Endócrino bioquimica da sintese de insulina PDF

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Um resumo prático sobre aula de Endócrino bioquimica da sintese de insulina....

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INS NSUL UL ULIINA BIOQUÍMICA Insulina – hormônio polipeptídico cujo principal papel fisiológico é controlar a homeostase glicêmica por meio do estímulo à captação de glicose nos tecidos sensíveis à insulina (músculo esquelético e tecido adiposo) e da inibição da liberação de glicose pelo fígado. Proteína constituída por duas cadeias peptídicas ligadas por duas pontes dissulfeto. •

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Estrutura – 51 aminoácidos contidos em duas cadeias polipeptídicas o Cadeia A – 21 aminoácid os ▪ Pontes dissulfeto – duas pontes que conectam as cadeias o Cadeia B – 30 aminoácidos Gene da insulina humana – presente no braço curto do cromossomo 11 Fatores de transcrição – presentes no núcleo da célula β. Ativam a transcrição do mRNA pré-próinsulina do gene insulina Secreção da insulina – regulada pelos níveis de concentração de glicose no plasma o Células 𝛃 pancreáticas – sintetizam e secretam insulina

Ocorre um fino balanço entre o influxo de glicose (fornecimento exógeno de glicose e produção endógena de glicose) e efluxo de glicose (utilização de glicose por tecidos sensíveis à insulina, como músculo e tecido adiposo, e tecidos não sensíveis à glicose, como o cérebro)

SÍNTESE Etapas da síntese – Pré-pró-insulina (clivagem) → próinsulina (processamento) → insulina e peptídeo C (de conexão livre)

Pró-insulina – gerada pela clivagem do peptídeo de sinalização no retículo endoplasmático . Exibe discreta ação hipoglicemiante •

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Clivagem proteolítica – converte a pró-insulina em insulina e peptídeo C (peptídeo de conexão menor). o Uma pequena quantidade de p ró-insulina escapa da clivagem e é secretada intacta no sangue Processamento – ocorre no interior do complexo de Golgi das células beta Armazenamento – grânulos, onde é hidrolisada em insulina e peptídeo C Hidrólise – remoção de quatro aminoácidos, convertendo a proinsulina em insulina e peptídeo C o Proinsulina (hidrólise) → Insulina + peptídeo C Degradação – rins principais locais de degradação. Não é removida pelo fígado

Peptídeo C •

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Segmento de conexão residual constituído por 31 aminoácidos. Não desempenha nenhuma função fisiológica conhecida Liberado durante a clivagem da insulina a partir da pró-insulina. As células liberam peptídeo C em quantidades equimolares à insulina Degradação – Ele não é removido pelo fígado, mas é degradado ou excretado primordialmente pelo rim

Grânulos no interior das células beta – armazenam a insulina na forma de cristais. Armazenam insulina e peptídeo C em quantidades equimolares e pequenas quantidades de pró-insulina (intermediários parcialmente clivados). A insulina é liberada na circulação sanguínea por exocitose

Pré-pró-insulina – peptídeo precursor da insulina. Traduzido a partir do RNAm pré-pró-insulina no retículo endoplasmático rugoso das células β pancreáticas •

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Terminação N – possui um peptídeo sinalizador hidrofóbico, que interage com as partículas de reconhecimento de sinal (SRP) das ribonucleoproteínas citosólicas SRPs – facilitam a translocação da pré-pró-insulina através da membrana do retículo endoplasmático rugoso. A sequência sinalizadora é clivada da prépró-insulina por uma peptidase, formando a próinsulina Enzimas microssomais – quebram a pré-próinsulina em pró-insulina quase imediatamente após a síntese

Proinsulina humana – Insulina (laranja). Peptídeo C (verde)

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SECREÇÃO

CANAL DE K + /ATP

Secreção de insulina pelas células 𝛃 do pâncreas

Canal de K+/ATP – canal de K+ sensível ao ATP. Proteína transmembrana (atravessa a membrana plasmática)

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Estado basal – libera baixa taxa de insulina Estado estimulado – liberação de insulina é maior quando as células β são estimuladas pela glicose o Hiperglicemia – provoca aumento dos níveis intracelulares de ATP

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GLUT 2 – transportador específico de glicose presente na membrana plasmática •

Glicose plasmática → Transportador (GLUT 2) → Célula β o A glicose plasmática difunde-se ao longo de seu gradiente de concentração para o interior da célula β através de um transportador específico da membrana plasmática, o GLUT2

Elevados níveis plasmáticos de glicose – uma maior quantidade de glicose sofre difusão na célula • • •

Níveis plasmáticos elevados de glicose → Difusão na célula. Glicose → Fosforilação Fosforilação o Glicose (hexocinase) → Glicose-6-fosfato Glicólise e Ciclo de Krebs – promovem o metabolismo da glicose, gerando ATP e aumentando a relação ATP/ADP na célula β

Via glicolítica – piruvato é oxidado por meio do ciclo do ácido tricarboxílico (ciclo de Krebs – TCA) na mitocôndria, para produzir ATP • •

Piruvato é metabolizado a acetil-coA e oxidado a ATP Oxidação do piruvato por meio do TCA na mitocôndria – principal via de sinalização acoplada aos canais de potássio sensíveis ao K+/ATP

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Relação ATP/ADP intracelular – aumentada com o metabolismo da glicose. Influencia na abertura ou fechamento do canal de potássio o ADP – ativa (abre) o canal. Menor relação ATP/ADP (denominador maior que o numerador) o ATP – inibe (fecha) o canal. Maior relação ATP/ADP (numerador maior que o denominador) Abertura do canal – provoca hiperpolarização da célula, o Hiperpolarização da célula – gera efluxo de K+ o Provocada por uma baixa relação ATP/ADP intracelular Fechamento do canal – célula sofre despolarização o Despolarização da célula – ativa os canais de Ca2+ regulados por voltagem, que medeiam o influxo de Ca 2+ extracelular o Provocado por uma elevada relação ATP/ADP intracelular

Estrutura do canal •

Canal de K+/ATP – octâmero composto das subunidades Kir6.2 e SUR1. Constitui o alvo de diversos reguladores fisiológicos e farmacológicos o Subunidade Kir6.2 – inibida pela ligação de ATP o Subunidade SUR1 – inibida por sulfoniluréias e meglitinidas

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MECANISMO DA SECR EÇÃO Estimuladores da secreção de insulina – glicose (principal). Além da glicose existem diversas substâncias energéticas que atuam no sentido de aumentar a relação ATP/ADP intracelular, incluindo alguns açúcares diferentes da glicose, aminoácidos e ácidos graxos Estado basal – membrana plasmática da célula β encontrase hiperpolarizada • •

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Taxa de secreção de insulina da célula é baixa GLUT2 – transportadores presentes na membrana plasmática. Transportam glicose para dentro da célula Metabolismo da glicose – gera ATP intracelular ATP – liga-se ao canal de K+/ATP da membrana plasmática, inibindo-o Inibição do canal K+/ATP – diminui a condutância de K+ da membrana plasmática. Consequente despolarização Despolarização da membrana – ativa os canais de Ca2+ regulados por voltagem, estimulando o influxo de Ca2+ o Aumento da concentração intracelular de cálcio [Ca2+]i – estimula a exocitose das vesículas. Fusão das vesículas secretoras que contêm insulina com a membrana plasmática o Apesar de o aumento de Ca2+ ser o sinal prioritário para exocitose da insulina, outros mecanismos também desempenham papéis no processo Carga glicêmica oral – provoca uma secreção insulínica maior do que uma carga glicêmica intravenosa. A secreção insulínica potencializada pela ingestão oral de glicose se deve à ativação de polipeptídeo inibitório gástrico (GIP) e peptídeo semelhante ao glucagon (GLP-1)

Baixas concentrações de glicose extracelular – ex.: jejum • •

Célula β apresenta uma baixa relação ATP/ADP Nessa situação, os canais de K +/ATP permanecem abertos, e a célula beta é mantida em um estado hiperpolarizado, que impede o influxo de Ca 2+ e a secreção de insulina

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ESTIMULANT ES DA S ECREÇÃO • • •

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Açúcares Aminoácidos – principalmente aminoácidos gliconeogênicos. Ex.: leucina, arginina Hormônios – ex.: GLP-1 (polipeptídeo 1 semelhante ao glucagon), GIP (polipeptídeo insulinotrópico dependente de glicose), glucagon, colecistocinina Ácidos graxos Atividade simpática β-adrenérgica Fármacos o Sulfonilureias o Meglitinida o Nateglinida o Isoproterenol o Acetilcolina

INIBIDORES DA S ECR EÇÃO • • • • •

Hormônios – inclusive a própria insulina e leptina Atividade simpática α-adrenérgica Elevação crônica da glicose Baixas concentrações de ácidos graxos Fármacos o Diazóxido o Fenitoína o Vimblastina o Colchicina

DEGRADAÇÃO DA INSULINA Insulina endógena – degradada principalmente pelas insulinases no fígado, rim e placenta. Uma única passagem pelo fígado remove aproximadamente 50% da insulina plasmática Fígado e rins – principais órgãos que removem a insulina da circulação • •

Fígado – depura cerca de 60% da insulina circulante liberada pelo pâncreas Rins – removem 35 a 40% do hormônio endógeno

Degradação em diabéticos tratados com insulina • •

Fígado – 30 a 40% da insulina exógena Rins – 60% da insulina exógena

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RECEPTORES DA INSULINA Trajeto da insulina – Insulina → circulação sanguínea → tecidos (difusão) → célula (ligação a receptores) Tecidos-alvo primários – tecidos que regulam o metabolismo energético. Fígado, músculo e tecido adiposo Estrutura do receptor • •

Subunidade 𝛂 (extracelular) – sítio de reconhecimento Subunidade 𝛃 (transmembrana) – se estende pela membrana. Contém uma tirosina-cinase

Ativação do receptor – ligação de uma molécula de insulina às subunidades α • •

Provoca uma mudança conformacional no receptor Esse processo facilita a fosforilação mútua de resíduos de tirosina nas subunidades β e a atividade da tirosina-cinase dirigida às proteínas citoplasmáticas

IRS (substratos do receptor de insulina) – receptores de membrana da insulina. Primeiras proteínas a serem fosforiladas pelas tirosinas-cinase ativadas do receptor. Proteínas de atracagem •

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Via da fosfatidilinositol-3-cinase – Moléculas de IRS ligam-se a outras cinases ativas envolvidas no metabolismo energético (particularmente a fosfatidilinositol-3-cinase) resultando em mais fosforilações Via da MAP cinase – via mitogênica . Regula várias atividades celulares, como expressão gênica, mitose, diferenciação, sobrevivência celular e apoptose

Essa rede de fosforilações dentro da célula representa o segundo mensageiro da insulina e resulta em múltiplos efeitos, inclusive translocação de transportadores da glicose (particularmente GLUT4) para a membrana celular, com consequente aumento da captação de glicose, aumento da atividade da glicogênio-sintase e da formação de glicogênio, múltiplos efeitos sobre a síntese de proteína, lipólise e lipogênese, e a ativação de fatores de transcrição, que aumentam a síntese de DNA e o crescimento e a divisão das células

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HO HOMEO MEO MEOSSTA TASI SI SIA A DA GL GLIICOS OSE E HOMEOSTASIA ENERGÉTICA Homeostase glicêmica – níveis glicêmicos fisiológicos são alcançados através de uma atuação entre diversos órgãos e sistemas que atuam em resposta a um conjunto de mecanismos de detecção da glicemia sanguínea Insulina e glucagon – principais hormônios envolvidos no controle da captação, utilização, armazenamento e liberação de glicose Hormônios contrarreguladores – antagonizam a ação da insulina e promovem a liberação de nutrientes. Glucagon, catecolaminas, glicocorticoides (cortisol) e hormônio do crescimento Hiperinsulinemia – rápido aumento na concentração de glicose sanguínea O au mento das concentrações de insulina e glicose sanguíneas coordenamdamente inibe a produção de glicose pelo fígado e facilita a captação de glicose pelos tecidos sensíveis à insulina

RESPOSTA CONTRARREGULATÓRIA Hipoglicemia (em indivíduos não diabéticos) – inicia uma resposta contrarregulatória de feedback negativo. A queda da glicose leva a uma série de sintomas neuro-humorais e comportamentais destinados a reestabelecer os níveis de glicose. Ocorre ativação de mecanismos que atuam em três pontos do metabolismo: • • •

Supressão da secreção endógena de insulina Estímulo à produção endógena de glicose Limitação da utilização periférica da glicose

Liberação de glucacon, adrenalina, cortisol e GH – depende da detecção dos níveis reduzidos de glicose pelos neurônios e células sensíveis à glicose localizados em regiões do SNC e periferia Hipotálamo ventromedial (VMH) – região importante na detecção de hipoglicemia • • •

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Neurônios excitados pela glicose (GE) – aumentam sua atividade quando a glicose sérica aumenta Neurônios inibidos pela glicose (GI) – aumentam sua atividade quando a glicose sérica cai Os dois tipos de neurônios, bem como os astrócitos se comunicam e interagem com vias de sinalização eferentes que iniciam uma resposta contrarregulatória de estímulo à produção de glucagon, adrenalina, GH e cortisol, reduzindo a captação de glicose pelos tecidos periféricos e aumentando sua produção endógena Mecanismo garante um adequado aporte de combustível para o cérebro durante períodos prolongados de fome por causa da capacidade limitada do cérebro em estocar energia em depósitos como glicogênio e gordura

Modelo integrativo de detecção de hipoglicemia

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Queda de glicemia plasmática – resulta em defesas fisiológicas contra a redução das concentrações de glicose sanguíneas • • •

Queda na secreção de insulina pelas células βpancreáticas Aumento na secreção de glucagon pelas células αpancreáticas Aumento da secreção adrenomedular de epinefrina

GLICO CORTI COIDES Cortisol – ativa a utilização de gordura, gliconeogênese e cetogênese. •

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GH e cortisol – contribuem para a contrarregulação da glicose deslocando o metabolismo de tecidos não neurais para outras vias que não a da utilização da glicose GLUCAGON

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Glucagon – hormôni o contrarregulatório de ação rápida Redução na secreção de insulina – resposta inicial para prevenir a queda nas concentrações sanguíneas de glicose. A resposta inicia ainda quando as concentrações de glicose estão dentro da variação fisiológica (aproximadamente 80mg/dL) Glucagon – liberado quando os níveis das concentrações sanguíneas da glicose caem levemente abaixo da variação fisiológica, aproximadamente 68 mg/dL • • •

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Principal hormônio contrarregulatório de ação rápida na hipoglicemia Razão insulina/glucagon da veia porta é o maior determinante da produção hepática de glicose Liberação de glucacon – exocitose. Desencadeada pela entrada de Ca2+ através dos canais de Ca2+ voltagem dependentes Age nos receptores acoplados à proteína G das células do fígado aumentando a produção de glicose Grande estimulante da glicogenólise hepática O glucagon também estimula a gliconeogênese, bem como oxidação hepática de ácidos graxos e cetogênese

Contribui para a contrarregulação da glicose deslocando o metabolismo de tecidos não neurais para outras vias que não a da utilização da glicose Secreção – ativada pela liberação do hormônio adrenocorticotrófico (ACTH), que é modulado pelo hormônio liberador de corticotrofina (CRH), secretado pelas células corticotróficas da hipófise. No córtex adrenal, o ACTH estimula a síntese de cortisol Não possui papel imediato na recuperação de uma hipoglicemia aguda, possuindo papel mais importante em hipoglicemias prolongadas

GH GH – aumenta a lipólise, a oxidação de ácidos graxos e induz a resistência à insulina •

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Contribui para a contrarregulação da glicose deslocando o metabolismo de tecidos não neurais para outras vias que não a da utilização da glicose Hipoglicemia pode estimular a síntese de GH Diretamente liberado pela adeno-hipófise e é primariamente estimulado pelo hormônio liberador do hormônio do crescimento (GHRH) Não possui papel imediato na recuperação de uma hipoglicemia aguda, possuindo papel mais importante em hipoglicemias prolongadas

CATECOLAMINAS Epinefrina •

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Age nos receptores β-adrenérgicos de múltiplos órgãos para efetivar um aumento mais sustentável nas concentrações de glicose plasmática Aumenta a glicogenólise e a gliconeogênese no fígado Reduz a secreção de insulina Aumenta a liberação de glucagon no pâncreas Reduz a utilização e captação de glicose pelos tecidos periféricos Aumenta a glicólise no músculo e a lipólise nos adipócitos

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VIAS METABÓLICAS

VIA GLICOLÍ TICA – GLI CÓLIS E

CAPTAÇÃO DE GLICOSE – TRANSPOR TADOR ES

Glicólise – via pela qual uma molécula de glicose é oxidada a duas moléculas de piruvato, com energia conservada na forma de ATP e NADH

GLUTs – transportadores auxiliares de glicose. Proteínas transportadoras que levam a glicose por meio da dupla camada lipídica para dentro do citosol •

Células – utilizam transportadores não dependentes de energia, facilitando a difusão da glicose de uma concentração maior para uma concentração menor por meio das membranas celulares o Rins e intestino – possuem cotransportador de Na + glicose dependente de energia

GLUT1 • •

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Presente em todos os tecidos humanos. Alta afinidade pela glicose – pode transportar glicose nas concentrações relativamente baixas encontradas nos estados de jejum Sua presença na superfície das células endoteliais do sistema vascular cerebral (barreira hematoencefálica) garante um transporte adequado de glicose plasmática para dentro do SNC

GLUT2 • • • •

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Vias alimentadoras da glicólise – muitos carboidratos, além da glicose, encontram seus destinos catabólicos na glicose, após serem transformados em um dos intermediários glicolíticos. Os mais significativos são os polissacarídeos de armazenamento, glicogênio e amido, contidos nas células (endógenos) ou obtidos da dieta; os dissacarídeos maltose, lactose, trealose e sacarose; e os monossacarídeos frutose, manose e galactose GLICO GÊNIO – S ÍNTE SE E QUEBR A

GLICONEOGÊNESE Menor afinidade pela glicose Aumenta o transporte quando os níveis de glicose plasmática se elevam, como após as refeições. Maior transportador de glicose nas células hepáticas, intestinais e tubulares renais A baixa afinidade do GLUT2 pela glicose reduz a captação hepática da glicose durante o jejum, enquanto sua capacidade de transportá-la de forma igualmente eficiente em ambas as direções ajuda na exportação da glicose dos hepatócitos Não é detectado em níveis significativos nas células β humanas

Gliconeogênese – síntese de glicose a partir de precursores que não são carboidratos. •

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GLUT3 • • •

Encontrado em todos os tecidos Principal transportador da glicose nos neurônios. Possui grande afinidade pela glicose Responsável pela transferência da glicose para dento das células neuronais nas concentrações mais baixas encontradas no SNC

GLUT4 • •

As 10 enzimas glicolíticas estão no citosol A glicólise é rigidamente regulada de forma coordenada com outras vias geradoras de energia para garantir um suprimento constante de ATP Diabetes tipo 1 – a captação deficiente de glicose pelo músculo e tecido adiposo tem efeitos profundos sobre o metabolismo de carboidratos e gorduras

Encontrado no músculo esquelético e o tecido adiposo Função – captação da glicose mediada pela insulina

Processo em que a glicose é produzida a partir de lactato, piruvato ou oxaloacetato (ou qualquer composto que possa ser convertido a um desses intermediários) Em mamíferos, ocorre principalmente no fígado, e em menor extensão no córtex renal e nas células epiteliais que revestem internamente o intestino delgado Embora as reações de gliconeogênese sejam as mesmas em todos os organismos, o conteúdo metabólico e a regulação da via diferem de u...