tema 8: regulación enzimática enzimas alostéricas enzimas alostéricas efectores positivos y...

Tema 8: Tema 8: Regulación enzimáticaRegulación enzimática

• Enzimas alostéricasEnzimas alostéricas• Efectores positivos y negativosEfectores positivos y negativos• Modelos que describen la Modelos que describen la

regulación alostéricaregulación alostérica• Regulación de la actividad Regulación de la actividad

enzimáticaenzimática• Regulación por efectoresRegulación por efectores• Modificación covalenteModificación covalente• Activación de zimógenosActivación de zimógenos• Regulación por isoenzimasRegulación por isoenzimas

Objetivos específicosObjetivos específicos

- Conocer los mecanismos de regulación de - Conocer los mecanismos de regulación de la actividad enzimáticala actividad enzimática

- Conocer el concepto de modulador positivo - Conocer el concepto de modulador positivo y negativo.y negativo.

- Conocer el concepto de cooperatividad - Conocer el concepto de cooperatividad positiva y negativa.positiva y negativa.

En una secuencia metabólica hipotética, donde una En una secuencia metabólica hipotética, donde una biomolécula A, se transforma en un producto final P, cada biomolécula A, se transforma en un producto final P, cada una de las etapas está catalizada por distintas enzimas una de las etapas está catalizada por distintas enzimas

E1 E2 E3 E4 E5 E6E1 E2 E3 E4 E5 E6A A B B C C C C D D F F P P

La(s) enzima(s) reguladora(s) pueden ser influenciadas por: La(s) enzima(s) reguladora(s) pueden ser influenciadas por: • la concentración del o los producto(s) final(es) de la la concentración del o los producto(s) final(es) de la

secuencia metabólicasecuencia metabólica• la concentración inicial del sustrato y la concentración inicial del sustrato y • del intermediario formado en la secuenciadel intermediario formado en la secuencia• por algunos factores externos como una hormona opor algunos factores externos como una hormona o• quizás por todos los factores mencionadosquizás por todos los factores mencionados

Enzimas alostéricasEnzimas alostéricas

Tienen sitios específicos de unión para Tienen sitios específicos de unión para dos clases de ligandos: dos clases de ligandos: un sitio catalíticoun sitio catalítico por el que se une al sustrato específico y por el que se une al sustrato específico y un sitio reguladorun sitio regulador o alostérico por el que o alostérico por el que se unen a diversos efectores que alteran se unen a diversos efectores que alteran las propiedades cinéticas del sitio las propiedades cinéticas del sitio catalíticocatalítico

Son generalmente oligómeros de Son generalmente oligómeros de diversas unidadesdiversas unidades

Enzimas alostéricasEnzimas alostéricas

Enzima alostérica hipotéticaEnzima alostérica hipotética

Boyer, R. Boyer, R. Conceptos de BioquímicaConceptos de Bioquímica..

Las biomoléculas que influyen en la acción Las biomoléculas que influyen en la acción de una enzima alostérica se conocen como de una enzima alostérica se conocen como efectores o moduladores. efectores o moduladores.

Estos pueden actuar como estimulantes Estos pueden actuar como estimulantes (efectores positivos) o inhibidores (efectores positivos) o inhibidores (efectores negativos) de la enzima. (efectores negativos) de la enzima.

Las moléculas efectoras actúan mediante la Las moléculas efectoras actúan mediante la unión no covalente, reversible con una unión no covalente, reversible con una región de la enzima. región de la enzima.

E1 E2 E3 E4 E5 E6E1 E2 E3 E4 E5 E6

A A B B C C D D E E F F P P

Efectores positivos y negativosEfectores positivos y negativos

Las enzimas alostéricas no exhiben curvas Las enzimas alostéricas no exhiben curvas de velocidad hiperbólicas; es decir, no de velocidad hiperbólicas; es decir, no siguen la cinética típica de Michaelis-siguen la cinética típica de Michaelis-Menten, sino que las curvas de velocidad de Menten, sino que las curvas de velocidad de VVoo contra [S] son sigmoideas. Este contra [S] son sigmoideas. Este

comportamiento que se observa también en comportamiento que se observa también en transportadores, como la hemoglobina se transportadores, como la hemoglobina se denomina denomina alosterismoalosterismo..


Curvas de velocidad para Curvas de velocidad para enzimas alostéricasenzimas alostéricas


Como la velocidad de la reacción es una Como la velocidad de la reacción es una medida del grado de saturación de la enzima, medida del grado de saturación de la enzima, el incremento en la pendiente de la curva de el incremento en la pendiente de la curva de velocidad indica velocidad indica cooperatividad cooperatividad en la unión en la unión del sustrato al centro activo: la unión de una del sustrato al centro activo: la unión de una molécula de sustrato facilita la de las molécula de sustrato facilita la de las siguientes.siguientes.

La presencia de un efector positivo o negativo La presencia de un efector positivo o negativo también da lugar a una curva sigmoidea, pero también da lugar a una curva sigmoidea, pero con una velocidad incrementada o inhibida, con una velocidad incrementada o inhibida, respectivamente.respectivamente.


Efecto de la unión cooperativa del Efecto de la unión cooperativa del sustrato en la cinética enzimáticasustrato en la cinética enzimática

Mathews, C.K., van Holde, K.E. y Ahern, K.G. Mathews, C.K., van Holde, K.E. y Ahern, K.G. BioquímicaBioquímica

Efecto de la unión cooperativa del Efecto de la unión cooperativa del sustrato en la cinética enzimáticasustrato en la cinética enzimática

La unión de un La unión de un sustrato favorece la sustrato favorece la unión de otros unión de otros sustratos. La unión sustratos. La unión cooperativa favorece la cooperativa favorece la reducción de la Kreducción de la KMM

para la unión de para la unión de sustratos después de sustratos después de la inicial.la inicial.


Efecto de homoalosterismoEfecto de homoalosterismo

A concentraciones A concentraciones de S por debajo de S por debajo de un punto de un punto crítico, [S] c, la crítico, [S] c, la enzima está casi enzima está casi inactiva, pero inactiva, pero luego cambia luego cambia rápidamente la rápidamente la actividad a actividad a concentraciones concentraciones mayores de S mayores de S que [S] c.que [S] c.


Enzima alostérica hipotéticaEnzima alostérica hipotética


Control heteroalostérico de una Control heteroalostérico de una enzimaenzima

Se muestra como un Se muestra como un control heteroalosterico control heteroalosterico de una enzima afecta la de una enzima afecta la forma de la curva V-vs-forma de la curva V-vs-[S]. [S]. Los cambios hacia Los cambios hacia el estado R el estado R (activadores) aumentar (activadores) aumentar la velocidad a una la velocidad a una determinada determinada concentración de concentración de sustrato, mientras que sustrato, mientras que los cambios hacia el los cambios hacia el estado T tiene el efecto estado T tiene el efecto contrario. contrario.


Modelos que describen la Modelos que describen la regulación alostéricaregulación alostérica

Modelo concertado o MWC, fue propuesto Modelo concertado o MWC, fue propuesto en 1965 por tres bioquímicos franceses: en 1965 por tres bioquímicos franceses: Jacques Monod, Jeffries Wyman y Jean-Jacques Monod, Jeffries Wyman y Jean-Pierre ChangeuxPierre Changeux

Modelo secuencial, propuesto por Daniel Modelo secuencial, propuesto por Daniel Koshland Jr, en 1966Koshland Jr, en 1966

Modelo concertado o MWC Modelo concertado o MWC El modelo postula que en la proteína El modelo postula que en la proteína

oligomérica, cada monómero puede existir en oligomérica, cada monómero puede existir en dos estados conformacionales, uno tenso (T), dos estados conformacionales, uno tenso (T), incapaz de unir al sustrato, y uno relajado (R), incapaz de unir al sustrato, y uno relajado (R), con afinidad alta por éste. con afinidad alta por éste.

Los dos estados conformacionales están en Los dos estados conformacionales están en equilibrio. equilibrio.

En ausencia de sustrato, el equilibrio esta muy En ausencia de sustrato, el equilibrio esta muy desplazado hacia la forma tensa. desplazado hacia la forma tensa.

La proteína oligomérica debe conservar La proteína oligomérica debe conservar siempre su simetría, por lo que todas las siempre su simetría, por lo que todas las subunidades deben encontrarse en el mismo subunidades deben encontrarse en el mismo estado conformacional, es decir que el híbrido estado conformacional, es decir que el híbrido RT no existe en este modelo RT no existe en este modelo

Al incrementar la concentración de sustrato, Al incrementar la concentración de sustrato, más y más moléculas de sustrato se unen con más y más moléculas de sustrato se unen con las moléculas que están en el estado R, las moléculas que están en el estado R, cambiando el equilibrio hacia este estado cambiando el equilibrio hacia este estado

Los efectores positivos se unen Los efectores positivos se unen preferentemente con las moléculas de enzima preferentemente con las moléculas de enzima en estado R, desplazándose así más moléculas en estado R, desplazándose así más moléculas T, hacia la forma catalíticamente activa. Es T, hacia la forma catalíticamente activa. Es decir, el efector incrementa y estabiliza el decir, el efector incrementa y estabiliza el estado R. estado R.

Los efectores negativos tienen preferencia por Los efectores negativos tienen preferencia por unirse a moléculas de enzima en el estado T, unirse a moléculas de enzima en el estado T, desplazándolas hacia esta conformación menos desplazándolas hacia esta conformación menos activaactiva

Modelo concertado o MWCModelo concertado o MWC

Modelo concertado o MWCModelo concertado o MWC


Modelo secuencial (Koshland)Modelo secuencial (Koshland)

En este modelo, que también supone la En este modelo, que también supone la existencia de los estados tenso y relajado, existencia de los estados tenso y relajado, la unión del sustrato a cualquiera de las la unión del sustrato a cualquiera de las subunidades de la proteína alostérica subunidades de la proteína alostérica provoca un cambio conformacional en la provoca un cambio conformacional en la misma, que se comunica a las demás misma, que se comunica a las demás subunidades, produciendo una alteración subunidades, produciendo una alteración moderada, en lugar de la transición moderada, en lugar de la transición concertada a la forma R. concertada a la forma R.

Pueden existir oligómeros formados por Pueden existir oligómeros formados por subunidades de los dos tipos, R y T. subunidades de los dos tipos, R y T.

El pequeño cambio conformacional El pequeño cambio conformacional provocado en las subunidades libres es provocado en las subunidades libres es suficiente para aumentar o disminuir su suficiente para aumentar o disminuir su afinidad por el sustrato afinidad por el sustrato

Cuando una molécula de sustrato se une en Cuando una molécula de sustrato se une en el sitio activo, sólo esa subunidad pasa hacia el sitio activo, sólo esa subunidad pasa hacia el estado R. Esto aumenta la probabilidad de el estado R. Esto aumenta la probabilidad de que se desplacen las demás subunidades T que se desplacen las demás subunidades T hacia el estado R. hacia el estado R.

El cambio conformacional sucede en forma El cambio conformacional sucede en forma secuencial, es decir que cada etapa de unión secuencial, es decir que cada etapa de unión del sustrato promueve la siguiente etapa de del sustrato promueve la siguiente etapa de unión.unión.

Modelo secuencial (Koshland)Modelo secuencial (Koshland)

Modelo Modelo secuencial secuencial (Koshland)(Koshland)


Diferencias entre los dos modelosDiferencias entre los dos modelos

El modelo secuencial se distingue del El modelo secuencial se distingue del modelo MWC concertado en: modelo MWC concertado en:

(1)(1) no presupone un equilibrio inicial entre las no presupone un equilibrio inicial entre las conformaciones R y T, sino que el cambio conformaciones R y T, sino que el cambio hacia la forma R es hacia la forma R es inducido inducido por la unión por la unión del sustratodel sustrato

(2)(2) la forma RT esta permitida en el modelo la forma RT esta permitida en el modelo secuencialsecuencial

Regulación de la actividad Regulación de la actividad enzimáticaenzimática

Regulación por efectoresRegulación por efectores

Modificación covalenteModificación covalente

Activación de zimógenosActivación de zimógenos

Regulación por isoenzimasRegulación por isoenzimas

Regulación por efectoresRegulación por efectores

La existencia de efectores permite La existencia de efectores permite modificar la velocidad de las reacciones modificar la velocidad de las reacciones enzimáticasenzimáticas

E1E1 E2 E2 E3 E3 E4 E4

A A B B C C D D FF


La actividad de muchas enzimas puede La actividad de muchas enzimas puede modificarse mediante la unión covalente modificarse mediante la unión covalente de un grupo químico a la cadena lateral de un grupo químico a la cadena lateral de algún aminoácido de la proteína. de algún aminoácido de la proteína. Normalmente, esta modificación química Normalmente, esta modificación química requiere la participación de otra enzimarequiere la participación de otra enzima


Algunas enzimas son sintetizadas Algunas enzimas son sintetizadas inicialmente en forma inactiva y deben inicialmente en forma inactiva y deben pasar por una etapa de modificación pasar por una etapa de modificación covalente para adquirir una actividad covalente para adquirir una actividad enzimática completa. enzimática completa.

El precursor inactivo, llamado El precursor inactivo, llamado zimógenozimógeno, , experimenta una ruptura en uno o varios experimenta una ruptura en uno o varios enlaces peptídico específicos para que se enlaces peptídico específicos para que se produzca la forma activa de la enzima. produzca la forma activa de la enzima.

Regulación por isoenzimasRegulación por isoenzimas Algunos procesos metabólicos están regulados Algunos procesos metabólicos están regulados

por enzimas que existen en diferentes formas por enzimas que existen en diferentes formas moleculares, llamadas moleculares, llamadas isoenzimasisoenzimas o o isozimasisozimas

Tienen secuencias de aminoácidos semejantes Tienen secuencias de aminoácidos semejantes pero no idénticas. pero no idénticas.

Todas las formas presentan actividad Todas las formas presentan actividad enzimática y catalizan la misma reacción enzimática y catalizan la misma reacción bioquímica, pero pueden diferenciarse por tener bioquímica, pero pueden diferenciarse por tener distintas propiedades cinética (diferente Kdistintas propiedades cinética (diferente KMM y y VVmaxmax), reguladoras (diferentes efectores); ), reguladoras (diferentes efectores); preferencias por las coenzimas, incluso por su preferencias por las coenzimas, incluso por su distribución celular distribución celular

BibliografíaBibliografía• Mathews, C.K., van Holde, K.E. y Ahern, K.G. Mathews, C.K., van Holde, K.E. y Ahern, K.G.

Bioquímica. Tercera Edición. Pearson Bioquímica. Tercera Edición. Pearson Education. 2002.Education. 2002.

• Boyer, R. Conceptos de Bioquímica. Boyer, R. Conceptos de Bioquímica. International Thomson Editores, 2000.International Thomson Editores, 2000.

• http://delicious.com/monica.fernandez.ie.eduBioquímica. MathewsBioquímica. MathewsConceptos de Bioquímica- BoyerConceptos de Bioquímica- Boyer

http://delicious.com/monica.fernandez.ie.edu

tema 8: regulación enzimática enzimas alostéricas enzimas alostéricas efectores positivos y...

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