RH_1. 1. Mecanismo molecular de ação da insulina; 2. Mecanismo molecular de ação do glucagon e da epinefrina; 2.1...2.2...3...; 4. Regulação da glicogenólise e glicogénese

Question 1

Define sinalização endócrina.

Answer 1

Sinalização endócrina. Sinalização entre células separadas por distancias curtas ou longas Hormonas sintetizadas por células especializadas em tecidos glandulares são secretada no sangue e transportadas até células alvo em vários tecidos.
Apenas as células que expressam recetores específicos para a hormona são células alvo. A concentração das hormonas no sangue e espaço intersticial é baixa (pico molar a nano molar) > as células alvo contém recetores com elevada afinidade e seletividade.

Question 2

Descreve as moléculas da insulina e do glucagon.

Answer 2

Quer a insulina quer o glucagon e a epinefrina são hormonas de natureza peptídica, são pequenas proteínas, não atravessam as membranas e têm que atuar sem entrar nas células, ao contrário do cortisol, que é um derivado do colesterol e que sendo um lípido consegue atravessar a membrana e atuar dentro da célula.

Question 3

Quando é que a insulina e o glucagon são produzidos?

Answer 3

Tanto a insulina como o glucagon são produzidas pelo pâncreas em resposta a 2 situações opostas:
* Insulina é secretada em resposta a altas [glucose];
* Glucagon é secretado em resposta a baixas [glucose].

Question 4

Quais os efeitos da insulina e do glucagon e aonde são esses efeitos?

Answer 4

-Efeitos da insulina, secretada no estado alimentado e vai ativar a via de síntese do glicogénio-glicogénese (fígado e músculo) e ativar glicólise (fígado e músculo).
Efeitos do glucagon. Vai atuar no fígado induzindo a degradação de glicogénio e induz a gluconeogénese, convergem na produção de glucose que de seguida vai ser libertada para o sangue, no sentido de contrariar o estímulo inicial (baixa conc. de glucose).
Glucagon atua no fígado, etc, mas não atua nos músculos.

Question 5

Que céulas do pâncreas captam a glucose? O que acontece (maneira geral)

Answer 5

No caso da insulina, a glucose é a captada pelas células β do pâncreas e é metabolizada pela via metabólica. Em consequência do metabolismo da glucose captada, vamos ter um aumento da produção de ATP. Este aumento intracelular de [ATP] nas células β vai resultar na inibição de canais de potássio e esta inibição resulta numa despolarização da membrana e esta despolarização vai levar a uma ativação de canais de cálcio por voltagem (aumenta a captação de cálcio pelas células) e este cálcio intracelular vai promover a libertação de insulina.

Question 6

Diz o que acontece inicialmente ao recetor de insulina quando esta hormona se liga a ele. E descreve a sua estrutura também.

Answer 6

O recetor de insulina é tetramérico, duas subunidades alfa e duas beta. As alfa ligam-se
à insulina fora da célula, ativa recetores RTK e ativando as subunidades beta que tem atividade
de tirosina cínase. Primeiro autofosforila-se e depois fosforila proteínas alvo. Uma das proteínas alvo são as IRS.

Question 7

Explicita o que acontece depois do IRS (insulin receptor substrate) ser fosforilado, na via com os PIPs? (detalhado)

Answer 7

Uma vez fosforilada, esta proteína ativa uma proteína sinalizadora, a PI3-cinase (PI de
fosfatidilinositol). Os lípidos PIP3 levam á ativação de PP1 e de PKB. As fosforilações só ocorrem em resíduos de serina, treonina ou tirosina.

Question 8

Diferença sucinta dos recetores de insulina

Answer 8

Os recetores da insulina são recetores com atividade de tirosina cinase.
Os recetores para o glucagon e para a epinefrina pertencem a uma outra família, família dos recetores acoplados à proteína G.

Question 9

Estrutura dos recetores acoplados à proteína G:

Answer 9

Este recetor tem vários segmentos transmembranares e as hormonas, no caso, o glucagon e a epinefrina, ligam-se no espaço extracelular. Quando a hormona se liga, vai ativar o recetor que, sequencialmente, vai ativar a proteína G (proteína trimérica, α β e γ).

Question 10

Como é que a proteína B vai ser ativada e o que vai acontecer? (maneira sucinta)(recetores para glucagon e epinefrina)

Answer 10

A hormona glucagon liga-se ao recetor GPCR, que ativa uma proteína G. Chamam-se assim porque são ativadas por GDP que se ligam à sua subunidade alfa. Para inativar troca-se o GDP pelo GTP. A proteína pode ativar um canal iónico ou uma enzima. Uma das enzimas que é ativada é a Adenil ciclase que produz AMP cíclico. Este AMPcíclico ativa uma proteína cínase A, PKA. A PKA tem 2 subunidades reguladoras que é onde se liga o AMP cíclico e liberta-se as duas subunidades catalíticas. A PKA também pode ativar o fator de transcrição CREB que promove a expressão de genes relacionados com a gluconeogése como PEP carboxicinase, frutose-1, seis-bifosfatase, glucose-seis fosfatse, aumentando a gluconeogénese/glicogenólise no fígado. A PKA fosforila proteínas.

Question 11

O que faz a adenil-ciclase (sinalização por glucagon e epinefrina)?

Answer 11

Esta enzima produz AMP cíclico a partir do ADP (formado já no citosol) a partir de ATP. Neste momento já temos a transmissão do sinal de fora da célula (onde estava a hormona) para dentro da célula através de um mensageiro secundário AMP cíclico.
Este AMP cíclico vai ativar uma proteína cinase A, PKA.

Question 12

Mecanismo de ativação: Adenil-ciclase (sinalização por glucagon e epinefrina).

Answer 12

PKA é 1 proteína tetramérica constituída por:
* 2 subunidades catalíticas (C)
* 2 subunidades reguladoras (R)
A ligação de 4 moléculas de cAMP, produzidas pela adenil-ciclase, às 2 subunidades Reguladoras da PKA provoca a dissociação do tetrâmero num dímero de subunidades R e 2 subunidades C livres prontas para fosforilar proteínas do metabolismo.
Regulação de: metabolismo de carbohidratos e lípidos; transporte de iões; expressão genética (ativação do fator CREB).

Question 13

Muitos dos alvos da sinalização por insulina e por glucagon são os mesmos. Porquê e de que maneira?Existe alguma causa-efeito com a fosforilação?

Answer 13

Quando temos muita glucose, temos insulina e dá-se desfosforilação;
Em situações de jejum, os níveis de insulina vão diminuir, os níveis de glucagon vão aumentar, as proteínas que tinham sido desfosforilada, no estado alimentado, vão ser novamente fosforiladas. Mecanismo que permite alternar entre a forma desfosforilada e fosforilada consoante a situação, é reversível. Pode acontecer de 2 maneiras ou a proteína está mais ativa no estado desfosforilado ou está menos ativa no estado fosforilado ou ao contrário, dependendo dos alvos. Quando é ativada por fosforilação, a seguir será inibida por desfosforilação, e vice-versa. Não há uma regra de fosforilado=(in)ativo. Algumas proteínas estão mais ativas desfosforilada outras estão mais ativas quando P.

Question 14

A CREB vai ser ativada como e para quê (regulação glucagon e epineferina)

Answer 14

A PKA vai ativar por fosforilação a proteína CREB, que é um fator de transcrição, afetando a expressão dos genes. O glucagon aumenta a expressão dos seguintes genes:
* PEP carboxicinase;
* Frutose-1,6-bifosfatase;
* Glucose-6-fosfatase.
Todas estas proteínas são enzimas da via da gluconeogénese. Uma das formas como o fígado aumenta a via da gluconeogénese é através do aumento da expressão dos genes que codificam para estas enzimas, devido à ativação do fator de transcrição CREB.

Question 15

Como funciona a ativação da fosfolipase C e libertação de Ca2+ do RE na sinalização por epinefrina

Answer 15

Temos um recetor acoplado a uma proteína G. Esta proteína de membrana aqui representada a amarelo é uma fosfolipase C, esta vai clivar o lípido de inositol membranar PIP2, normalmente os lípidos estão associados à estrutura da membrana, mas este também tem um papel na sinalização. A fosfolipase C uma vez ativada pela proteína G (q) vai clivar o PIP2 (4,5) > gerando diacilglicerol e inositol 1,4,5-trisfosfato (IP3).
O diacilglicerol é o componente lipídico da molécula e fica associado à membrana. O IP3 que é um mensageiro secundário vai ativar a abertura dos canais de cálcio, promove a libertação de cálcio do lúmen do retículo endoplasmático para o citosol (existem muitas proteínas que são ativadas pelo cálcio).

Question 16

Porque é que o cálcio libertado na ativação da fosfolipase C é importante?

Answer 16

Este cálcio é sobretudo importante nas células musculares, pois o Ca2+ promove o metabolismo oxidativo, promove a degradação de glicogénio, promove a via aeróbia para produzir ATP. Em parte as quantidades de Cálcio devem-se a este mecanismo e à Epinefrina.

Question 17

Como ocorre a regulação da glicólise e da gluconeogénese?

Answer 17

A regulação a nível da Fosfofrutocinase-1 (ativação) e da frutose-1,6-Bifosfatase (inibição) não ocorre por fosforilações e desfosforilações direta das enzimas. Isto acontece através da modificação dos níveis de Frutose -2,6-Bifosfato, regulador alostérico. A insulina e o glucagon vão ser reguladores das enzimas de produzem a F26BP. Estas enzimas são: Fosfofrutocinase-2 e a Frutose-1,6-Bifosfatase 2.
O efeito sobre estas enzimas é um efeito indireto, o que é regulado pela insulina e pelo glucagon não são aquelas enzimas, mas sim as enzimas que formam a molécula F26BP ou a destroem: PK2 e FBPase2.
Quando temos o glucagon > ativação PKA > vai fosforilar a PFK2 > inativa > não há produção de F2,6BP > não há indução da glicólise nem inativação da gluconeogénese > segue gluconeogénese.
Insulina > PFK-2 ativa e Bifosfatase 2 inativa; Glucagon > PFK-2 inativa e Bifosfatase 2 ativa.

Question 18

Como é que a insulina regula a glicogénio fosfatase?

Answer 18

A insulina ativa a translocação dos transportadores GLUT4. Quando não há sinalização por insulina, os GLUT4 estão dentro das células em vesiculas. Quando há sinalização, as vesiculas fundem-se com a membrana plasmática, e os transportadores já estão à superfície. Quando deixa de haver sinalização, por endocitose os transportadores passam para dentro. Ao ativa PP aumenta o fator de transcrição ChREP que aumenta a transcrição da hexocinase, glicocinase, FFK e PK. Quando a glucose entra para os músculos, ele pode utiliza lo para armazenamento de glicogénio, ativando a hexocinase e a glicogénio sintetase. Quando temos insulina a glicólise é ativada. O fator de transcrição é desfosforilado, e a expressão dos genes relacionados com a glicólise aumenta. Aumenta a via da glicólise. A PP desfosforila as proteínas.

Question 19

Glicogénio fosforilase como sensor de glucose no fígado:

Answer 19

É importante o fígado usar esta enzima como sensor de glucose, porque o fígado regula a [glucose] no sangue; quando há muita glucose disponível tem que ativar determinadas vias e quando há pouca tem que ativar as opostas. Quando há muita glucose disponível, a própria glucose liga-se nos centros alostéricos da glicogénio fosforilase, esta associação induz uma alteração conformacional; há uma exposição dos resíduos que estão fosforilados e ficam, deste modo, acessíveis à ação da PP1; na última etapa há desfosforilação destes resíduos e a enzima fica completamente inibida/menos ativa.

Question 20

Cono é que a PKB atua na regulação de glicogénio sintetase cinase (GSK3)?

Answer 20

Esta enzima promove a fosforilação do glicogénio sintetase; quando é fosforilada fica inibida e essa fosforilação é mediada por a cinase GSK. Quando temos sinalização por insulina e ativação da PKB que vai fosforilar o GSK resultando na sua inibição. Quando isso acontece, GSK deixa de fosforilar a glicogénio sintetase ficando assim ativa, o que é sinérgico com o efeito da PP1. O que assegura que a enzima está no estado ativo: PKB e PP1.