Regulace metabolických drah na úrovni buňky EB
Obsah přednášky Obecné principy regulace metabolických drah na úrovni buňky regulace zajištěná kompartmentací metabolických dějů změna absolutní koncentrace enzymu modulace aktivity již existujícího enzymu
Obsah přednášky Přehled regulací jednotlivých metabolických drah regulace dýchacího řetězce a aerobní fosforylace regulace Krebsova cyklu regulace oxidační dekarboxylace pyruvátu regulace glykolýzy a glukoneogeneze regulace metabolismu glykogenu regulace pentozového cyklu regulace lipolýzy a beta-oxidace regulace ketogeneze regulace syntézy mastných kyselin regulace močovinového cyklu
Obecné principy regulace metabolických drah na úrovni buňky
Obecné principy regulace Metabolické dráhy neustále monitorovány a upravovány Syntéza a degradace metabolitů odpovídá požadavkům buněk i celého organismu
Regulační mechanismy na úrovni buňky 1) Kompartmentace metabolických dějů 2) Změna koncentrace aktivního regulačního enzymu: a) změna absolutní koncentrace enzymu b) modulace aktivity již existujícího enzymu
Obecné principy regulace metabolických drah na úrovni buňky Regulace zajištěná kompartmentací metabolických dějů
Kompartmentace metabolických dějů Eukaryotická buňka rozdělena na jednotlivé oddíly - kompartmenty V jednotlivých oddílech probíhají pouze určité metabolické dráhy Odlišné enzymatické vybavení kompartmentů Specifické přenašeče v membránách (různá distribuce substrátů a produktů)
Kompartmentace metabolických dějů Usnadnění regulace protichůdných dějů: syntéza MK probíhá v cytoplazmě a degradace naopak v mitochondrii Nasledné procesy probíhají nedaleko od sebe - KC a DŘ - místní nahromadění substrátu Transport nadbytečného citrátu z mitochondrie do cytoplazmy - přenos AcCoA a regulace glykolýzy a syntézy MK
Obecné principy regulace metabolických drah na úrovni buňky Změna absolutní koncentrace enzymu
Změna absolutní koncentrace enzymu Indukce (aktivace) nebo represe (inhibice) exprese genu kódujícího daný enzym Transkripční faktor - induktor nebo represor Vliv TF obvykle reverzibilní a často závislý na vazbě ligandu - ligand-dependentní TF Ligandy - signální molekuly, metabolity Trvá déle (hodiny, dny) než regulace aktivity již existujícího enzymu (sekundy, minuty)
Změna absolutní koncentrace enzymu Enzymy glukoneogeneze indukované glukokortikoidy Indukce enzymů monooxygenázového systému působením xenobiotik Hem inhibuje syntézu deltaaminolevulátsyntázy
Obecné principy regulace metabolických drah na úrovni buňky Modulace aktivity již existujícího enzymu
Modulace aktivity již existujícího enzymu 1) Kovalentní modifikace molekuly enzymu 2) Zásahy, které ovlivňují enzymovou kinetiku
Kovalentní modifikace molekuly enzymu A) Tvorba aktivních enzymů z neaktivních prekurzorů B) Interkonverze enzymů
Tvorba aktivních enzymů z neaktivních prekurzorů Přeměna neaktivního proenzymu v aktivní enzym jeho částečnou proteolýzou Rychlé zvýšení koncentrace aktivního enzymu Travicí enzymy, enzymy koagulační kaskády Vyřazení takto aktivovaného enzymu je možné jeho proteolytickým odbouráním
Interkonverze enzymů Aktivace / inhibice díky jinému enzymu Reverzibilní ATP-dependentní fosforylace a defosforylace (Ser, Thr, Tyr) Proteinkinázy a proteinfosfatázy Fosforylace aktivuje či inhibuje Často odpověď na hormonální signál Rychle přepínání aktivní a neaktivní formy
Zásahy, které ovlivňují enzymovou kinetiku 1) Vliv koncentrace substrátů a produktů a hodnoty K M, ph, teploty atd. 2) Vliv přítomnosti modulátorů aktivity (aktivátorů či inhibitorů):
Vliv koncentrace substrátu
Vliv koncentrace produktu 1) Odebírání produktu jedné reakce reakcí následnou (metabolické dráhy) 2) Využití produktu jedné metabolické dráhy v metabolické dráze jiné 3) Transport produktu do jiného oddílu buňky urychlení první reakce
Obrázek převzat z http://web.indstate.edu/thcme/mwking/glycolysis.html
Modulátory aktivity Aktivátory a inhibitory 1) Nahromadění meziproduktu, nebo konečného produktu metabolické dráhy vede k inhibici - regulace zpětnou vazbou 2) Meziprodukt (či produkt) jedné metabolické dráhy ovlivňuje rychlost jiné metabolické dráhy - zkřížená regulace 3) Meziprodukt ovlivňuje jeden z následujících enzymů metabolické dráhy - regulace krokem vpřed
Přehled regulací jednotlivých metabolických drah
Regulace dýchacího řetězce a aerobní fosforylace Dostupnost O 2 Poměr NADH / NAD + Dostupnost ADP pro syntézu ATP UCP (uncoupling proteins - odpřahovače DŘ od aerobní fosforylace - snížení protonového gradientu)
Regulace Krebsova cyklu Dostupnost substrátů Odebírání produktů následnými reakcemi (NAD, FAD) Poměr ATP/ADP Citrátsyntáza Izocitrátdehydrogenáza (hlavní regulační enzym) 2-oxoglutarátdehydrogenáza
Regulace oxidační dekarboxylace pyruvátu Interkonverze pyruvátdehydrogenázového komplexu (PDH): fosforylovaný je inaktivní, defosforylovaný aktivní - aktivuje inzulin - hlavní regulační mechanismus Kompetitivní inhibice produktem - acetyl-coa a zvýšený poměr NADH / NAD +
Regulace glykolýzy 1) Hexokináza / glukokináza 2) 6-fosfofrukto-1-kináza (hlavní regulační enzym) 3) Pyruvátkináza Regulace PPK: A: poměr AMP / ATP, Fru-2,6-bisP (zvýšen při zvýšení poměru inzulin / glukagon), inzulin (indukce) I: poměr ATP / AMP, citrát, kyselé ph
Regulace glukoneogeneze 1) Pyruvátkarboxyláza 2) Fosfoenolpyruvátkarboxykináza 3) Fruktóza-1,6-bisfosfatáza 4) Glukóza-6-fosfatáza Obecná regulace (Ad 1)-4)): A: kortizol a glukagon (indukce) I: inzulin (represe) Ad 3): opak regulace fosfofruktokinázy Ad 1): aktivuje AcCoA
Regulace metabolismu glykogenu 1) Degradace glykogenu - glykogenfosforyláza 2) Syntéza glykogenu - glykogensyntáza Ad 1): A: glukagon, adrenalin (fosforylace), zvýšený poměr AMP / ATP, Ca 2+ (ve svalu) I: inzulin Ad 2): A: inzulin I: glukagon, adrenalin (fosforylace)
Regulace pentozového cyklu NADPH / NADP + inhibuje regulační enzym glukóza-6-fosfát dehydrogenázu V podstatě jde o nedostatek NADP + Inzulin aktivuje regulační enzym
Regulace lipolýzy Hormon-senzitivní lipáza (adipocyty) A: katecholaminy, glukagon (fosforylace) I: inzulin
Regulace beta-oxidace Zvýšený přísun mastných kyselin (viz regulace lipolýzy) Rychlost transportu MK do mitochondrie: karnitin-acyl transferáza I: I: malonyl-coa a zvýšený poměr I/G Odebírání acetyl-coa, FADH 2 a NADH následnými reakcemi
Regulace ketogeneze Tvorba substrátu - acetyl-coa Regulace na úrovni lipolýzy a betaoxidace
Regulace syntézy mastných kyselin Acetyl-CoA karboxyláza - hlavní regulační enzym I: palmityl-coa (obecně acyl-coa), glukagon (fosforylace, represe) a AMP A: citrát, inzulin, nízkotučná, energeticky bohatá vysokosacharidová dieta (indukce)
Regulace močovinového cyklu Indukce enzymů dietou bohatou na proteiny nebo metabolickými změnami při hladovění Protonproduktivní reakce - tlumen při acidóze Karbamoylfosfátsyntetáza I A: N-acetylglutamát N-acetylglutamátsyntetáza A: arginin