usados nesse episódio. Descreva a via catabólica de degradação do glicogênio. Qual hormônio sinalizou a quebra de glicogênio no tecido muscular? Que via catabólica foi usada na degradação da glicose muscular? Para onde seu produto é transportado e em que este produto é regenerado?

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.

Diabetes Mellitus Doença em que o nível de glicose sanguínea está acima do normal. Pessoas com diabetes tem problema em converter glicose em energia. As pessoas desenvolvem diabetes porque o pâncreas não produz insulina suficiente ou porque as células musculares, hepáticas e adiposas não percebem a insulina ou ainda por ambos os motivos. O resultado é que 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. Fonte: http://diabetes.niddk.nih.gov/dm/pubs/diagnosis/index.htm

Principais tipos de Diabetes Os dois principais tipos de diabetes são chamados de tipo 1 e tipo 2. A terceira forma de diabetes é chamada de diabetes gestacional. Diabetes tipo 1 O tipo 1 é formalmente chamada de diabetes juvenil. É normalmente diagnosticada em crianças, adolescentes e adultos jovens. Caracteriza-se pela insuficiência na produção de insulina pelo pâncreas porque o sistema imune atacou e destruiu as células  do pâncreas. Diabetes tipo 2 O tipo 2 é formalmente chamada de diabetes de adultos e é a forma mais comum. Caracteriza-se por ser iniciada com a resistência a insulina. Uma condição onde as células musculares, hepáticas e adiposas não percebem a insulina ou ainda por ambos os motivos. Como conseqüência o corpo precisa de mais insulina para ajudar na captação de glicose por estas células. Fonte: http://diabetes.niddk.nih.gov/dm/pubs/diagnosis/index.htm

Diabetes tipo 2 Diabetes Gestacional Em um primeiro momento o pâncreas continua produzindo insulina, entretanto, com o tempo o pâncreas perde a capacidade de secretar insulina suficiente para responder a alimentação. Diabetes Gestacional É a diabetes que ocorre durante o período 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. Esta forma de diabetes normalmente desaparece após o nascimento do bebê. Entretanto, parece que mulheres que desenvolvem este tipo de diabetes são mais suscetíveis a desenvolverem diabetes tipo 2 posteriormente. Fonte: http://diabetes.niddk.nih.gov/dm/pubs/diagnosis/index.htm

Teste de tolerância a glicose: após jejum de 12 h ingere-se 100g de glicose dissolvida num copo de água. A dosagem da glicose está feita antes Mede-se a glicose antes a ingestão e cada 30 min após durante algumas horas.

Diagnóstico Table 1. Fasting plasma glucose (FPG) test Plasma Glucose Result (mg/dL) Diagnosis 99 or below Normal 100 to 125 Pre-diabetes (impaired fasting glucose) 126 or above Diabetes* *Confirmed by repeating the test on a different day. Fonte: http://diabetes.niddk.nih.gov/dm/pubs/diagnosis/index.htm

Oral glucose tolerance test (OGTT) Table 2. Oral glucose tolerance test (OGTT) 2-Hour Plasma Glucose Result (mg/dL) Diagnosis 139 and below Normal 140 to 199 Pre-diabetes (impaired glucose tolerance) 200 and above Diabetes* *Confirmed by repeating the test on a different day. Exame: 8 horas de jejum É medida a glicemia do jejum Paciente ingere 75g de glicose dissolvida em água Glicemia é medida 2 horas depois da ingestão de glicose. Fonte: http://diabetes.niddk.nih.gov/dm/pubs/diagnosis/index.htm