Reacciones Bi-Bi Mecanismos Secuenciales

a.2 Al Azar (no existe un orden preferencial)

A + E EA EP E + P

AEB PEQ

B + E EB EQ E + Q

Quinasas: (ATP + Creatina Creatina-P + ADP)

b. Mecanismo Ping-Pong A+E (AE PF) P+F B+F (BF QE) Q+E Transaminasas y algunas Flavoproteínas. aspartato + -cetoglutato oxalacetato + glutamato

b. Secuencial

Diferenciación entre mecanismos

a. Ping-pong

REGULACIÓN DE LA ACTIVIDAD ENZIMÁTICA

Con que fin?

Crecer, diferenciarse y desarrollarse Coordinar los diferentes procesos metabólicos Responder a variaciones del ambiente Mantener comunicación inter e intra-celular. Como?

Control de la disponibilidad de E

La cantidad de E depende de la velocidad de síntesis y degradación.

Ambas velocidades son controladas por la célula directamente. e.j. E coli es LAC- (no posee E p/ metabolizarla) si se expone a LAC sintetiza E para metabolizarla

Control de la actividad enzimática

Actividad catalítica es regulada por alteraciones conformacionales y estructurales.

La vo catalizada cineticamente depende ≈ [ES] varía con [S] y con afinidad de E x S actividad catalítica es controlada por variaciones en la afinidad x S.

Afinidad puede variar debido a unión de pequeñas moléculas: “efectores” modifican actividad catalítica

MECANISMOS REGULATORIOS

Enzimas Alostéricas Enzimas modificadas covalentemente Múltiples formas de la enzima Activación por clivaje proteolítico de pro-enzimas

Enzimas Alostéricas

Poseen estructura cuaternaria (multiples subunidades y sitios activos)

Poseen un cinética sigmoide indica cooperatividad entre las subunidades, es decir la unión de un S a uno de los sitios afecta el enlace en los otros sitios.

Son reguladas por la unión de moduladores/efectores positivos o negativos

El tipo de regulación puede ser Homotrópica o Heterotrópica

Posee dos sitios receptores Sitio Activo: Sitio de unión del Ligando-L / Sustrato Sitio Alosterico: Sitio de unión del modulador/efector

Efectos Homotrópicos: cuando los ligandos son idénticos. Usualmente son positivos. Ej. las interacciones de la unión del O2 a la Hb.

Efectos Heterotrópicos, cuando la unión de un L afecta la unión de otro sitio diferente. Ej. el efecto de Bifosfoglicerato en la afinidad de la Hb por el O2

Propiedades de las Enzimas Alostéricas Poseen dos estados conformacionales en equilibrio: T (tight /

baja afinidad por S) y R (relaxed / alta afinidad por S) Moduladores positivos y S pueden unirse a R; los Inhibidores

pueden unirse a la forma T.

Modelo secuencial

La unión del S induce un cambio conformacional

de la forma T a R, aumentando los sitios

disponibles para S.

Modelo Concertado

Todas las subunidades deben estar en la misma

conformación (T o R). Todas deben cambiar al

mismo tiempo

Transición T a R

Cooperatividad

Regulación Alosterica: Modelo Concertado

Efectos Alostéricos

A e I se unen a las formas R y T respectivamente

Modelo Inducido (a) S puede provocar un cambio conformacional a la subunidad a la cual se une. (b) Si las interacciones entre subunidades están fuertemente acopladas, la unión de S a una subunidad puede causar que la subunidad adyacente asuma una conformación que posea mayor o menor afinidad por S.

La E con efectos cooperativos tienen curvas de saturación diferentes a la función hiperbólica de tipo Michaelis-Menten.

- Efectores Positivos/Activadores: modifican las Ka de afinidad ( afinidad) la unión de E + L ocurre a mas baja [C] de L. - Efectores Negativos/Inhibidores disminuyen la constante de afinidad x S. Aumentan la cooperatividad.

Mecanismos y ejemplos de Efectos Alostéricos

Retroalimentación Negativa

Enzima 1 Enzima 2 Enzima 3

S2 S3 Producto

Final

S

Inhibición

E. Alostérica: Aspartato Transcarbamilasa Cataliza el primer camino de la síntesis de pirimidinas. Es inhibida por CTP (producto final) Efecto homotropico del S ATP es un modulador positivo

Enzimas Modificadas Covalentemente

Una variedad de grupos químicos de las enzimas pueden ser modificados en forma covalente y reversible

Esta modificación puede conducir a cambios en la actividad enzimática.

Modificaciones mas comunes … • fosforilación - defosforilación • adenilación - deadenilación • metilación - demetilación • uridilación - deuridilacón • ribosilación - deribosilación • acetilación - deacetilación

Fosforilación/Defosforilación

Porque la Fosforilación es utilizada para regular la actividad enzimática?

Es rápidamente reversible, haciendo posible cambiar instantáneamente de la forma inactiva a la activa de la E.

Tiene relativamente baja demanda energética, dado que no requiere la síntesis de nuevas moléculas proteicas.

Fosforilación/defosforilacion es rápida y se puede ajustar a las requerimientos fisiológicos de las células.

El efecto de la Fosforilación puede ser amplificado vía la cascada de PKA (fosforila 100 proteínas rápidamente cada proteína cataliza varios S)

Las propiedades catalíticas de E es modificada por la unión covalente de grupos Pi (añaden 2- , modifica interacción electrostática )

Regulación por asociación/disociación

Acetil-CoA Carboxilasa 9 acetyl-CoA + CO2 + ATP malonyl-CoA + ADP + Pi 1º paso en la síntesis de ácidos grasos.

PKA dependiente de cAMP

Forma Inactiva Subunidad regulatoria-R: sitios para cAMP vacíos Subunidad catalítica-C: sitios de unión del S bloqueados por dominios autoinhibitorios de la unidad R Forma activa Subunidad R: sitios autoinhibitorios ocultos Subunidad C: sitos de unión del S disponibles

Compartimentalizacion Celular Regulacion de

pasos anabolicos/ catabolicos (no deben operar al mismo tiempo)

Procesos opuestos (separados en diferentes compartimentos celulares, ej. Β-oxidacion vs. síntesis AG)

Requiere transporte de metabolitos a través de membrana

Activación por clivaje proteolítico de pro-enzimas

Zimógenos o proenzimas son precursores inactivos de E. Activación implica la hidrolisis irreversibles de uno o mas

uniones peptídicas, que resulta en la forma activa Los cambios conformacionales dan lugar a la formación o

exposición de un sitio activo para el S Muchos procesos de desarrollo se controlan por activación de

zimógenos En general están involucradas reacciones en cascada Gran variedad … Hormonas: proinsulina Proteínas Digestivas : tripsinógeno, … Proteínas Funcionales : factores de la coagulación o disolución del

coagulo Proteínas del tejido Conectivo: pro-colágeno

Activación de quimiotripsinogeno por ruptura proteolítica

Enzimas Proteoliticas del Tubo Digestivo

Cascada de la Coagulación