Biochimica D’organo (o speciale)

Regolazione di AMPK e mTOR

AMPK ha come fattore allosterico positivo l'adenosina monofosfato (indicatore di carenza di energia); attiva i processi che producono ATP (glicolisi, fosfo-ossidazione) e inibisce quelli che la consumano.

mTOR ha attività opposta, viene attivato da nutrienti poiché sente la concentrazione di aminoacidi, facilitando le vie anaboliche; disattiva la produzione di ATP. AMPK lavora in relazione alla concentrazione di AMP, mentre mTOR è attivato da concentrazioni di nutrienti, usando come marcatore la concentrazione di aminoacidi particolari indipendenti dalle quantità di AMP.

AMPK è costituito da 3 subunità: alfa, beta e gamma.

• Alfa - ha il dominio chinasico (attività catalitica)
• Beta - rappresenta il core dell'enzima in grado di legare il glicogeno
• Gamma - sito di legame per gli effettori allosterici (AMP e ATP), oltre a legare i substrati

I fattori che attivano AMPK sono: esercizio fisico, molecole prodotte dal tessuto adiposo.

AMPK quindi può essere modulata da una serie di fattori che influenzano la concentrazione di AMP e ATP, mentre mTOR è regolato principalmente dalla concentrazione di nutrienti, in particolare aminoacidi specifici.

di molecole e situazioni che a livello di organi diversi sono sensori di bassi livelli energetici

La subunità alfa contiene una treonina 172 che è la str che serve a regolare la sua attività —> c’è una regolazione di tipo allosterico (AMP favorisce, ATP blocca) e un’attivazione covalente mediata da delle chinasi particolari

AMPK inibisce quindi l’attivazione dell’enzima chiave del colesterolo, degli acidi gradi e l’attività dei mitocondri

AMPK può andare a velocità diverse, si può graduare la sua attività: quando non c’è energia ha attività massima, quando c’è poca energia lavora meno, quando c’è tanta energia il suo lavoro è ridotto al minimo

La gradualità avviene grazie al fatto che la subunità gamma ha 3 siti si legame e a seconda della quantità di AMP o ATP avremo una gradualità dilegame —> il

La porta alla situazione massima è scambiare ATP con AMP -> tutti i siti sono occupati da un sensore di bassa energia

La fosforilazione può avvenire tra la subunità quiescente e quella minimamente attiva; la fosforilazione può avvenire tramite la chinasi calmodulinadipendente o la LKB

Mutazioni del gene per la LKB ci sono nel 20-25% degli oncogeni driver nella trasformazione neoplastica dei tumori ai polmoni -> LKB ha anche altre attività regolatorie oltre a quelle del metabolismo -> attività dell'enzima che dipende dalle [nucleotidi] -> man mano che ATP scende -> situazione di alto stress in cui l'enzima ha la sua massima attività

mTOR: La sua regolazione si basa su una serie di GTPasi, adattatori... Ci sono due sistemi: TORC1 e TORC2; entrambi sono attivati dalla cellula e dalla sua disposizione di energia

TORC1 sente la disponibilità di nutrienti, in particolare di aaTORC2

proteine —>controllo della trascrizione di queste proteine è uno strumento indiretto per regolare il metabolismo.

Esempio 1: risposta del nostro organismo ai livelli di O2 e di come si adatta alle sue variazioni

RISPOSTA DELL’ORGANISMO ALLA VARIAZIONE DEI LIVELLI DI OSSIGENO

L’organismo ha evoluto diversi sistemi per sentire l’ossigeno e per modulare il suo apporto alle cellule.

Es. Quando corriamo aumentiamo la frequenza del respiro e cardiaca —> indispensabile l’apporto di ossigeno (input) e l’utput di anidride carbonica.

Esistono nell’organismo dei sensori dell’ossigeno dislocati a livello dei glomi carotidei fatti da miocellule che hanno la capacità di sentire la concentrazione di O2 e comunicare con l’emoglobina per regolare delle funzioni fisiologiche.

Stessa cosa avviene a livello di altre strutture come i miofibrillari presenti nell’albero bronchiale.

—> ci sono sensori generali e livello di tutto

L'organismo ha sensori cellulari che permettono alla cellula di percepire la mancanza di O2. Come una cellula sente la mancanza di O2? Possono esserci proteine o enzimi che, in relazione al loro stato di idrossilazione (qualsiasi enzima che idrossila deve avere l'oggetto da idrossilare, cioè l'ossigeno), recepiscono la concentrazione di O2.

Un enzima conosciuto che potrebbe svolgere questa funzione è la NADPH ossidasi. La NADPH ossidasi è un enzima scoperto nei neutrofili, che sono cellule che hanno come obiettivo quello di uccidere batteri e virus. È un enzima multimerico e è presente anche in altre cellule, quasi ubiquitario. Può segnalare l'abbondanza o la carenza di O2 e può portare alla creazione di radicali liberi dell'O2 dannosi. Tuttavia, se indirizzati e racchiusi nei neutrofili, questi radicali liberi sono uno strumento utile per uccidere batteri e virus.

La NADPH ossidasi, nelle altre cellule, sfrutta la sua capacità di generare radicali di O2 per segnalare alle cellule se c'è una carenza di O2.

c'è abbondanza o carenza di O2

Il nostro organismo risponde alla presenza/assenza di O2 con la comunicazione tra periferia e SNC (esempio —> aumento del respiro)

Ci sono anche dei sensori a livello cellulare che possono dire alla singola cellula se c'è abbastanza ossigeno o meno

C'è anche un terzo punto: risposta cellulare che avviene in carenza di O2 (ipossia)

Riguarda l'attivazione di un programma trascrizionale che serve a ridurre gli effetti negativi dell'ipossia, in particolare quella cerebrale e cardiaca che hanno un effetto devastante: in 2-3 minuti possono portare alla necrosi dei tessuti.

C'è un fattore indotto dall'ipossia HIF-1 —> sente che la cellula ha poco O2 e da una risposta efficiente a breve termine —> c'è un sistema di una proteina presente sempre nel citoplasma con un rapido turnover (come p53), quando c'è poco ossigeno non viene più degradata

—> la proteina diventa stabile e si lega con un altro gene (eterodimero) —> arriva il nucleo e attiva la trascrizione

HIF-1 è un dimero costituito da catena alfa e beta le cui concentrazioni sono costitutive, quella alfa invece viene costruita-distrutta-costruita…

Quando appare l’ipossia l’alfa si stabilizza, entra nel nucleo dove c’è già beta —> si legano ai promotori che riconoscono il dimero e attivano la trascrizione

La trascrizione attiva la vascolarizzazione dei tessuti, modula il metabolismo lipidico, la proliferazione cellulare e il differenziamento

HIF-1 appartiene ai fattori di trascrizione con un dominio BHLH —> sono proteine che hanno una ripetizione di anse che lega il DNA

Ogni fattore di trascrizione è fatto in funzione dei suoi compiti: il primo è di legare il DNA —> tutti hanno un dominio che gli permette di farlo, questa area può contenere o meno un’altra

Area che permette la dimerizzazione, poi c'è una seconda parte che determina la regolazione della sua attività e la trans-attivazione (capacità di far partire la RNA polimerasi)

Nella parte regolatoria ci sono 3 residui di aa importanti: prolina402, prolina564, asparagina803; una volta idrossilati conducono a una degradazione della proteina o conducono L'asparagina a un suo blocco in base alla presenza/assenza di O2

VHL —> proteina, è un ubiquitina (effettore della degradazione); fa parte della str di HIF-1alfa

Lo scienziato che la scoprì notò che alcuni tumori della pelle erano legati ad un'alternativa risposta all'ossigeno

Ci sono tumori renali e non solo le cui mutazioni somatiche sono su questa proteina —> oncogene driver

Ipossia —> non è tutto o nulla --> le risposte devono essere diverse

Gli enzimi che idrossilato che rispondono all'ipossia hanno i 3aa (prolina504, 564 e

asparagina803) con una Km diversa per lo stesso substrato: seha Km bassa gli basta poco ossigeno per funzionare

Risposta in base alle diverse [O2]:

1. Normossia

HIF-1alfa viene idrossilato e tende ad andare incontro a degradazione

L'idrossilazione delle due proline permette a HIF-1alfa di legare la molecola di ubiquitinazione VHL -> VHL trasporta la molecola al proteasoma dove viene distrutta quando viene idrossilata l'asparagina, blocca l'interazione di HIF-1alfa con i propri coattivatori (P300 e CBP)

Idrossilazione delle proline -> permette il legame come il cofattore che promuove il legame con l'ubiquitina -> degradazione

2. Ipossia

Non c'è idrossilazione -> legame con p300 -> legame con HIF-1beta (eterodimero) -> trascrizione

La quantità di O2 regola l'asparagina idrossilasi e la prolina idrossilasi; i due enzimi hanno Km per ossigeno diversa tra loro - proline idrossilate