TEMA 10: REGULACIÓN DE LA ACTIVIDAD ENZIMÁTICA Las enzimas llevan a cabo una serie de reacciones secuenciales que constituyen las rutas metabólicas A B C Y Z Dichas rutas están perfectamente coordinadas entre sí y cada una está regulada de forma muy precisa. La velocidad de cada ruta está controlada para que refleje las necesidades generales de la célula. La primera enzima de la ruta suele ser limitante de la velocidad (“enzima regulador”)

MECANISMOS DE REGULACIÓN ENZIMÁTICA Control a nivel de sustrato Inhibición reversible por productos (retroalimentación) Activación/inhibición alostérica (nivel celular) Modificación covalente (supracelular): Reversible: fosforilación, metilación, acetilación, ADP-ribosilación, etc. Irreversible: activación proteolítica

_ 1.- CONTROL A NIVEL DE SUSTRATO Mediante interacción de los sustratos y productos de cada reacción con la enzima hexoquinasa Glucosa + ATP -------> Glucosa-6-fosfato + ADP El propio producto de la reacción puede inhibir competitivamente a la enzima _

2.- CONTROL POR RETROALIMENTACIÓN (Negativa) Un aumento de concentración del producto final de una ruta metabólica inhibe una de las primeras reacciones de la ruta (generalmente la primera) A ---> B ---> C ---> D ---> E E actúa como inhibidor del primer enzima. Ello impide: La utilización innecesaria del primer sustrato La acumulación del producto final Se evita la acumulación de intermedios (al ser la mayoría R. Reversibles) _

Glicolisis Fosfofructokinasa ATP Neoglucogénesis FBP fosfatasa AMP RUTAS METABÓLICAS CONTROLADAS POR RETROALIMENTACIÓN RUTA 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

3.- ENZIMAS ALOSTÉRICAS - Son proteínas con múltiples subunidades (múltiples centros activos y catalíticos) - Presentan una cinética sigmoidal, indicativa de efectos cooperativos en la unión del sustrato. - Su actividad está regulada por otras moléculas efectoras. - Pueden mantener las concentraciones de sus sustratos en valores bastante constantes: * Existe una concentración crítica de sustrato ([S]c) por debajo de la cuál la enzima es prácticamente inactiva * Un pequeño aumento de la concentración de sustrato, por encima de la ([S]c, da lugar a un notable aumento de la actividad enzimática

ENZIMAS ALOSTÉRICAS muy Enzima eficiente ineficaz “Bioquímica” Mathews, van Holde y Ahern. Addison Wesley 2002 Enzima ineficaz muy eficiente ENZIMAS HOMOTRÓPICAS: El sitio de unión es a la vez el sitio activo y el sitio regulador. El sustrato puede funcionar como modulador. ENZIMAS HETEROTRÓPICAS: El modulador es un metabolito diferente del sustrato. El sitio regulador es distinto del sitio regulador.

La unión de inhibidores o activadores alostéricos no afecta a la Vmax, per si altera la Km “Bioquímica” Mathews, van Holde y Ahern. Addison Wesley 2002 + -

http://www.upo.es/depa/webdex/biocel/Tecnicas/documentos/ENZYMAS-definitivo-.ppt#477,54,Diapositiva 54

http://www.upo.es/depa/webdex/biocel/Tecnicas/documentos/ENZYMAS-definitivo-.ppt#478,55,Diapositiva 55

REGULACIÓN DE LA ASPARTATO CARBAMOILTRANSFERASA (Regula la síntesis de pirimidinas) “Bioquímica” Mathews, van Holde y Ahern. Addison Wesley 2002

4.- MODIFICACIONES COVALENTES Existen enzimas que están inactivas hasta que se activan por unión covalente con otras moléculas y viceversa. ADP-ribosilación - metilación, acetilación Algunas modificaciones son reversibles y otras no. A. FOSFORILACIÓN/DESFOSFORILACIÓN (serina, treonina, tirosina e histidina) Pi EJEMPLO: Glucógeno fosforilasa Libera glucosa a partir de glucógeno

Fosforilasa b (menos activa) Fosforilasa a (más activa) Cadena lateral fosfatasa quinasa Fosforilasa b (menos activa) Fosforilasa a (más activa) Cadena lateral de Ser14

Suele haber fenómenos de modificación covalente de enzimas en la respuesta celular a diferentes señales: 1. Neurotransmisores 2. Hormonas 3. Factores de crecimiento 4. Estímulos morfogenéticos y de diferenciación 5. Muerte celular programada (apoptosis) 6. Estímulos antigénicos 7. Luz y otros agentes físico-químicos

B. ACTIVACIÓN POR RUPTURA PROTEOLÍTICA EJEMPLO: Proteasas pancreáticas (tripsina, quimotripsina, carboxipeptidasa) Se sintetizan en el páncreas de forma inactiva denominada zimógeno (mayores que la enzima activa) para evitar que digieran el tejido pancreático. En el intestino se activan por ruptura protelítica y finalmente son degradadas

ACTIVACIÓN DE ZIMÓGENOS POR PROTEOLISIS INHIBIDOR ZIMÓGENOS PROTEASAS Autoactivación “Bioquímica” Mathews, van Holde y Ahern. Addison Wesley 2002

PROCESO EN CASCADA DE LA COAGULACIÓN DE LA SANGRE “Bioquímica” Mathews, van Holde y Ahern. Addison Wesley 2002

COMPLEJOS MULTIENZIMÁTICOS: Son asociaciones de enzimas. ISOENZIMAS: Son formas diferentes (pero relacionadas) de una enzima que catalizan la misma reacción. A menudo difieren en unas pocas sustituciones de aminoácidos, afinidad por el sustrato, Vmáx y/o propiedades reguladoras. Corazón Riñón Hematíe Cerebro Leucocito Músculo Hígado COMPLEJOS MULTIENZIMÁTICOS: Son asociaciones de enzimas.