Regulação Hormonal de Vias Metabólicas: Insulina

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Insulina
Características gerais
A insulina é uma proteína (51 AA’s em 2 cadeias ligadas por pontes de dissulfeto);
Secretada por células β das ilhotas de Langerhans em resposta à hiperglicemia (↑glicose no sangue);
Efeitos metabólicos antagônicos aos do glucagon e adrenalina, havendo alternância periódica estritamente regulada entre glucagon e insulina (OBS.: deficiência de insulina – diabetes mellitus tipo 1 – ↑↑glucagon).
Secreção
As células β pancreáticas são os mais importantes transportadores de glicose. Essas células possuem transportadores de glicose, como a permeasse GLUT 2, e apresentam atividade glicoquinase, podendo fosforilar a glicose em alta quantidade. Logo, a glicose é o estímulo mais importante para a secreção da insulina; 
A liberação de insulina na corrente sanguínea é mediada por aumento de [Ca+2 ] na célula β. 
Como isso ocorre?
Glicose no sangue com formação de ATP;
ATP causa fechamento dos canais de potássio sensíveis a ATP, despolarização da membrana plasmática e ativação dos canais de cálcio operados por voltagem;
O cálcio promove liberação de insulina contida em vesícula pelas células β.
Além disso, a glicose favorece a expressão gênica de insulina;
Alguns aminoácidos e hormônios gastrintestinais também influenciam na secreção de insulina
Relação entre insulina e seus receptores
Normalmente, o complexo insulina-receptor é regulado por endocitose e proteólise tanto da insulina quanto do receptor, eliminando o que sobrou e abrindo espaço para novos receptores sob novo estímulo. 
Contudo, se o nível de insulina estiver muito alto, não ocorre eliminação e recomposição dos receptores: o metabolismo acha que deve produzir o máximo possível de receptores, pois há muita glicose, o que gera um tipo de “estafa” (OBS.: ↓resposta celular à insulina, pois há ↑insulina – diabetes mellitus tipo 2).
Receptores
Presentes na membrana plasmática;
Glicoproteínas constituídas por duas subunidades α e duas β, ligadas por pontes de dissulfeto;
Ligação da Insulina → subunidades α
Após ligação da Insulina → ativação das subunidades β (possuidoras de atividade de tirosina quinase) → fosforilação de resíduos de tirosina → fosforilação de outros resíduos de subunidades vizinhas (autofosforilação) → aumento da atividade de tirosina quinase → fosforilação em cascata de proteínas sinalizadoras responsáveis por múltiplos efeitos da insulina no organismo.transporte de metabólitos, regulação do metabolismo, proliferação e diferenciação celular, tomada de glicose por tecidos periféricos (muscular, adiposo), supressão da síntese de glicogênio pelo fígado
Como acontecem as fosforilações em cascata a partir das subunidades β?
Ação da tirosina quinase de subunidades β → fosforilação após ligação de insulina à subunidade α (autofosforilação);
Tirosina fosforilada liga-se a proteínas “Insulin Receptor Substrates” (IRS), que também é fosforilada no contato;
IRS fosforilada atua como “adesivo molecular”, recrutando alguns componentes intracelulares da cascata de sinalização, como a lipídio quinase;
A lipídio quinase introduz um grupo fosfato na cadeia do PIP2, ajudando a formar o PIP3, fosfolipídio da membrana plasmática;
↑PIP3 → ↑ancoradouros moleculares para diversas proteínas sinalizadoras, como é a Proteína Quinase Dependente de Fosfoinositídio (PDK);
A PDK ativa/fosforila a Proteína Quinase B (PKB), que auxilia no metabolismo de nutrientes, na expressão gênica e no transporte de glicose, mediando a maioria dos efeitos da insulina.
Regulação das principais vias metabólicas
Glicogenólise e Glicogênese
	No fígado, a síntese de glicogênio (glicogênese) é acelerada quando o corpo está bem alimentado, enquanto a degradação de glicogênio (glicogenólise) é acelerada em períodos de jejum; no músculo esquelético, a degradação do glicogênio ocorre durante o exercício e a síntese começa assim que o músculo entra novamente em descanso.
	GLICOGÊNESE
	A regulação dessa via ocorre de dois modos: regulação hormonal covalente de glicogênio-sintase e regulação alostérica.
Regulação hormonal: como a insulina promove a síntese de glicogênio, através da ativação da glicogênio-sintase, na glicogênese?
A PKB, componente final da via PKI3, fosforila determinadas proteínas quinases, como a Proteína Quinase Dependente de AMP (AMPK) e a Glicogênio Sintase Quinase (GSK-3), que, após fosforilação, são inativas e deixam de fosforilar enzimas;
A inativação da GSK-3 leva à não catalisação da reação de adição de grupos fosfato a enzimas como a glicogênio-sintase (responsável, na glicogênese, pela formação da cadeia linear prévia à cadeia ramificada de glicogênio);
A glicogênio-sintase, quando não fosforilada, é ativada, o que incentiva a formação do produto glicogênio.
Regulação alostérica
A glicogênese é estimulada quando a disponibilidade de substrato e os níveis de energia estiverem altos.
A glicogênio-sintase (enzima-alvo da glicogênse) é alostericamente ativada por glicose 6-fosfato;
Contudo, para que haja glicogênese, é necessário que haja glicose, substrato precursor da reação.
Como a insulina transporta a glicose para o interior das células?
O transporte é passivo, catalisado por permeases (GLUTs), de 1 a 14, mais especificadas e conhecidas de 1 a 4.
GLUT 1, 3 e 4: ↑afinidade por glicose;
GLUT 2: ↓afinidade por glicose
	Transportador
	Localização
	Insulinodependente
	GLUT 1
	Todos os tecidos, abundante em cérebro e hemácias
	
Não
	GLUT 2
	Fígado, células β pancreáticas, rins, intestino delgado
	
Não
	
GLUT 3
	
Cérebro
	
Não
	GLUT 4
	Tecido adiposo, músculos esqueléticos e cardíaco
	
Sim
A GLUT 2 é a melhor indicadora de hiperglicemia, já que a glicemia aumentada sensibiliza mais essa permease do que as outras – as outras, com altas afinidade à glicose, vão transportá-la “continuamente”, não percebendo com tanta expressividade seu aumento –, o que leva à entrada de glicose na célula;
A GLUT 4 é a única insulinodependente: responsável por transporte em músculos e tecido adiposo, fica armazenada em vesículas no citosol; com a insulina, as vesículas deslocam-se para a membrana plasmáticas (ocorrência de endocitose).
GLICOGENÓLISE
A regulação dessa via ocorre de dois modos: regulação hormonal covalente de glicogênio-sintase e regulação alostérica.
Regulação hormonal: como glucagon e adrenalina promovem a degradação de glicogênio, através da ativação da glicogênio-fosforilase, na glicogenólise?
Com a ligação de glucagon e adrenalina a receptores específicos, é catalisada a síntese de AMPc, que fosforila a Proteína Quinase A Dependente de AMPc (PKA);
PKA fosforila diversas enzimas do metabolismo do glicogênio, como a fosforilase-quinase;
A glicogênio-fosforilase, enzima reguladora da glicogenólise, existe em duas formas: forma inativa “b”, desfosforilada, e a forma ativa “a”, fosforilada; ao ser fosforilada pela fosforilase-quinase, gerando a forma “a” e, consequentemente, a degradação de glicogênio.
Regulação alostéricaProteínas quinases
Proteína quinase sofre fosforilações antes de serem ativadas, o que ocorre durante a translação da enzima entre citosol e membrana plasmática. 
Ação: catalisar transferência de um grupo fosfato do ATP para as várias proteínas do substrato, como para a glicogênio-fosforilase.
A glicogenólise é aumentada quando os níveis de energia e de glicose estiverem baixos.
A glicogênio-fosforilase (precursora da glicogenólise) é alostericamente inibida por glicose 6-fosfato, bem como por ATP, quando há alto nível energético em células hepáticas e musculares.
GLICÓLISE E GLICONEOGÊNESE
	A regulação das duas vias é feita de modo inverso: quando uma delas está ativa, a outra está desacelerada. Uma vez que as vias compartilham várias enzimas, a regulação é dada pelas enzimas diferenciais.
	Enzimas-alvo da regulação (Reações irreversíveis)
	ETAPAS DIFERENTES NAS DUAS VIAS
	
GLICÓLISE
	
GLICONEOGÊNESE
	Conversão entre glicose e glicose 6-fosfato
	
Glicoquinase
	
Glicose6-fosfatase
	Conversão entre frutose 6-fosfato e frutose 1,6-bifosfato
	
Fosfofrutoquinase 1
	
Frutose 1,6-bifosfatase
	
Conversão entre fosfoenolpiruvato e piruvato
	
Piruvato quinase
	
Fosfoenolpiruvato carboxiquinase + piruvato carboxilase
	
GLICÓLISE:
Ativação da glicólise por hiperglicemia
O consumo regular de refeições com alta carga glicêmica ou a administração regular de insulina determinam aumento nas quantidades de glicoquinase, fosfofrutoquinase 1 e pirurato quinase no fígado, enzimas que favorecem a conversão de glicose em piruvato, característica do estado alimentado;
Inibição da glicólise por hipoglicemia
Todavia, quando há jejum ou quando o indivíduo sofre de diabetes, o índice de glucagon torna-se alto e o de insulina, baixo. Com isso, os níveis das enzimas reguladoras da glicólise estão diminuídos;
Inibição da glicólise pela AMPK
Normalmente, a Proteína Quinase Dependente de AMP (AMPK) é liberada quando ↓ATP (aumento da razão AMP/ATP), para regular a razão, através do AMP. Logo, se ↓AMPK, ↑consumo de ATP e, assim, ↓glicólise.
PKB fosforila proteínas quinases, como a AMPK; fosforilada e inativada, AMPK não consegue fosforilar proteínas-alvo de vias produtoras de ATP, como é a glicólise.
	GLICONEOGÊNESE:
	A regulação dessa via dá-se principalmente pelo glucagon e por substratos gliconeogênicos, porém também pode ser ativada e inibida, respectivamente, pela acetil-coenzima A e pelo AMP.
Fontes: MARZZOCO, A. Bioquímica Básica. 
HARVEY, R. Bioquímica Ilustrada.