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Enzimas regulatorias Las vías metabólicas están compuestas por grupos coordinados de enzimas que realizan específicamente un proceso metabólico. En general, de las muchas enzimas que los componen, sólo algunas están reguladas. Las enzimas regulatorias catalizan reacciones que limitan la velocidad de todo el proceso o son un paso cometido, es decir que luego de traspuesto el proceso llegará hasta el final. Las enzimas regulatorias frecuentemente están en o cerca de las etapas iniciales de un camino metabólico o en una ramificación. La lógica operacional es conservar energía, de modo que las reacciones biosintéticas no serán activas a menos que realmente se necesite el metabolito producto de ese camino Regulación de la actividad enzimática • El camino de la biosíntesis de un compuesto es diferente de aquel que conduce a su degradación • Esta separación asegura que los procesos son termodinámicamente favorables en ambas direcciones • Permite la regulación recíproca Catabólico E1 E2 A B E3 C D anabólico Catabólico E2 E1 A E3 B C E4 anabólico D Glc ATP Pi DG<<0 DG<<0 ADP H2O Glc-6-P Fru-6-P DG<<0 + Ejemplo: glucólisis F2,6P2 Pi _ Fru-1,6-P2 DG<<0 H2O PEP DG<<0 ADP OAA ATP Pyr DG<<0 Ejemplo: Síntesis de guaninas Varios pasos Las 2 formas principales de regulación: 1) control de la cantidad de enzima (gruesa) o de los sustratos presentes (fina) 2) alteración de la eficiencia catalítica (fina) Mecanismos: 1.compartimentación 2.cantidad de enzima 3.concentración de sustrato 4.inhibición reversible por productos 5.regulación alostérica 6.unión a proteínas 7.modificación covalente 8.escisión proteolítica 1.Compartimentación: fotorespiración 1.Compartimentación: Ciclo del glioxilato 1.Compartimentación: Metabolismo de AG 2. Cambios en la cantidad de enzima • Sistemas constitutivos • Sistemas adaptativos: inducibles (el S provoca la síntesis) o represibles (el producto final inhibe la síntesis) Cambios en la cantidad de enzima: operones Control positivo: el producto del gen regulador (o su interacción con una proteína) activa la expresión de los genes. Control negativo: el producto del gen regulador (o su interacción con una proteína) reprime o impide la expresión de los genes. Operon Lac Inductor 5´-augguacaaccugcauggauccguacaac augguacaaccugcauggauccguacaac Regulador Promotor Operador -----------------genes---------------------- 1. La polimerasa lee el gen regulador, transcribe el ARN y se sintetiza la prot. represora 2. La proteina represora bloquea a la polimerasa 3. Al ingresar inductor, se une al represor (SU 34 kDa x 4)y lo libera de su unión al gen operador 4. La polimerasa avanza al inicio de la transcripción y transcribe a los genes: ßgalactosidasa, galactósido permeasa y tiogalactósido transacetilasa TCACNCCAC H Ceramida Fosfocolina http://www.cumc.columbia.edu/publications/in-vivo/Vol1_Iss6_mar25_02/regulation.html 3. Cambios en la concentración de sustrato Figura 2 120 Velocidad relativa (%) 100 Rango de la [S] in vivo + activador actividad sin efectores 80 60 + inhibidor 40 20 0 [S] 4. Inhibición reversible por productos u otros metabolitos Retroinhibición Retroinhibiciуn por producto final en un camino lineal E1 A E2 B E3 C E4 D E5 E E6 F P Secuencial E1 A E2 B E4 E F P G H Q E3 C D E5 Concertada E1 A E2 B E4 E F P G H Q E3 C D E5 E4 E2 A B E F P G H Q E3 C D Enzimas E5 isofuncionales Acumulativa E1 A E2 B E4 E F P G H Q E3 C D E5 5. Regulación alostérica v Fosfofructokinasa 6. Unión a proteínas Calmodulina Proteína reguladora de la Glucokinasa GK PR 7. Modificación covalente 1. 2. 3. 4. Fosforilación Reducción de –SH Acilación Adición de nucleótidos Fosforilación: glucógeno sintetasa, glucógeno fosforilasa, PEP carboxilasa, etc. etc. Se da en varios aminoácidos. -OH + ATP Prot-OH + ATP Prot-O-PO3- + ADP P + ADP Fosfotreonina Fosfoserina Fosfotirosina O P-arginina N N OH NH2 2- O3 P P-lisina P-histidina Reducción de –SH Glutationilación Glutamato Cisteina g-Glutamilcisteína Glicina Glutation H2O2 H2O SH Grx -SSG Glut PO GSNO Nitroso glutatión SOH GSH GSSG HNO Ác, sulfénico GSH glutationilación SSG Grx -S H2O En plantas: GaPDH, TPI, aldolasa En animales: GaPDH, piruvato kinasa, ICDH, a-KGDHetc. Glu + NH3+ + ATP Gln + ADP + Pi Gln (-) ATP,aKG (+) UTP PPi Uridil transferasa -OH Gln sintetasa activa * ATasa ATP -OH ATasa Desadenilaciуn Adenilaciуn PII ADP PPi Pi Gln sintetasa -O-AMP inactiva Uridil transferasa UMP H2O PII -O-UMP 8. Escisión proteolítica 1 122 S-S 201 136 245 S-S Tripsina Arg 1 245 S-S S-S ¶ Quimotripsina 2 péptidos Leu Ile 1 S-S Tyr Ala 146 149 S-S 245 QUIMOTRIPSINÓGENO (inactivo) Tripsina Val-(Asp)4-Lys-Ile enteropeptidasa Ile7 Val- (Asp)4 - Lys +