Regulación de la Eficacia Regulación de la Eficacia catalíticacatalítica

Los modificadores alostéricos de la actividad Los modificadores alostéricos de la actividad enzimática. Efectos y fenómenos alostéricos. enzimática. Efectos y fenómenos alostéricos.

Efecto alostérico positivo y negativo. Efecto alostérico positivo y negativo. Inhibición Feed-Back. Importancia Inhibición Feed-Back. Importancia

BIOQUIMICA UNT

Dra. María Reyes Beltrán

Enzimas alostéricas monoméricas: Ribonucleótido difosfato reductasa y Piruvato-UDP-N-acetilglucosamina transferasa; la mayoría son oligoméricas

ENZIMAS ALOSTÉRICOSENZIMAS ALOSTÉRICOS

Son enzimas que presentan dos centros

distintos a los que pueden unirse las moléculas reguladoras:

• el centro activo, en donde se une el sustrato cuya reacción cataliza el enzima

• el centro alostérico, en donde se pueden unir sustancias, que pueden activar o inhibir la actividad enzimática

TIPOS DE ENZIMAS TIPOS DE ENZIMAS ALOSTÉRICOSALOSTÉRICOS

ENZIMAS HETEROTRÓPICAS, ENZIMAS HETEROTRÓPICAS, estimuladas o estimuladas o inhibidas por un efector diferente del sustrato.inhibidas por un efector diferente del sustrato.

ENZIMAS HOMOTRÓPICASENZIMAS HOMOTRÓPICAS. Estimuladas o . Estimuladas o inhibidas por el sustrato, éstas tienen dos o más inhibidas por el sustrato, éstas tienen dos o más sitios de unión para el sustrato.sitios de unión para el sustrato.

La mayoría de enzimas son de tipo mixto, La mayoría de enzimas son de tipo mixto, homotrópico-heterotrópicohomotrópico-heterotrópico, el sustrato y algún , el sustrato y algún otro metabolito funcionan como moduladores.otro metabolito funcionan como moduladores.

REGULACIÓN ALOSTÉRICA

Procesos a nivel celular; regulación de ajuste fino de la actividad enzimática, a través de efectos de retroalimentación (negativa o positiva)

Alosterismo:

Una acción sobre la actividad enzimática que se desarrolla

fuera del Centro Activo (Jacob y Monod, 1960)

SITIO ALOSTERICO: Región específica del enzima diferente del centro de fijación del sustrato

EFECTOR, MODULADOR O EFECTOR, MODULADOR O MODIFICADOR ALOSTÉRICO MODIFICADOR ALOSTÉRICO

““Moléculas que regulan la enzima alostérica que se fijan Moléculas que regulan la enzima alostérica que se fijan de manera no covalente a un sitio alostérico”de manera no covalente a un sitio alostérico”

Altera la afinidad de la enzima por su sustrato, modifica Altera la afinidad de la enzima por su sustrato, modifica la actividad catalítica máxima de la enzima o ambas.la actividad catalítica máxima de la enzima o ambas.

Los que inhiben la actividad enzimática, son efectores Los que inhiben la actividad enzimática, son efectores negativos y los que la incrementan son positivosnegativos y los que la incrementan son positivos

TIPOS DE EFECTORES TIPOS DE EFECTORES ALOSTÉRICOALOSTÉRICO

Efectores HomotrópicosEfectores Homotrópicos: Molécula idéntica al : Molécula idéntica al sustrato o el propio sustrato funciona como efector sustrato o el propio sustrato funciona como efector positivo. positivo.

Cooperatividad. Curva sigmoidea (vCooperatividad. Curva sigmoidea (v00) contra (S).) contra (S).

Efectores HeterotrópicosEfectores Heterotrópicos: Diferente del sustrato. : Diferente del sustrato. Retroalimentación. Generalmente el producto final Retroalimentación. Generalmente el producto final de una vía.(Alostérico propiamente dicho)de una vía.(Alostérico propiamente dicho)

MODELO SIMÉTRICO O MODELO SIMÉTRICO O CONCERTADO DE MONOD (1965)CONCERTADO DE MONOD (1965)

MODELO SECUENCIAL DE MODELO SECUENCIAL DE KOSHLAND (1966)KOSHLAND (1966)

La cooperatividad (positiva) consiste en que la fijación de unamolécula de substrato favorece la fijación del siguiente, y asíhasta ocuparse toda la molécula

s s s ss ss

ss s

+ + +

1 2 3

En términos de Km veríamos que Km1 > Km2 > Km3

Existe también cooperatividad negativa, cuando la fijación deuna molécula de substrato dificulta la fijación del siguiente.

CLASES DE ENZIMAS ALOSTÉRICAS POR CINÉTICACLASES DE ENZIMAS ALOSTÉRICAS POR CINÉTICA K K efector altera la Km pero no la Vmaxefector altera la Km pero no la Vmax : doble recíprocos : doble recíprocos

similar a inhibidor competitivosimilar a inhibidor competitivo VV efector altera la Vmax pero no la Kmefector altera la Vmax pero no la Km : doble recíprocos : doble recíprocos

similar a inhibidor no competitivo; incrementan o disminuyen similar a inhibidor no competitivo; incrementan o disminuyen la velocidad de descomposición del complejo ES en la velocidad de descomposición del complejo ES en productos, la constante de velocidad catalítica Kproductos, la constante de velocidad catalítica K33 queda queda

afectada, no se modifica la constante de fijación de sustratoafectada, no se modifica la constante de fijación de sustrato

Enz K Enz V

El comportamiento cooperativo implica:

1. Que hay más de un sitio de fijación de substrato por molécula de enzima (estr.cuaternaria)

2. Que hay interacciones entre los sitios de fijación

No cooperativo, cuando ambos ligandos se unen con la misma afinidad p.e. K1 = K2Cooperatividad positiva es K2 << K1, segundo ligando se une mas fuertemente que el primero!Cooperatividad negativa es K1 << K2 segundo ligando se une menos fuertemente que el primero

La Cooperatividad positiva es una de las maneras de las cuales los sistemas exhiben una unión o cinética sigmoidea (la relación entre unir y el porcentaje catalítico se observa lo más simplemente posible en el concepto que el porcentaje es proporcional a [ES] el cuál refleja la afinidad de unión).

La Cooperatividad positiva es una de las maneras de las cuales los sistemas exhiben una unión o cinética sigmoidea (la relación entre unir y el porcentaje catalítico se observa lo más simplemente posible en el concepto que el porcentaje es proporcional a [ES] el cuál refleja la afinidad de unión).

" uno para todos y todos para uno!"

Inhibicion Feedback se refiere a inhibicion de una enzyma en una vía biosintética por un producto final de ella. Elevadas concentraciones de D inhibe conversion de A en B. Tipicamente, D se une a un sitio alosterico especialmente distinto del sitio catalitico de la enzyma reguladora. Los inhibidores Feedback son efectores alostericos y de manera típica poco o no similares estructuralmente a los substratos de las enzimas que ellos inhiben. En este ejemplo, el inhibidor feedback D actúa como un efector alostérico negativo of Enz1.

Enz 1 Enz 2 Enz 3

A B C D

-

Ejemplo de retroinhibición:La conversión de la L-treonina en L-isoleucina está catalizada por unasecuencia de cinco enzimas.La treonina deshidratasa es inhibidaalostéricamente y de forma específicapor la L-isoleucina, producto final de la secuencia

La cinética de inhibición por retroalimentación La cinética de inhibición por retroalimentación puede ser competitiva, no competitiva, puede ser competitiva, no competitiva, parcialmente competitiva o mixtaparcialmente competitiva o mixta.

Ejemplo: Fosfofuctoquinasa

Regulador alostérico: Fructosa 2,6-bifosfato (activador)

Regulador alostérico: ATP(inhibidor)

REACCIÓN DE LA ASPARTATO TRANSCABAMILASA (ATCasa)

CTP ATP

- +

El CTP estabiliza el estado T, haciendo más difícil la unióndel sustrato y la transición al estado R

Efecto del CTP sobre la cinética de la ATCasa

El ATP estabiliza el estado R, facilitando la unión del sustrato

Efecto del ATP (activador alostérico) sobre lacinética de la ATCasa

RUTAS METABÓLICAS CONTROLADAS POR RETROALIMENTACIÓN

Glicolisis Fosfofructokinasa ATPNeoglucogénesis FBP fosfatasa AMPBios. Ács. Grasos AcetilCoA carboxilasa AcilCoABios. Colesterol HMGCoA reductasa ColesterolBios. Purinas PRPP sintetasa AMP,GMP,IMP

Ruta Enzima Inhibidor

La union de ligandos a la enzima perturba la posición del equilibrio entre las dos conformaciones.

Activador alostérico: Activador alostérico: favorece la unión del favorece la unión del

sustratosustrato

Inhibidor alostérico: impide Inhibidor alostérico: impide la unión del sustratola unión del sustrato

Regulación por Retroalimentación e Regulación por Retroalimentación e Inhibición por RetroalimentaciónInhibición por Retroalimentación

Regulación por RetroalimentaciónRegulación por Retroalimentación: :

Término fenomenológico desprovisto de Término fenomenológico desprovisto de inferencias mecanicistasinferencias mecanicistas

Inhibición por RetroalimentaciónInhibición por Retroalimentación: Mecanismo : Mecanismo para la regulación de la actividad enzimática.para la regulación de la actividad enzimática.

Ejemplo: La HMG-CoA reductasa es afectada Ejemplo: La HMG-CoA reductasa es afectada por el colesterol de la dieta por el colesterol de la dieta por regulación por por regulación por retroacciónretroacción pero no por inhibición, netamente es pero no por inhibición, netamente es disminuyendo la expresión del gen que codifica disminuyendo la expresión del gen que codifica su síntesis.su síntesis.

Hormonas actúan mediante Hormonas actúan mediante segundos mensajeros alostéricossegundos mensajeros alostéricos

Impulsos nerviosos y unión de hormonas Impulsos nerviosos y unión de hormonas ((Primer mensajeroPrimer mensajero) a receptores de ) a receptores de superficie celular desencadenan cambios superficie celular desencadenan cambios del índice de reacciones catalizadas por del índice de reacciones catalizadas por enzima dentro de células blanco.enzima dentro de células blanco.

Inducen liberación o síntesis de efectores Inducen liberación o síntesis de efectores alostéricos especializados llamados alostéricos especializados llamados segundos mensajeros: segundos mensajeros: 3’,5’-cAMP, Ca3’,5’-cAMP, Ca2+ 2+ , , 3’,5’-cGMP, polifosfoinositoles.3’,5’-cGMP, polifosfoinositoles.