Metabolisme i regulació energètica

Cofactors

Els enzims oxidoreductases (majoritàriament deshidrogenases) utilitzen cofactors com el FAD/FMN i NAD+/NADP+ que guanyen 2e- i 2H+.

Metabolisme de la glucosa

El GLUT4 s'activa amb la insulina (glucosa elevada). El GLUT2 té baixa afinitat, necessita glucosa elevada, sintetitza glicogen, l'emmagatzema i inhibeix la gluconeogènesi. En dejú, deixem de produir insulina i produïm glucagó, degradem glicogen per obtenir glucosa i en sintetitzem de nova gràcies a la lipòlisi i proteòlisi.

Metabolisme de les proteïnes

Les proteïnes es degraden per desaminases i transaminases, donant piruvat i oxalacetat, o aminoàcids que, en perdre el grup amino, generen amoni tòxic que s'ha d'eliminar.

Metabolisme dels carbohidrats

Els carbohidrats donen lloc a glucosa mitjançant la glicòlisi o la glicogenòlisi, obtenint poder reductor (NADH) i ATP. La glucosa es converteix en piruvat, entra a la mitocòndria, es descarboxila (piruvat deshidrogenasa), s'oxida i dóna NADH fins a acetil-CoA.

Metabolisme dels greixos

Els greixos entren a la mitocòndria i, mitjançant la degradació oxidativa (β-oxidació), donen acetil-CoA, NADH i FADH2.

Cadena de transport d'electrons i fosforilació oxidativa

La cadena de transport d'electrons transfereix electrons des de molècules electronegatives a electropositives. El receptor final és l'O2, que es redueix a H2O. La fosforilació oxidativa utilitza el poder reductor per generar ATP. El catabolisme utilitza NADH, mentre que l'anabolisme utilitza NADPH. L'acetil-CoA es converteix en àcids grassos i glicerol al fetge utilitzant NADPH.

Quinases

L'adenilat quinasa transfereix un fosfat d'un ADP a un altre. La nucleòtid fosfat quinasa transfereix un fosfat de qualsevol nucleòtid trifosfat a ADP. El catabolisme i l'anabolisme de la mateixa molècula utilitzen cofactors diferents (degradació d'àcids grassos: NAD+ i FAD+; síntesi: NADPH).

Regulació del metabolisme

AMPK

L'AMPK s'activa per AMP, leptina, adiponectina, despesa energètica i metformina (diabetis II). Inhibeix l'anabolisme (síntesi d'àcids grassos, secreció d'insulina) i activa el catabolisme (degradació d'àcids grassos, captació de glucosa i glicòlisi, sensació de gana...).

mTORC1

L'mTORC1 activa rutes anabòliques (respon a nutrients i factors de creixement) i prepara la cèl·lula per créixer. La ruta de les pentoses fosfat genera ATP i poder reductor que s'utilitzen per a la síntesi de nucleòtids i àcids nucleics, biogènesi de ribosomes i síntesi de proteïnes. Activa HIF1 (angiogènesi), PGC-1α (metabolisme mitocondrial, acetil-CoA i energia) i PPAR (adipogènesi).

Reaccions irreversibles

Les reaccions irreversibles tenen una Km alta, ΔG' negativa i estan lluny de l'equilibri. Les etapes limitants es regulen a llarg termini (resposta a hormones, control de la síntesi i degradació d'enzims i concentració) i a curt termini (postraduccional, amb senyal hormonal, unitats reguladores, modulació covalent (fosforilació/desfosforilació), canvis de compartiment de l'enzim i canvis en la concentració de metabòlits (modulació al·lostèrica com l'AMPK per AMP)).

Transducció de senyals

La transducció de senyals consta de senyal, recepció, transducció (a vegades cascades enzimàtiques) i resposta (efector que modifica l'activitat cel·lular i la resposta). Els receptors de membrana plasmàtica són majoritaris, ràpids, transitoris i menys energètics, i regulen la velocitat dels enzims (canal iònic, proteïna G, activitat enzimàtica, acoblat a enzim).

Receptors nuclears

Els receptors nuclears tenen una resposta lenta i estable (hormones esteroides, tiroïdals, retinoides, totes lipòfiles unides a proteïnes sèriques). El receptor és un factor de transcripció.

Proteïnes G

Les proteïnes G són enzims que produeixen un segon missatger (glucagó i adrenalina). Són heterotrimers amb subunitats α (com les monomèriques Ras, amb activitat hidrolítica intrínseca), β i γ. L'α + GTP es dissocia de β i γ. La proteïna G inactiva està en forma de trímer, i en activar-se per GEF (GDP per GTP), l'α s'activa i es dissocia. L'α és inhibida per les altres dues subunitats. Quan arriba GAP i dóna activitat GTPasa (adenil ciclasa), inactiva l'α.

Insulina

La insulina és un heterotetràmer (2α, 2β) transmembrana. La unió de la insulina provoca un canvi de forma extracel·lular del receptor, activant i fosforilant dos dominis quinasa en autofosforilació trans en tres residus de tirosina específics.

Factors de creixement mitògens

Els factors de creixement mitògens activen la ruta Ras-MAP-cinases i la ruta PI3K/PKB. La PKB és un inhibidor de l'apoptosi, i si es prolifera molt, pot donar lloc a tumors.

Cicle de Krebs

El cicle de Krebs aprofita els 8 electrons i l'energia de l'enllaç tioèster de l'acetil-CoA. S'obtenen 3 NADH+H+, 1 FADH2 i 1 GTP.

Reaccions anapleròtiques

Les reaccions anapleròtiques reposen els intermediaris del cicle de Krebs. Són catalitzades per enzims com la glutamat deshidrogenasa, les aminotransferases i la piruvat carboxilasa.