REGULACIÓN DE LA ACTIVIDADENZIMÁTICA

No todas las enzimas son tan regulables. La mayoría de los efectos biológicos dependen de reacciones múltiples, cascadas o secuencias de reacciones; cada una de estas etapas es catalizada por una enzima (se habla de una batería de enzimas). No hay necesidad de regular negativamente todas las enzimas de una cadena de reacciones, basta con que se regule una (economía) y todo el proceso se afectará.

REGULACIÓN Síntesis de acuerdo a las necesidades

Reguladores

Externo: La propia glucosa puede ser un regulador para que se activen ciertos mecanismos

Tenemos mecanismos regulatorios (inducción y represión, modificación covalente, proteólisis de proenzima); los mecanismos alostéricos y la cooperatividad positiva.

Por vía de la actividad enzimática

Positivo: cuando se une la molécula reguladora al sitio regulatorio, entonces se produce un cambio de conformación del sitio activo, lo que permite la formación del complejo enzima sustrato.

Negativo: cambia la conformación a fin con el sustrato, lo que impide que se forme el complejo enzima sustrato.

Interno: Se puede dar que la formación de exceso de ATP regule negativamente alguna de las enzimas de la glicolisis, así se inhibe todo el fenómeno.

INDUCCIÓN Y REPRESIÓN ENZIMÁTICA

Las enzimas que catalizan la síntesis de un producto específico no se sintetizan si este producto está presente

en el medio.

Síntesis de una enzima sólo cuando está

presente un sustrato, solo cuando las

necesitan. Se refiere también a la activación de la trascripción de un gen como consecuencia

de un inductor que interactiva con una

proteína reguladora.

Ej. Enzima ß-galactosidasa Si la lactosa está ausente en

el medio, la enzima no se sintetiza; pero empieza a

sintetizarse casi inmediatamente si se agrega

lactosa.

Ej.: Enzimas que participan en la formación de aminoácidos arginina sólo se sintetiza cuando no hay arginina en el medio de cultivo.

Hay hormonas que inducen la síntesis de determinada proteína que tenga actividad enzimática, por lo tanto en determinado momento hay ciertas vías que se ven estimuladas porque hay aumento en la síntesis de estas enzimas y entonces puede ser que haya inducción que sería aumento en la síntesis o bien represión pero todo esto es a nivel del gen, que se aumente la transcripción del gen o que se inhiba la transcripción de ese gen.

Represión Inducción

REGULACION ALOSTERICA

• Algunas enzimas con funciones reguladoras especializadas reaccionan a los efectores alostéricos o a la modificación covalente, o manifiestan velocidades alteradas de síntesis de enzimas cuando cambian las condiciones fisiológicas.

• enzimas(proteínas globulares que catalizan reacciones quimicas) que presentan centros alostéricos, activadores e inhibidores, además del habitual centro activo

ENZIMAS ALOSTERICAS

• enzimas reguladoras por agregado por agregado o sustracción de grupos unidos covalentemente.

ENZIMAS REGULADORAS COVALENTEMENTE

Sitios de fijación alostéricos

Las enzimas se encuentran reguladas por moléculas que se denominan efectores

fijan de manera no covalente en un sitio distinto al activo. el sitio regulador

compuestas por

subunidades múltiples

La falta de similitud estructural entre un inhibidor por retroalimentación y el sustrato para la enzima cuya actividad regula hace pensar que los efectores no son isostáricos con su sustrato, sino alostéricos (“ocupan otro sitio”)

Del centro de fijación del sustrato o centro activo, las enzimas reguladoras tienen centros conocimos como centros alostéricos. El centro alostérico es una región especifica que al unirse al modulador alostérico, provoca un cambio en la estructura espacial de la enzima, de forma que cambia la afinidad del mismo hacia el sustrato u otro ligando

Los efectos alóstericos podrían ser en Km y Vmáx

la cinética del a inhibición alósterica

no competitiva

competitiva

enzimas alóstericas de la serie-K

Km se eleva sin afectar V

enzimas alóstericas de la serie V

inhibidor alostérico disminuye Vmáx sin afectar Km

Para una enzima alostérica de la serie K, el cambio conformacional podría debilitar los en laces entre el sustrato y los residuos que enlazan el sustrato.

Para una enzima alostérica de la serie V, el efecto principal podría ser que se modificara la orientación o la carga de los residuos catalíticos, disminuyendo Vmáx .

Los efectores alostéricos regulan ciertas enzimas

• En las rutas metabólicas, las enzimas alostéricas se encuentran situadas estratégicamente en una de las primeras etapas, y catalizan una reacción generalmente en unas de las primeras etapas, y catalizan una reacción generalmente alejada del equilibrio y, por lo tanto, prácticamente irreversible. Con frecuencia, el producto final de la ruta metabólica actúa como inhibidor alostérico de esta enzima

La ruta lineal

El producto final Z, al unirse a un sitio diferente del centro activo, inhibe la enzima alostérica 1, a menudo Z no se parece estructuralmente al primer sustrato A. este sistema de regulación recibe el nombre de retroinhibición ( o inhibición feedback) y asegura que no se genere más producto Z del necesario. Así mismo, la reducción de la velocidad de reacción de la primera etapa evita la utilización de más sustrato A y la acumulación de reacción de la primera etapa evita la utilización de más sustrato A y la acumulación de intermediarios

La treonina se convierte en isoleucina en cinco etapas, la primera de ellas catalizada por la enzima treoninadesaminasa. Cuando la concentración de isoleucina es muy elevada, se une a un centro regulador del enzima distinto del centro activo, lo que su inactivación. Cuando la concentración de isoleucina disminuye, la enzima recupera su actividad

Rutas metabólicas ramificadas

Así por ejemplo, los productos F e I se necesitan en cantidades equivalentes, una alta concentración de F inhibirá la reacción C D y/o activara la C G. De la misma manera, I puede inhibir la reacción C D. También F, I e incluso C pueden actuar como inhibidores alostéricos de la enzima de la primera etapa A B. En una situación real operarán todos o solamente algunos de estos controles

Las aspartato transcarbamoilasa es una enzima alostérica modelo

• El aspartato transcarbamoilsa (ATC-asa), que cataliza la primera reacción requerida para la biosíntesis de pirimida, es inhibida por retroalimentación por el trifosfato de citidina (CTP). Después del tratamiento con mercuriales, la ACT-asa pierde su sensibilidad a la inhibición por CTP, pero retiene toda tu actividad para la síntesis de carbamoil-aspartato. De aquí se deduce que el CTP se enlaza a un sitio (alostérico) distinto del sustrato. La ATC-asa consiste en varias subunidades catalíticas y reguladoras. Cada subunidad catalítica contiene cuatro sitios para el aspartato (sustrato) y cada subunidad reguladora tiene, por lo menos, dos sitios para el CTP (reguladores).

El CTP y el ATP afectan a la actividad de la ATCasa. Las curvas sigmoideas son el resultado de la cooperatividad en la unión del aspartato. La curva control se obtiene en ausencia de efectores. CTP actúa como efector alosterico negativo (inhibidor) dismynuyendo la velocidad de la reaccion practicamente a cualquier cualquier concentracion de aspartato. El ATP es activador alosterico, aumenta la velocidad de la reaccion por incremento generado en la afinidad de la enzima por el aspartato, aunque reduce la cooperatividad.

EFECTO DE LA MODIFICACIÓN COVALENTE SOBRE LA

ACTIVIDAD ENZIMÁTICA

La regulación covalente se realiza en varias enzimas por un proceso de unión

o eliminación de fosfato. Existen también enzimas cuya actividad es modulada por la inserción covalente de otros grupos.

Algunas enzimas permanecen inactiva hasta que son modificadas covalentamente.

Ineficientes para ser activas todo el tiempo.La modificación mas usual, es la

fosforalicion por cianasas.

Modificación Covalente Irreversible: Dentro del grupo de las modificaciones covalentes irreversibles, destaca por su importancia, las modificaciones por Proteolisis Parcial.

UN EJEMPLO:

Veamos este tipo de regulación para el caso particular de las proteasas pancreáticas: Tripsina quimotripsina, elastasa y carboxipeptidasa.

Todas ellas se sintetizan en el páncreas, y se segregan a través del conducto pancreático al duodeno del intestino delgado, en respuesta a una señal hormonal generada cuando el alimento sale del estómago.

Modificación covalente reversible

Actualmente sabemos que un elevado número de enzimas existen en dos formas (con propiedades catalíticas diferentes), que se pueden interconvertir una en otra gracias a la acción de otras enzimas.

Estas enzimas sufren un cambio en la actividad debido a la modificación covalente de algunos restos aminoacídicos de la cadena polipeptídica.

Las principales modificaciones covalentes que conducen a una modificación de la actividad enzimática (activa <--> inactiva) son:

 * Fosforilación <==> Desfosforilación * Acetilación <==> Desacetilación * Adenilación <==> Desadenilación * Uridilación <==> Desurilación ADP-ribosilación

Consiste en la degradación de la proteína en sus aminoácidos correspondientes, mediante la acción de enzimas llamadas proteasas.

PROTEOLISIS

El sustrato inicial (SI) es la proteína.

Los productos finales (PF) son los aminoácidos correspondientes.

El sitio celular (SC) donde ocurre es en los proteinoplastos.

La función de la vía (FV) es degradar las proteínas para continuar con el catabolismo.

CARACTERISTICAS

ISOENZIMAS

DEFINICIÓN:

son distintas formas moleculares de una misma enzima que presentan o muestran especificidad por el mismo sustrato

Hexokinasa I esta presente en todos los tejidos, y la Hexoquinasa IV, también conocida como Glucoquinasa, esta presente principalmente en el hígado, el páncreas y el cerebro.

Ambas enzimas catalizan la fosforilación de la glucosa:

   

Glucosa + ATP —–à Glucosa 6 (P) + ADP

FORMAS MOLECULARES DE ISOENZIMAS:

1. Deshidrogenasa Láctica (LDH) Esta enzima esta formada por la asociación de cinco cadenas peptidicas de dos diferentes tipos de monómeros: M y H. Las variantes encontradas en el ser humano son:

LDH1: abundante en el corazón, el cerebro y los eritrocitos;

LDH2: abundante en el corazón, el cerebro y los eritrocitos

LDH3: abundante en el cerebro, los riñones y los pulmones

LDH4: abundante en el hígado, musculo esquelético y el tejido renal

LDH5: abundante en el tejido hepático, musculo esquelético y el íleon

2. Creatin Kinasa:

Creatin Kinasa (CK), también conocida como Creatina

fosfoquinasa (CPK) es otro ejemplo de isoenzimas

isoenzimas de CK

•CK1 (BB) abunda en el cerebro y en la musculatura lisa (esta prácticamente ausente del suero)

•CK2 (MB) abunda en el corazón y aparece en ciertas cantidades en el musculo esquelético  (prácticamente esta ausente del suero)

•CK3 (MM) abunda en el musculo esquelético y el cardiaco