Semana 8

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Metabolismo integrado – semana 8
{Regulação do metabolismo por AMPK e mtor}
AMPK: proteína quinase ativada por AMP. 
 Desenvolvido por eucariotos que os 
permitiu modular o metabolismo baseado 
na disponibilidade de nutrientes.
 AMPK é um sensor da quantidade de 
energia disponível na célula, por ligar-
se a nucleotídeos de adenina.
 AMPK está ativo quando:
I. A taxa de AMP por ATP está alta (hipóxia,
isquemia, baixa disponibilidade de 
nutrientes ou quando o consumo de ATP
é acelerado – exercício ou jejum);
ESTRUTURA E ATIVAÇÃO DA AMPK
O AMPK é uma serina treonina quinase 
que é um complexo heterotrimérico 
formado por uma subunidade catalítica
α -alfa e por duas unidades 
reguladoras β – beta e γ – gama. 
A subunidade alfa possui o resíduo de 
treonina 172 (Thr172), cuja fosforilação 
é importante para a atividade da 
enzima.
Já a subunidade beta contém um 
domínio de ligação de carboidrato que
permite que AMPK interaja com o 
glicogênio. 
A subunidade gama tem quatro 
subunidades CBS que formam uma 
interface/sítio para interação com três 
moléculas de AMP, ADP ou ATP. Em 
condições basais, a ligação de ATP 
mantém a atividade dessa enzima 
baixa, ou seja, AMPK só está totalmente 
ativo após a fosforilação na Thr172.
A principal quinase na maioria dos tipos 
celulares que regula AMPK é o complexo 
heterotrimérico formado pela LKB1, STRAD 
e MO25. Esse complexo está 
constitutivamente ativo e fosforila AMPK 
continuamente, mas em condições basais 
o fosfato é imediatamente removido pelas
proteínas fosfatases. No entanto, sob 
condições de estresse energético, as 
concentrações de AMP aumentam e se 
ligam a subunidade gama da AMPK, 
promovendo uma mudança 
conformacional que torna AMPK em um 
substrato mais pobre para 
desfosforilação. Assim, o AMP em numa 
menor extensão o ADP na subunidade 
gama, estimula a atividade de AMPK por 
duas razões:
I. Porque o AMP estimula a fosforilação 
da ThR172 por estimular diretamente as 
quinases up stream ou por um mecanismo 
alostérico que favorece a fosforilação da
Thr172;
II. Porque o AMP inibe a desfosforilação 
da Thr172 por protegê-la de fosfatases. 
Além disso, AMPK pode ser fosforilada em 
resposta ao fluxo de cálcio pela quinase 
sensível a cálcio (CAMKK2) ou beta, 
fazendo um link entre a sinalização de 
cálcio e a regulação do metabolismo 
energético pela AMPK. A calmodulina 
quinase ativa AMPK de maneira 
independente da LKB1e dos níveis de 
nucleotídeos e essa ativação é muito 
importante em resposta a hormônios – 
como os tireoidianos e ao estresse celular
e exercícios, através da regulação da 
razão ATP/AMP e dos níveis de cálcio 
intracelulares.
REGULAÇÃO DA AMPK
A fosforilação de AMPK nos resíduos de 
serina 485/491 reduz o nível de 
fosforilação na Thr172 e 
consequentemente reduz a atividade da 
AMPK. Essa fosforilação no resíduo de 
serina pode ser mediado por AKT e pela 
quinase S6K além de poder ser fosforilado
pela MAP quinase ERK1/2 e por proteína 
Metabolismo integrado – semana 8
quinase c e quinase D1 por estímulo de 
diacilglicerol. Uma interação com 
glicogênio através da subunidade beta, 
também reduz o nível de fosforilação de 
AMPK em resíduos de Thr172 e assim a 
sua atividade.
LOCALIZAÇÃO DA AMPK
Existem nas células frações de AMPK 
lisossomal, citosólica, mitocondrial e 
nuclear que é estimulada pelos níveis de 
cálcio. Essas frações podem ser ativadas 
simultaneamente ou não dependendo do 
status metabólico celular.
O AMPK é o principal regulador do 
metabolismo energético e o efeito dele 
sobre o metabolismo pode ser 
amplamente dividido em duas categorias:
I. A inibição do anabolismo, para minimizar
o consumo de ATP;
II. Estimulação do catabolismo, estimular a
produção de ATP;
MODULAÇÃO DE VIAS ANABÓLICAS POR AMPK
A primeira a ser identificada foi a síntese 
de lipídeos e de esterol por AMPK através
da fosforilação inibitória da acetil CoA 
carboxilase (ACC1/ACC2) que catalisa o
primeiro passo da síntese de lipídeos 
novamente e a fosforilação inibitória da 
HMG-CoA redutase, que catalisa o passo
determinante para a síntese de colesterol.
AMPK também previne o armazenamento 
de glicogênio pela fosforilação inibitória 
da glicogênio sintase (GYS).
A inibição de mTOR leva o decréscimo 
da síntese proteica e no crescimento 
celular – o crescimento celular e a 
tradução proteica são os principais 
consumidores de ATP na célula. 
COMO OCORRE A INIBIÇÃO DE mTOR?
A ativação de AMPK leva a inibição de 
mTORC1 no complexo 1 de mTOR por 
dois mecanismos independentes: 1. 
Ativação do regulador negativo da 
mTORC1 (TSC2) fosforilando essa 
proteína em um resíduo de treonina e um 
outro de serina, fazendo com que essa 
proteína fique estimulada e iniba 
mTORC1. 
Por outro lado, AMPK também é capaz de
levar a uma inibição por fosforilação de 
raptor, um dos componentes do complexo
mTORC1.
ATIVAÇÃO DE VIAS CATABÓLICAS
Além de promover a inibição de vias 
anabólicas, AMPK estimula vias 
catabólicas.
Sobre o metabolismo de carboidratos, ele
aumenta a translocação para membrana 
plasmática do transportador de glicose 
(GLUT4), estimulando a captação de 
glicose tanto no músculo esquelético e 
cardíaco quanto no tecido adiposo. Ela 
também vai estimular o fluxo através da 
Metabolismo integrado – semana 8
glicólise, estimulando, indiretamente a 
enzima da via glicolítica – a PFK1.
O aumento na utilização de lipídeos, é 
estimulado pela ativação de lipases, 
como a lipase do tecido adiposo (ATGL),
que libera ácidos graxos dos estoques 
de triglicerídeos. Esses ácidos graxos vão
para a beta-oxidação nas mitocôndrias.
COMO ESSES ÁCIDOS GRAXOS VÃO PARA A
BETA-OXIDAÇÃO NAS MITOCÔNDRIAS?
Para que isso ocorra, AMPK modula a 
atividade da acil transferase – carnitina 
palmitoil transferase (CPT-1) facilitando o 
transporte dos ácidos graxos para o 
interior das mitocôndrias. O malonil CoA 
gerado pela acetil CoA carboxilase 
(ACC), é um potente inibidor da CPT-1. 
Portanto, pela simples inibição da ACC 
pela AMPK faz com que os níveis de 
malonil CoA diminuam, resultando num 
decréscimo na síntese de lipídeos e um 
aumento do transporte desses lipídeos e 
sua beta-oxidação.
Por fim, AMPK regula a autofagia e a 
mitofagia, principalmente por regular a 
proteína quinase ULK1. 
Autofagia: processo pelo qual os 
componentes celulares como proteínas, 
organelas, macromoléculas e patógenos 
são reciclados nas células. Nela, ocorre o 
encapsulamento da carga em estruturas 
membranares chamadas autofagossomos. 
Posteriormente eles se fundem aos 
lisossomos e depois ocorre a 
degradação dessa carga pelos 
autofagolisossomos.
Ela vai servir para duas funções:
I. A reciclagem de moléculas antigas ou 
danificadas; - processo contínuo nas 
células.
II.Reposição dos estoques de nutrientes 
depletados durante períodos de jejum; - 
envolve a sinalização mediada por 
mTORC1 e modula a ULK1.
Autofagia: AMPK vai controlar a 
autofagia em diferentes etapas. Primeiro a
atividade de mTOR é reduzida, por 
fosforilar TSC 2 e raptor. Isso vai fazer 
com que mTOR se torne inativo, liberando
a ULK1da fosforilação inibitória 
promovida por mTOR. Por outro lado, a 
própria AMPK fosforila diretamente 
ULK1em quatro resíduos, sendo 
fundamental para a autofagia e para 
sobrevivência celular durante a 
depleção de nutrientes e estresse 
metabólico.
Esse eixo entre AMPK e a ULK1 é de suma
importância para a mitofagia – remoção 
seletiva de mitocôndrias danificadas. Isso 
ocorre em diferentes contextos como: 
tecido adiposo marrom, jejum prolongado
e no envelhecimento muscular, assim como
em macrófagos e hepatócitos.
Após a ativação da ULK1 por 
fosforilação, essa quinase fosforila então 
diversas proteínas envolvidas na 
execução da autofagia, incluindo 
ATG14L, beclina e a ATG9.
A autofagia também está ligada com a 
remoção de patógenos intracelulares num
processo chamado xenofagia. A via da 
AMPK está ativada durante as infecções 
por vírus, bactérias e por príons. Então, 
para os patógenos sustentarem a sua 
replicação, vários patógenosregulam a 
atividade da AMPK dependendo de suas
necessidades específicas, tais como: 
evasão da xenofagia, aumento da 
oxidação de glicose/lipídeos dessa 
maneira estimulando AMPK ou 
aumentando a disponibilidade de 
nutrientes, dessa maneira inibindo AMPK.
AMPK E RESTRIÇÃO CALÓRICA
O AMPK é um importante sensor de 
nutrientes com a capacidade de regular 
o metabolismo de todo o corpo, então 
passou-se a pensar que ele seria o 
mediador de efeitos benéficos da 
restrição calórica. Então o papel do 
AMPK em detectar o estresse energético 
e agir como regulador e mestre da 
biogênese e do metabolismo mitocondrial
Metabolismo integrado – semana 8
indicou que essa quinase está 
modulando os efeitos benéficos da 
restrição calórica através da ativação 
de sirtuínas, da autofagia e da 
regulação negativa de mTOR.
REGULAÇÃO DA TRANSCRIÇÃO GÊNICA POR
AMPK
AMPK sob condições prolongadas de 
baixa energética reprograma o 
metabolismo através da regulação de 
fatores de transcrição gênicos de vias 
biossintéticas, prolongando os efeitos 
dessa quinase. AMPK, então é capaz de 
modular a p300 a FOXO além de outros 
fatores de transcirção como as histonas 
desacetilases de classe 2 (HDACs), 
SREBP1,ChREBP, modulando assim o 
metabolismo, a autofagia e a função 
lisossomal.
AMPK COMO ALVO TERAPÊUTICO
Ativadores de AMPK: induzem alterações 
de conformação no complexo do AMPK 
levando a uma ativação por meio de 
uma interação direta com uma 
subunidade específica do AMPK. Ex: 
AICAR – se liga a subunidade gama da 
AMPK e não é específico para AMPK;
A-769662 – ligante não “nucleotídio”, 
sendo específico para AMPK, se ligando 
na subunidade beta.
Salicilato, mas não a aspirina – agem de 
maneira semelhante ao A-769662, 
ligando-se a um sítio semelhante. Ambos 
promovem uma ativação alostérica de 
AMPK.
AMPK também pode ser ativada por 
qualquer modulador que cause um 
acúmulo no AMP ou no cálcio intracelular.
Essas moléculas desses compostos são 
classificadas como ativadores indiretos, 
porque uma interação direta entre AMPK 
e esses moduladores não é necessária. Ex:
Metformina – assim como as 
Rosiglitazonas e Bioglitazonas, são 
capazes de inibir o complexo 1 da 
cadeia respiratória, aumentando os níveis
de AMP e assim ativando AMPK;
 Glitazonas – além do efeito de aumentar
o nível de AMPK, também são capazes de
induzir a expressão de adiponectina dos 
adipócitos, que por sua vez ativa AMPK 
no músculo esquelético e no fígado.
Polifenóis – agem por inibir a ATP sintase 
modulando os níveis de AMP/ATP 
intracelulares.
RESUMO DA AULA:
mTOR: é uma serina/treonina quinase 
sensível ao antibiótico Rampamicina, na 
verdade, ela é inibido por esse 
antibiótico.
Ele existe em dois complexos: o mTORC1 e
o mTORC2, que são enzimas 
independentes que funcionam como um 
sensor nutricional regulando o 
crescimento e a sobrevivência celular.
mTORC1: possui o adaptador regulador 
raptor que é uma proteína que confere 
sensibilidade a Rapamicina.
mTORC2: ao invés de raptor, ela vai 
possuir outro adaptador regulatório, que 
é o rictor que é insensível a Rapamicina. 
Ela só é inibida por altas concentrações 
Metabolismo integrado – semana 8
de Rapamicina e aí sim vai ser 
considerada insensível a Rapamicina.
A principal função de ambas é regular o 
crescimento, a sobrevivência e 
proliferação celular. Ambos os complexos 
são regulador por fatores de crescimento.
Elas são proteínas sensíveis a fatores de 
crescimento, mas que uma vez ativadas 
regulam uma série de sinalizações 
intracelulares, então por exemplo, para 
regular a síntese proteica e o 
metabolismo, a principal proteína 
mediadora desse processo é a 
fosforilação e ativação da proteína 
quinase S6K1 que regula, dessa forma, o 
metabolismo de nucleotídeos, por exemplo
e o metabolismo de proteínas e lipídeos. 
Enquanto que em relação ao 
catabolismo, a ativação da mTORC1, 
inibe a autofagia e a produção de 
lisossomos, fazendo com que haja uma 
diminuição nos processos catabólicos de 
uma forma geral.
Além disso, a insulina ou fatores de 
crescimento, têm cascatas similares, mas 
que acabam culminando com a inibição 
do complexo TSC – um complexo 
regulatório, e é inibidor para mTORC1. 
Com a inibição desse TSC por hormônios 
anabolizantes, por exemplo, há a 
ativação de mTORC1, o que vai gerar a 
parte de tradução proteica, ou seja, 
síntese proteica celular. De forma 
análoga, terá a ativação da Akt – 
intermediário de ativação comum a 
fatores de crescimento e a insulina, e ela 
vai ativar mTORC2, promovendo parte 
dos rearranjos já citados, regulando 
positivamente a parte de proliferação e 
sobrevivência celular, ou seja, as células 
vão sobreviver mais por conta da 
ativação por mTORC2 e vão proliferar 
mais também por conta da ativação de 
ambos os complexos.
Em condições fisiológicas de ativação de
mTOR e de alimentação: 
I. a mTORC1vai gerar a hipertrofia e 
mTORC2 regulando a captação de 
glicose e a síntese de glicogênio.
*essa captação de glicose é de suma 
importância para que haja a hipertrofia.
II. No fígado, mTORC1vai ser responsável
pela inibição da cetogênese e pela 
ativação da lipogênese, ou seja, 
regulando negativamente o catabolismo 
de ácidos graxos e positivamente a 
síntese de ácidos graxos. Enquanto que, 
mTORC2 regula positivamente tanto a 
síntese de glicogênio, como a 
gliconeogênese – importantes para o 
funcionamento do fígado. 
III. No tecido adiposo o mTORC1regula 
a importação de ácidos graxos e 
adipogênese – proliferação de células 
adiposas. Já o mTORC2 regula a 
lipogênese – acúmulo de lipídeo para 
essas células e regula positivamente a 
captação de glicose – substrato para 
que haja a lipogênese.
IV. Em condições de jejum ou supressão 
pela Rapamicina, haveria um bloqueio da
atividade do mTOR. No caso do mTORC1,
haveria um bloqueio da quebra de 
proteínas no músculo, porque essa 
sensibilidade de mTOR será importante 
para que o músculo não se degrade 
completamente, então ela controla essa 
quebra de proteínas – regulando 
negativamente a atividade lisossomal e 
autofágica. No fígado, ela vai bloquear 
a cetogênese, também para impedir que 
o fígado gere uma acidose muito grande
e também vai promover uma quebra de 
proteínas, sendo fundamental para que 
ocorra a gliconeogênese.
mTORC1 e mTORC2 vão agir em conjunto
para que ocorra, por exemplo, a 
captação de glicose e isso acabe 
gerando nutrientes para que haja 
sobrevivência e o crescimento celular.
Em um processo de obesidade, onde há 
uma hiperatividade crônica do complexo 
mTORC1 e esse complexo é capaz de 
Metabolismo integrado – semana 8
fosforilar em resíduos de serina e treonina 
o IRS, que uma vez fosforilado, os resíduos
se tornam inativos, gerando resistência a 
insulina em decorrência da obesidade. - 
mecanismo para que haja o controle de 
armazenamento de lipídeos.
Ainda assim, mTORC1 e mTORC2 vão 
regular principalmente processos 
celulares, como por exemplo a produção 
de espécies reativas de oxigênio (ROS), 
acumulação de danos causados em 
organelas celulares que levariam a 
inativação delas, ativação de células 
tronco que levariam a geração de novos
tecidos ou a regeneração celular, haveria
o controle positivo da síntese proteica e 
haveria a regulação completa do 
controle de proliferação de crescimento 
celular. Ela age sempre em conjunto e 
antagonicamente a AMPK que também é 
um sensor nutricional, que age 
controlando processos catabólicos, 
principalmente, enquanto que os 
complexos mTOR regulam os processos 
anabólicos.