Tema 10. Regulación de la actividad enzimática

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1 Tema 10. Regulación de la actividad enzimática Control de la actividad enzimática Regulación por cambios en la concentración de enzima Regulación alostérica Modificaciones covalentes reversibles Activación de zimógenos Isoenzimas Complejos multienzimáticos

2 Regulación enzimática Las reacciones enzimáticas están organizadas en rutas bioquímicas o metabólicas A B C D Y Z En cada ruta el producto de una reacción es el sustrato de la siguiente Las rutas deben estar reguladas para: Conservar la energía Mantener un estado celular ordenado Responder a variaciones ambientales Las enzimas reguladoras catalizan las reacciones más lentas y fijan la velocidad de la ruta

3 Producto Control de la enzima reguladora 1.- A nivel de sustrato [ S ] Velocidad (hasta saturación) [ P ] Formación producto (Inhibición competitiva) Tiempo Hexoquinasa X Glucosa Glucosa 6-fosfato

4 Control de la enzima reguladora 2.- Retroinhibición o inhibición feed-back A B C D E X Inhibición del enzima regulador por el producto final Se impide: Utilización innecesaria del primer sustrato Acumulación del producto final Acumulación de intermediarios 3.- Regulación cruzada Un producto de una vía activa o inhibe un enzima de los primeros pasos de otra ruta A B C D X X Y Z

5 Mecanismos de regulación enzimática Regulación por cambios en la cantidad de enzima Síntesis Degradación Regulación de la eficacia catalítica Unión de ligandos no covalente: covalente: Enzimas alostéricas Fosforilación ADP-ribosilación, Metilación y Acetilación Rupturas proteolíticas: zimógenos Múltiples formas de la enzima: Isoenzimas, complejos multienzimáticos

6 Cambios en la cantidad de la enzima Muchos enzimas reguladores tienen vida media corta y se hayan en concentraciones muy bajas Aumento o represión de la síntesis a través de regulación génica Permite control a largo plazo Piruvato Carboxiquinasa Oxalacetato X Fosfoenolpiruvato Glucosa promotor X Carboxiquinasa Degradación controlada por proteasas citosólicas; ubiquitina

7 velocidad Regulación de la eficacia catalítica: control alostérico Unión no covalente a ligandos: ENZIMAS ALOSTÉRICAS Control alostérico Alostérico = otro sitio Enzimas alostéricas: Proteínas con estructura 4 aria Más de un centro activo y catalítico Actividad regulada por moduladores alostéricos, unión no covalente Cinéticas sigmoidea Cooperatividad [ sustrato ]

8 Regulación de la eficacia catalítica: control alostérico Control alostérico: ENZIMAS ALOSTÉRICAS Regulador alostérico: pequeños metabolitos o cofactores que se unen a sitios distintos del centro activo y modifican la actividad enzimática Modulador propio sustrato: homoalosterismo Enzimas homotrópicos el sitio modulador y el sitio activo son el mismo Modulador molécula distinta a sustrato: heteroalosterismo Enzimas heterotrópicos el sitio modulador y el sitio activo distintos Centro alostérico Centro activo Centro alostérico Centro activo S R S

9 velocidad Regulación de la eficacia catalítica: control alostérico Control alostérico: ENZIMAS ALOSTÉRICAS Enzimas homotrópicos Un pequeño incremento de la [S] provoca un gran aumento de V o V máx E poco eficiente E muy eficiente [Sustrato] [ sustrato ] c Permiten mantener valores constantes de sus sustratos

10 Regulación de la eficacia catalítica: control alostérico Control alostérico Enzimas heterotrópicos Al no ser cinética micheliana no se puede usar el término K m, sino K 0,5 Modulador alostérico positivo: aumenta actividad La unión y transformación del sustrato es cooperativa Modulador alostérico negativo: disminuye actividad

11 Regulación de la eficacia catalítica: control alostérico Control alostérico Enzimas heterotrópicos Modulador alostérico positivo: favorece forma R Modulador alostérico negativo: favorece forma T

12 Modelos de cooperatividad Simétrico o concertado Conformación T (tensa) Asimétrico o secuencial Conformación R (relajada) Conformación T (tensa) Conformación intermedia Conformación R (relajada)

13 Regulación de la eficacia catalítica: modificación covalente Unión covalente de ligandos Ligando aporta grupo funcional que modifica las propiedades de la enzima Modificación reversible Metilación S-Adenosil-metionina Enzima Enzima-CH 3 ADP-ribosilación Acetilación Enzima NAD CTX o PTX Enzima-ADP-ribosa Modificaciones lipídicas

14 Regulación de la eficacia catalítica: modificación covalente Unión covalente de ligandos Fosforilación/desfosforilación ATP Quinasa ADP Serina Treonina Enzima Enzima- P Pi Fosfatasa Tirosina glucógeno (n residuos) + Pi Glucógeno fosforilasa glucógeno (n-1 residuos) + glucosa-1-fosfato Fosforilasa quinasa Glucógeno fosforilasa b (poco activa) Fosforilasa fosfatasa Glucógeno fosforilasa-a P (más activa)

15 Control no covalente Ejemplo de regulación múltiple: glucógeno fosforilasa Control covalente Fosforilasa quinasa Fosforilasa b Inactiva (estado T) Fosfoproteína fosfatasa I Fosforilasa a Activa (estado T) Glucosa-6P Glucosa Cafeina Glucosa Cafeina Fosforilasa b Activa (estado R) Fosforilasa a Activa (estado R)

16 Activación por ruptura proteolítica Zimógenos o proenzimas (inactivos) Inactiva Ruptura enlaces peptídicos (cambio conformacional) ruptura Enzima activa Activa No requiere ATP Irreversible sustrato Enzimas proteolíticas (proteasas) del estómago y páncreas Sistema de coagulación de la sangre

17 Activación por ruptura proteolítica Sistema de coagulación sanguíneo Estructura del fibrinógeno Sitio de corte Unidad globular Zimógenos Enzimas activas

18 Activación por ruptura proteolítica Enzimas proteolíticas (proteasas) del estómago y páncreas H Estómago: + Pepsinógeno Pepsina Páncreas: Se sintetizan en páncreas (inactivas) Se rompen en intestino (activas) Después de actuar se degradan Zimógenos Enzimas activas

19 Activación por ruptura proteolítica Activación quimiotripsinógeno Quimotripsinógeno (inactivo) Tripsina p-quimiotripsina (activa) Quimiotripsina a-quimiotripsina (activa)

20 Isoenzimas o isozimas Diferentes formas estructurales de una enzima que catalizan la misma reacción Difieren en sus secuencias de aa, en sus parámetros cinéticos y/o propiedades reguladoras Juegan un papel importante en la regulación de procesos metabólicos Codificados por diferentes loci Ejemplo: Lactato deshidrogenasa Piruvato Lactato (en ausencia de O 2 ) Dos cadenas H y M Corazón Riñón Cel. rojas Cerebro Leucocitos Músculo Hígado H 4 H 3 M H 2 M 2 HM 3 M 4

21 Isoenzimas o isozimas Aunque catalizan la misma reacción difieren en sus valores de K m para el piruvato El piruvato inhibe alostéricamente H 4 pero no M 4 Glucosa Músculo Glucosa Corazón Piruvato LDH (M 4 ) Km Láctico Piruvato LDH (H 4 ) Km Láctico C0 2 + H 2 0 C0 2 + H 2 0 Trabajo anaerobio Trabajo aerobio

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