Enzimas Alostéricas.

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1 Enzimas Alostéricas

2 La célula viva trabaja similar a una máquina de una fábrica, pero ninguna fábrica opera de manera eficaz si cada máquina funciona con su velocidad máxima. La capacidad de las máquinas es diferente y si fuera a velocidad máxima crearía un problema. Es necesaria una coordinación y regulación para el buen funcionamiento. Los sistemas enzimáticos poseen un Regulador del ritmo o enzima regulador. En el metabolismo celular hay grupos de enzimas que actúan en conjunto para llevar a cabo un proceso metabólico (como glucosa a  ácido láctico, en el músculo esquelético, o bien la síntesis de un aa, a partir de precursores sencillos). En tales sistemas el producto de la reacción del 1er. Enzima se convierte en el sustrato de la reacción siguiente y así sucesivamente.

3 E1 E E E E4 E15 A  B  C  D  E  Ez Al menos Un Enzima Regulador Los sistemas multienzimáticos pueden tener 15 o más enzimas trabajando en una secuencia específica. En cada sistema hay por lo menos un enzima “Regulador”. Poseen función catalítica y la aumenta o disminuyen en respuesta a ciertas señales. Así la velocidad de cada secuencia metabólica se ajusta según la demanda y necesidad celular. En la mayoría de los sitemas el enzima Regulador es el primer enzima de la secuencia, los demás siguen simplemente al enzima Regulador. Demanda celular

4 Z E1 Enzima Regulador Enzimas alostéricos o reguladores No-Covalentes
Inhibición por retroceso o retroalimentación E1 E E E E4 E15 A  B  C  D  E  Z Z Treonin deshidratasa Treonin deshidratasa Hay 2 clases de Enzima Regulador. 1.- Enzimas Alostéricos o Reguladores No Covalentes. Están regulados por unión no covalente de las moléculas del regulador. hay una inhibición por Retroceso o Retroinhibición, es uno de los diversos tipos de regulación Alostérica. Es Reversible. La Isoleucina es muy específica pero no se une al sitios del S. se une a otro sitio específico de la enzima: El Sitio Regulador (en unión no covalente). 2.- Enzimas Reguladores Covalentemente. L-treonina  B  C  D  E  L-Isoleucina

5 Fosforilasa del Glucógeno
Enzimas regulados Covalentemente Reversible (Glucosa)n  (Glucosa)n glucosa P Fosforilasa del Glucógeno Fosforilasa a serina Fosforilasa b- serina Forma activa Forma inactiva (relativamente) P

6 Control a nivel Sustrato
hexocinasa Gucosa + ATP  Glucosa –6-P + ADP Glucosa –6P Control a nivel sustrato: Se trata de una regulación sencilla, mediante la interacción directa de los S y los P de cada reacción, catalizada por una enzima con la propia enzima.

7 S + E  SE  P S + E  SE  P S + E  SE  P + E
A mayor [S], más rápidamente se produce la reacción, al menos hasta que se llega a la saturación de la enzima (E), y Si la [P] es elevada que puede unirse también a la E, tiende a inhibir la conversión del S en P. El P puede actuar como un inhibidor competitivo S + E  SE  P S + E  SE  P S + E  SE  P + E

8 Control a nivel Sustrato
hexocinasa Gucosa + ATP  Glucosa –6-P + ADP Glucosa –6P El control a nivel sustrato se puede ejemplificar en la reacción de la hexoquinasa, la cual es inhibida por la Glucosa-6P. Si la glucólisis se bloqueara por cualquier razón se incrementa la [glucosa-6P], y la entrada de glucosa en la ruta será más lenta.

9 Control por Retroacción
Control por retroacción negativa E E E E4 A  B  C  D  F F  A  B  C  D  E  F  G  K  L  M  N Control por Retroacción. Las rutas metabólicas son similares a líneas de montaje A….F, donde hay un Reactante inicial, productos intermedios y un producto E que se destina a otra ruta. Si la utilización de F disminuye repentinamente, entonces F se acumulará. Para que el sistema sea eficiente F mandaría una señal hacia atrás para que la línea actuara con mayor lentitud. La célula puede controlar la generación del producto final mediante: 1.- La activación 2.- la Inhibición, de un paso de la ruta. En este caso, lo más fácil sería lentificar el 1er. Así la ruta A B se regula por la cantidad de F. Este proceso se llama control por reytroacción o control por retroacción negativa. Otra situación con patrones mas complicados: AB alimenta 2 rutas, para controlar las rutas de manera que G y N se mantengan en equilibrio. Si se incrementa la[G], podría inhibirse la E, CD. y/o activarse CK. Si se incrementa la [N], podría inhibirse la E, CK. y/o activarse CD. O bien G o N inhibir la E, de A B, para establecer una regulación global. Por ejemplo en la síntesis de monómeros de purinas y pirimidinas, para la síntesis de ADN, ya que es necesario cantiades aproximadamente iguales de los 4 desoxirribonucleotidos para la replicación del ADN. Sintesis de Purinas y Pirimidinas

10 Enzimas Activación Inhibición Metabolismo

11 Enzima Alostérico = a los enzimas reguladores no-covalentes = Sitio catalítico al que se une el S Sitio (s) Reguladores o Alostéricos p / metabolitos Difiere de comportamiento de M-M Efecto Modulador Modulador(es) Negativo o Positivo

12 Difiere de comportamiento de M-M
Este tipo de control en organismos evolucionados se da por enzimas capaces de realizar una Regulación Alostérica. Del gr. “otra estructura”, donde los reguladores no se parecen al S o al P Difiere de comportamiento de M-M

13 E1 E2 E3 E4 A  B  C  D  E Homoalosterismo Heteroalosterismo
Regulación Alostérica Proteínas con múltiples subunidades Con múltiples lugares activos Homoalosterismo Cooperatividad de unión del S Sin embargo, el control a nivel de S no es suficiente para la regulación de muchas rutas. En muchos casos es esencial disponer de una E regulada por una sustancia diferente del S o del P. Por lo que es importante señalar que la Activación o Inhibición de la enzimas son procesos esenciales en el metabolismo celular, y se pueden producir por moléculas que proceden de un lugar alejado de la línea de montaje o ruta. Y no se parecen a los S y P de la enzima que regula. Presentan cooperatividad de unión del S, Homoalosterismo. O Una regulación de su actividad por otras moléculas efectoras: Heteroalosterismo. Por ejemplo, la hemoglobina tiene 4 subunidades por lo tanto 4 lugares de unión para su S (el O2). La unión del O2 es cooperativa y está influida por otras moléculas o iónes. Heteroalosterismo Regulación de su actividad por otras moléculas efectoras

14 Homoalosterismo extremo
Homoalosterismo (unión cooperativa con el S). Las enzimas a concentración de S baja se comportarán como si uniera mal el S, como si tuviera una Km elevada Cuando se incrementa [S] y hay mayor cantidad de S unido a la enzima para ser más eficaz, une al S con mayor avidez en los últimos lugares a ocupar. Por ejemplo la hemoglobina. La ez, al unirse al S sufre una transición desde un estado de unión débil (estado T) a un estado de unión fuerte (estado R). Los tipos de modelo que se han utilizado para describir la unión del O2 por la hemoglobina (modelo MWC, Modelo KNF) Homoalosterismo extremo. ¿Qué función fisiológica cumple la cinética sigmoide?. Las Ez con Sigmoide pueden regular las [S] en valores constántes. Considerar: un S, suministrado constantemente por otras reacciones y sobre el que actúa una Ez con cooperatividad extrema. El S puede acumularse con facilidad hasta la concentración [S]c. La Ez es esncialmente inactiva a una [S] inferior, pero por arriba de [S]c hay mayor actividad de la enzima, entonces la [S] se mantiene cerca de [S]c. Las Ez con múltiplies subunidades pueden ser útiles para mantener la homeostasis de un sitema dinámico.

15 Estados Conformacionales
Heteroalosterismo Regulación de su actividad por otras moléculas efectoras Efectores heteroalostéricos Activadores Inhibidores Heteroalosterismo: La principal ventaja del control alostérico se encuentra en los efectores heteroalostéricos que pueden ser inhibidores o activadores. Análogos de CO2, BPG, H+, que regulan la unión del O2 por la hemoglobina. Si la molécula de Ez puede existir en 2 estados conformacionales (T y R) que difieren en la fuerza con la que se une el S o en la velocidad catalítica, su cinética puede controlarse por cualquier otra sustancia que al fijarse a la proteína desplaza el equilibrio de T a P y vs. Inhibidores alostéricos están en equilibrio en T. Activadores están en equilibrio en R. Algunos Ez se regulan por inhibidores y activadores múltiples, dando patrones de control metabólico complejos. Estados Conformacionales T y R

16 ATP y Ácido cítrico Fosfofructocinasa AMP ADP Fructosa 6-P

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20 depa.pquim.unam.mx/proteinas/enzimas/img17.html

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22 Actividadbenzimática y variación del pH
Modificación de la unión enzima-sustrato Modificación de la unión enzima-cofactor Ionización de los residuos de los aminoácidos del sitio activo Ionización del sustrato Variación de la estructura terciaria de la proteína

23 Progresión de la reacción
Estado de transición Energía libre Reactivos Productos Progresión de la reacción

24 ENERGÍA LIBRE DE GIBBS DGo Energía Libre de Gibbs
DGo Energía Libre de Gibbs estándar a 25 C (298 K) y 1 atmósfera de presión DGo’ Energía Libre de Gibbs estándar a a pH 7.0 DGo’ = -RT ln Keq