Regulación de la actividad enzimática, 1

v =k+2e0 s

Km + s

Regulación de la actividad enzimática

I. Sobre e0: Regulación de la concentración enzimática

II. Sobre Km y k+2: Regulación de la actividad intrínseca de la enzima

1. Regulación alostérica2. Regulación por modificación covalente

=Vmax s

Km + s

Regulación alostérica

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

Regulación por modificación covalente

Procesos a nivel supracelular (orgánico); regulacióna gran escala de actividades enzimáticas, a través demodificación covalente de enzimas, provocadas porseñales (transducción de señales)

Retroalimentación negativa en vías metabólicas, 1

Thr -cetobutirato IleTreoninadesaminasa

Síntesis de Isoleucina

El producto final de la ruta, Isoleucina, inhibe a la primeraenzima de la misma, Treonina desaminasa

Retroalimentación negativa en vías metabólicas

Asp + CP Carbamil aspartato CTP

Síntesis de pirimidinas

ATCasa

El producto final de la vía, CTP (citidin trifosfato) inhibe a laprimera enzima de la ruta metabólica, Aspartato transcarbamilasa

Al mismo tiempo, dicha enzima puede ser activada por ATP

ATP+

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

En el estudio de las enzimas controladas por realimentaciónnegativa, se comprobaron una serie de regularidades en las mismas:

1. Primer paso de una ruta metabólica o punto de ramificación2. Enzimas de naturaleza compleja: subunidades; la enzima puede desensibilizarse a sus inhibidores por diversos métodos.3. Los inhibidores se comportan como competitivos (elevan el valor de la Km aparente, pero sin embargo no son análogos estructurales del substrato

Estas últimas características lleva al concepto de alosterismo:Una acción sobre la actividad enzimática que se desarrollafuera del Centro Activo (Jacob y Monod, 1960)

s si

Centroactivo

Centroalostérico

Centroalostérico

Centroactivo

En ausencia de inhibidor,el substrato se fija normal-mente al centro activo

Cuando el inhibidor ocupael centro alostérico, tienelugar un cambio conformacionalen el centro activo que impide lafijación del substrato

Inhibición alostérica

Otra característica importante de las enzimas alostéricases que presentan cinéticas anómalas, normalmentecinéticas sigmoides:

v

s

La presencia de unasigmoide implicala existencia decooperatividad en lafijación del substrato

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.

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

Un sistema alostérico clásico es la Hemoglobina:

1. La fijación de su “substrato”, O2, es de tipo sigmoide

2. La fijación del “substrato” puede inhibirse por efectores (H+, CO2, 2,3-BPG) que no actúan sobre el “Centro Ac- tivo” (grupo hemo)

3. Las subunidades, por separado, presentan cinética michaeliana en la fijación de O2

Cinéticas michaeliana y sigmoide:Mioglobina y Hemoglobina

s0 2 4 6 8 10 12

Y

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

Mioglobina

Hemoglobina

Efecto del pH sobre la saturación de la hemoglobina

PO2, mmHg

0 20 40 60 80 100

Sat

urac

ión

de O

2, %

0

20

40

60

80

100

pH 7.4

pH 7.0

pH 6.6

(Efecto Bohr)

Efecto del 2,3-bisfosfoglicerato (2,3-BPG) sobre la saturación de la hemoglobina

PO2, mmHg

0 20 40 60 80 100

Sat

urac

ión

de O

2, %

0

20

40

60

80

100

00.1 mM

1 mM

Inhibidores y activadoresalostéricos

s0 2 4 6 8 10 12

Y

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

(+ Inhibidor)

(+ Activador)

(sin efectores)

V+

V0

V-

Los efectores alostéricos operan sobre el grado decooperatividad del sistema:

- Los inhibidores alostéricos aumentan el grado de cooperatividad

- Los activadores alostéricos disminuyen el grado de cooperatividad; a concentraciones elevadas de activador, la cinética pasa a ser michaeliana, y deja de ser sigmoide.

yK sK s

h

h

_

1

Ecuación de Hill

Obsérvese que para h=1, esta ecuación se reduce a una formanormalizada de la ecuación de Michaelis-Menten:

h > 1, cooperatividad positiva

h = 1, no hay cooperatividad

h < 1, cooperatividad negativa

yvV

k xk e

sK s

K s

K s

K sK sm x m

m

m

a

a

_

2

2 0

1

1 1 1

ss s s s s

ss ss

L

ii i i i i

i i i

i

Forma R

Forma T

Modelo MWC

y

L

n

n

_

1

1

1

: Concentración normalizada de substrato, s/Km

L: Constante alostérica: a mayor valor de L, mayor grado de cooperatividad (positiva)

n: Número de sitios de fijación de substrato