Informacije

8: Oksidacija i fosforilacija - Biologija

8: Oksidacija i fosforilacija - Biologija


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

8: Oksidacija i fosforilacija
Izlaganje vodikovom peroksidu izaziva oksidaciju i aktivaciju protein kinaze aktivirane AMP*,

Iako su metabolička stanja povezana s povećanim omjerom AMP/ATP primarni faktori u aktivaciji protein kinaze aktivirane 5′-adenozin monofosfatom (AMPK), brojne nedavne studije su pokazale da povećani intracelularni nivoi reaktivnih vrsta kisika mogu stimulirati aktivnost AMPK. , čak i bez smanjenja ćelijskih nivoa ATP-a. Otkrili smo da izlaganje rekombinantnog AMPKαβγ kompleksa ili ćelija HEK 293 H2O2 je bio povezan s povećanom aktivnošću kinaze i također je rezultirao oksidativnom modifikacijom AMPK, uključujući S-glutationilacija podjedinica AMPKα i AMPKβ. U eksperimentima koji koriste C-terminalne skraćene mutante AMPKα (aminokiseline 1-312), otkrili smo da mutacija cisteina 299 u alanin smanjuje sposobnost H2O2 da izazove aktivaciju kinaze, a mutacija cisteina 304 u alanin potpuno je poništila pojačavajući učinak H2O2 na aktivnost kinaze. Slično rezultatima dobijenim sa H2O2-tretirane ćelije HEK 293, aktivacija i S-glutationilacija podjedinice AMPKα bila je prisutna u plućima akatalasemičnih miševa ili miševa liječenih inhibitorom katalaze aminotriazolom, stanja u kojima je unutarćelijski stabilan nivo H2O2 su povećane. Ovi rezultati pokazuju da su fiziološki relevantne koncentracije H2O2 može aktivirati AMPK kroz oksidativnu modifikaciju AMPKα podjedinice. Sadašnji nalazi također impliciraju da je aktivacija AMPK, osim što je odgovor na promjene u intracelularnim metaboličkim putevima, direktno pod utjecajem ćelijskog redoks statusa.

Ovaj rad su, u cjelini ili djelimično, podržali Nacionalni instituti za zdravstvene grantove HL62221, HL76206 i GM87748 (E. A.) i P01-HL034322 (E. R. L.).

On-line verzija ovog članka (dostupna na http://www.jbc.org) sadrži dodatne Sl. S1–S4.


Sadržaj

AMPK je heterotrimerni proteinski kompleks koji se formira od α, β i γ podjedinica. Svaka od ove tri podjedinice preuzima specifičnu ulogu u stabilnosti i aktivnosti AMPK. [4] [5] Konkretno, γ podjedinica uključuje četiri određena domena cistationin beta sintaze (CBS), dajući AMPK njegovu sposobnost da osjetljivo detektuje promjene u omjeru AMP:ATP. Četiri CBS domene stvaraju dva vezujuća mjesta za AMP koji se obično naziva Bateman domenama. Vezivanje jednog AMP za Bateman domen kooperativno povećava afinitet vezivanja drugog AMP za drugi Bateman domen. [6] [ neuspješna verifikacija ] Kako AMP veže oba Bateman domena, γ podjedinica prolazi kroz konformacijsku promjenu koja otkriva katalitički domen koji se nalazi na α podjedinici. Upravo u ovoj katalitičkoj domeni AMPK se aktivira kada se fosforilacija na treoninu-172 odvija uzvodnom AMPK kinazom (AMPKK). [7] α, β i γ podjedinice se takođe mogu naći u različitim izoformama: γ podjedinica može postojati kao izoforma γ1, γ2 ili γ3, β podjedinica može postojati ili kao β1 ili β2 izoforma, a α podjedinica može postoje ili kao α1 ili α2 izoforma. Iako su najčešće izoforme izražene u većini ćelija izoforme α1, β1 i γ1, pokazano je da se izoforme α2, β2, γ2 i γ3 takođe eksprimiraju u srčanim i skeletnim mišićima. [4] [8] [9]

Sljedeći ljudski geni kodiraju AMPK podjedinice:

Kristalna struktura domena regulatornog jezgra AMPK sisara (α C terminal, β C terminal, γ) riješena je u kompleksu sa AMP, [10] ADP [11] ili ATP. [12]

Zbog prisustva izoformi njegovih komponenti, postoji 12 verzija AMPK kod sisara, od kojih svaka može imati različite lokalizacije tkiva i različite funkcije u različitim uslovima. [13] AMPK je reguliran alosterijski i post-translacijskim modifikacijama, koje rade zajedno. [13]

Ako je ostatak T172 AMPK-ove α-podjedinice fosforiliran, AMPK je aktiviran pristup tom ostatku fosfatazama je blokiran ako AMP ili ADP mogu blokirati pristup i ATP može zamijeniti AMP i ADP. [13] Taj ostatak je fosforiliran sa najmanje tri kinaze (kinaza jetre B1 (LKB1), [14] koja radi u kompleksu sa STRAD i MO25, kalcijum/kalmodulin-zavisna protein kinaza kinaza II-(CAMKK2) i TGFβ- aktivirana kinaza 1 (TAK1)) i defosforilišu ga tri fosfataze (protein fosfataza 2A (PP2A), protein fosfataza 2C (PP2C) i Mg2+-/Mn2+-zavisna protein fosfataza 1E (PPM1E)). [13]

AMPK se reguliše alosterički uglavnom kompetitivnim vezivanjem na svojoj gama podjedinici između ATP-a (koji omogućava pristup fosfatazi T172) i AMP ili ADP (od kojih svaki blokira pristup fosfatazama). [1] Stoga se čini da je AMPK senzor odnosa AMP/ATP ili ADP/ATP, a time i nivoa energije ćelije. [13] Regulacija AMPK od strane CaMKK2 zahtijeva direktnu interakciju ova dva proteina preko njihovih kinaznih domena. Interakcija CaMKK2 sa AMPK uključuje samo alfa i beta podjedinice AMPK (AMPK gama je odsutna u CaMKK2 kompleksu), čime se regulacija AMPK u ovom kontekstu dovodi do promjena u nivoima kalcijuma, ali ne i AMP ili ADP.

Postoje i drugi mehanizmi pomoću kojih se AMPK inhibira insulinom, leptinom i diacilglicerolom izazivanjem raznih drugih fosforilacija. [13]

AMPK se može inhibirati ili aktivirati različitim tkivno specifičnim ubikvitinacijama. [13]

Također je reguliran s nekoliko interakcija protein-protein, a može se aktivirati ili inhibirati oksidativnim faktorima. Uloga oksidacije u regulaciji AMPK bila je kontroverzna od 2016. [13]

Kada AMPK fosforilira acetil-CoA karboksilazu 1 (ACC1) ili sterol regulatorni element koji vezuje protein 1c (SREBP1c), on inhibira sintezu masnih kiselina, holesterola i triglicerida i aktivira unos masnih kiselina i β-oksidaciju. [13]

AMPK stimulira unos glukoze u skeletne mišiće fosforilacijom proteina TBC1D1 koji aktivira Rab-GTPazu, što u konačnici inducira fuziju GLUT1 vezikula s plazma membranom. [13] AMPK stimuliše glikolizu aktiviranjem fosforilacije 6-fosfofrukto-2-kinaze/fruktoza-2,6-bisfosfataze 2/3 i aktiviranjem fosforilacije glikogen fosforilaze, a inhibira sintezu glikogena inhibitora sinteze glikogena. [13] U jetri, AMPK inhibira glukoneogenezu inhibirajući faktore transkripcije uključujući hepatocitni nuklearni faktor 4 (HNF4) i CREB regulirani koaktivator transkripcije 2 (CRTC2). [13]

AMPK inhibira energetski intenzivan proces biosinteze proteina i takođe može prisiliti prelazak sa translacije zavisnog od kapice na translaciju nezavisno od kapice, koja zahteva manje energije, fosforilacijom TSC2, RPTOR, faktora inicijacije transkripcije 1A.66 i eEF2K. [13] Kada je TSC2 aktiviran, on inhibira mTORC1. Kao rezultat inhibicije mTORC1 od strane AMPK, sinteza proteina se zaustavlja. Aktivacija AMPK označava nisku energiju unutar ćelije, tako da su svi putevi koji troše energiju, poput sinteze proteina, inhibirani, a putevi koji generiraju energiju se aktiviraju kako bi se obnovili odgovarajući energetski nivoi u ćeliji. [15]

AMPK aktivira autofagiju direktnim i indirektnim aktiviranjem ULK1. [13] Čini se da AMPK takođe stimuliše mitohondrijalnu biogenezu regulacijom PGC-1α koji zauzvrat potiče transkripciju gena u mitohondrijima. [13] AMPK takođe aktivira antioksidativnu odbranu. [13]

Vježba/trening Uredi

Mnoge biohemijske adaptacije skeletnih mišića koje se dešavaju tokom jedne vežbe ili dužeg trajanja treninga, kao što su povećana biogeneza i kapacitet mitohondrija, [16] [17] povećan glikogen u mišićima, [18] i povećanje enzima koji se specijalizuju Smatra se da je u preuzimanju glukoze u ćelijama kao što su GLUT4 i heksokinaza II [19] [20] djelomično posredovan AMPK kada se aktivira. [21] [22] Dodatno, nedavna otkrića mogu sugerirati direktnu ulogu AMPK u povećanju opskrbe krvlju vježbanim/treniranim mišićnim stanicama stimulacijom i stabilizacijom i vaskulogeneze i angiogeneze. [23] Uzeto zajedno, ove adaptacije najvjerovatnije nastaju kao rezultat kako privremenih tako i stalnih povećanja AMPK aktivnosti uzrokovanih povećanjem omjera AMP:ATP tokom pojedinačnih vježbi i dugotrajnog treninga.

Tokom jedne akutne vježbe, AMPK omogućava mišićnim ćelijama koje se kontrahiraju da se prilagode energetskim izazovima povećanjem ekspresije heksokinaze II, [18] translokacijom GLUT4 na plazma membranu, [24] [25] [26] [27] za uzimanje glukoze i stimuliranjem glikolize. [28] Ako se napadi vježbanja nastave kroz dugotrajni režim treninga, AMPK i drugi signali će olakšati adaptaciju mišića kontrakcije prateći aktivnost mišićnih stanica do metaboličke tranzicije što rezultira pristupom oksidacije masnih kiselina stvaranju ATP-a za razliku od glikolitičkog. pristup. AMPK ostvaruje ovu tranziciju na oksidativni način metabolizma tako što reguliše i aktivira oksidativne enzime kao što su heksokinaza II, PPARalpha, PPARdelta, PGC-1, UCP-3, citokrom C i TFAM. [21] [18] [20] [29] [30] [31] [32]

Aktivnost AMPK se povećava s vježbanjem i LKB1/MO25/STRAD kompleks se smatra glavnim uzvodnim AMPKK 5’-AMP aktivirane protein kinaze koja fosforilira α podjedinicu AMPK na Thr-172. [7] [33] [34] [14] Ova činjenica je zbunjujuća s obzirom na to da iako se pokazalo da se obilje AMPK proteina povećava u skeletnom tkivu s treningom izdržljivosti, pokazalo se da se njegov nivo aktivnosti smanjuje s treningom izdržljivosti i kod treniranih i neobučenog tkiva. [35] [36] [37] [38] Trenutno je nejasna aktivnost AMPK neposredno nakon dvosatnog treninga pacova koji je trenirao izdržljivost. Moguće je da postoji direktna veza između uočenog smanjenja aktivnosti AMPK u skeletnim mišićima treniranim izdržljivošću i očiglednog smanjenja AMPK odgovora na vježbanje s treningom izdržljivosti.

Kontroverze u vezi sa ulogom AMPK-a u prilagođavanju vježbanja

Iako se smatralo da je aktivacija AMPKalpha2 važna za prilagođavanje mitohondrija na trening vježbanja, nedavna studija koja istražuje odgovor na vježbanje kod AMPKa2 nokaut miševa suprotstavlja se ovoj ideji. [39] Njihova studija upoređivala je odgovor na trening nekoliko proteina i enzima kod divljeg tipa i AMPKalpha2 nokaut miševa. I iako su nokautirani miševi imali niže bazalne markere mitohondrijalne gustine (COX-1, CS i HAD), ovi markeri su se povećali slično kao kod miševa divljeg tipa nakon vježbanja. Ove nalaze podržava druga studija koja također ne pokazuje razliku u adaptacijama mitohondrija na vježbanje između divljih i nokaut miševa. [40]

Maksimalni životni vijek Uredi

The C. elegans Michael Ristow i kolege su pokazali da je homolog AMPK, aak-2, neophodan za produženje životnog vijeka u stanjima restrikcije glukoze posredovanjem procesa nazvanog mitohormeza. [41]

Metabolizam lipida Edit

Jedan od efekata vežbanja je povećanje metabolizma masnih kiselina, što obezbeđuje više energije za ćeliju. Jedan od ključnih puteva u AMPK-ovoj regulaciji oksidacije masnih kiselina je fosforilacija i inaktivacija acetil-CoA karboksilaze. [23] Acetil-CoA karboksilaza (ACC) pretvara acetil-CoA u malonil-CoA, inhibitor karnitin palmitoiltransferaze 1 (CPT-1). CPT-1 prenosi masne kiseline u mitohondrije radi oksidacije. Inaktivacija ACC-a, dakle, dovodi do povećanog transporta masnih kiselina i naknadne oksidacije. Također se smatra da se smanjenje malonil-CoA javlja kao rezultat malonil-CoA dekarboksilaze (MCD), koju može regulirati AMPK. [16] MCD je antagonist ACC, dekarboksilirajući malonil-CoA u acetil-CoA, što rezultira smanjenim malonil-CoA i povećanom oksidacijom CPT-1 i masnih kiselina. AMPK također igra važnu ulogu u metabolizmu lipida u jetri. Odavno je poznato da je jetreni ACC reguliran u jetri fosforilacijom. [17] AMPK takođe fosforiliše i inaktivira 3-hidroksi-3-metilglutaril-CoA reduktazu (HMGCR), ključni enzim u sintezi holesterola. [24] HMGR pretvara 3-hidroksi-3-metilglutaril-CoA, koji je napravljen od acetil-CoA, u mevalonsku kiselinu, koja zatim putuje niz još nekoliko metaboličkih koraka da bi postala kolesterol. AMPK, stoga, pomaže u regulaciji oksidacije masnih kiselina i sinteze kolesterola.

Transport glukoze Edit

Inzulin je hormon koji pomaže u regulaciji nivoa glukoze u tijelu. Kada je glukoza u krvi visoka, inzulin se oslobađa iz Langerhansovih otočića. Inzulin će, između ostalog, tada olakšati unos glukoze u stanice putem povećane ekspresije i translokacije transportera glukoze GLUT-4. [22] Međutim, pod uvjetima vježbanja, nivoi šećera u krvi nisu nužno visoki, a inzulin nije nužno aktiviran, ali mišići su i dalje u stanju da unose glukozu. Čini se da je AMPK djelomično odgovoran za ovaj unos glukoze izazvan vježbanjem. Goodyear et al. [19] su primijetili da je s vježbanjem koncentracija GLUT-4 povećana u plazma membrani, ali smanjena u mikrosomalnim membranama, sugerirajući da vježba olakšava translokaciju vezikularnog GLUT-4 u plazma membranu. Dok akutna vježba povećava translokaciju GLUT-4, trening izdržljivosti će povećati ukupnu količinu dostupnog GLUT-4 proteina. [20] Pokazalo se da i električna kontrakcija i tretman AICA ribonukleotidom (AICAR) povećavaju aktivaciju AMPK, unos glukoze i translokaciju GLUT-4 u perfuziranom mišiću stražnjih udova štakora, povezujući unos glukoze izazvan vježbanjem s AMPK. [42] [18] [29] Hronične AICAR injekcije, koje simuliraju neke od efekata treninga izdržljivosti, takođe povećavaju ukupnu količinu GLUT-4 proteina u mišićnoj ćeliji. [30]

Dva proteina su neophodna za regulaciju ekspresije GLUT-4 na nivou transkripcije – faktor pojačivača miocita 2 (MEF2) i faktor pojačivača GLUT4 (GEF). Mutacije u regijama koje se vezuju za DNK za bilo koji od ovih proteina rezultiraju ablacijom ekspresije transgena GLUT-4. [25] [26] Ovi rezultati su potaknuli studiju 2005. koja je pokazala da AMPK direktno fosforiliše GEF, ali izgleda da ne aktivira direktno MEF2. [27] Međutim, pokazalo se da tretman AICAR-om povećava transport oba proteina u jezgro, kao i povećava vezivanje oba za region promotora GLUT-4. [27]

Postoji još jedan protein uključen u metabolizam ugljikohidrata koji je vrijedan spomena uz GLUT-4. Enzim heksokinaza fosforiliše šećer sa šest ugljika, prije svega glukozu, što je prvi korak u glikolizi. Kada se glukoza transportuje u ćeliju, ona se fosforilira heksokinazom. Ova fosforilacija sprečava da glukoza napusti ćeliju, a promjenom strukture glukoze kroz fosforilaciju, smanjuje koncentraciju molekula glukoze, održavajući gradijent da se više glukoze transportira u ćeliju. Transkripcija heksokinaze II se povećava i u crvenim i u bijelim skeletnim mišićima nakon liječenja AICAR-om. [31] Uz kronične injekcije AICAR-a, ukupni sadržaj proteina heksokinaze II se povećava u skeletnim mišićima štakora. [43]

Mitochondria Edit

Mitohondrijski enzimi, kao što su citokrom c, sukcinat dehidrogenaza, malat dehidrogenaza, α-ketoglutarat dehidrogenaza i citrat sintaza, povećavaju ekspresiju i aktivnost kao odgovor na vježbanje. [37] AICAR stimulacija AMPK povećava citokrom c i δ-aminolevulinat sintazu (ALAS), enzim koji ograničava brzinu uključen u proizvodnju hema. Malat dehidrogenaza i sukcinat dehidrogenaza takođe se povećavaju, kao i aktivnost citrat sintaze, kod pacova tretiranih AICAR injekcijama. [38] Suprotno tome, kod LKB1 nokaut miševa, postoji smanjenje aktivnosti citokroma c i citrat sintaze, čak i ako su miševi "obučeni" voljnim vježbanjem. [44]

AMPK je potreban za povećanu ekspresiju receptora gama koaktivatora-1α (PGC-1α) aktiviranog proliferatorom peroksizoma u skeletnim mišićima kao odgovor na smanjenje kreatina. [45] PGC-1α je regulator transkripcije za gene uključene u oksidaciju masnih kiselina, glukoneogenezu, i smatra se glavnim regulatorom mitohondrijalne biogeneze. [46]

Da bi se to postiglo, pojačava aktivnost faktora transkripcije kao što su nuklearni respiratorni faktor 1 (NRF-1), faktor pojačivača miocita 2 (MEF2), faktor ćelije domaćina (HCF) i drugi. [6] [28] Takođe ima pozitivnu povratnu petlju, poboljšavajući sopstveni izraz. [47] I MEF2 i cAMP element odgovora (CRE) su bitni za aktivnost promotora PGC-1α izazvane kontrakcijom. [28] LKB1 nokaut miševi pokazuju smanjenje PGC-1α, kao i mitohondrijalnih proteina. [44]

Hormon štitnjače Edit

AMPK i hormon štitnjače regulišu neke slične procese. Znajući ove sličnosti, Winder i Hardie et al. osmislio eksperiment da vidi da li je na AMPK utjecao hormon štitnjače. [48] ​​Otkrili su da su sve podjedinice AMPK povećane u skeletnim mišićima, posebno u soleusu i crvenim kvadricepsima, uz liječenje hormonima štitnjače. Takođe je došlo do povećanja fosfo-ACC, markera AMPK aktivnosti.

Sistemi za detekciju glukoze Edit

Prijavljeno je da gubitak AMPK mijenja osjetljivost ćelija koje osjećaju glukozu, kroz loše definirane mehanizme. Gubitak AMPKα2 podjedinice u beta stanicama pankreasa i neuronima hipotalamusa smanjuje osjetljivost ovih stanica na promjene u ekstracelularnoj koncentraciji glukoze. [49] [50] [51] [52] Štaviše, izlaganje pacova ponavljajućim napadima hipoglikemije/glukopenije izazvane insulinom, smanjuje aktivaciju AMPK u hipotalamusu, dok takođe potiskuje kontraregulatorni odgovor na hipoglikemiju. [53] [54] Farmakološka aktivacija AMPK isporukom lijeka koji aktivira AMPK AICAR, direktno u hipotalamus može povećati kontraregulatorni odgovor na hipoglikemiju. [55]

Lizozomska oštećenja, upalne bolesti i metformin Edit

AMPK se regrutuje u lizozome i reguliše na lizosomima preko nekoliko sistema od kliničkog značaja. Ovo uključuje AXIN - LKB1 kompleks, koji djeluje kao odgovor na ograničenja glukoze koji funkcioniraju neovisno o AMP sensingu, koji detektuje nisku glukozu kao odsustvo fruktoza-1,6-bisfosfata putem dinamičkog skupa interakcija između lizosomalno lokalizirane V-ATPaze-aldolaze u kontaktu sa endoplazmatskim retikulumom lokaliziranim TRPV.[56] Drugi AMPK-kontrolni sistem [57] lokaliziran na lizozomima ovisi o sistemu Galectin-9-TAK1 i odgovorima na ubikvitinaciju pod kontrolom deubikvitinirajućih enzima kao što je USP9X što dovodi do AMPK aktivacije kao odgovora na lizozomsko oštećenje, [57] stanje koji se mogu pojaviti biohemijski, fizički putem proteinskih agregata kao što je proteopatski tau kod Alchajmerove bolesti, [58] [59] kristalni silicijum koji uzrokuje silikozu, [59] kristali holesterola koji uzrokuju upalu preko NLRP3 inflamasoma i rupture aterosklerotskih lezija povezanih] urate kristala, [60] kod gihta ili tokom mikrobne invazije kao što je Mycobacterium tuberculosis [59] [61] ili koronavirusi koji uzrokuju SARS. [62] Oba gornja lizozomalno lokalizirana sistema koji kontroliraju AMPK aktiviraju ga kao odgovor na metformin, [57] [63] široko prepisivani antidijabetički lijek.

Supresija i promocija tumora Uredi

Neki dokazi ukazuju da AMPK može imati ulogu u supresiji tumora. Studije su otkrile da AMPK može ispoljiti većinu, ili čak sve, svojstva jetrene kinaze B1 (LKB1) koja suzbija tumor. [14] Osim toga, studije u kojima je aktivator AMPK metformin korišćen za liječenje dijabetesa, otkrile su korelaciju sa smanjenim rizikom od raka, u poređenju s drugim lijekovima. Studije o nokautu i nokautu gena na miševima otkrile su da su miševi bez gena za ekspresiju AMPK imali veći rizik od razvoja limfoma, iako je gen nokautiran globalno umjesto samo u B stanicama, bilo je nemoguće zaključiti da je nokaut AMP bio autonoman za ćelije. efekti unutar tumorskih progenitorskih ćelija. [64]

Nasuprot tome, neke studije povezuju AMPK sa ulogom promotora tumora štiteći ćelije raka od stresa. Stoga, nakon što se kancerogene ćelije formiraju u organizmu, AMPK može zamijeniti zaštitu od raka u zaštitu samog raka. Studije su otkrile da su tumorske ćelije sa AMPK nokautom podložnije smrti zbog gladovanja glukoze ili odvajanja ekstracelularnog matriksa, što može ukazivati ​​na to da AMPK ima ulogu u prevenciji ova dva ishoda. Nema direktnih dokaza da bi inhibicija AMPK bila efikasan tretman raka kod ljudi. [64]

Naizgled paradoksalna uloga AMPK javlja se kada pobliže pogledamo enzim koji osjeti energiju u vezi s vježbanjem i dugotrajnim treningom. Slično skali kratkoročnog akutnog treninga, studije dugotrajnog treninga izdržljivosti također otkrivaju povećanje oksidativnih metaboličkih enzima, GLUT-4, veličine i količine mitohondrija, te povećanu ovisnost o oksidaciji masnih kiselina, međutim, Winder et al. izvijestio je 2002. da je uprkos promatranju ovih povećanih oksidativnih biokemijskih adaptacija na dugotrajni trening izdržljivosti (slično onima spomenutim gore), AMPK odgovor (aktivacija AMPK s početkom vježbanja) na akutne napade vježbanja smanjen u crvenim kvadricepsima (RQ) sa obukom (3 – vidi sl.1). Suprotno tome, studija nije uočila iste rezultate u bijelim kvadricepsima (WQ) i soleus (SOL) mišićima kao u RQ. Obučeni pacovi korišteni za tu studiju izdržljivosti trčali su na trakama za trčanje 5 dana sedmično u dvije sesije po 1 sat, ujutro i poslijepodne. Pacovi su takođe trčali do 31 m/min (ocena 15%). Konačno, nakon treninga, pacovi su žrtvovani ili u mirovanju ili nakon 10 minuta. vježbanja.

Budući da AMPK odgovor na vježbu opada s povećanjem trajanja treninga, postavljaju se mnoga pitanja koja bi dovela u pitanje ulogu AMPK u pogledu biokemijskih adaptacija na vježbanje i trening izdržljivosti. To je dijelom zbog značajnog povećanja mitohondrijalne biogeneze, povećane regulacije GLUT-4, UCP-3, heksokinaze II zajedno s drugim metaboličkim i mitohondrijalnim enzimima uprkos smanjenju aktivnosti AMPK s treningom. Pitanja se također javljaju jer stanice skeletnih mišića koje izražavaju ovo smanjenje AMPK aktivnosti kao odgovor na trening izdržljivosti također izgleda održavaju oksidativno ovisan pristup metabolizmu, za koji se također smatra da je u određenoj mjeri reguliran aktivnošću AMPK. [29] [30]

Ako je odgovor AMPK na vježbanje dijelom odgovoran za biohemijske adaptacije na trening, kako se onda te adaptacije na trening mogu održati ako se odgovor AMPK na vježbanje smanjuje treningom? Pretpostavlja se da se ove adaptivne uloge na trening održavaju aktivnošću AMPK i da povećanje aktivnosti AMPK kao odgovor na vježbanje u treniranim skeletnim mišićima još nije uočeno zbog biokemijskih adaptacija koje je sam trening stimulirao u mišićnom tkivu kako bi se smanjio metaboličke potrebe za aktivacijom AMPK. Drugim riječima, zbog prethodnih adaptacija na trening, AMPK se neće aktivirati, a daljnja adaptacija se neće dogoditi, sve dok se unutarćelijski nivoi ATP-a ne iscrpe zbog energetskog izazova još većeg intenziteta nego prije tih prethodnih adaptacija.


Energy Conversion

Izvorni izvor energije za gotovo cijelu biosferu su nuklearne reakcije unutar Sunca. Od biljaka i drugih autotrofa, do jednoćelijskih protozoa i najvećih sisara, energija za održavanje života dolazi od sunca kroz niz energetskih konverzija.

Kod autotrofa, sunčevo zračenje se prvo koristi za generiranje visokoenergetskih elektrona, koji se zatim koriste za pumpanje protona protiv njihovog gradijenta koncentracije, stvarajući protonsko-motornu silu preko membrane. Potencijalna energija u takvom elektrohemijskom gradijentu je kanalisana da generiše ATP, što zauzvrat olakšava formiranje složenih makromolekula. Hranljive materije koje stvaraju autotrofi troše se od strane heterotrofa, probavljaju i zatim metaboliziraju unutar svojih ćelija. Energija hemijske veze u ovim molekulima ponaša se kao sistem skladištenja energije koja se prvobitno koristi od sunca. Kada se hranjive tvari oksidiraju, energija veze se oslobađa – i kao ATP i kao visokoenergetski elektroni. U procesu koji je paralelan s početnim reakcijama unutar hloroplasta, ovi elektroni se koriste za postepeno stvaranje elektrohemijskog gradijenta koji, još jednom, pokreće formiranje ATP-a. ATP se više puta stvara i koristi za održavanje životnih procesa u organizmu.

Energija sunca, dakle, prelazi iz jednog oblika u drugi, kao energija u elektronima, potencijalna energija u protonskim gradijentima i energija veze makromolekula.


BIOLOGIJA 8: Disanje

Spoljašnje disanje se odnosi na ulazak zraka u pluća i razmjenu plinova između alveola i krvi.

OKSIDACIONA komponenta je uklanjanje H iz organskog molekula

REDUKCIJA komponenta je mjesto gdje VODIK prihvata AKCEPTOR VODIKA (KISENIK)

Energija oslobođena ovom redukcijom koristi se za formiranje VISOKOENERGETSKE FOSFATNE VEZE u ATP-u.

Također stvara ATP i redukciju NAD+ u NADH.

Glukoza 6-fosfat --> Fruktoza 6-fosfat

Fruktoza 6-fosfat + ATP --> Fruktoza 1,6 - DIFOSFAT + ADP (potrošen 1 ATP)

Sljedeći korak proizveo je dva 3 molekula ugljika.
* stvara GLYCERALDEHID 3-FOSFAT (PGAL) i DIHIDROKSIACETON FOSFAT koji se IZOMERIZUJE u PGAL

Glukoza + 2 ADP + 2 P + 2 NAD+ --> 2 PIRUVAT + 2 ATP + 2 NADH + 2H+ + 2H20

Ovo je poznato kao FOSFORILACIJA NA NIVOU SUPSTRATA jer je SINTEZA ATP-a direktno povezana sa RAZGRADNJOM glukoze BEZ sudjelovanja intermedijarnog molekula kao što je NAD+

U ANAEROBNIM uslovima (u nedostatku KISEONIKA) piruvat se redukuje tokom procesa FERMENTACIJE.

FERMENTACIJA se odnosi na sve reakcije uključene u redukciju PIRUVATA u MLIJEČNU KISELINU ili ETANOL (GLIKOLIZA i dodatni koraci koji vode do stvaranja ETANOL-a ili MLIJEČNE KISELINE)

Kada SNABDIJEVANJE KISEONIKA u MIŠIĆNE ĆELIJE zaostaje za brzinom KATABOLIZMA GLUKOZE, stvoreni PIRUVAT SE SMANJUJE u MLIJEČNU KISELINU.

AEROBNI proces koji zahtijeva O2 jer djeluje kao KONAČNI AKCEPTOR ELEKTRONA koji se prenose s nosača na nosač tokom završne faze OKSIDACIJE GLUKOZE.

Javlja se u EUKARIOTSKIM MITOHONDRIJIMA i KATALIZUJU SE REAKCIJSKIM SPECIFIČNIM ENZIMIMA.

2 x 3 NADH (6 NADH)
2 x 1 FADH2 (2 FADH2)
2 x 1 GTP (1 ATP)

Tokom OKSIDATIVNE FOSFORILACIJE, ATP se proizvodi kada se ELEKTRONI VISOKOG ENERGETSKOG POTENCIJALA prenesu sa NADH i FADH2 na KISEONIK nizom molekula nosača koji se nalaze u UNUTRAŠnjoj MITOHONDRIJALNOJ MEMBRANI.

Sekvencijalne REDOX reakcije se dešavaju dok se ELEKTRONI prenose sa jednog NOSAČA na SLJEDEĆI (SMANJENI kada prihvati i OKSIDIRAJUĆI kada prođe ELEKTRON na SLJEDEĆI NOSAČ)

Na posljednjem nosaču, ELEKTRON se prosljeđuje do KONAČNOG AKCEPTORA ELEKTRONA, O2. Pored ELEKTRONA, O2 takođe pokupi par VODIKOVIH JONA KOJI stvore VODU

Svaki zaokret KREBS (LImunske kiseline) CIKLUS rezultira sa 3 NADH i 1 FADH2 (2 OKRETKA PO MOLEKULU GLUKOZE) = 6 NADH i 2 FADH2

KREBS CIKLUS:
6 NADH
2 FADH2
2 ATP (u obliku GTP)

- Svaki NADH stvara 3 ATP OSIM 2 proizvedena tokom GLIKOLIZE (izvan unutrašnje mitohondrijske membrane)
- Svaki FADH2 generiše 2 ATP

DEKARBOKSILANJE PIRUVATA:
2 NADH x 3ATP = 6 ATP (oksidativno)
-------------------
6 ATP

CIKLUS LImunske kiseline:
6 NADH x 3 ATP = 18 ATP (oksidativno)
2 FADH2 x 2 ATP = 4 ATP (oksidativno)
2 GTP x 1 ATP = 2 ATP (supstrat)
---------------------------------------------
24 ATP

ostali UGLJENI HIDRATI
zatim MASTI
zatim PROTEINI

GLYCEROL se može pretvoriti u PGAL
MASNA KISELINA se prvo mora AKTIVIRATI u CITOPLAZMI: proces zahtijeva 2 ATP.

jednom kada se AKTIVIRA, MASNA KISELINA se transportuje u MITOHONDRIJE i provodi kroz seriju BETA-OKSIDACIJSKIH CIKLUSA koji je PRETVORE U DVA UGLJENA FRAGMENTA --> ACETYL COA.

ACETYL COA ulazi u CIKLUS LImunske kiseline

Tokom UDISA, DIJAFRAGMA se kontrahuje i spljošti, a VANJSKI INTERKOSTALNI mišići se kontrahuju, gurajući REBRNI KABEL i ZID GRUDNOG KOŠA gore i van.

(FOTOSINTEZA proizvodi GLUKOZU i oslobađa KISENIK dok DISANJE ZAHTEVA KISENIK da bi RAZGRADILI GLUKOZU)

BILJKE prolaze kroz ANAEROBNO DISANJE slično kao i ŽIVOTINJE. Veze GLUKOZE se razgrađuju u GLIKOLIZI kako bi se proizvele 2 ATP i PIRUVIČNE KISELINE.

Gasovi difundiraju u vazdušni prostor ulazeći ili izlazeći kroz STOMATU LISTA ili LENTICELS (otvore) DRVENASTIH STABLJKI.

HIDROLIZA ATP-a u ADP oslobađa P i 7 kcal energije. HIDROLIZA ADP-a u AMP oslobađa dodatnih 7 kcal.


SR4 razdvaja mitohondrijalnu oksidativnu fosforilaciju, modulira AMP-zavisnu kinazu (AMPK)-ciljnu signalizaciju rapamicina (mTOR) kod sisara i inhibira proliferaciju HepG2 ćelija hepatokarcinoma

Mitohondrijalna oksidativna fosforilacija proizvodi većinu energije u aerobnim ćelijama spajanjem disanja sa proizvodnjom ATP-a. Mitohondrijski rastavljači, koji smanjuju gradijent protona kroz unutrašnju membranu mitohondrija, stvaraju uzaludan ciklus oksidacije nutrijenata bez stvaranja ATP-a. Regulacija mitohondrijalne disfunkcije i povezane stanične bioenergetike nedavno je identificirana kao obećavajući cilj za terapiju protiv raka. Ovdje pokazujemo da je SR4 novi mitohondrijski odspojnik koji uzrokuje dozno-ovisno povećanje mitohondrijalnog disanja i disipaciju potencijala mitohondrijske membrane u HepG2 ćelijama hepatokarcinoma. Ovi efekti su poništeni pomoću sredstva za recoupling 6-ketoholestanol, ali ne i ciklosporina A i nisu postojali u ćelijama HepG2 osiromašenim mitohondrijskom DNK. U izolovanim mitohondrijama jetre miša, SR4 je na sličan način povećao potrošnju kisika neovisno o translokazi adenin nukleotida i proteinima za odvajanje, smanjio potencijal mitohondrijalne membrane i potaknuo oticanje mitohondrija tretiranih valinomicinom u mediju kalijum acetata. Odvajanje mitohondrija u HepG2 ćelijama pomoću SR4 rezultira smanjenjem ćelijske proizvodnje ATP-a, povećanom proizvodnjom ROS, aktivacijom enzima AMPK koji osjetljiv na energiju i inhibicijom acetil-CoA karboksilaze i mete signalnih puteva rapamicina kod sisara, što dovodi do zaustavljanja ćelijskog ciklusa i apoptoza. Globalna analiza diferencijalne ekspresije gena povezane sa SR4 potvrđuje ova zapažanja, uključujući značajnu indukciju apoptotičkih gena i regulaciju ćelijskog ciklusa, mitohondrijalnog i oksidativnog puta fosforilacije transkripta 24 h nakon tretmana. Kolektivno, naše studije pokazuju da ranije prijavljena indirektna aktivacija AMPK i in vitro antikancerogena svojstva SR4, kao i njegovi korisni efekti na modelima životinjskog ksenotransplantata i gojaznih miševa mogu biti direktna posljedica njegove aktivnosti razdvajanja mitohondrija.

© 2015 od strane Američkog društva za biohemiju i molekularnu biologiju, Inc.


Hvatanje energije u respiratornom lancu| Biološka oksidacija

1. Kada se supstrati oksidiraju putem NAD-vezane dehidrogenaze, 3 mol inor­ganic fosfata se ugrađuje u 3 mola ADP-a kako bi se formiralo 3 mola ATP-a na pola mola O2 (1/2 O2) potrošeno, odnosno P O omjer = 3.

2. Kada se supstrat oksidira putem dehidrogenaze povezane s flavoproteinom, formira se samo 2 mola ATP-a, tj. P:O odnos = 2. Ove reakcije su poznate kao oksidativna fosforilacija na nivou respiratornog lanca.

3. Mora postojati redoks potencijal od oko 0,2 volta ili promjena slobodne energije od oko 9 K Cal između komponenti respiratorno-shytornog lanca ako to određeno mjesto treba da podrži i prenese spregnutu formaciju od 1 mol ATP-a.

Četiri lokacije ispunjavaju ove zahtjeve u respiratornom lancu:

(a) Između NAD i flavoproteina.

(b) Između flavoproteina i citokroma b.

(c) Između citokroma b i cito&šihroma c.

(d) Između citokroma a i kiseonika.

4. Kada je ADP manjkav u prisustvu viška supstrata, mogu se identifikovati 3 tačke ukrštanja. Ove tačke ukrštanja ko­incidiraju sa 3 moguća mjesta na termodinamičkim osnovama. 3 mjesta fosforilacije označena su kao mjesta I, II i III, respektivno. Dakle, omjer P : O sukcinata je samo 2 jer mjesto I zaobilazi sukcinat dehidrogenaza povezana s flavoproteinom.

(a) Inhibitori djeluju na tri mjesta disajno-shytory lanca kako bi zaustavili disanje tako što blokiraju i štite ovaj lanac.

(b) Prvi je inhibiran barbituratima kao što su amobarbital, antibiotik piericidin A, riblji otrov rotenon itd. Ovi inhibitori potiču oksidaciju supstrata koji komuniciraju direktno s respiratornim lancem preko NAD-povezane dehidrogenaze blokirajući prijenos iz FeS u Q .

(c) Antimicin A i dimerkaprol inhibiraju respiratorni lanac između cyt b i cyt c.

(d) H2S, CO, cijanid potpuno blokiraju disanje jer inhibiraju citokrom oksidazu.

(e) Karboksin i TTFA inhibiraju prijenos re&šiducirajućih ekvivalenata iz sukcinat dehidrogenaze u Q, dok je malonat kompetitivni inhibitor sukcinat dehidrogenaze i hidrogenaze.

Free Energy Change:

ΔG = -nF DE’0, kulonski džuli.

gdje je n = broj prenesenih elektrona.

ΔE’0 = Razlika u redoks potencijalu između dva sistema.

Ovo se može pretvoriti u kalorije dijeljenjem i pomicanjem sa faktorom 4,18.

Oksidativna fosforilacija:

Proces kojim ADP fosforilira Pi na ATP u respiratornom lancu naziva se oksidativna fosforilacija.

Ovaj proces je ograničen na mitohondrije. Različite oksidacije se javljaju u drugim dijelovima ćelije i oslobađaju toplinu umjesto energije.

Predloženi su različiti mehanizmi za ovaj proces. Chance i Williams su predložili sljedeći mehanizam u kojem su I i X in­termediate nepoznate prirode. B je oksidirani oblik nosača u lancu. AH2 je redukovani nosilac koji smanjuje B.

Agent za odvajanje:

Veliki broj supstanci odvaja oksidativnu fosforilaciju u respiratornom lancu, odnosno onemogućavaju stvaranje ATP-a, ali dozvoljavaju da se oksidacija nastavi sa stvaranjem toplote. Jedan od agenasa za odvajanje je 2,4-dinitrofenol (DNP). DNP razdvaja fosforilaciju hi&shidrolizom X

Pi. Smatra se da povećava aktivnost ATPaze mitohondrija:

Ostali agensi za odvajanje su:

Tiroksin je sredstvo za odvajanje i uzrokuje oticanje mitohondrija.

Inhibitori:

1. Oligomicin potpuno blokira oksidaciju i fosforilaciju u netaknutim mitohonima i hidrijama.

2. Atraktilozid inhibira oksidativnu fosforilaciju. On inhibira transporter ADP-a u mitohondriju i ATP-a iz mitohondrija.

Koenzim Q (ubikinon, CoQ):

1. Postoji u mitohondrijima u oksidiranom obliku kinona u aerobnim uslovima i u redukovanom obliku kinola u anaerobnim uslovima.

2. Ima strukturu veoma sličnu vitaminu K i vitaminu E. Takođe je sličan plastohinonu koji se nalazi u hloroplastu. Svi oni posjeduju poliizoprenoidni bočni lanac.

3. To je dodatni nosač prisutan u respiratornom lancu koji povezuje flavoprotein sa citokromom b.

4. Sastojak je mitohondrijskih lipida.

5. U mitohondrijama postoji veliki stehometrijski višak CoQ u poređenju sa drugim članovima respiratornog lanca.

6. Moguće je da postoji više od jedne grupe CoQ i da neki od njih nisu u direktnom putu oksidacije.

Uloga visokoenergetskih fosfata:

To su ester-fosfati, tj. AMP koji se nalaze u intermedijerima i šijatima glikolize.

Visokoenergetski fosfati:

Vrijednost je veća od vrijednosti ATP-a, npr. ATP, ADP, fosfoenolpiruvat, kreatin fosfat, arginin fosfat.

Acetil-CoA, aktivni metionin (S-adenozilmetionin) i UDPG (uridin difosfat glukoza).

Lipmann je uveo simbol

p ukazuje na visokoenergetsku fosfatnu vezu. ATP sadrži 2 visokoenergetske fosfatne grupe, a ADP sadrži jednu.


Sistem protein kinaze aktiviran AMP (AMPK) djeluje kao senzor ćelijskog energetskog statusa koji je sačuvan u svim eukariotskim stanicama. Aktivira se povećanjem ćelijskog omjera AMP:ATP uzrokovano metaboličkim stresom koji ili ometa proizvodnju ATP-a (npr. nedostatak glukoze ili kisika) ili koji ubrzava potrošnju ATP-a (npr. kontrakciju mišića). Aktivacija kao odgovor na povećanje AMP uključuje fosforilaciju uzvodnom kinazom, tumor supresorom LKB1. U određenim ćelijama (npr. neuroni, endotelne ćelije i limfociti), AMPK se takođe može aktivirati Ca2+-ovisnim i AMP-nezavisnim procesom koji uključuje fosforilaciju alternativnom uzvodnom kinazom, CaMKKβ. Kada se aktivira, AMPK uključuje kataboličke puteve koji stvaraju ATP, dok isključuje procese koji troše ATP kao što su biosinteza i rast i proliferacija ćelija. Kompleks AMPK sadrži 3 podjedinice, pri čemu je α podjedinica katalitička, β podjedinica koja sadrži domen koji osjeća glikogen, a γ podjedinice sadrže 2 regulatorna mjesta koja vezuju aktivirajuće i inhibitorne nukleotide AMP i ATP. Iako je možda evoluirao da odgovori na metabolički stres na ćelijskom nivou, hormoni i citokini kao što su insulin, leptin i adiponektin mogu stupiti u interakciju sa sistemom, i čini se da sada igra ključnu ulogu u održavanju energetske ravnoteže na nivou cijelog tijela. . AMPK sistem može biti djelimično odgovoran za zdravstvene prednosti vježbanja i meta je za antidijabetički lijek metformin. To je ključni igrač u razvoju novih tretmana za pretilost, dijabetes tipa 2 i metabolički sindrom.

Geni koji kodiraju α, β i γ podjedinice AMP-aktivirane protein kinaze (AMPK) visoko su konzervirani u svim eukariotskim vrstama kod kojih su sekvence genoma završene, uključujući kralježnjake i beskičmenjake, biljke, gljive i protozoe. 1 Genetske studije pokazuju da u kvascu Saccharomyces cerevisiaegeni koji kodiraju ove podjedinice su potrebni za odgovor na gladovanje glukozom. 2,3 U primitivnoj zelenoj biljci, mahovini Physcomitrella patens, geni koji kodiraju katalitičke podjedinice su potrebni za rast u naizmjeničnim ciklusima svjetlo/mrak, za razliku od kontinuiranog svjetla. 4 Mrak predstavlja period gladovanja za zelenu biljku jer nije u stanju da proizvede ugljikohidrate fotosintezom. Stoga se čini da je AMPK sistem u početku evoluirao da izvršava odgovore na gladovanje ugljenikom. Zbog sofisticiranih endokrinih sistema koji kontrolišu homeostazu glukoze kod sisara (uključujući efekte insulina), gladovanje glukoze nije normalan fiziološki događaj za ćelije sisara in vivo. Ipak, AMPK je još uvijek sveprisutno eksprimiran u stanicama sisara, gdje je uključen u odgovor na različite metaboličke stresove koji remete homeostazu ćelijske energije. Nedavno je uočeno da su hormoni i drugi ekstracelularni signali stekli sposobnost da moduliraju AMPK sistem, a sada je poznato da je uključen u regulaciju energetske homeostaze na nivou cijelog tijela, kao i na ćelijskom nivou.

Regulacija AMPK kompleksa 5′-AMP i kalcijumom

Gledajući unazad, prvi izvještaji koji opisuju AMPK sistem bili su 2 nezavisna članka objavljena 1973. godine, a uključivali su loše definirane proteinske frakcije koje su, u prisustvu ATP-a, inaktivirale 2 ključna metabolička enzima uključena u sintezu lipida, tj. acetil-CoA karboksilazu (ACC) ( uključeni u sintezu masnih kiselina) 5 i 3-hidroksi-3-metilglutaril-CoA (HMG-CoA) reduktaze (uključene u sintezu izoprenoida/holesterola). 6 Ispravno je pretpostavljeno da proteinske frakcije sadrže protein kinaze, a naknadne studije su otkrile da su i ACC kinaza i HMG-CoA reduktaza kinaza bile stimulirane 5′-AMP. 7,8 Međutim, nije se shvatilo da obje funkcije obavlja ista protein kinaza sve dok naša laboratorija nije pružila dokaze u prilog toj hipotezi 1987. 9 mi smo sljedeće godine preimenovali aktivnost AMP-aktivirane protein kinaze. 10

Osim što alosterički aktivira enzim do 5 puta, 9 AMP također promovira njegovu fosforilaciju 11 na specifičnom ostatku treonina na α podjedinici (Thr172 12) uzvodnom kinazom koja je nedavno identificirana kao kompleks između supresora tumora. protein LKB1 i 2 pomoćne podjedinice, nazvane STRAD i MO25. 13,14 Fosforilacija Thr172 proizvodi najmanje 100-struku aktivaciju, 15 tako da je kvantitativno mnogo važnija od alosterične aktivacije. LKB1 kompleks nije sam po sebi aktiviran od strane AMP, a efekat nukleotida je da AMPK učini boljim supstratom za LKB1, 13 dok ga u isto vrijeme čini lošijim supstratom za proteinske fosfataze koje defosforilišu Thr172. 16 3 efekta AMP-a čine sistem veoma osjetljivim na mala povećanja AMP-a. 17 Sva 3 efekta su također antagonizirana visokim koncentracijama ATP-a. Budući da sve eukariotske stanice eksprimiraju vrlo aktivne adenilat kinaze, koje održavaju njihovu reakciju (2ADP↔ AMP+ATP) blizu ravnoteže u svakom trenutku, ćelijski omjer AMP:ATP varira otprilike kao kvadrat omjera ADP:ATP, 18 što ga čini vrlo osjetljiv indikator statusa energije ćelije.

U ćelijama kojima nedostaje LKB1, kao što su HeLa ćelije (tumorske ćelije u kojima LKB1 nije eksprimiran), još uvek postoji određena bazalna fosforilacija aktivnosti Thr172 i AMPK, 13 i obe se mogu dramatično povećati dodatkom Ca 2+ jonofora. Tri grupe su sada identifikovale uzvodnu kinazu odgovornu za fosforilaciju Thr172 pod ovim okolnostima kao Ca 2+/kalmodulin zavisnu protein kinazu kinazu (CaMKK), posebno CaMKKβ (CaMKK2) izoformu. 19-21 CaMKKs su prvobitno identifikovane kao protein kinaze koje su delovale uzvodno od kalmodulin zavisnih protein kinaza I i IV. 22 Naša laboratorija je pokazala da pročišćeni CaMKK može fosforilisati i aktivirati AMPK u testovima bez ćelija još 1995. godine, 11 iako u to vrijeme nismo smatrali da bi to vjerovatno imalo bilo kakav fiziološki značaj. CaMKKβ se prvenstveno eksprimira u mozgu, ali se takođe eksprimuje u testisima, timusu i T ćelijama. 23 Naša laboratorija je pokazala da kada Ca 2+ uđe u neurone u kriške mozga štakora nakon K + -indukovane depolarizacije, dolazi do izražene fosforilacije Thr172 i aktivacije AMPK koju katalizira CaMKK.

S obzirom na ograničenu distribuciju CaMKK u tkivu u poređenju sa LKB1, put posredovan sa Ca 2+ može biti ograničen na određene tipove ćelija kao što su neuroni, iako su dodatni primeri razmatrani u nastavku. Međutim, zanimljivo je spekulisati o funkciji puta CaMKK→AMPK u onim tipovima ćelija u kojima se javlja. Svaki tretman koji uzrokuje povećanje citoplazmatskog Ca 2+ stvorit će naknadnu potražnju za ATP-om, makar samo zato što se Ca 2+ odmah ispumpava iz citoplazme pomoću ATP-pokrenutih pumpi u plazma membrani i endoplazmatskom retikulumu. Aktivacija AMPK pod ovim okolnostima može predstavljati mehanizam za predviđanje potražnje za ATP stvorenom ulaskom Ca 2+.

Struktura podjedinica kompleksa AMPK

AMPK je heterotrimer koji se sastoji od α, β i γ podjedinica. Postoje 2 ili 3 gena koji kodiraju svaku podjedinicu (Slika 1 i Tabela 1), što dovodi do 12 mogućih heterotrimernih kombinacija, pri čemu varijante spajanja dodatno povećavaju potencijalnu raznolikost. 2 izoforme α podjedinice, α1 24 i α2, 25 sadrže kinazni domen u svojoj N-terminalnoj polovini, pri čemu su C-terminalni regioni potrebni da formiraju kompleks sa β i γ podjedinicama. 26 Čini se da imaju prilično slične specifičnosti supstrata, 27 ali α2 izoforma je obogaćena jezgrom nekoliko tipova ćelija, uključujući β ćelije pankreasa, 28 neurona, 29 i skeletne mišiće, 30 dok α1 je pretežno citoplazmatska. The α1 izoforma je povezana sa plazma membranom u ćelijama karotidnog tela tipa 1 31 i epitelnim ćelijama disajnih puteva, 32 u poslednjem slučaju, posebno sa apikalnom membranom.

Slika 1. Struktura domena izoformi AMPK podjedinica i varijanti spajanja. Regije prikazane istom bojom su povezane, a njihove funkcije, ako su poznate, su naznačene.

Tabela 1. Informacije u vezi AMPK podjedinica, izoforma podjedinica i domena

β podjedinice različitih eukariotskih vrsta sadrže 2 očuvana regiona, locirana u centralnom i C-terminalnom regionu (Slika 1). 33 Sada je jasno da je C-terminalni domen sve što je potrebno za formiranje funkcionalnog αβγ kompleksa koji je reguliran AMP, 34 dok je centralna očuvana regija prepoznata kao domena koja se vezuje za glikogen. 34,35 Kristalna struktura domene β koja vezuje glikogen1 je nedavno utvrđen, 36 ali funkcije ovog domena ostaju nejasne, iako je prisutan u β podjedinicama svih eukariotskih vrsta.

γ podjedinice (γ1, γ2, i γ3) sadrže varijabilne N-terminalne regije praćene 4 tandem ponavljanja 60-aa sekvence koju je Bateman nazvao CBS motivom. 37 Sada je poznato da oni djeluju u parovima i formiraju 2 domena (sada se zovu Bateman domeni), od kojih svaki vezuje jedan molekul AMP (Slika 1). 38 Mutacije u ovim domenima smanjuju i AMP vezivanje i aktivaciju AMP, dokazujući da su to regulatorna mjesta vezivanja za nukleotide. 38 Bateman domeni također antagonistički vezuju ATP sa nižim afinitetom od AMP, 38 u skladu s prethodnim nalazima da se visoke koncentracije ATP-a suprotstavljaju aktivaciji AMPK kompleksa od strane AMP. 39 Otkriće da postoje 2 vezujuća domena za AMP ili ATP bilo je neočekivano. Tandem domeni vezuju AMP sa visokim stepenom kooperativnosti 38 što sugeriše da je drugo mesto nedostupno dok se AMP ne veže na prvom. Ovo predstavlja još jedan potencijalni mehanizam za povećanje osjetljivosti AMPK sistema na male promjene u AMP-u.

Regulacija AMPK metaboličkim stresom

Svaki metabolički stres koji inhibira proizvodnju ATP-a, ili koji ubrzava potrošnju ATP-a, težit će povećanju ćelijskog ADP:ATP omjera, koji će biti pojačan adenilat kinazom u mnogo veće povećanje omjera AMP:ATP, s posljedičnom aktivacijom AMPK. 2-deoksiglukoza, koja iscrpljuje ATP pretvarajući se u 2-deoksiglukoza-6-fosfat koji se ne može metabolizirati, ponekad se koristi za aktiviranje AMPK. 40 Nije iznenađujuće da se AMPK može aktivirati i metaboličkim otrovima koji inhibiraju proizvodnju ATP-a putem oksidativne fosforilacije, kao što su arsenit, oligomicin, antimicin A, azid ili dinitrofenol, 41–43 ili ishemijom 44 ili hipoksijom. 45 Iako je učinak ishemije relevantan za kardiovaskularne bolesti, sve su to prilično nefiziološki stresovi. Međutim, više fiziološki stres koji aktivira AMPK u skeletnim mišićima je vježba ili kontrakcija, 46-48 i, kao što je objašnjeno dalje u nastavku, čini se vjerojatnim da aktivacija AMPK leži u osnovi mnogih zdravstvenih prednosti redovnog vježbanja. Iako trenutno ne postoji zadovoljavajuća metoda za mjerenje promjena u AMP tokom vježbanja in vivo, električna stimulacija mišića stražnjih udova miša in situ uzrokuje mala povećanja ćelijskog omjera AMP:ATP. 49 Ovo je gotovo sigurno odgovorno za popratnu aktivaciju AMPK, jer se aktivacija ne događa ako se isti eksperiment izvede na miševima sa mišić-specifičnim nokautom uzvodne kinaze LKB1, 49 za koju se u drugim stanicama zna da je potrebna za AMPK sistem da odgovori na promjene u AMP-u. 13 Intrigantno je da su promjene u omjeru AMP:ATP kao odgovor na električnu stimulaciju značajno veće u mišićima nokautiranih miševa, 49 što potvrđuje predloženu ulogu AMPK u održavanju stanične energetske homeostaze.

U mnogim tkivima i organima, kao što je srce, AMPK sistem može biti značajno aktiviran hipoksijom samo tokom patoloških ishemijskih epizoda, ali postoje dokazi da je, u određenim specijalizovanim ćelijama koje osećaju kiseonik, sistem važan u odgovoru na više fiziološke varijacije u napetosti kiseonika. To uključuje glomus ćelije u karotidnom tijelu, koje osjećaju nivo kisika u arterijskoj krvi koja opskrbljuje mozak, kao i ćelije glatkih mišića plućne arterije. 50 U ćelijama glomusa, hipoksija uzrokuje otvaranje voltaž-zavisnih Ca 2+ kanala i posljedično ulazak vanćelijskog Ca 2+, što dovodi do oslobađanja neurotransmitera koji izazivaju aktiviranje aferentnih neurona, pokrećući pojačano disanje. U glatkim mišićima plućne arterije, hipoksija pokreće oslobađanje Ca 2+ iz intracelularnih zaliha, uzrokujući kontrakciju mišića. Ovo je u suprotnosti s ponašanjem glatkih mišića u drugim arterijama, koje se opuštaju kao odgovor na hipoksiju kako bi doveli više krvi u hipoksično tkivo. Međutim, ovo neobično ponašanje ima fiziološki smisao u plućnoj cirkulaciji, jer osigurava da se protok krvi preusmjerava od slabo oksigeniranih područja pluća u korist dobro oksigeniranih područja. U suradnji s grupama Evans i Peers, naša laboratorija je nedavno pokazala da se AMPK aktivira promjenama AMP:ATP koje nastaju kao odgovor na hipoksiju u glatkim mišićima plućne arterije. 31 Nažalost, glomusne ćelije su premale da bi omogućile masovna mjerenja AMP i ATP koristeći istu metodologiju. Međutim, lijekovi koji aktiviraju AMPK (5-aminoimidazol-4-karboksamid ribozid [AICAR] ili fenformin, vidi dolje) precizno oponašaju sve efekte hipoksije u glomus ćeliji karotidnog tijela iu glatkim mišićima plućne arterije, što sugerira da je hipoksija otkrivena. AMPK jer osjeća promjene u omjeru AMP:ATP uzrokovane inhibicijom oksidativne fosforilacije u ovim stanicama. 31

Kao što je spomenuto u uvodu, kod nižih eukariota kao što je kvasac S cerevisiae, čini se da je primarna uloga AMPK homologa u odgovoru na gladovanje glukozom. Većina stanica sisara eksprimira transportere glukoze i izoforme heksokinaze koje imaju vrlo nisku Km za glukozu, tako da brzina sinteze ATP-a iz glukoze opada samo kada glukoza u krvi padne na patološki niske razine. Međutim, kao što u karotidnom tijelu i plućnim arterijama postoje specijalizirane stanice koje osjećaju kisik, tako postoje i specijalizirane stanice koje osjećaju glukozu, uključujući β stanice u otočićima pankreasa koje oslobađaju inzulin i neurone u hipotalamusu mozga koji kontroliraju hranjenje. ponašanje. Ove ćelije eksprimiraju izoforme transportera glukoze (GLUT2) i heksokinaze (heksokinaza IV, glukokinaza) sa mnogo većim Km za glukozu, tako da brzina sinteze ATP-a pada kao odgovor na smanjenje glukoze u krvi unutar fiziološkog raspona. Posljedično, AMPK u ovim stanicama je reguliran fiziološkim varijacijama glukoze u krvi. Dakle, u ćelijskim linijama dobijenim od β stanica gušterače glodavaca, AMPK se aktivira niskom glukozom i inhibira visokom glukozom, 51,52 dok kod miševa natašte, intracerebroventrikularna injekcija glukoze, ili ponovno hranjenje miševa, inhibira α2 izoforma AMPK u hipotalamusu. 53 Štaviše, poznate posljedice sniženja vanjske glukoze u oba tipa stanica, tj. smanjeno lučenje inzulina (β ćelije) i povećano ponašanje pri hranjenju (hipotalamus), mogu se oponašati aktivacijom AMPK na ovim mjestima, bilo farmakološkim ili molekularno biološkim intervencije. 51–55 Dakle, drevni signalni put uključen u odgovor na gladovanje glukoze kod jednoćelijskih eukariota odgovara na isti signal kod višećelijskih eukariota, ali njegova uloga je prilagođena za kontrolu složenih procesa kao što su oslobađanje hormona i ponašanje pri hranjenju.

Regulacija AMPK hormonima, citokinima i drugim ekstracelularnim ligandima

AMPK sistem se nalazi kod svih današnjih jednoćelijskih eukariota i stoga je vjerovatno da je evoluirao mnogo prije nego što su se razvili višećelijski organizmi i hormoni i citokini koji pomažu u integraciji njihovih funkcija. Ipak, nedavno je postalo jasno da su hormoni i citokini naučili kako da iskoriste sposobnosti ćelijske signalizacije AMPK sistema. Prvi nagoveštaji ovoga došli su sa otkrićima da kompleksi AMPK u CHO ćelijama stabilno eksprimiraju receptore povezane preko G proteina Gq, kao što su oni za faktor koji aktivira trombocite, epinefrin (α1b), ili bradikinin (B2), aktivirani su stimulacijom receptora odgovarajućim ligandom. 56 Budući da Gq spaja ove receptore sa fosfolipazom C, pokrećući proizvodnju inozitol-1,4,5-trisfosfata i oslobađanja Ca 2+, čini se vjerovatnim da je aktivacija AMPK u ovim sistemima pokrenuta fosforilacijom CaMKKβ, iako to nije ipak je definitivno dokazano. Međutim, u endotelnim ćelijama vene pupčane vrpce Heller i kolege 57 pružili su dokaze da trombin (također poznato da djeluje preko Gq-spregnutog receptora) stimulira AMPK putem Ca 2+ posredovanog puta. Čini se da ovaj put djeluje i u drugim stanicama endotelne/hematopoetske loze, kao što su T limfociti. Sa Cantrellom i kolegama, nedavno smo pokazali da se AMPK dramatično, ali prolazno aktivira kada se mirne T ćelije stimulišu preko antigen receptora, dostižući vrhunac na 1 minutu i vraćajući se na početnu vrednost za 60 minuta. Različiti dokazi sugeriraju da je ova aktivacija posredovana putem Ca 2+ /CaMKKβ. 58 Mirne T ćelije imaju vrlo ograničen promet energije, ali kada su stimulirane, moraju proizvesti značajnu količinu ATP-a za brzi rast i proliferaciju koji slijedi. Nagađamo da im aktivacija AMPK-a omogućava da se brzo uključe na kataboličke procese koji stvaraju ATP kako bi predvidjeli ovu potražnju. Međutim, sada postoji mnogo dokaza da visoka aktivnost AMPK također potiskuje rast i proliferaciju stanica (vidi dolje), stoga može biti potrebno da se aktivnost AMPK vrati na početne vrijednosti prije nego što proliferacija T ćelija može započeti.

Značajno uzbuđenje izazvalo je otkriće 1990-ih godina adipokina (citokina koje oslobađaju adipociti) koji kontroliraju energetsku homeostazu cijelog tijela, posebno leptin i adiponektin. Leptin, proizvod gena za gojaznost (ob), čini se da predstavlja signal da su zalihe masti adekvatne, i vrši povratnu inhibiciju unosa hrane putem efekata na hipotalamičke neurone koji eksprimiraju leptinski receptor. 59 Međutim, osim što inhibira unos energije, leptin također stimulira potrošnju energije promovišući unos i oksidaciju glukoze 60 i masnih kiselina 61 u skeletnim mišićima. Kahn i kolege 62 su izvijestili da je α2 izoforma AMPK je aktivirana u mišićima injekcijom leptina in vivo kod pacova, što je objasnilo njegovu sposobnost da stimuliše ove puteve. Činilo se da postoje 2 efekta: brzi učinak koji je bio direktan učinak na sam mišić i dugoročni učinak koji je izgleda bio primarno djelovanje leptina na hipotalamus, sa sekundarnim djelovanjem na mišiće posredovano simpatikusom. sistem. Zanimljivo je da je ista grupa naknadno pružila dokaz 53 da leptin inhibira AMPK-α2 aktivnost u lučnim i paraventrikularnim regijama hipotalamusa miševa gladnih. Zajedno s leptinom, drugi poznati anoreksigeni agensi, uključujući inzulin i agonist receptora melanokortina, inhibiraju AMPK-α2 u paraventrikularnoj regiji, dok protein vezan za agouti, oreksigeni agens, povećava α2 aktivnost u istoj regiji kod hranjenih miševa. Drugi oreksigeni agensi, kao što su crijevni hormon grelin 55 i kanabinoidi, 63 također su prijavljeni da aktiviraju AMPK u hipotalamusu. Čini se da je inhibicija AMPK neophodna za anoreksigene efekte leptina, jer adenovirusna ekspresija aktiviranog oblika AMPK u hipotalamusu blokira efekte leptina. 53

Čini se da AMPK također posreduje u mnogim efektima adiponektina. Ovaj adipokin (također poznat kao ACRP30 64) otkriven je kao protein koji u krv luče adipociti, iako je, paradoksalno, njegova koncentracija u plazmi smanjena kod gojaznih glodara i ljudi. 65,66 AMPK se aktivira od strane adiponektina u skeletnim mišićima, gdje stimulira unos glukoze i oksidaciju masnih kiselina, te u jetri, gdje inhibira ekspresiju glukoneogenih gena. 67,68 Eksperimenti sa specifičnom ekspresijom dominantnih negativnih mutanata 67 i nokautima 69 pokazuju da jetra AMPK, a posebno α2 izoforma, neophodna je za sposobnost adiponektina da snizi glukozu u krvi.

AMPK-aktivirajući lijekovi i identifikacija metaboličkih puteva reguliranih od strane AMPK

Mnogi od metaboličkih puteva reguliranih AMPK prvobitno su identificirani inkubiranjem ćelija ili ubrizgavanjem cijelih životinja s analogom adenozina AICAR.AICAR se preuzima u ćelije adenozinskim transporterima 70 i konvertuje ga adenozin kinaza 71 u fosforilovani nukleotid ZMP (5-aminoimidazol-4-karboksamid ribonukleozid), koji oponaša sva 3 efekta AMP na AMPK sistem. 39 Još jedno farmakološko sredstvo za aktivaciju AMPK postalo je dostupno otkrićem da antihiperglikemijski lijek metformin, koji se trenutno propisuje za više od 120 miliona ljudi s dijabetesom tipa 2 širom svijeta, aktivira AMPK i u intaktnim stanicama i in vivo. 72 Nedavna studija ciljanja mišjih gena koja uključuje nokaut LKB1 specifičan za jetru, koji sprječava aktivaciju AMPK metforminom u tom tkivu, sugerira da je aktivacija AMPK jetre potrebna za efekte metformina na snižavanje glukoze u plazmi. 73 Stoga se čini da je glavni efekat metformina inhibicija glukoneogeneze jetre. Iako bi se moglo očekivati ​​da će metformin također aktivirati AMPK i stimulirati unos glukoze u skeletne mišiće i druga tkiva, to se možda neće dogoditi in vivo jer koncentracije koje lijek doseže u perifernoj cirkulaciji (za razliku od portalne vene, koja opskrbljuje jetru direktno iz crijeva) možda neće biti dovoljno visoka da dovede do značajne aktivacije AMPK u tim tkivima. Međutim, metformin se može koristiti za aktiviranje AMPK u mišićima i drugim stanicama u kulturi ili ex vivo. Srodni bigvanidni lijek fenformin, koji se više ne koristi za liječenje ljudi zbog komplikacija uzrokovanih laktacidozom, je brži i snažniji aktivator AMPK u kultiviranim stanicama. 13

Upotreba AICAR-a i bigvanida bila je izuzetno korisna u polju AMPK, ali kao i svaki farmakološki alat, rezultati dobiveni njihovom upotrebom moraju se pažljivo tumačiti. Na primjer, aktivni derivat AICAR-a, ZMP, također modulira druge enzime osjetljive na AMP, kao što su glikogen fosforilaza 74 i fruktoza-1,6-bisfosfataza. 71 AICAR, sam po sebi, može da se takmiči sa oslobođenim adenozinom za ponovni unos u ćelije, i ako to dozvoljava da se adenozin akumulira u medijumu, to može da deluje preko adenozinskih receptora. 70 U slučaju bigvanida, oni ne aktiviraju direktno AMPK u testovima bez ćelija 42, već umjesto toga izgleda da inhibiraju kompleks I respiratornog lanca, 75,76 što dovodi do povećanja ćelijskog omjera AMP:ATP. 19 Efekti bigvanida bi stoga mogli biti sekundarni efekti smanjenja ATP-a, a ne efekti aktivacije AMPK per se. Kao odličan primjer ovih problema, Hue i kolege su nedavno pokazali da se efekti AICAR-a i metformina na funkciju glukokinaze u hepatocitima još uvijek primjećuju u stanicama nokautiranih miševa kojima nedostaju obje AMPK katalitičke podjedinice. 77 Drugi primjer daju nalazi da, iako je prvobitno objavljeno da AICAR inhibira autofagiju u izolovanim hepatocitima, 78 eksperimenti koji uključuju ekspresiju dominantnih negativnih mutanata, ili korištenje spoja C, sada sugeriraju da AMPK aktivacija stimulira ovaj proces. 79 Spoj C, inhibitor AMPK koji je razvio Merck 72 koji je nedavno postao komercijalno dostupan, može se koristiti kao inhibitor AMPK u intaktnim stanicama, iako njegova selektivnost za AMPK ostaje neizvjesna.

Ova razmatranja naglašavaju sve veći značaj potvrde da su efekti farmakoloških agenasa zaista posredovani AMPK pomoću molekularno bioloških metoda, kao što je ekspresija konstitutivno aktivnih ili dominantno negativnih AMPK mutanata, 80,81 malih interferentnih RNK ​​ciljanih na AMPK ili, najbolje od sve, AMPK ili LKB1 nokauti. 77 Drugi važan pristup je da se identifikuje direktna meta za AMPK koja posreduje u efektu na put ili proces, identifikuje mesta fosforilirana na toj meti i potvrdi da je fosforilacija tih mesta u korelaciji sa aktivacijom AMPK. Upotreba Western blotinga sa fosfo-specifičnim antitijelima je uobičajena metoda za postizanje ovog cilja, a fosfo-specifična antitijela protiv Thr172 na podjedinicama AMPK-α se često koriste kao surogat za mjerenje aktivnosti AMPK. Još uvjerljiviji pristup je da se pokaže da se efekat gubi kod knock-in miševa ili ćelija koje eksprimiraju ciljni protein mutiran na AMPK mjestima. Ova metoda je prvi put prikazana u značajnoj studiji fosforilacije HMG-CoA reduktaze objavljenoj 1993. 40

Iako postoji vrlo malo puteva za koje se smatra da ih reguliše AMPK za koje su svi ovi kriteriji ispunjeni, oni sa razumno uvjerljivim dokazima za učinak AMPK navedeni su u Tabeli 2. Generalno, AMPK se prebacuje na kataboličke puteve koji stvaraju ATP ( npr. unos glukoze, glikoliza) dok se isključuju anabolički putevi koji troše ATP (sinteza masnih kiselina, holesterola, glikogena i proteina). Slika 2 sumira glavne efekte aktivacije AMPK na metabolizam glukoze i lipida u jetri, mišićima i masnom tkivu. Pored njegovih akutnih i dugoročnih efekata na metabolizam, po kojima je najpoznatiji, postaje sve jasnije da je AMPK uključen u regulaciju drugih ćelijskih procesa. Na primjer, ako ćelijama nedostaje ATP, nema smisla da rastu i razmnožavaju se. AMPK inhibira ćelijski rast i proliferaciju inhibirajući aktivnost i ekspresiju biosintetskih enzima uključenih u sintezu lipida, ugljikohidrata i proteina, kao i isključivanjem cilja rapamicina (TOR)→S6 kinaze I puta, 82-84 koji čini se da je ključan u regulaciji rasta i veličine ćelije. Čini se da AMPK to postiže fosforilacijom kompleksa tuberozne skleroze-2 (TSC2) (tuberin), uzvodnog regulatora TOR. 85 Aktivacija AMPK takođe zaustavlja napredak kroz ćelijski ciklus na G1→S fazna tranzicija, koja je povezana sa akumulacijom tumorskog supresora p53 i inhibitora kinaze zavisnih od ciklina p21 i p27, koji djeluju nizvodno od p53. 86–89 Pod ovim uslovima, p53 postaje fosforilisan na Ser15, 86,88 iako nije jasno da li se radi o direktnoj fosforilaciji. Drugi mehanizam koji potencijalno doprinosi zaustavljanju ćelijskog ciklusa je da AMPK aktivacija smanjuje odnos citoplazma: nuklearna RNA-vezujućeg proteina HuR, smanjujući njegovu sposobnost da stabilizira mRNA koje kodiraju kritične regulatore ćelijskog ciklusa, uključujući cikline. 90 Aktivacija AMPK takođe ima složene efekte na apoptozu. U nekim situacijama sprečava proces, 91–94 dok ga u drugim izaziva. 95–100 Za uspješnu apoptozu potreban je ATP, a objašnjenje za ove konfliktne nalaze može biti da AMPK aktivacija ponekad omogućava stanicama da se oporave od energetske krize koja bi inače izazvala ćelijsku smrt. Međutim, ako ćelije pređu "tačku bez povratka", AMPK može postati proapoptotičan.

Tabela 2. Metabolički putevi regulisani od strane AMPK

Slika 2. Glavni efekti aktivacije AMPK na metabolizam glukoze i lipida u jetri, mišićima i masnom tkivu. Putevi stimulisani AMPK prikazani su debelim strelicama, oni inhibirani tankim strelicama sa debelim prugama preko njih. Efekti AMPK na oksidaciju piruvata su posredovani regulacijom mitohondrijalne biogeneze, dok su efekti na oksidaciju masnih kiselina posredovani fosforilacijom ACC2 i aktivacijom ulaska masnih kiselina u mitohondrije, kao i regulacijom mitohondrijalne biogeneze.

AMPK takođe ima ulogu u starenju ćelija. Čini se da povećana ćelijska aktivnost AMP:ATP i AMPK doprinosi starenju uočenom u ljudskim fibroblastima nakon velikog broja pasaža u kulturi. 101 Intrigantno, ovo je u skladu sa studijama o životnom vijeku nematoda, Caenorhabditis elegans. Starenje kod crva je povezano s povećanjem ćelijskog AMP:ATP i stresovima iz okoline kao što su gladovanje ili toplotni šok koji povećavaju ćelijski AMP:ATP, ili mutacijama koje inaktiviraju gene uključene u signalizaciju inzulina kao što je faktor ubrzanja raspada-2 (kodirajući ortolog receptora inzulina/inzulinu sličnog faktora rasta-1), produžava životni vijek samo kod crva koji eksprimiraju AAK-2, što je jedna od 2 katalitičke podjedinice AMPK u C elegans. 102 Ovo podiže intrigantnu mogućnost da AMPK također može biti upleten u produžavanje životnog vijeka uzrokovano ograničenjem kalorija kod sisara.

Direktni nizvodni ciljevi za AMPK i prepoznavanje ciljeva

Broj direktnih fizioloških ciljeva identifikovanih za AMPK sada se približava 20 (Tabela 3). Međutim, s obzirom na kritičnu važnost održavanja energetske ravnoteže i na ćelijskom i na nivou cijelog tijela, čini se vjerojatnim da bi se to moglo na kraju popeti na stotine. Kako AMPK prepoznaje svoje nizvodne ciljeve? Slika 3 prikazuje poravnanje 14 sekvenci koje sadrže mjesta fosforilirana AMPK u testovima bez ćelija, za koje se također vjeruje da su mete in vivo. U svakom slučaju, radi se o serinskom ostatku koji je fosforiliran, iako treonin može biti fosforiliran AMPK u sintetičkim peptidnim supstratima. 103 U većini slučajeva postoje glomazni hidrofobni ostaci (prikazano podebljanim) na pozicijama P-5 i P+4 (tj. 5 ostataka N terminala i 4 ostatka C terminala prema fosforilisanom serinu), i najmanje 1 osnovni ostatak (podvučen) na P-4 ili P-3. Važnost ovog motiva (Φ-[β,X]-X-X-S/T-X-X-X-Φ, gdje je Φ hidrofobna, a β bazna) inicijalno je potvrđena korištenjem varijanti sintetičkih peptidnih supstrata. 103,104 Razumijevanje prepoznavanja supstrata dodatno je prošireno modeliranjem vezivanja sekvence oko Ser79 na pacovskom ACC1 (još uvijek vjerovatno najefikasnijem supstratu) na 3D model α1 kinazni domen, zasnovan na kristalnim strukturama srodnih protein kinaza (Slika 4). Ovaj model je temeljno testiran pravljenjem komplementarnih mutacija supstrata i kinaze. 15 U modelu, proteinski supstrat se vezuje u dugački žljeb koji se proteže od donjeg lijevog do gornjeg desnog na slici 4, sa serinom koji se fosforilira (P-Ser) prema desnom kraju. γ fosfat ATP-a (koji je zakopan „petljom bogatom glicinom” u gornjem levom uglu na slici 4) je dobro pozicioniran da prenese svoj γ fosfat na ovaj serin. Bočni lanci kritičnih hidrofobnih ostataka na P-5 (Met) i P+4 (Leu) se vezuje u hidrofobnim džepovima unutar ovog žleba za vezivanje supstrata, dok se kritični P-4 bazični ostatak (Arg) vezuje za kiseli deo (prikazano crvenom bojom na slici 4, na levoj strani žleba za vezivanje ). Pored osnovnog ostatka na P-4 ili P-3, mnoge fiziološke mete imaju i osnovni ostatak na P-6 (slika 3), a mutageneza ovog ostatka (His u ACC1) je pokazala da je to dodatna pozitivna determinanta . U našem modelu, ovaj osnovni bočni lanac P-6 se vezuje za drugi kiseli deo koji se nalazi na suprotnoj strani žleba za vezivanje supstrata u odnosu na deo koji vezuje bočni lanac P-4 (slika 4).

Tabela 3. Protein cilja direktno fosforiliran od strane AMPK

Slika 3. Usklađivanje motiva prepoznavanja konsenzusa za AMPK i sekvenci oko mjesta za koja se vjeruje da su fosforilirana AMPK na fiziološkim supstratima. Sekvence su od ljudi, iako su u mnogim slučajevima ta mjesta identificirana enzimima drugih vrsta. Fosforilirani serinski ostaci prikazani su strelicom označenom s "P" na vrhu, a "P-x ili P+x" se odnosi na ostatke x ostatke N ili C terminala za fosforilirani serin. U motivu konsenzusnog prepoznavanja, Φ se odnosi na hidrofobni ostatak (M, L, I, F ili V), a β na bazični ostatak (R, K ili H). Hidrofobni i osnovni ostaci za koje se vjeruje da su važni u prepoznavanju ciljnih sekvenci su podebljani ili podvučeni.

Slika 4. Pogled na model polipeptida oko Ser79 na acetil-CoA karboksilazu-1 (ACC1) fosforiliranu AMPK, vezan za α1 kinazni domen AMPK. 38 Model je vizualiziran i nacrtan korištenjem PyMOL verzije 0.97, s domenom kinaze predstavljenom sferama i hidrofobnim ostacima narandžastom, kiselim ostacima crvenom. ACC1 peptid je prikazan u "crtanom" prikazu sa bočnim lancima odabranih aminokiselina u "štap" prikazu, sa atomima dušika u plavoj, ugljiku u zelenoj i kisikom u crvenoj. Atomi vodika su izostavljeni. “P-x ili P+x” se odnosi na ostatke x ostatke N ili C terminala na fosforilirani serin.

Kao i ključni hidrofobni ostatak (Met) na P-5, ACC1 ima dodatne hidrofobne bočne lance na N-terminalnoj strani koji se pojavljuju svaki treći ili četvrti ostatak, tj. na P-9, P-13 i P-16. Ovaj obrazac hidrofobnih ostataka je također vidljiv u nekoliko drugih supstrata, uključujući HMG-CoA reduktazu, endotelnu NO sintazu, TSC2 i TORC2 (pretvornik reguliranog CREB-2) (slika 3). U slučaju HMG-CoA reduktaze, određena je kristalna struktura ljudskog proteina 105 i ostaci od P-12 do P-5 zaista formiraju α spiralu, sa hidrofobnim ostacima koji su usmjereni prema van u rastvarač. Prema našem modelu, ovi ostaci formiraju amfipatsku α spiralu (na slici 4 označenu sa "P-5:P-16 helix"), pri čemu se hidrofobni ostaci prema kojoj linija 1 suočavaju uklapaju u žljeb za vezivanje supstrata. Iako ova α spirala gotovo sigurno povećava afinitet vezivanja između AMPK i supstrata, to očito nije bitno, jer u mišićnoj glikogen sintazi, leucin na poziciji P-5 je tek druga aminokiselina u cijelom proteinu, nakon cijepanja. N-terminalnog metionina (slika 3). Konačno, pregled slike 3 pokazuje da 2 od 13 supstrata (srčani PFK2 i endotelna NO sintaza [eNOS]) imaju osnovni-hidrofobno-osnovni motiv koji se obično javlja na P-6, P-5 i P-4 ili Pozicije P-3 pomaknute za 1 ostatak, tj. na P-5, P-4 i P-3. Može biti značajno da su u oba ova slučaja 2 osnovna ostatka na P-5 i P-3 arginin. Bočni lanac arginina vjerovatno može pozicionirati svoje pozitivno nabijene atome dušika s većom fleksibilnošću od lizina ili histidina. Moguće je da ovo, zajedno sa velikom veličinom 2 kisele mrlje na domenu kinaze koji vezuju osnovne bočne lance, pruža dovoljnu fleksibilnost da omogući različit razmak osnovnih ostataka od fosfoakceptora. Ova fleksibilnost znači da predviđanje mjesta fosforilacije za AMPK iz sirovih podataka o sekvenci nije jednostavno.

Mnogi od direktnih meta za AMPK identificirani u Tabeli 3 i Slici 3 su transkripcijski faktori (nuklearni faktor hepatocita-4 [HNF4-α], ChREBP) ili koaktivatori transkripcije (p300, TORC2), a sada je jasno da AMPK sisara ima mnogo efekte na transkripciju, kao što je oduvijek bio slučaj sa homologom kvasca. U većini slučajeva navedenih u Tabeli 3, fosforilacija pomoću AMPK inhibira transkripciju, bilo inhibiranjem vezivanja DNK (ChREBP, 106 HNF4-α 107), pokretanjem razgradnje (HNF4-α 107), ili promicanjem vezivanja proteina 14-3-3 , što uzrokuje citoplazmatsku sekvestraciju (TORC2 108 ). Međutim, AMPK aktivacija također može povećati ekspresiju gena, posebno u skeletnim mišićima. U mikromrežnoj studiji na miševima, transgena ekspresija dominantnog negativnog AMPK mutanta u mišićima smanjila je aktivnost AMPK i izazvala povećanu ekspresiju 234 gena i smanjenu ekspresiju 130 gena. 109 Takođe je pokazano da aktivacija AMPK smanjuje ekspresiju faktora transkripcije SREBP-1c (protein koji vezuje element sterola-1c) u jetri, 72 i pojačava ekspresiju proliferator-aktiviranog receptora transkripcionog faktora peroksizoma-α (PPAR-α) i koaktivator PPAR-γ koaktivator-1α (PGC-1α) 110 u mišićima, iako se u ovim slučajevima čini da se to ne može pripisati direktnoj fosforilaciji.

Uloga AMPK u vaskulaturi

Uloga AMPK u srcu je razmatrana u drugom članku u ovom broju, tako da se ovdje nećemo detaljno raspravljati. U endotelnim ćelijama, AMPK aktivacija ima iste efekte na metabolizam kao i u drugim ćelijama. U endotelnim stanicama ljudske pupčane vene AMPK se može aktivirati korištenjem AICAR-a ili deprivacije glukoze, a kada se aktivira, stimulira fosforilaciju acetil-CoA karboksilaze i oksidaciju masnih kiselina. 111,112 Jedna meta AMPK koja može biti posebno važna u cirkulatornom sistemu je endotelna izoforma NO sintaze (eNOS). Fosforilacija Ser1177 na eNOS povećava Vmax enzima i njegove osjetljivosti na Ca 2+ i kalmodulin. 113 Budući da je klasični učinak NO opuštanje glatkih mišića koji oblažu krvne sudove, moguće je da je to mehanizam za povećanje protoka krvi u hipoksična tkiva. U skladu s tim, Salt i kolege 114 su pokazali da aktivacija AMPK u endotelnim stanicama ljudske aorte uzrokuje povećanu fosforilaciju eNOS na Ser1177 i povećanu proizvodnju NO. AMPK se također aktivira hipoksijom u endotelnim stanicama ljudske pupčane vene (HUVEC), a adenovirusna ekspresija dominantnog negativnog AMPK mutanta u tim stanicama blokira povećanu fosforilaciju eNOS u Ser1177 kao odgovor na hipoksiju. 115 Međutim, čini se da aktivacija AMPK ne objašnjava fosforilaciju eNOS u HUVEC-ovima tretiranim trombinom. 57

AMPK takođe može biti važan u procesu angiogeneze. Miševi sa embrionalnim nokautom uzvodne kinaze LKB1 umiru sredinom trudnoće sa vaskularnim abnormalnostima i abnormalnom ekspresijom faktora rasta vaskularnih endotelnih ćelija. 116 Osim toga, adenovirusna ekspresija dominantnog negativnog AMPK mutanta u HUVECs inhibirala je njihovu migraciju prema faktoru rasta vaskularnih endotelnih ćelija i inhibirala angiogenezu korištenjem in vitro i in vivo testova. 115

Interakcije između AMPK i signalnih puteva inzulinu/inzulinu sličnog faktora rasta-1

Signalni put faktora rasta-1 koji je sličan insulinu/insulinu se aktivira kada su hranljive materije dostupne, dok se AMPK put aktivira kada ćelijama nedostaje izvor ugljenika. Stoga bi se očekivalo da se ova dva puta suprotstavljaju, a to je često slučaj. Kod sisara inzulin potiče sintezu lipida, proteina i glikogena, dok AMPK inhibira ove biosintetske puteve. Efekat insulina na sintezu proteina je delimično posredovan aktivacijom TOR puta putem fosforilacije TSC2, dok aktivacija AMPK izaziva fosforilaciju različitih mesta na TSC2 i inhibira TOR. 85,117 Također se čini da postoji direktna preslušavanja između 2 puta. U nekim tkivima, kao što je srčani mišić, insulin antagonizuje aktivaciju AMPK, 118,119 i čini se da to uključuje aktivaciju protein kinaze Akt (takođe nazvana protein kinaza B [PKB]). 120 Nedavno je predloženo da se to može pripisati fosforilaciji Akt-a AMPK α podjedinica na Ser485 ili Ser491 (ekvivalentni ostaci na α1 ili α2 izoforme), koji antagonizira AMPK aktivaciju putem fosforilacije na Thr172 pomoću LKB1. 121 Ostaje nejasno da li ovaj mehanizam djeluje u drugim tkivima.

U drugim slučajevima, signalni putevi insulina i AMPK rade u istom pravcu, posebno u procesima koji regulišu nivoe glukoze u plazmi.U skeletnim mišićima, i inzulin i AMPK aktivacija stimuliraju unos glukoze povećanom translokacijom GLUT4 u plazma membranu, iako je kasnija sudbina glukoze drugačija (sinteza glikogena u slučaju inzulina, što je anabolička glikoliza/oksidacija u slučaju AMPK, koji je katabolički). Čini se da se ova 2 puta približavaju fosforilaciji AS160, 122,123 proteina s domenom proteina koji aktivira Rab-GTPazu (Rab-GAP) koji je uključen u regulaciju translokacije GLUT4. Aktivacija AMPK igra veliku ulogu u dobro poznatoj sposobnosti mišićne kontrakcije da stimulira uzimanje glukoze, jer kod miševa koji prekomjerno eksprimiraju dominantni negativni AMPK mutant, 80 i u skeletnom mišiću specifičnom nokautu uzvodne kinaze LKB1, 49 efekti kontrakcije pri preuzimanju glukoze su smanjene. Također postoje dokazi da aktivacija AMPK može biti uključena u sposobnost jednog napada akutnog vježbanja da poveća osjetljivost na inzulin pri uzimanja glukoze. 124 Mehanizam ovog efekta ostaje nejasan, iako postoji mogućnost da se to može pripisati sposobnosti AMPK da inhibira TOR put jer se vjeruje da potonji, koji je aktiviran insulinom, vrši regulaciju povratne sprege na inzulinsku signalizaciju smanjenjem IRS1. . 125–127 Aktivacija AMPK takođe može biti uključena u efekte ponovljenih vježbi (tj. treninga) kako bi se poboljšalo uzimanje glukoze osjetljivo na inzulin, zbog njegove sposobnosti da poveća ekspresiju GLUT4 128 i možda drugih efekata.

Drugi slučaj u kojem inzulin i AMPK djeluju u istom smjeru javlja se u jetri, u kojem oba potiskuju ekspresiju enzima glukoneogeneze, kao što su fosfoenolpiruvat karboksikinaza i glukoza-6-fosfataza. 129 Očigledno je logično da insulin, hormon koji se oslobađa kao odgovor na visok nivo glukoze u krvi, treba da potisne proizvodnju glukoze u jetri, dok je u slučaju AMPK možda evoluirao kao među njegovim antianaboličkim delovanjem. Smatra se da se represija gena pomoću AMPK događa fosforilacijom i posljedičnom citoplazmatskom sekvestracijom koaktivatora transkripcije TORC2. 108 Čini se da je represija glukoneogeneze glavni uzrok efekata adipokina, adiponektina i antidijabetičkog lijeka metformina na snižavanje glukoze u plazmi na nivoe glukoze u plazmi, au oba slučaja postoje dokazi da mehanizam uključuje aktivaciju AMPK. 67,73

Konačni slučaj u kojem inzulin i AMPK djeluju u istom smjeru javlja se u adipocitima, gdje oba potiskuju aktivaciju lipaze osjetljive na hormone, a time i lipolizu, agonistima koji podižu cAMP. 39,130,131 Ova 2 puta djeluju različitim mehanizmima, pri čemu inzulin uzrokuje fosforilaciju i aktivaciju fosfodiesteraze 3B pomoću Akt-a, čime se snižava cAMP, 132 dok AMPK fosforilira hormon osjetljivu lipazu na mjestu (Serta kiniza-zavisna proteina). 133 U slučaju insulina, ovo se može smatrati jednim od njegovih antikataboličkih delovanja, ali razlog zašto AMPK treba da potisne lipolizu zahteva više objašnjenja. Ako se masne kiseline koje se oslobađaju lipolizom ne uklone iz ćelije dovoljno brzo, poznato je da se recikliraju u trigliceride i tako troše ATP. 134 Inhibicija lipolize od strane AMPK je predložena 135 kao mehanizam za ograničavanje ovog recikliranja, osiguravajući da brzina lipolize ne prelazi brzinu kojom se masne kiseline mogu ukloniti ili metabolizirati drugim putevima, kao što je oksidacija masnih kiselina.

Paralelni efekti inzulina i AMPK na uzimanje glukoze u mišićima i proizvodnju glukoze u jetri činili su dio osnove za ideju prvi put predloženu 1999. 136 da se aktivatori AMPK mogu koristiti za liječenje dijabetesa tipa 2 i možda gojaznosti. Ovo je u početku uspješno testirano korištenjem AICA ribozida na životinjskim modelima kao što su genetski gojazni ili hranjeni masnoćama, 137–140, a nalazi da aktivacija AMPK leži u osnovi efekata metformina na snižavanje glukoze 72,73 pružili su “dokaz koncepta” za ideju u ljudima. Intrigantno je da kod najmanje 3 životinjska modela koji su otporni na pretilost izazvanu prehranom, tj. kod miševa koji prekomjerno eksprimiraju odspojne proteine ​​UCP1 141 ili UCP3, 142 ili kod miševa s nokautom stearoil-CoA desaturaze-1, 143, izgleda da postoji perzistentna aktivacija AMPK u zahvaćenim tipovima ćelija.

Sposobnost AMPK-a da inhibira lipolizu adipocita i stimulira oksidaciju masnih kiselina u mnogim tkivima, kako akutnim putem fosforilacije ACC2 144 tako i kronično povećanjem PGC-1α i mitohondrijalne biogeneze, 110,145 također će vjerovatno biti korisna i kod dijabetesa tipa 2. . Postoji mnogo dokaza da su ova stanja dijelom uzrokovana abnormalnom akumulacijom triglicerida u mišićima i jetri i da to može biti barem dijelom uzrokovano defektom u mitohondrijskoj funkciji. 146 Zanimljivo je da je inkubacija kultiviranih ćelija sa visokim nivoom zasićenog palmitata masnih kiselina uticala na integritet endoplazmatskog retikuluma i dovela do smrti ćelije, a to je poboljšano korišćenjem AICAR-a za aktivaciju AMPK i stimulaciju oksidacije masnih kiselina. 147 Jedno upozorenje je da je također predloženo da visoke stope oksidacije masnih kiselina mogu biti štetne zbog oksidativnog stresa, na primjer, u ishemijskom srcu nakon reperfuzije 44 i u endotelnim stanicama. 148 Bit će važno utvrditi da li su štetni efekti aktivacije AMPK u određenim tipovima ćelija nadjačani ukupnim poboljšanjem metaboličkog statusa.

Zaključci i perspektive

Na osnovu poznatih efekata AMPK na metabolizam ugljikohidrata i lipida, već je jasno da je sistem glavni igrač u razvoju i/ili liječenju gojaznosti, dijabetesa i metaboličkog sindroma, koji su u modernom industrijaliziranom društvu poprimili razmjere epidemije. . AMPK je vjerovatno uključen u blagotvorne efekte redovnog vježbanja na ova stanja i sada se čini da posreduje u mnogim efektima adipokina leptina i adiponektina, kao i antidijabetičkog lijeka metformina. Čini se da je AMPK također uključen u rak zbog sposobnosti LKB1→AMPK puta da djeluje kao supresor tumora, zajedno s potencijalnom ulogom ovog puta u angiogenezi, apoptozi i starenju tumora. Također sada postoje indikacije da je AMPK sistem uključen u efekte ograničenja kalorija na životni vijek. Sve ovo predstavlja plodna područja za dalja istraživanja.

Original primljen 26. oktobra 2006. revizija primljena 30. novembra 2006. prihvaćena 12. decembra 2006.

Izvori finansiranja

Podržan programskim grantom od Wellcome Trust i EXGENESIS Integrated projekta (LSHM-CT-2004 do 005272) Evropske komisije.


Mnoge vrste molekula mogu biti podvrgnute fosforilaciji i defosforilaciji. Tri najvažnije vrste fosforilacije su fosforilacija glukoze, fosforilacija proteina i oksidativna fosforilacija.

Fosforilacija glukoze

Glukoza i drugi šećeri se često fosforiliraju kao prvi korak njihovog katabolizma. Na primjer, prvi korak glikolize D-glukoze je njena konverzija u D-glukoza-6-fosfat. Glukoza je mali molekul koji lako prožima ćelije. Fosforilacija formira veći molekul koji ne može lako ući u tkivo. Dakle, fosforilacija je ključna za regulaciju koncentracije glukoze u krvi. Koncentracija glukoze je zauzvrat direktno povezana sa stvaranjem glikogena. Fosforilacija glukoze je takođe povezana sa srčanim rastom.

Fosforilacija proteina

Phoebus Levene sa Rockefeller instituta za medicinska istraživanja bio je prvi koji je identificirao fosforilirani protein (fosvitin) 1906. godine, ali enzimska fosforilacija proteina nije opisana sve do 1930-ih.

Do fosforilacije proteina dolazi kada se fosforilna grupa doda aminokiselini. Obično je aminokiselina serin, iako se fosforilacija javlja i na treoninu i tirozinu kod eukariota i histidinu kod prokariota. Ovo je reakcija esterifikacije u kojoj fosfatna grupa reaguje sa hidroksilnom (-OH) grupom bočnog lanca serina, treonina ili tirozina. Enzim protein kinaza kovalentno vezuje fosfatnu grupu za aminokiselinu. Precizan mehanizam se donekle razlikuje između prokariota i eukariota. Najbolje proučeni oblici fosforilacije su posttranslacijske modifikacije (PTM), što znači da su proteini fosforilirani nakon translacije sa RNA šablona. Obrnutu reakciju, defosforilaciju, kataliziraju proteinske fosfataze.

Važan primjer fosforilacije proteina je fosforilacija histona. Kod eukariota, DNK je povezana sa histonskim proteinima kako bi se formirao hromatin. Fosforilacija histona modifikuje strukturu hromatina i menja njegove interakcije protein-protein i DNK-protein. Obično se fosforilacija događa kada je DNK oštećena, otvarajući prostor oko slomljene DNK tako da mehanizmi popravke mogu obaviti svoj posao.

Pored svog značaja u popravljanju DNK, fosforilacija proteina igra ključnu ulogu u metabolizmu i signalnim putevima.

Oksidativna fosforilacija

Oksidativna fosforilacija je način na koji ćelija pohranjuje i oslobađa hemijsku energiju. U eukariotskoj ćeliji, reakcije se odvijaju unutar mitohondrija. Oksidativna fosforilacija se sastoji od reakcija lanca transporta elektrona i reakcija hemiosmoze. Ukratko, redoks reakcija prenosi elektrone iz proteina i drugih molekula duž lanca transporta elektrona u unutrašnjoj membrani mitohondrija, oslobađajući energiju koja se koristi za stvaranje adenozin trifosfata (ATP) u hemiosmozi.

U ovom procesu, NADH i FADH2 isporučuju elektrone u lanac transporta elektrona. Elektroni se kreću od više energije do niže energije dok napreduju duž lanca, oslobađajući energiju na putu. Dio ove energije odlazi na pumpanje vodikovih jona (H+) kako bi se formirao elektrohemijski gradijent. Na kraju lanca, elektroni se prenose na kiseonik, koji se vežu sa H+ i formiraju vodu. H+ joni daju energiju za ATP sintazu za sintezu ATP-a. Kada je ATP defosforiliran, cijepanjem fosfatne grupe oslobađa se energija u obliku koji stanica može koristiti.

Adenozin nije jedina baza koja prolazi kroz fosforilaciju da bi se formirao AMP, ADP i ATP. Na primjer, gvanozin također može formirati GMP, GDP i GTP.


Reference

Hardie DG, Carling D, Carlson M: Podfamilija protein kinaze aktivirane AMP/SNF1: metabolički senzori eukariotske ćelije?. Annu Rev Biochem. 1998, 67: 821-855. 10.1146/annurev.biochem.67.1.821.

Winder WW, Hardie DG: AMP-aktivirana protein kinaza, metabolički glavni prekidač: moguće uloge u dijabetesu tipa 2. Am J Physiol. 1999, 277: E1-E10.

Goodyear LJ: AMP-aktivirana protein kinaza: kritični signalni posrednik za unos glukoze stimuliran vježbanjem?. Exerc Sport Sci Rev. 2000, 28: 113-116.

Mu J, Brozinick JT, Vallardes O, Bucan M, Birnbaum MA: Uloga protein kinaze aktivirane AMP u kontrakciji i hipoksijom reguliranom transportu glukoze u skeletnim mišićima. Mol Cell. 2001, 7: 1085-1094. 10.1016/S1097-2765(01)00251-9.

Moller DE: Novi ciljevi lijekova za dijabetes tipa 2 i metabolički sindrom. Priroda. 2001, 414: 821-827. 10.1038/414821a.

Zhou G, Myers R, Li Y, Chen Y, Shen X, Fenyk-Melody J, Wu M, Ventre J, Doebber T, Fujii N, et al: Uloga protein kinaze aktivirane AMP u mehanizmu djelovanja metformina. J Clin Invest. 2001, 108: 1167-1179. 10.1172/JCI200113505.

Fryer LG, Parbu-Patel A, Carling D: Antidijabetički lijekovi rosiglitazon i metformin stimuliraju protein kinazu aktiviranu AMP kroz različit signalni mehanizam. J Biol Chem. 2002, 277: 25226-25232. 10.1074/jbc.M202489200.

Hawley SA, Gadalla AE, Olsen GS, Hardie DG: Antidijabetički lijek metformin aktivira kaskadu protein kinaze aktivirane AMP putem mehanizma neovisnog o adenin nukleotidu. Dijabetes. 2002, 51: 2420-2425.

Blair E, Redwood C, Ashrafian H, Oliveira M, Broxholme J, Kerr B, Salmon A, Ostman-Smith I, Watkins H: Mutacije u γ(2) podjedinici protein kinaze aktivirane AMP uzrokuju porodičnu hipertrofičnu kardiomiopatiju: dokazi za centralnu ulogu energetskog kompromisa u patogenezi bolesti. Hum Mol Genet. 2001, 10: 1215-1220. 10.1093/hmg/10.11.1215.

Arad M, Benson DW, Perez-Atayde AR, McKenna WJ, Sparks EA, Kanter RJ, McGarry K, Seidman JG, Seidman CE: Konstitutivno aktivne mutacije AMP kinaze uzrokuju bolest skladištenja glikogena koja oponaša hipertrofičnu kardiomiopatiju. J Clin Invest. 2002, 109: 357-362. 10.1172/JCI200214571.

Daniel T, Carling D: Funkcionalna analiza mutacija u γ2 podjedinici protein kinaze aktivirane AMP povezane sa srčanom hipertrofijom i Wolff-Parkinson-White sindromom. J Biol Chem. 2002, 277: 51017-51024. 10.1074/jbc.M207093200.

Hudson ER, Pan DA, James J, Lucocq JM, Hawley SA, Green KA, Baba O, Terashima T, Hardie DG: Nova domena u protein kinazi aktiviranoj AMP uzrokuje tijela za skladištenje glikogena slična onima koji se mogu vidjeti kod nasljednih srčanih aritmija. Curr Biol. 2003, 13: 861-866. 10.1016/S0960-9822(03)00249-5.

Polekhina G, Gupta A, Michell BJ, van Denderen B, Murthy S, Feil SC, Jennings IG, Campbell DJ, Witters LA, Parker MW, et al: AMPK β podjedinica cilja metabolički stres na glikogen. Curr Biol. 2003, 13: 867-871. 10.1016/S0960-9822(03)00292-6.

Hawley SA, Davison M, Woods A, Davies SP, Beri RK, Carling D, Hardie DG: Karakterizacija AMP-aktivirane protein kinaze kinaze iz jetre štakora i identifikacija treonina-172 kao glavnog mjesta na kojem se fosforilira i aktivira AMP-aktivirana protein kinaza. J Biol Chem. 1996, 271: 27879-27887. 10.1074/jbc.271.44.27879.

Stein SC, Woods A, Jones NA, Davison MD, Carling D: Regulacija AMP-aktivirane protein kinaze fosforilacijom. Biochem J. 2000, 345: 437-443. 10.1042/0264-6021:3450437.

Hawley SA, Boudeau J, Reid JL, Mustard KJ, Udd L, Mäkelä TP, Alessi DR, Hardie DG: Kompleksi između LKB1 tumor supresora, STRADα/β i MO25α/β su uzvodne kinaze u kaskadi protein kinaze aktivirane AMP. J Biol. 2003, 2: 28-10.1186/1475-4924-2-28.

Nath N, McCartney RR, Schmidt MC: Kvasac Pak1 kinaza se povezuje sa i aktivira Snf1. Mol Cell Biol. 2003, 23: 3909-3917. 10.1128/MCB.23.11.3909-3917.2003.

Hong S-P, Leiper FC, Woods A, Carling D, Carlson M: Aktivacija kvasca Snf1 i protein kinaze aktivirane AMP kod sisara uzvodnim kinazama. Proc Natl Acad Sci USA. 2003, 100: 8839-8843. 10.1073/pnas.1533136100.

Sutherland CM, Hawley SA, McCartney RR, Leech A, Stark MJR, Schmidt MC, Hardie DG: Elm1p je jedna od tri uzvodne kinaze za Saccharomyces cerevisiae SNF1 kompleks. Curr Biol. 2003, 13: 1299-1305. 10.1016/S0960-9822(03)00459-7.

Hawley SA, Selbert MA, Goldstein EG, Edelman AM, Carling D, Hardie DG: 5'-AMP aktivira kaskadu protein kinaze aktivirane AMP i Ca 2+ /calmodulin kaskadu protein kinaze zavisne od kalmodulina I, preko tri nezavisna mehanizma. J Biol Chem. 1995, 270: 27186-27191. 10.1074/jbc.270.45.27186.

Boudeau J, Sapkota G, Alessi DR: LKB1, protein kinaza koja regulira ćelijsku proliferaciju i polaritet. FEBS Lett. 2003, 546: 159-165. 10.1016/S0014-5793(03)00642-2.

Baas AF, Boudeau J, Sapkota GP, Smit L, Medema R, Morrice NA, Alessi DR, Clevers HC: Aktivacija tumor supresor kinaze LKB1 od strane STE20-like pseudokinaze STRAD. EMBO J. 2003, 22: 3062-3072. 10.1093/emboj/cdg292.

Boudeau J, Baas AF, Deak M, Morrice NA, Kieloch A, Schutowski M, Prescott AR, Clevers HC, Alessi DR: MO25α/β stupaju u interakciju sa STRADα/β povećavajući njihovu sposobnost da vežu, aktiviraju i lokalizuju LKB1 u citoplazmi. EMBO J. 2003, 22: 5102-5114. 10.1093/emboj/cdg490.

Alessi DR, James SR, Downes CP, Holmes AB, Gaffney PRJ, Reese CB, Cohen P: Karakterizacija protein kinaze zavisne od 3-fosfoinozitida koja fosforilira i aktivira protein kinazu Bα. Curr Biol. 1997, 7: 261-269.

Minokoshi Y, Kim YB, Peroni OD, Fryer LG, Muller C, Carling D, Kahn BB: Leptin stimuliše oksidaciju masnih kiselina aktiviranjem protein kinaze aktivirane AMP. Priroda. 2002, 415: 339-343. 10.1038/415339a.

Yamauchi T, Kamon J, Minokoshi Y, Ito Y, Waki ​​H, Uchida S, Yamashita S, Noda M, Kita S, Ueki K, et al: Adiponektin stimulira iskorištavanje glukoze i oksidaciju masnih kiselina aktivacijom protein kinaze aktivirane AMP. Nat Med. 2002, 8: 1288-1295. 10.1038/nm788.


Pogledajte video: Beta oksidacija zasicene masne kiseline-palmitinska (Oktobar 2022).