MECANISMOS ENZIMATICOS DE CONTROL Y REGULACION DEL METABOLISMO A MECANISMOS ENZIMATICOS DE CONTROL Y REGULACION DEL METABOLISMO A. Modificación de la cantidad de enzimas 1. Estimulación e inhibición de la transcripción génica 2. Estimulación e inhibición de la degradación de enzimas 3. Cambios en la localización subcelular (secuestro de enzimas) B. Modificación de la actividad enzimática 1. Efecto de modificadores alostéricos 2. Modificación covalente (fosforilaciones y otros) 3. Asociación a otras proteínas (enzimas, de membrana, del citoesqueleto)

glc 30mM s/glucosa

Músculo tibialis anterior (de conejo) sometido durante 30 min a estimulación eléctrica crónica de baja frecuencia (CLF): Glicógeno sintasa (GS) y glicógeno fosforilasa (GPH) se mueven desde estructuras celulares presentes en un sedimento de 100.00 x g hacia la fracción soluble.

En el músculo en reposo, la glicógeno sintasa se encuentra polarizada en la región perinuclear y en la miofibrillas. En el músculo estimulado la distribución cambia hacia pequeñas esferas discretas 0,5-1 u. La glicógeno sintasa fosforilada en los sitios 1b, 2 y 2a, no se encuentra asociada a las estructuras esféricas que aparecen en el músculo estimulado correspondientes a enzima total o fosforilada en los sitios 1a, 3a o 3b.

Las estructuras esféricas no tienen membrana, miden entre 0,25 y 1 u, contienen ß-actina, α-actinina y tropomiosina. Las esferas se formarían por remodelación de la actina del citoesqueleto en microdominios discretos .

La asociación de la glicógeno sintasa con las estructuras esféricas puede ser necesaria para iniciar la síntesis de glicógeno. Una reorganización subcelular similar de la enzima se ha encontrado en adipocitos y hepatocitos frente a estímulos como glucosa e insulina. Recordar que glicógeno sintasa debe estar asociada a glicogenina para inicar la síntesisde glicógeno. Ambas proteínas se asocian a actina del citoesqueleto.

Enzima bifuncional (sintetiza y degrada fructosa-2,6 bis-P) Fosfofructoquinasa 2 – Fructosa1,6-bisfosfatasa 2 PFK2-FBPasa2

Modificación covalente de enzimas por fosforilación Enzima-P Efecto Piruvato quinasa - PFK2-FBPasa2 - PFK2 +FBPasa2 Pir.deshidrogenasa - Glicógeno sintasa - Glicógeno fosforilasa + Lipasa + Acetil-CoA carboxilasa -

CJ Regulación y control de las vías metabólicas Análisis del control metabólico (MCA) Enfoque tradicional Enzima marcapaso CJ e Coeficiente de control de flujo ( )

MCA approach Concepto de enzima limitante Esta enzima ¿es la enzima limitante de la vía? MCA approach ¿Cómo varía el flujo a través de la vía cuando cambia la actividad de la enzima?

Análisis del control metabólico (MCA) X3 E1 E4 E2 E3 E5 X0 X1 X2 X4 X5 El control del flujo metabólico puede ser compartido por todas las enzimas que forman parte de esa vía metabólica. Varias enzimas puede ejercer un control significativo sobre el flujo. - La distribución del control del flujo puede variar al producirse algún cambio en el estado metabólico de la célula. - La suma de los coeficientes de control de flujo de todas las enzimas de una vía metabólica debe ser igual a 1 ( Teorema de la suma).

Coeficiente de control del flujo Caracterización cuantitativa de la influencia de cualquier enzima de la vía sobre el flujo a través de ella. Se define como el cuociente entre el cambio fraccional del flujo por la vía y el cambio fraccional de la actividad enzimática.

Coeficiente de control CJ e = Coeficiente de Control de Flujo J = Flujo e = Concentración de enzima El coeficiente de control de flujo se define como la pendiente de la tangente en un gráfico de logaritmo de flujo versus logaritmo de la cantidad de enzima (actividad enzimática) CJ e =  log J  log e

MCA: coeficiente de control del flujo ∂ lnJ C = ∂ lnE J E El coeficiente de control del flujo se define como la pendiente de la tangente en un gráfico de logaritmo del flujo versus el logaritmo de la cantidad de enzima ≈ 0.2 ≈ 0.5 La respuesta del flujo a un cambio en la cantidad de enzima depende de la posición del punto de partida Flux (J) ≈ 1.0 Concentración de enzima (E)

Síntesis de glicógeno (vía directa) 1 2 3 4 Glc  glc-6-P  glc-1-P  UDP-glc  glicógeno Hexoquinasa P-glucomutasa UDPglc-pirofosforilasa Glicógeno sintasa

Tabla 1 *Actividad medida entre abril y agosto. **Actividad medida entre septiembre y enero (PGM) y entre noviembre y marzo (UDPG-PPasa). Tabla 1

CJ e 0,60

CJ e 0,06

CJ e 0,01

Coeficientes de control en la vía directa de síntesis de glicógeno HK PGM UGPase GS glc glc-6-P glc-1-P UDPG glicógeno 0,01 0,60 0,20 0,15 Σcoeficientes de control vía directa = 0,96

Control of glycogen synthesis and pentose phosphate fluxes by hexokinase