“ALOSTERISMO”

ENZIMOLOGIA APLICADANOVENO SEMESTRE

ORIENTACION ALIMENTOS

FACULTAD DE QUIMICO-FARMACOBIOLOGIAU.M.S.N.H.

PRESENTA

D.C. CONSUELO DE JESUS CORTES PENAGOS

SEPTIEMBRE 2007

Mecanismos moleculares de la regulación intracelular

Una forma de modificar la actividad catalítica de una enzima de manera

rápida, en forma reversible y por interacción no covalente, se refiere al cambio conformacional provocado al

unirse una o más moléculas pequeñas, en sitios específicos de la enzima.

ENZIMAS REGULADORAS

• La formulación cinética michaeliana no resulta aplicable a la totalidad de las enzimas conocidas

• Existen muchas proteínas enzimáticas, de estructura oligomérica, cuyas subunidades se influyen mutuamente, es decir, que la actuación de una de ellas repercute en el comportamiento de las demás

• La cinética de estas enzimas suele ser en general de tipo sigmoideo

Alosterismo

• Juega un papel importante en el control molecular dinámico del metabolismo celular.

• Las moléculas, distintas al sustrato, que se unen a las enzimas alostéricas constituyen los efectores, que se consideran positivos (+) si activan la enzima, y negativos (–) si la inhiben.

Alosterismo

• La unión se hace en un sitio diferente al que ocupa el sustrato y se denomina sitio alostérico.

• Como consecuencia de la interacción del efector con el sitio alostérico, la conformación de la enzima se modifica y con ello se modifica su actividad.

• Generalmente los efectores son moléculas relacionadas con la vía metabólica que se está regulando por la actividad de una enzima dada; en muchos casos corresponden a productos de la vía.

• Es reconocido el hecho que al acumularse los productos de algunas rutas biosintéticas, ellos actúan inhibiendo su propia síntesis al participar como efectores negativos de enzimas que catalizan las primeras etapas de la vía.

• También se encuentran numerosos ejemplos de regulación alostérica en las rutas degradativas energéticas; generalmente las moléculas relacionadas con la transferencia de energía celular, tales como ATP, ADP y AMP se comportan como efectores positivos o negativos de diversos sistemas enzimáticos regulables.

• En el control de la vía glicolítica participa la enzima alostérica unidireccional fosfo–fructoquinasa que modifica su actividad al unirse a moléculas relacionadas con la energética celular.

• Los efectores AMP y ADP actúan como reguladores positivos, mientras que el ATP se comporta como un regulador negativo (Fig.). De esta manera se adapta la velocidad de la glicolisis a las necesidades energéticas celulares.

Mecanismo de acción de los efectores positivos o negativos sobre la actividad de las enzimas alostéricas.

• Los diversos mecanismos para regular la actividad enzimática, sin considerar cambios en la cantidad de la enzima, son fundamentales para vislumbrar la célula como un sistema autorregulado.

• Los mecanismos y estrategias celulares que funcionan en forma coordinada a fin de satisfacer las necesidades celulares y permitirle responder a las características microambientales del momento.

• La incapacidad celular para responder en forma adecuada a los estímulos, representados por moléculas producidas o modificadas por ella y por aquellas que se generan ante mensajes externos, hace que la célula no pueda realizar algunas funciones o las realice a una velocidad inadecuada, lo que puede traducirse en un proceso patológico.

• LA PALABRA “ALOSTERICO” PROVIENE DE ALO, “OTRO” Y STEROS “FORMA”, Y SE REFIERE AL HECHO DE QUE LAS POSIBLES CONFORMACIONES AFECTAN EL COMPORTEMIENTO DE LA PROTEINA.

• EL COMPORTAMIENTO DE LAS ENZIMAS ALOSTERICAS DEPENDE DE LOS CAMBIOS DE CONFORMACION.

• LA UNION DE SUSTRATOS, INHIBIDORES Y ACTIVADORES ALTERA LA ESTRUCTURA CUATERNARIA DE LAS PROTEINAS ALOSTERICAS, Y LOS CAMBIOS DE ESTRUCTURA SE REFLEJAN EN EL COMPORTAMIENTO.

• LA CLAVE PARA EL COMPORTAMIENTO ALOSTÉRICO, INCLUIDA LA COOPERATIVIDAD Y LAS MODIFICACIONES DE LA COOPERATIVIDAD, ES EL HECHO DE QUE LAS ESTRUCTURAS CUATERNARIAS DE LAS PROTEINAS ALOSTERICAS PUEDEN ADOPTAR MULTIPLES FORMAS.

• UNA SUSTANCIA QUE MODIFICA LA ESTRUCTURA CUATERNARIA, Y POR LO TANTO EL COMPORTAMIENTO, DE UNA PROTEINA ALOSTERICA ALOSTERICA UNIENDOSE A ELLA SE DENOMINA EFECTOR ALOSTERICO.

• EL TERMINO EFECTOR PUEDE APLICARSE A SUSTRATOS, INHIBIDORES O ACTIVADORES.

• EL COMPORTAMIENTO DE LAS ENZIMAS ALOSTERICAS DEPENDE DE LOS CAMBIOS DE CONFORMACION.

• DOS MODELOS DESCRIBEN LOS CAMBIOS DE CONFORMACION EN LAS SUBUNIDADES INDIVIDUALES DE LAS ENZIMAS CON MULTIPLES SUBUNIDADES.

• MODELO CONCERTADO:LA CONFORMACION DE TODAS LAS

SUBUNIDADES CAMBIA SIMULTANEAMENTE.

• MODELO SECUENCIAL:UN CAMBIO CONFORMACIONAL EN UNA

SUBUNIDAD FACILITA QUE OTRA SUBUNIDAD CAMBIE SU CONFORMACION.

Modelo MWC de transiciones alostéricas.

Modelo de Monod – Wyman – Changeux (MWC) de transiciones alostéricas.

• Se considera una proteína dimérica que podía existir en cualquiera de dos estados conformacionales, R o T.

• Cada subunidad en este dímero tiene un sitio de unión para el sustrato S y un sitio para el efector alostérico, F.

Modelo (MWC)

• Los promotores están simétricamente relacionados uno con otro en la proteína, y la simetría conserva el estado conformacional de la proteína.

• Los diferentes estados de la proteína, con o sin ligando unido, están unidos a uno u otro a través de varios equilibrios.

Modelo (MWC)

• Así, la población relativa de moléculas protéicas en el estado R o T es función de esos equilibrios y la concentración de varios ligandos, sustrato (S), y efectores (los cuales se unen a FR o FT).

• Cuando la [S] se incrementa, el equilibrio T/R se da en favor de un incremento de proporción de conformeros R en la población total (esto es, mas moléculas protéicas en el estado conformacional R).

Modelo MWC de transiciones alostéricas.

Efectos heterotrópicos alostéricos

Efectos alostéricos heterotrópicos

• A e I unidos a R y T, respectivamente.

• El equilibrio de unión lleva a los cambios en cantidades relativas de R y T y, de este modo, las uniones en la curva de saturación de sustrato.

• Este comportamiento, descrito en la gráfica, define un sistema alostérico K.

Efectos alostéricos heterotrópicos

• Los parámetros de cada sistema son:

(1) S y A (ó I) tienen diferentes afinidades por R y T

(2) A (ó I) modifica el parámetro K0.5 para S por la unión de la población relativa de R contra T.

• EFECTO HOMOTROPICO:

SON INTERACCIONES ALOSTERICAS QUE SE DAN CUANDO VARIAS MOLECULAS IDENTICAS SE UNEN A UNA PROTEINA. LA UNION DE MOLECULAS DE SUSTRATO A DIFERENTES SITIOS DE UNA ENZIMA.

• EFECTO HETEROTROPICO:

INTERACCIONES ALOSTERICAS QUE SE DAN CUANDO DIFERENTES SUSTANCIAS (COMO UN INHIBIDOR Y UN SUSTRATO) SE UNEN A LA PROTEINA.