INST JOSE MARTI REGULACION ENZIMATICA BCM

1. BIOLOGÍA CELULAR Y MOLECULAR
UNIDAD NO. 1. INTRODUCCIÓN AL ESTUDIO DE LA BIOLOGÍA CELULAR Y
MOLECULAR. BASES MOLECULARES DE LA VIDA.
TEMA 5: Otras biomoléculas de
importancia biológica.
Regulación enzimática. Concepto. Tipos.
• Inducción y represión.
• Modificación alostérica.
• Modificación covalente.
• Otros tipos de regulación: proteólisis e isomerización.
Cofactores enzimáticos.
• Generalidades.
• Ejemplos

2. REGULACIÓN
Se da en sistemas o procesos
Capaz de variar su comportamiento en respuesta a
los cambios del entorno
La respuesta puede ser directa o indirecta
La respuesta tiende a modificar el estimulo
volviendo a la situación inicial.
Cap. 17: Págs. 299-300

3. COMPONENTES DE UN SISTEMA DE
REGULACIÓN
Aumento de
SEÑAL c(sust. Específ)
ESTÍMULO
Modifica estímulo
inicial
RECEPTOR
Convierte
estímulo en señal
TRANSDUCTOR interna
Amplificador Efector Respuesta
Aumento intensidad
de señal Una o varias enzimas
Existe un patrón estructural o funcional en los organismos que tiende a mantenerse
estable frente a los cambios que se operan en el entorno. El sistema de regulación está
encaminado a mantener ese patrón estructural o funcional.

4. MECANISMOS DE REGULACIÓN
ENZIMÁTICA
• Mecanismos que modifican la cantidad de
enzimas:
 Inducción.
 Represión.
• Mecanismos que modifican la actividad
enzimática:
 Modificación alostérica.
 Modificación covalente.

5. MECANISMOS QUE MODIFICAN LA
[ENZIMAS]
• Inducción: la presencia de una sustancia en la
célula puede activar el proceso de síntesis de la
enzima y por tanto aumentar su cantidad.
• Represión: el estímulo determina la disminución
de la síntesis enzimática por lo cual la cantidad
de enzima disminuye.
Ambos son mecanismos lentos porque implican síntesis o degradación de
enzimas involucradas y en ellos se da respuesta a una señal química
(metabolito)

6. MECANISMOS QUE MODIFICAN LA ACTIVIDAD DE LAS
ENZIMAS
MODIFICACIÓN ALOSTÉRICA
Mecanismo por el cual una sustancia denominada
efector alostérico se une a la enzima en un lugar llamado
sitio alostérico, mediante interacciones débiles y provoca
cambios conformacionales, que modifican la velocidad
de la reacción.

7. El modelo simétrico o concertado fue elaborado en 1965 por
Jacques Monod, Jeffries Wyrnan y Jean-Pierre Changeux del
Instituto Pasteur de París, fue el primer modelo propuesto en
términos moleculares y el más sencillo.
Propone que las enzimas están formadas por varias subunidades
(estructura cuaternaria) y todas se encuentran en el mismo estado
conformacional (simetría).
La regulación
alostérica se
fundamenta en la
existencia de dos
conformaciones de
la enzima
oligomérica, cada
una con actividad
diferente: una forma
activa o relajada (R)
y una forma inactiva
o tensa (T).

8. El modelo se nombra como concertado porque se transita
de un estado conformacional hacia otro, trasmitiéndose a
las otras subunidades haciendo que todas ellas adopten
la misma conformación.
El paso de una forma a la otra se produce por la unión, al
sitio alostérico, de un efector.
Los efectores son sustancias del propio metabolismo
celular.
R T
Ambas formas se encuentran en equilibrio

9. MODELO SIMÉTRICO O CONCERTADO
Supongamos que tenemos:
Enzima (E) Sustrato (S) Ligando A (A) Ligando B (B)
(estado R activo) (estado T inactivo)
T ENZIMA EN
SI A B ENTONCES
R
R T EQUILIBRIO
R T
MAYOR
SI S ENTONCES R T V
S
SI
R T
MUCHA
S A ENTONCES R T MAYOR
V
SA
LOS COMPLEJOS RA, RS, RAS VAN A AUMENTAR LA V DE REACCIÓN

10. MODELO SIMÉTRICO O CONCERTADO
Supongamos que tenemos:
Enzima (E) Sustrato (S) Ligando A (A) Ligando B (B)
(estado R activo) (estado T inactivo)
LAS UNIONES R+A, RA+S, RS+A VAN A INCREMENTAR
CONSIDERABLEMENTE LA VELOCIDAD AL SER A UN ACTIVADOR
ALOSTÉRICO (EFECTO POSITIVO)
R T
EN CAMBIO SI: R T
B
R T
MUCHA
AÑADIMOS B ENTONCES R T MENOR
V
EL LIGANDO B POSEE CONFORMACIÓN T, POR LO QUE SE DESPLAZA
EL EQUILIBRIO HACIA EL AUMENTO DE LA CONFORMACIÓN T EN LA
ENZIMA, Y AL SER ESTA INACTIVA, LA VELOCIDAD DE REACCIÓN
DISMINUYE

11. MODELO SECUENCIAL
Propone que:
• Existen dos conformaciones (R y T) posibles para
cada subunidad de la enzima.
• La unión del sustrato cambia la conformación de la
subunidad a la que se une, pero no altera de forma
apreciable la del resto de las subunidades.
• La transformación que ocurra en esa subunidad
puede determinar si la velocidad va a aumentar o
disminuir porque influye en la afinidad por el sustrato
del resto de las unidades (la incrementa o disminuye).

12. La curva que se obtiene de [S] vs velocidad
es en forma sigmoidal (forma de S alargada).
Curvas de velocidad de una de las reacciones la síntesis de pirimidinas. La
Aspartato transcarbamoilasa (ATCasa) cataliza la formación de N-
carbamoilaspartato de carbamoil fosfato y ácido aspártico

13. CARACTERÍSTICAS DE LAS ENZIMAS ALOSTÉRICAS
• Son proteínas oligoméricas de elevado peso
molecular.
• Existen en varios estados conformacionales
interconvertibles y con afinidad diferente para cada
uno de sus ligandos.
• Los ligandos se unen a la enzima en sitios
específicos por fuerzas no covalentes y de forma
reversible, afectando el estado conformacional de
las enzimas.
• Los cambios conformacionales en una subunidad se
comunican en mayor o menor grado al resto de las
subunidades.

14. EJEMPLO DE REGULACIÓN
ALOSTÉRICA
La pareja que con mayor frecuencia cumple estas funciones es la
formada por el ATP y el ADP, sus concentraciones relativas controlan
un gran número de actividades enzimáticas.
Formación de ATP:
ADP + Pi ATP + H2O
Formación de ADP:
ATP + H2O ADP + Pi
Al aumentar las concentraciones de ATP disminuyen las de ADP y
viceversa.
Ej: En la fosfofructoquinasa el ATP es un efector negativo (inhibidor) y
el ADP es positivo (activador), como las concentraciones de ambos
no pueden aumentar simultáneamente, en cada momento la enzima
sólo estará expuesta a elevadas concentraciones de uno de ellos y así
será su respuesta.

15. MODIFICACIÓN COVALENTE
Es el mecanismo mediante el cual la unión por enlace
covalente de un grupo químico a la enzima, le provoca
un cambio conformacional que produce una variación
de la velocidad de reacción.
Los tipos mis difundidos de modificación covalente son:
Fosforilación – desfosforilación (P),
Adenilación - desadenilación (AMP grupo adenilato); y
Intercambio de sulfihidrilos (SH) – disulfuros (SS).

16. Fosforilación-Desfosforilación
Ciertos residuos de serina, treonina o tirosina de la
proteína enzimática pueden ser fosforilados por
determinadas quinasas.
ATP ADP
OH Quinasa O-(P)
Fosfatasa
Pi H2O
La forma activa puede ser la fosforilada o la no
fosforilada en dependencia de la enzima.
Cap. 17: Págs. 306-309 y 311

17. CARACTERÍSTICAS DE LA
MODIFICACIÓN COVALENTE
• Se modifica la composición de la
enzima, que conduce a un cambio
conformacional secundario y
modificación de la actividad.
• Menor rapidez que la modificación
alostérica.

18. OTROS MECANISMOS DE REGULACIÓN
Proteólisis parcial (por hidrólisis)
(se sintetizan enzimas inactivas y se activan por ruptura de enlace peptídicos)
H2O
+
Enzima
proteolítica
Zimógeno Enzima activa
(precursor inactivo
de la enzima)
Es una variedad de modificación covalente (por la ruptura de
enlaces peptídicos), aunque no posee carácter irreversible.
Este tipo de regulación está presente en varias enzimas digestivas
(Ej: quimotripsina, que participa en la proteólisis de proteínas y
tiene como precursor el quimotripsinógeno enzimáticamente
inactivo).

19. OTROS MECANISMOS DE REGULACIÓN
Isoenzimas
Isoenzimas: son formas diferentes de una misma enzima que se diferencian
en sus propiedades cinéticas y químicas y hacen que las reacciones que ellas
catalizan presenten características diferentes.
LDH: está presente en todos los tejidos y en ellos cataliza la misma
reacción (conversión de ácido láctico a ácido pirúvico y viceversa)
presente, por ejemplo, en el metabolismo anaerobio de la glucosa con el fin
de obtener energía en células musculares esqueléticas.
Enzima
tetramérica
HHHH HHHM HHMM HMMM MMMM
ISOENZIMAS
Formada por la combinación de dos tipos de cadenas diferentes: las designadas H
del miocardio (con afinidad por el lactato) y las M del músculo estriado esquelético
(poseen afinidad por el piruvato).

20. COFACTORES
Sustancias de carácter no proteico y
bajo peso molecular; son moléculas o
iones imprescindibles para la acción
catalítica de muchas enzimas.

21. FORMAS DE ACTUACIÓN DE LOS
COFACTORES
• Contribuyen a la unión entre la enzima
y el sustrato.
• Estabilizan la enzima en su
conformación más activa.
• Constituyen frecuentemente parte del
grupo catalítico principal.
• Son transportadores intraenzimáticos
o interenzimáticos en la reacción
catalizada. Cap. 19: Págs. 334-335

22. TIPOS DE COFACTORES
INORGÁNICOS ORGÁNICOS
 Iones
Grupos Prostéticos
(Mg2+ Zn2+ Ca2+
Coenzimas (Vit B)
Fe2+ Mn2+ K+
Ej: en la catalasa el grupo prostético hemo se une al Fe para darle
actividad a la enzima que posee función protectora contra peróxidos.
APOENZIMA + COFACTOR = HOLOENZIMA (ENZIMA ACTIVA)

23. β Mercaptoetilamina Ácido pantoténico
3’ Fosfoadenosín difosfato
Cap. 19: Págs. 343-344
Coenzima A

24. Nicotinamida
Nicotinamín adenín dinucleótido (NAD+
Cap. 19: Págs. 335-337

25. Riboflavina
Flavín adenín dinucleótido (FAD)
Cap. 19: Págs. 337-338

26. Enlaces anhidridos de ácidos
Adenosín trifosfato (ATP)
Cap. 19: Págs. 347-348

27. CONCLUSIONES
• Las enzimas aceleran la velocidad de las reacciones disminuyendo
la energía de activación y su mecanismo básico de acción consta
de dos etapas, la de unión y la de transformación.
• La estructura tridimensional del centro activo y sus componentes
determinan la especificidad de sustrato y de acción de las
enzimas.
• Existen factores que influyen en la velocidad de la reacción
enzimática, modificando la estructura de la enzima y en particular
de su centro activo, aspecto de gran importancia en la práctica
médica.
• Las formas básicas de regulación enzimática se manifiestan por
variación en la cantidad, ya sea por inducción o represión y por
variación en su actividad, como la regulación alostérica y
covalente.

28. TAREA EVALUATIVA INDIVIDUAL
Explique porqué se realiza la determinación de
los niveles de enzimas séricas como la LDH
para detectar casos de infarto agudo del
miocardio.
 ENTREGAR:
POR ESCRITO
 FECHA DE ENTREGA:
VIERNES 12/10/2012