Gluconeogénesis y regulación de receptores GPCRs

Gluconeogénesis: piruvato carboxilasa, fosfoenolpiruvato carboxikinasa, fructosa1,6bifosfatasa y glucosa6fosfatasa (NO EN MÚSCULO).

• En la matriz mitocondrial encontramos a la piruvato carboxilasa, la cual está unida a la biotina y carboxilará al piruvato usando un CO2 del ácido carbónico. Tras la carboxilación del piruvato se obtiene oxalacetato. Este oxalacetato pasa a malato y se va al citosol.
• En el citosol encontramos el malato que pasa a oxalacetato y también tenemos a la fosfoenolpiruvato carboxikinasa que transforma el oxalacetato en fosfoenol piruvato.
• La fructosa1,6bifosfatasa convierte la fructosa 1,6bifosfato en fructosa6 fosfato. Esto lo hace cuando aumentan los niveles de glucagón (hay poca glucosa en sangre) y este hace que se sintetice PkA. Esta PkA como ya sabemos, fosforila a la PFK2 y la inactiva como kinasa, pero la activa como fosfatasa y le quita el fosfato a la fructosa2,6biP (al disminuir la fructosa 2,6biP no se sigue con la glucólisis). Cuando aumentan los niveles de fructosa6P, se activa la fructosa 1,6bifosfatasa.
• La glucosa6fosfatasa convierte la glucosa6P en glucosa. En el músculo no encontramos esta enzima y es por ello por lo que no se produce gluconeogénesis en ellos. Si tenemos patología donde hay bajos niveles de glucosa6fosfatasa, se da una hipoglucemia permanente, pues no se puede producir glucosa (también hepatomegalia).

La gluconeogénesis consume GTP y NADPH. 2 moléculas de piruvato nos dan 1 de glucosa.

Glucólisis: glucokinasa, PFK1 y piruvato kinasa.

Pueden darse 2 situaciones:

1. Aumento de glucagón por disminución de glucosa en sangre. Este glucagón se une a los receptores 7 dominios transmembrana y activan la producción de AMPc y de PkA. Esta PkA fosforila a la enzima glucógeno fosforilasa B y la activa haciendo que fosforile a la glucógeno fosforilasa A. La glucógeno fosforilasa A queda activa y comienza la glucogenolisis.
2. Aumento de insulina por aumento de glucosa en sangre. Esta insulina estimula por una parte a la fosfodiesterasa que disminuye los niveles de AMPc/PkA y por otra parte estimula a la proteína fosfatasa1, que desfosforila a la glucógeno fosforilasaA/B, haciendo que no se produzca la glucogenolisis. No conviene romper el glucógeno, sino más bien tenerlo almacenado, pues tenemos mucha glucosa en sangre.

Resumen:

1. En ayuno fisiológico, aumenta el glucagón y por tanto tenemos glucógeno sintasa inhibida y glucógeno fosforilasa activada.
2. En fase postprandial, aumenta la insulina y por tanto tenemos glucógeno sintasa activada y glucógeno fosforilasa inhibida.

Existe una regulación de tipo no covalente que no se da en el hígado, sino en el músculo gracias a la calmodulina (proteína que une calcio). Cuando aumentan las concentraciones de calcio, este se une a la calmodulina y cambia de conformación, siendo capaz de activar a la glucógeno fosforilasa B para que fosforile y active a la A. como aumenta el calcio, lo que se quiere es conseguir energía y por ello se promueve la degradación de glucógeno.

En el HÍGADO: la glucosa y ATP inhiben la glucogenolisis (ya tenemos energía suficiente por lo que no necesitamos romper glucógeno) / la glucosa6P activa la glucogénesis.

En el MÚSCULO: ocurre igual, pero además, el AMP estimula la glucogenolisis.

Hígado graso: el hígado aumenta de tamaño porque los hepatocitos se cargan de grasa. Como ya sabemos, al consumir etanol aumentan los niveles de NADH y disminuyen los niveles de oxalacetato y de piruvato.

El oxalacetato pasa a malato y, por tanto, el oxalacetato no puede sintetizar citrato que es el responsable de que la AcetilCoA entre al ciclo de Krebs (si tenemos AcetilCoA, pero no puede entrar al ciclo). Esta acumulación de AcetilCoA, hace que se formen cuerpos cetónicos que no serán consumidos (porque se está usando el acetato) y que originen una cetoacidosis inducida por etanol. El piruvato pasa a lactato y se produce una acidosis láctica. Además, también se disminuye la excreción de ácido úrico por la orina. Por otra parte, la beta oxidación de los ácidos grasos se ve inhibida por el aumento de NADH de las enzimas que metabolizan el etanol (ya que esta beta oxidación genera poder reductor). De este modo, como no se puede oxidar las grasas tenemos menos AcetilCoA y más grasas.

Hepatitis inducida por alcohol: consiste en la ruptura de hepatocitos que se pueden dar por dos fenómenos:

Metabolismo del etanol por el sistema MEOS: cuando el etanol es metabolizado por este sistema en el RE, se generan acetaldehídos con radicales libres muy tóxicos. Estos radicales afectan a los lípidos de las membranas peroxidándolos, y afectando a la estructura de la membrana. Además, estos radicales también se unen a glutatión y comprometen el sistema de la célula de defensa ante oxidaciones.

Acción de las enzimas alcohol y acetaldehído deshidrogenasa: estas enzimas producen mucho acetaldehído, el cual establece enlaces covalentes con otras moléculas (Cross link) haciendo que estas moléculas dejen de funcionar. También afecta a la cadena transportadora de e-. El acetaldehído se une al glutatión y a aminoácidos (haciendo que no se sinteticen proteínas correctamente). Sabemos que el poder reductor que generan estas enzimas inhibe la beta oxidación y la acción de la gliceraldehído3P deshidrogenasa. De este modo, aumenta la grasa y en condiciones normales es excretada por las VLDL. Como el acetaldehído ha comprometido algunas proteínas, esta grasa no se puede expulsar en forma de VLDL y se acumula en el hígado, haciendo que pueda explotar.

Cirrosis: se forman fibras en el hígado quedando este afuncional y perdiéndose masa. Cuando aumenta el acetaldehído en el hígado, se produce lo mencionado con anterioridad (rotura) y por tanto unos macrófagos especiales del hígado (células de Kupffer) se activan. Cuando estas células de Kupffer se activan, realizan dos tareas: estallido respiratorio (toman el O2 y secretan radicales libres y óxido nítrico, aumentando el estrés oxidativo) y liberan citoquinas que activan a las células esteladas. Estas células esteladas hacen que aumente el colágeno y las metaloproteasas, y que por tanto se produzca la fibrosis.

Con GDP: cuando se activa la actividad GTPasa intrínseca, se elimina el fosfato que establece los puentes de hidrógeno con los residuos aminoacídicos y la G alfa cambia de conformación y ya no tiene afinidad por la adenil ciclasa, sino que tiene por el complejo G beta/gamma. De este modo el heterotrímero se reorganiza y se une al receptor. Debemos tener en cuenta que, si la actividad GTPasa intrínseca es alta, la actividad biológica será baja. Además, hay otras proteínas que pueden regular la actividad GTPasa (origen molecular del cáncer en mutaciones de estas proteínas).

Una vez que la adenil ciclasa está activa, esta sintetiza AMPc que es un segundo mensajero para la proteína kinasa A. Cuando los niveles de AMPc aumentan por la señalización, la proteína kinasa A se activa y fosforila cosas. Esta proteína kinasa A, puede tener 2 efectos:

Respuestas rápidas: efectos a corto plazo porque fosforila las proteínas y moléculas del citosol.

Respuestas lentas: efectos a largo plazo que modifican el patrón de expresión génica. La proteína kinasa A se transloca al núcleo y fosforila a factores de transcripción CREB. Una vez que CREB está fosforilado, se une a CBP y este complejo (CREB/CBP) se une a las zonas promotoras y activan la transcripción de genes dependientes de AMPc.

Regulación: Cuando el ligando se une al receptor y se da la señalización, esta no puede ser infinita. Está regulada por:

Cuando se disocia la proteína G del receptor disminuye la afinidad por el ligando.

La fosfodiesterasa coge el AMPc y los hidroliza

La actividad GTPasa intrínseca de la G alfa

El complejo G beta/gamma recluta a la kinasa BARK que fosforila el extremo carboxilo (citosólico) del receptor. La Beta-arrestina ve al receptor fosforilado y provoca la invaginación de la membrana con el receptor incluido, formándose una vesícula endocítica. Como el receptor esta secuestrado ya no recibirá más ligando. Dentro de la vesícula, el receptor se desfosforila y puede volver a la membrana.

Proteínas de anclaje (AKAP5): Proteína de conexión entre la proteína efectora (adenil ciclasa) y el receptor. A ella se encuentra unida la proteína kinasa A (activa la señalización) y una fosfatasa (desactiva señalización)

A. Receptor GPCRs acoplado a fosfolipasa C:

En este tipo de receptor, la subunidad G alfa es tipo q y cuando cambia el GDP por GTP se une a la proteína efectora fosfolipasa C.

Funcionamiento:

1. G alfa q, activa a la fosfolipasa C (proteína efectora), cuya función es romper los lípidos de la membrana para obtener IP3 (inositol3p) y diacilglicerol como 2 mensajeros (el AMPc no es el 2 mensajero).
   1. El IP3 se une a receptores del RE para que se libere el calcio secuestrado y que aumente el calcio en el citosol.
   1. El diacilglicerol quedó en la membrana y a él se une la proteína kinasa C que para que esté activada necesita calcio. Cuando el calcio se une al complejo de proteína kinasa C y diacilglicerol, se activa la proteína kinasa C y esta ya fosforila.

B. Receptor PAR1-Trombina:

Es otro tipo de receptor 7 dominios transmembrana acoplado a una proteína G, pero tiene como característica especial que su ligando se encuentra en el propio receptor. Estos receptores son usados en muchos fármacos anticoagulantes (hirudina) ya que evitan que la trombina pase el fibrinógeno a fibrina. Lo evitan de la siguiente forma:

1. Los receptores necesitan que la trombina se una a ellos para que rompa una parte de ellos y deje desnudo el ligando (secuencia SFLLRN).
2. El ligando queda descubierto y ya se puede unir al receptor.

Debemos tener en cuenta que la trombina no es el ligando, sino la proteasa que rompe al receptor para que quede desnudo el ligando.