View
3
Download
0
Category
Preview:
Citation preview
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 delta-
aminolevulátsyntázy
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 KM, 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 O2
• 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, Ca2+ (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, FADH2 a NADH
následnými reakcemi
Regulace ketogeneze
• Tvorba substrátu - acetyl-CoA
• Regulace na úrovni lipolýzy a beta-
oxidace
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
Recommended