Regulación de la actividad enzimática, 1

Km + s Km + s v = k+2e0 s = Vmax s Regulación de la actividad enzimática v = k+2e0 s Km + s = Vmax s Km + s I. Sobre e0: Regulación de la concentración enzimática II. Sobre Km y k+2: Regulación de la actividad intrínseca de la enzima 1. Regulación alostérica 2. Regulación por modificación covalente

Regulación alostérica Procesos a nivel celular; regulación de ajuste fino de la actividad enzimática, a través de efectos de retroalimentación (negativa o positiva) Regulación por modificación covalente Procesos a nivel supracelular (orgánico); regulación a gran escala de actividades enzimáticas, a través de modificación covalente de enzimas, provocadas por señales (transducción de señales)

Retroalimentación negativa en vías metabólicas, 1 Síntesis de Isoleucina Thr a-cetobutirato Ile Treonina desaminasa El producto final de la ruta, Isoleucina, inhibe a la primera enzima de la misma, Treonina desaminasa

Retroalimentación negativa en vías metabólicas Síntesis de pirimidinas ATP + Asp + CP Carbamil aspartato CTP ATCasa El producto final de la vía, CTP (citidin trifosfato) inhibe a la primera enzima de la ruta metabólica, Aspartato transcarbamilasa Al mismo tiempo, dicha enzima puede ser activada por ATP

Rutas metabólicas controladas por retroalimentación Enzima Inhibidor Glicolisis Fosfofructokinasa ATP Neoglucogénesis FBP fosfatasa AMP Bios. Ács. Grasos AcetilCoA carboxilasa AcilCoA Bios. Colesterol HMGCoA reductasa Colesterol Bios. Purinas PRPP sintetasa AMP,GMP,IMP

En el estudio de las enzimas controladas por realimentación negativa, se comprobaron una serie de regularidades en las mismas: 1. Primer paso de una ruta metabólica o punto de ramificación 2. 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 desarrolla fuera del Centro Activo (Jacob y Monod, 1960)

Inhibición alostérica Centro activo Centro alostérico Centro activo Centro alostérico s i s Cuando el inhibidor ocupa el centro alostérico, tiene lugar un cambio conformacional en el centro activo que impide la fijación del substrato En ausencia de inhibidor, el substrato se fija normal- mente al centro activo Inhibición alostérica

Otra característica importante de las enzimas alostéricas es que presentan cinéticas anómalas, normalmente cinéticas sigmoides: v La presencia de una sigmoide implica la existencia de cooperatividad en la fijación del substrato s

La cooperatividad (positiva) consiste en que la fijación de una molécula de substrato favorece la fijación del siguiente, y así hasta ocuparse toda la molécula s s s s s s s + + + s s s 1 2 3 En términos de Km veríamos que Km1 > Km2 > Km3 Existe también cooperatividad negativa, cuando la fijación de una 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

Mioglobina Hemoglobina

(Efecto Bohr) pH 7.0 pH 7.4 pH 6.6

0.1 mM 1 mM

(+ Activador) V+ (sin efectores) V0 (+ Inhibidor) V-

Los efectores alostéricos operan sobre el grado de cooperatividad 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.

Ecuación de Hill h > 1, cooperatividad positiva h = 1, no hay cooperatividad h < 1, cooperatividad negativa Obsérvese que para h=1, esta ecuación se reduce a una forma normalizada de la ecuación de Michaelis-Menten:

Modelo MWC Forma R s s s s s s s s s s L i i i i i i i i i i Forma T

a: 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