Glukostaza termostaza Homeostaza (homoíos - podobny, równy i stásis - trwanie) Zespół mechanizmów zapewniających stałość pewnego dynamicznego układu.

Glukoza – podstawowe źródło energii dla komórek organizmu Erytrocyty i neurony – niemal jedyne źródło energii a-glukoza b-glukoza

Glukoza ~ 6.4 mM Glikogen i tłuszcze (zapasy energii) Glikoliza cykl kwasów trójkarboksylowych (energia) Cykl pentozofosforanowy (energia, nukleotydy)

Hipoglikemia – poniżej 2. 5 mM (45 mg/dL) Hipoglikemia – poniżej 2.5 mM (45 mg/dL) problemy ze skupieniem uwagi, zawroty, drgawki, śpiączka hiperglikemia – powyżej stanu normalnego (~ 6.4 mM – 115 mg/dL) utrata wody, wzrost glikacji i glikozylacji białek Źródła glukozy: pokarm glikogen glukoneogeneza (gł. wątroba, nerki): synteza z mleczanu, aminokwasów glukoneogennych, glicerolu

Regulacja stężenia glukozy we krwi 3.7-5.0 mM (65-90 mg/dL)- na czczo 9-10 mM (160-180 mg/dL)- po posiłku Podwzgórze – ośrodek głodu i sytości Trzustka – insulina (wzrost wchłaniania glukozy, glikogeneza) glukagon (glikogenoliza, glukoneogeneza) Nadnercza – adrenalina i kortyzol (glikogenoliza)

Regulacja hormonalna stężenia glukozy

Trzustka Wyspy trzustkowe komórki: a –glukagon b – insuline d – somatostatynę

Preinsulina  insulina 51 aa Glukoza ATP K+ Ca2+ egzocytoza fosforylacja kanałów Depolaryzacja Preinsulina  insulina

Wydzielanie insuliny pobudzane jest przez czynniki powodujące wzrost Ca2+ w komórkach b ACh (nerw błędny) – receptory M4 (wzrost IP3 Ca2+) NA, Adrenalina: receptory a2 – hamuje wydzielanie receptory b – pobudza wydzielanie inhibitory fosfodiesterazy cAMP (kofeina, teofilina) Glukagon

Glukagon – 29 aa Wydzielany pod wpływem: - kortyzolu - Ach - NA, A (receptory b) - aminokwasów glukoneogennych (Ala, Ser, Gly, Cys, Thr) Hamowane wydzielanie: - glukoza (GABA wydzielane z komórek b)

Jądra ciał migdałowatych Podwzgórze ośrodek sytości (jądro brzuszno-przyśrodkowe) pobudzany przez glukozę i leptynę (produkowaną w żółtej tkance tłuszczowej) hiperhagia (skrajna postać –bulimia) - ośrodek głodu (jądro brzuszno-boczne) stale aktywny, hamowany przez ośrodek sytości afagia, anoreksja Jądra ciał migdałowatych Uszkodzenie żarłoczność

Brzuszno - brzuszno - boczne - przyśrodkowe - sytość głód

Kortyzol wzrost glukoneogenezy wzrost lipolizy i degradacji białek zablokowanie pobierania glukozy przez komórki Adrenalina, NA wzrost glikogenolizy i zahamowanie syntezy glikogenu z G6-P (receptory a1-adrenergiczne i b-adrenergiczne

Transportery glukozy: GLUT 1-5 GLUT1 i 3 –konstytutywny transporter glukozy (niskie Km ~ 1 mM), większość tkanek GLUT2 – „sensor glukozy” (wysokie Km ~ 20 mM), wątroba, trzustka (kom. b) GLUT4 – regulowany przez insulinę, limituje szybkość poboru glukozy (Km ~ 5 mM) mięśnie, tkanka tłuszczowa GLUT5 – transporter fruktozy, jelito cienkie

Insulino-zależny transport glukozy – GLUT4

Plejotropowe działanie insuliny

Zaburzenia regulacji stężenia glukozy we krwi CUKRZYCA - podwyższony poziom glukozy spowodowany zaburzeniami w wydzielaniu insuliny, działaniu insuliny lub obiema przyczynami naraz.   Typ I – insulinozależna – ok. 10% chorych Typ II – cukrzyca insulinoniezależna – ok. 90% chorych Choruje 3-4% (w Polsce 1 milion), wzrasta liczba chorych na typ II Przewlekła hiperglikemia – uszkodzenia: oczu, nerek, nerwów, serca, naczyń krwionośnych.

typ II –objawy kliniczne: Osłabienie infekcje dróg moczowych zmiany skórne- grzybice, czyraki, świąd skóry zaburzenia widzenia zaburzenia potencji ŚPIĄCZKA KETONOWA przesunięcie metabolizmu FFA w kierunku powstawania ketonów (-hydroksymaślanu, acetooctanu)  Przekroczenie możliwości wykorzystania i wydalania kwasica metaboliczna  Odwodnienie poprzez diurezę osmotyczną prowadzi do niewydolności nerek i załamania mechanizmów kompensujących tą kwasicę

Kluczowe enzymy metabolizmu węglowodanów (regulacja przez glukozę, insulinę, glukagon, adrenalinę) Heksokinaza Syntaza i fosforylaza glikogenu Fosfofruktokinaza Kinaza pirogronianowa Fruktozo 1,6-bisfosfataza (FBPaza)

glukoza + ATP  glukozo 6-fosforan + ADP Heksokinaza glukoza + ATP  glukozo 6-fosforan + ADP 4 izoenzymy: I – IV hexokinaza IV (glukokinaza): niskie Km dla glukozy wątroba, niehamowana przez G6-P Wzrost stężenia glukozy powoduje przemieszczenie GK z jądra do cytosolu. Hexokinaza II –asocjacja z porynami otoczki mitochondrialnej (stymulowana insuliną oraz skurczem mięśni - AMPK?) Insulina i skurcz zwiększają też ekspresję genu HK2

Syntaza i fosforylaza glikogenu Glukagon, Adrenalina (b-receptor)  cAMP PKA Nieaktywna kinaza fosforylazy b  aktywna kinaza fosforylazy b fosforylaza a  fosforylaza b glikogen  glukozo 1-fosforan niektywna syntaza glikogenu  aktywna syntaza glikogenu

Syntaza i fosforylaza glikogenu Glukagon, Adrenalina  PKA aktywna syntaza glikogenu niektywna syntaza glikogenu glikogen  fosfataza białkowa 1 (PP1) Insulina (receptorowa kinaza tyrozynowa)

Fosfofruktokinaza (PFK)

PFK wiąże się z cytoszkieletem i jest niewrażliwa na efektory Insulina – poprzez cAMP-zależną i Ca2+/kalmodulino-zależną kinazę białkową skurcz mięśnia – poprzez wzrost stężenia Ca2+ Fruktozo 2,6-bisfosforan – najważniejszy aktywator PFK

Stymuluje PFK hamuje FBPazę Fruktozo 2,6-bisfosforan (F2,6-P2) Fosfofruktokinaza2 / fruktozo2,6-bisfosfataza (PFK2/FBPaza2) F6-P F2,6-P2 PFK2--FBPaza2 PKA Fosfataza białkowa Pi Brak hamowania FBPazy glukoneogeneza glukagon F6-P F2,6-P2 PFK2--FBPaza2 Stymuluje PFK hamuje FBPazę

Fruktozo 1,6-bisfosfataza (FBPaza) Ca2+, DHAP, F1,6-P2, fosforylacja AMPK (?) Pi Fruktozo 1,6-bisfosfataza (FBPaza) F1,6-P2 F6-P + Pi FBPase AMP F2,6–P2  F1,6-P2 DHAP PGA Aldolaza FBPaza AMP Pi

Jądra kardiomiocytów, mięśni gładkich itd. CK2 K 203 K 204 K 205 K 207 S 210 NLS = KKKGK (AA 203 – 207)

? insulina czynniki wzrostu a) b) Zahamowanie proliferacji ? CK2 NPC a) b) Zahamowanie proliferacji ? Indukcja proliferacji a b ? ExF

Nuclear Export Signal X-Y1-4-Z-Y2-3-X-Y-X X: L, I or V Z: L, I, V, M or F Y: any amino acid

cyclin recognition sites SUMO-1 motif Nuclear receptor box cyclin recognition sites

Regulacja temperatury Organizmy poikilotermiczne i homeotermiczne Człowiek ~36.7oC Wahania dobowe ± 0.5~0.7oC Regulacja: - fizjologiczna: 0~~50oC - behawioralna Komfort termiczny – 28oC

Utrata i wytwarzania ciepła parowanie (pocenie, ziajanie) ~27% (t otoczenia = 20oC) konwekcja (powierzchowne naczynia skórne) ~70% (t otoczenia = 20oC) termogeneza

ośrodek grzania (podwzgórze) – pobudzany obwodowymi receptorami ciepła obwodowe mechanizmy grzania – termogeneza - termogeneza drżeniowa - skurcze mięśniowe - termogeneza bezdrżeniowa - produkcja ciepła w innych narządach (wzrost przemiany materii) ośrodek ziębienia (przednim podwzgórzu) - temperatura krwi pobudza specjalny rodzaj receptorów - termodetektory. mechanizmy ziębienia: parowanie (pocenie) i konwekcja (powierzchowne naczynia skórne) Zahamowanie przyjmowania pokarmów, bezruch, apatia

(jako i jego szczęśliwe przeżycie) Zamarzanie (jako i jego szczęśliwe przeżycie)

Polskie Towarzystwo Biologii Komórki 7 maja 2004, 1000 1000 - 1015 część organizacyjna: wybór sekretarza i skarbnika Oddziału Wrocławskiego PTBK ~1015 „Subkomórkowa lokalizacja i rola fizjologiczna ssaczej mięśniowej fruktozo 1,6-bisfosfatazy” prof.dr hab. Andrzej Dżugaj, zakład Fizjologii Zwierząt ~1100 „Fragment mitochondrialnegio DNA fasoli nabyty drogą horyzontalnego transferu genów.” dr Magdalena Wołoszyńska, Zakład Biologii Molekularnej Komórki ~1120 „Mitochondrialne AAA proteazy u roślin” Mgr Marta Kołodziejczak, Zakład Biologii Molekularnej Komórki ~1140 „Tratwy lipidowe i ich rola” Mgr Michal Grzybek, Zakład Cytobiochemii ~1200 „Oddziaływanie mięśniowej aldolazy z mięśniową FBPazą i co z tego wynika.” dr Darek Rakus, Zakład Fizjologii Zwierząt