AMPK se često predstavlja kao "senzor energije" stanice.Taj je opis koristan, ali također može učiniti da put zvuči puno jednostavnije nego što jest.
Ono na što AMPK zapravo reagira je promjena u ravnoteži stanične energije.ATP se neprestano troši, a pod uvjetima kao što su kontrakcija mišića ili nedostatak hranjivih tvari, promet ATP-a može rasti brže nego što se nadoknađuje. Kako se ADP i AMP akumuliraju u odnosu na ATP, AMPK postaje lakše aktivirati. Nakon što je aktivan, mijenja ponašanje iznenađujuće širokog spektra metaboličkih proteina.
Neki od najjasnijih dokaza potječu iz skeletnih mišića.
U klasičnoj studiji vježbanja, Rasmussen i Winder izvijestili su da povećanje intenziteta vježbanja prati veća aktivnost AMPK, niža aktivnost acetil-CoA karboksilaze i pad mišićnog malonil-CoA.Ta posljednja promjena je važna jer malonil-CoA normalno sprječava ulazak masnih kiselina u mitohondrije. Eksperiment je pomogao uspostaviti biokemijsku vezu između vježbanja, AMPK-a i veće upotrebe masnih kiselina kao goriva.
Primamljivo je pretvoriti taj nalaz u jednostavnu izjavu poput "AMPK tjera mišiće da sagorijevaju masti."Biologija je manje uredna. Oksidacija masti tijekom vježbanja također ovisi o dostupnosti supstrata, razinama hormona, intenzitetu vježbanja, kapacitetu mitohondrija i nekoliko signalnih putova koji djeluju u isto vrijeme. AMPK je uključen, ali ne daje naredbe ostatku metabolizma iz kontrolne sobe.
Isti oprez vrijedi i za unos glukoze.
Kontrahirani skeletni mišić uzima puno više glukoze, uglavnom zato što se GLUT4 transporteri pomiču prema površini stanice.AMPK je jedan od signala povezanih s ovim odgovorom, ali genetski eksperimenti su pokazali da unos glukoze izazvan kontrakcijom može trajati čak i kada se uklone određene katalitičke podjedinice AMPK.Kasniji radovi sugeriraju da AMPK može biti posebno relevantan za rukovanje glukozom u razdoblju nakon kontrakcije, a ne da bude jedini okidač tijekom same kontrakcije.
Ovo je dobar primjer zašto se signalni putovi rijetko ponašaju kao dijagrami koji se nalaze u uvodnim udžbenicima. Ti dijagrami obično sadrže jednu strelicu gdje ćelija sadrži nekoliko djelomično suvišnih ruta.
AMPK također postaje zanimljiv kada pogledamo rast stanica.
Stvaranje proteina, membrana i novog staničnog materijala skupo je u energetskom smislu. Tijekom energetskog stresa, nastavak tih procesa punom brzinom ne bi imao smisla. Jedan mehanizam koji koristi AMPK je inhibicija mTORC1, glavnog promotora staničnog rasta. Godine 2008. Gwinn i kolege pokazali su da AMPK može izravno fosforilirati raptor, komponentu mTORC1. Stanice koje nose raptor koji se ne može normalno fosforilirati bile su manje sposobne nametnuti ovu metaboličku kontrolnu točku tijekom energetskog stresa.
Otprilike u isto vrijeme, rad na autofagiji počeo je popunjavati drugi dio priče.
Godine 2011. eksperimenti nekoliko skupina povezali su AMPK izravno s ULK1, kinazom uključenom u pokretanje autofagije. U uvjetima gladovanja glukoze, fosforilacija ULK1 pomoću AMPK pomogla je stanicama da aktiviraju strojeve koji se koriste za recikliranje unutarstaničnog materijala. mTORC1, pak, djeluje na isti sustav iz suprotnog smjera kada su hranjive tvari u izobilju.
Taj je odnos vjerojatno informativniji od poznate fraze da AMPK "uključuje autofagiju".
Stanica koja doživljava energetski stres ne pokušava jednostavno sagorjeti više goriva. Odlučuje što se može privremeno odgoditi, koji se materijal može reciklirati i koje resurse treba preusmjeriti prema održavanju ATP-a i cjelovitosti stanice.
Postoji još jedan razlog da budete oprezni s popularnom idejom o AMPK-u kao "prekidaču za uštedu energije". Različita tkiva ne koriste nužno AMPK na isti način. Jetra, skeletni mišići, masno tkivo i neuroni hipotalamusa rade pod različitim metaboličkim ograničenjima, pa se posljedice aktivacije AMPK mogu značajno razlikovati između njih. Trajanje je također važno: kratka eksplozija AMPK aktivnosti tijekom vježbanja nije biološki ekvivalent trajnoj aktivaciji.
Dakle, AMPK je možda bolje shvatiti kao dio mreže za upravljanje energijom, a ne kao jedan metabolički prekidač.
To možda zvuči manje dramatično, ali je bliže onome što sugeriraju eksperimenti.AMPK pomaže stanicama primijetiti kada su dostupnost energije i potražnja za energijom izašle iz ravnoteže.Što će se dalje dogoditi ovisi o tkivu, vrsti stresa i drugim signalima koji stižu u isto vrijeme.