Regulamentul metabolic - o prezentare generală Subiecte ScienceDirect

Reglarea metabolică este un termen folosit pentru a descrie procesul prin care căile metabolice (atât căile anabolice/biosintetice, cât și căile catabolice/degradative) sunt reglementate la mamifere.

Termeni asociați:

Glucoză
Diabetul zaharat
Metabolism
Enzimă
Proteină
Insulină
Obezitatea
Diabet zaharat dependent de insulină

Descărcați în format PDF

Despre această pagină

Fundamente inginerești ale biotehnologiei

Abstract

Înțelegerea controlului metabolic este o fațetă importantă a manipulării căilor metabolice. S-a documentat bine că simpla eliminare a căilor concurente și a efectelor de reglementare are ca rezultat un succes limitat. Cel mai adesea, astfel de modificări nu au ca rezultat nicio modificare sau un efect mai puțin benefic decât s-a prevăzut. Analiza de control oferă o analiză cantitativă a sistemului, permițându-ne să înțelegem mai bine modul în care sistemele răspund la diferite perturbații. În consecință, cunoașterea sistemelor de răspuns la perturbare ne permite să vizăm elemente specifice pentru modificare, astfel încât să se obțină răspunsul dorit. Acest articol se va concentra pe diferitele abordări dezvoltate pentru controlul metabolic, precum și pe abordările experimentale dezvoltate pentru a obține date pentru analiza computațională. Cu o înțelegere deplină a dinamicii controlului metabolic, se poate realiza o manipulare reușită a fluxului metabolic și a concentrațiilor de metaboliți.

Biologie celulară moleculară

Introducere

Scopul acestui articol este de a oferi un rezumat al principiilor bine stabilite de reglare metabolică în celule și țesuturi ale animalelor. Mai degrabă decât o descriere exhaustivă a ceea ce se știe despre reglarea unei anumite enzime sau a unei căi metabolice, discutăm reglarea metabolică în contextul condițiilor fiziologice care vor fi de interes pentru majoritatea cititorilor. În experiența noastră ca investigatori în acest domeniu, precum și ca profesori de biochimie medicală, am constatat că modurile remarcabile prin care ficatul este capabil să se schimbe de la un organ care sintetizează combustibili pentru depozitare în stare alimentată la un organ care furnizează combustibili pentru restul corpului este o modalitate bună de a obține o apreciere a diferitelor mecanisme prin care sunt reglementate căile metabolice (Figura 1).

Figura 1. Căile implicate în metabolismul glucozei în ficat în timpul stărilor de hrănire și de post. Principalele căi descrise aici sunt: glicoliza, sinteza și degradarea glicogenului, ciclul acidului tricarboxilic, lipogeneza și gluconeogeneza. Aceste căi sunt prescurtate pentru a evidenția enzimele de reglare cheie. Enzimele cheie și transportorul în căile biosintetice din ficat în timpul alimentării sunt prezentate în verde, iar enzimele cheie din căile degradante care funcționează în stare de post sunt în culoare roșie. Abrevierea enzimatică utilizată este: HK, hexokinază; GK, glucokinază; GLUT2, transportor de glucoză 2; Gly syn, glicogen sintază; Glifos, glicogen fosforilaza; PFC-1, fosfofructokinază-1; PFC-2, fosfofructokinază-2; F-1,6-bisPază, fructoză-1,6-bisfosfatază; PC, piruvat kinază; PDC, complex piruvat dehidrogenază; PC, piruvat carboxilază; ACL, ATP-citrat liază; ACC, acetil-CoA carboxilaza; FAS, acizi grași sintaza. Abrevierile utilizate pentru intermediari sunt utilizate în mod obișnuit în căile metabolice.

Reglarea metabolică de către autoritățile de reglementare globale ca răspuns la mediul cultural

Abstract:

Mecanismele de reglare metabolică de bază sunt explicate în termeni de reglare a catabolitului, reglarea azotului și reglarea fosfatului, precum și efectele pH-ului acid, șocului termic și foametei nutrienților asupra reglementărilor metabolice. Atenția se concentrează asupra efectelor regulatorilor globali (factori de transcripție cu factori sigma), cum ar fi cAMP-Crp, Cra, Mlc, RpoN, ArcA/B, Fnr, SoxR/S, PhoR/B, RpoH și RpoS asupra metabolismului. Se explică, de asemenea, efectele eliminării genelor precum cra, crp, mlc, arcA/B, phoR/B, soxR/S și rpoS, asupra reglării metabolice.

Biologia moleculară a arestinelor

1 O scurtă introducere în reglarea metabolică

Reglarea metabolică este mecanismul fiziologic prin care organismul preia substanțe nutritive și furnizează energie, după cum este necesar. Reglarea metabolică funcționează în cele din urmă la nivel molecular, în principal prin modularea activităților enzimatice care funcționează împreună ca un întreg sistem pentru a simți echilibrul energiei care intră și a energiei necesare. Diferitele organe din corp au propriile lor modele caracteristice de metabolism în funcție de funcțiile lor în organism. Astfel, este esențial ca căile metabolice să interacționeze într-un sens dinamic, în întregul organism. Mai mult, sistemele endocrine și nervoase trebuie să se coordoneze cu precizie pentru a controla fluxul de energie din corp.

O mare parte din reglarea metabolică este guvernată de hormoni care sunt eliberați prin fluxul sanguin și acționează prin receptori celulari specifici. Atât receptorii de la suprafața celulelor (care leagă de obicei hormonii peptidici), cât și receptorii nucleari (care leagă hormonii tiroidieni, hormonii steroizi și alți liganzi permeanți la membrană) joacă roluri critice în reglarea metabolică. Hormonii care acționează prin receptorii de la suprafața celulei sunt implicați în ajustări metabolice rapide. Acești receptori semnalizează prin intermediul adenozinei 3,5-monofosfat ciclic a moleculei mici (AMP ciclic sau AMPc) și a fosfatidilinozitolului (3,4,5) trisfosfat al membranei. După aceasta, activitățile enzimelor metabolice din aval sunt reglementate prin modificare covalentă, în special fosforilarea și defosforilarea și/sau translocarea enzimelor în celulă. Activarea receptorilor nucleari de către liganzii lor, pe de altă parte, controlează direct transcrierea genelor metabolice și duce la reglarea metabolică pe termen lung.

Studiile efectuate cu mai multe familii diferite de receptori au arătat că β-arrestinele determină specificitatea, spațialitatea și temporalitatea semnalelor celulare, precum și mișcarea intracelulară a receptorilor și a altor complexe de semnal. 1-4 Legarea β-arrestinelor de receptorii cuplați la proteina G legați de ligand (GPCR) decuplează fizic proteina G de receptor și pune capăt eficient semnalizării mediate de proteina G. Prin cuplarea la un receptor activat de ligand, β-arrestinele inițiază, de asemenea, semnalizarea GPCR într-un mod independent de proteina G. Mai mult, β-arrestinele schelează diverse complexe de semnal, conectând astfel receptorii activi cu seturi distincte de proteine accesorii și efectoare. Având în vedere rețeaua complexă de reglare metabolică compusă dintr-o varietate de hormoni și receptorii lor specifici, nu ar trebui să fie o surpriză faptul că funcționarea corectă a β-arrestinelor este indispensabilă funcției metabolice a organismului. Acest capitol rezumă funcția β-arrestinelor în reglarea metabolică și, de asemenea, discută asocierea acestora cu sindroame metabolice, inclusiv rezistența la insulină, diabetul de tip 2 și obezitatea.

Metabolism principal

1.14 Reglarea metabolică și ciclul inutil

Reglarea metabolică a unei celule realizează creșterea celulelor prin optimizarea generării de ATP (catabolism) și a sintezei celulare (anabolism) în timpul fazei de creștere a celulei. Mai mult, celula reglează metabolismul pentru a face față diferitelor tipuri de stresuri cauzate de schimbările din mediul de cultură și, prin urmare, nu este ușor de înțeles întregul mecanism de reglare metabolică. Reglarea metabolică are loc atât la nivelul genelor, cât și la nivelul enzimei, unde reglarea nivelului enzimei se face de obicei prin reglarea alosterică, care se obține prin schimbarea structurii 3D prin legarea metaboliților specifici etc. De exemplu, G6PDH și 6PGDH sunt inhibate de NADPH, în timp ce Pfk este inhibat de PEP. PDH este, de asemenea, inhibat de NADH, ATP, AcCoA și așa mai departe. Luați în considerare reglarea Pfk și Fbp în calea EMP, unde Pfk catalizează următoarea reacție: