REGULACIÓN DE LA ACTIVIDAD ENZIMÁTICA...Control de la actividad enzimática Actividad catalítica...
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REGULACIÓN DE LA ACTIVIDAD ENZIMÁTICA Con que fin? Crecer, diferenciarse y desarrollarse Coordinar los diferentes procesos metabólicos Responder a variaciones del ambiente Mantener comunicación inter e intra-celular. Como ? Control de la disponibilidad de E La cantidad de E depende de la velocidad de síntesis y degradación. Ambas velocidades son controladas por la célula directamente. e.j. E coli es LAC- (no posee E p/ metabolizarla) si se expone a LAC sintetiza E para metabolizarla
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REGULACIÓN DE LA ACTIVIDAD ENZIMÁTICA
Con que fin?
Crecer, diferenciarse y desarrollarse
Coordinar los diferentes procesos metabólicos
Responder a variaciones del ambiente
Mantener comunicación inter e intra-celular.
Como?
Control de la disponibilidad de E
La cantidad de E depende de la velocidad de síntesis y
degradación.
Ambas velocidades son controladas por la célula directamente.
e.j. E coli es LAC- (no posee E p/ metabolizarla) si se
expone a LAC sintetiza E para metabolizarla
Control de la actividad enzimática
Actividad catalítica es regulada por alteraciones conformacionales
y estructurales.
La vo catalizada cinéticamente depende ≈ [ES] varía con [S] y
con afinidad de E x S actividad catalítica es controlada por
variaciones en la afinidad x S.
Afinidad puede variar debido a unión de pequeñas moléculas:
“efectores” modifican actividad catalítica
MECANISMOS REGULATORIOS
Enzimas Alostéricas
Enzimas modificadas covalentemente
Múltiples formas de la enzima
Activación por clivaje proteolítico de pro-enzimas
Enzimas Alostéricas
Poseen estructura cuaternaria (múltiples subunidades y sitios
activos)
Poseen un cinética sigmoide indica cooperatividad entre
las subunidades, es decir la unión de un S a uno de los sitios
afecta el enlace en los otros sitios.
Son reguladas por la unión de moduladores/efectores
positivos o negativos
El tipo de regulación puede ser Homotrópica o Heterotrópica
Posee dos sitios receptores
Sitio Activo: Sitio de unión del
Ligando-L / Sustrato
Sitio Alosterico: Sitio de unión
del modulador/efector
Efectos Homotrópicos: cuando los ligandos son idénticos.
Usualmente son positivos. Ej. las interacciones de la unión del
O2 a la Hb.
Efectos Heterotrópicos: cuando la unión de un L afecta la unión
de otro sitio diferente. Ej. el efecto de Bifosfoglicerato en la
afinidad de la Hb por el O2
Propiedades de las Enzimas Alostéricas
Poseen dos estados conformacionales en equilibrio: T (tight /
baja afinidad por S) y R (relaxed / alta afinidad por S)
Moduladores positivos y S pueden unirse a R; los Inhibidores
pueden unirse a la forma T.
Modelo secuencial
La unión del S induce un
cambio conformacional
de la forma T a R,
aumentando los sitios
disponibles para S.
Modelo Concertado
Todas las subunidades
deben estar en la misma
conformación (T o R).
Todas deben cambiar al
mismo tiempo
Transición T a R
Cooperatividad
Regulación Alosterica: Modelo Concertado
Efectos Alostéricos
A e I se unen a las formas
R y T respectivamente
Modelo Inducido
(a) S puede provocar un
cambio conformacional a
la subunidad a la cual se
une.
(b) Si las interacciones
entre subunidades están
fuertemente acopladas,
la unión de S a una
subunidad puede causar
que la subunidad
adyacente asuma una
conformación que posea
mayor o menor afinidad
por S.
La E con efectos cooperativos tienen curvas de saturación
diferentes a la función hiperbólica de tipo Michaelis-Menten.
- Efectores Positivos/Activadores: modifican las Ka de afinidad
( afinidad) la unión de E + L ocurre a mas baja [C] de L.
- Efectores Negativos/Inhibidores disminuyen la constante de
afinidad x S. Aumentan la cooperatividad.
Mecanismos y Ejemplos de Efectos Alostéricos
Retroalimentación Negativa
Enzima 1 Enzima 2 Enzima 3
S2 S3 Producto
Final
S
Inhibición
E. Alostérica: Aspartato Transcarbamilasa
Cataliza el primer camino de la síntesis de pirimidinas.
Es inhibida por CTP (producto final)
Efecto homotropico del S
ATP es un modulador positivo
ENZIMAS ALOSTERICAS
Enzimas Regulatorias Sitio Activo y Sitio
Regulador
No obedece la Cinética de
Michaelis-Menten
Catalizan una reacción
irreversible
Subunidades Múltiples
(idénticas / diferentes)
Inhibidas por Producto Final
Activadas por S y otros
Moduladores +
Enzimas Modificadas Covalentemente
Una variedad de grupos químicos de las enzimas pueden ser
modificados en forma covalente y reversible
Esta modificación puede conducir a cambios en la actividad
enzimática.
Modificaciones mas comunes …
• fosforilación - defosforilación
• adenilación - deadenilación
• metilación - demetilación
• uridilación - deuridilacón
• ribosilación - deribosilación
• acetilación - deacetilación
Fosforilación/Defosforilación
Porque la Fosforilación es utilizada para
regular la actividad enzimática?
Es rápidamente reversible, haciendo posible cambiar
instantáneamente de la forma inactiva a la activa de la E.
Tiene relativamente baja demanda energética, dado que no
requiere la síntesis de nuevas moléculas proteicas.
Fosforilación/defosforilacion es rápida y se puede ajustar a
las requerimientos fisiológicos de las células.
El efecto de la Fosforilación puede ser amplificado vía la
cascada de PKA (fosforila 100 proteínas rápidamente
cada proteína cataliza varios S)
Las propiedades catalíticas de E es modificada por la unión
covalente de grupos Pi (añaden 2- , modifica interacción
electrostática )
Regulación por asociación/disociación
Acetil-CoA Carboxilasa
9 acetyl-CoA + CO2 + ATP
malonyl-CoA + ADP + Pi
1º paso en la síntesis de
ácidos grasos.
PKA dependiente de cAMP
Forma Inactiva
Subunidad regulatoria-R: sitios para
cAMP vacíos
Subunidad catalítica-C: sitios de unión
del S bloqueados por dominios
autoinhibitorios de la unidad R
Forma activa
Subunidad R: sitios autoinhibitorios
ocultos
Subunidad C: sitos de unión del S
disponibles
Compartimentalización Celular
Regulación de
pasos anabólicos/
catabólicos (no
deben operar al
mismo tiempo)
Procesos opuestos
(separados en
diferentes
compartimentos
celulares, ej. β-
oxidación vs.
síntesis AG)
Requiere transporte
de metabolitos a
través de membrana
Activación por Clivaje Proteolítico de Pro-enzimas
Zimógenos o proenzimas son precursores inactivos de E.
Activación implica la hidrolisis irreversibles de uno o mas
uniones peptídicas, que resulta en la forma activa
Los cambios conformacionales dan lugar a la formación o
exposición de un sitio activo para el S
Muchos procesos de desarrollo se controlan por activación de
zimógenos
En general están involucradas reacciones en cascada
Gran variedad …
Hormonas: proinsulina
Proteínas Digestivas : tripsinógeno, …
Proteínas Funcionales : factores de la coagulación o disolución del
coagulo
Proteínas del tejido Conectivo: pro-colágeno
Activación de quimiotripsinogeno por ruptura proteolítica
Enzimas Proteoliticas del Tubo Digestivo
Cascada de la Coagulación
Regulación de la Expresión. Isoenzimas
Mecanismos de Regulación Enzimática
