Este documento proporciona una visión general del metabolismo del nitrógeno y los nucleótidos en los organismos. Describe las rutas de degradación de los aminoácidos, la asimilación y excreción del nitrógeno, la fijación biológica del nitrógeno, la biosíntesis de aminoácidos y nucleótidos, y el ciclo del nitrógeno en los ecosistemas. El documento analiza estos procesos a nivel bioquímico y molecular.

1. BIOQUÍMICA DEL
NITRÓGENO Y REGULACIÓN
GENÉTICA
M. C IRVING HERNÁNDEZ HERNÁNDEZ
irving_hdezh@hotmail.com

2. UNIDAD 1 METABOLISMO DEL NITRÓGENO

3. • La fracción de la energía metabólica generada a partir de los
aminoácidos, ya sean procedentes de proteínas de la dieta o de
proteínas de los tejidos, varía mucho según el tipo de organismo y
las condiciones melabólicas.

4. • Las proteínas ingeridas son degradadas por proteasas en el
estómago e intestino delgado. La mayoría de proteasas se sintetizan
inicialmente en forma de zimógenos inactivos.

5. • Los aminoácidos obtenidos a partir de las proteínas de la dieta son la
fuente de la mayor parte de grupos amino. La mayoría de
aminoácidos se metabolizan en el hígado.

6. • 1. Durante la síntesis y degradación normales de proteínas celulares
(recambio proteico), algunos de los aminoácidos liberados durante la
degradación de las proteínas se degradan oxidativamente si no se
necesitan para la síntesis de nuevas proteínas.
• 2. Cuando una dieta es rica en proteínas y los aminoácidos ingeridos
exceden las necesidades corporales para la síntesis de proteínas, el
excedente se cataboüza; los aminoácidos no se pueden almacenar.
• 3. Durante la inanición o en la diabetes mellitus, en las que no hay glúcidos
disponibles o éstos no son utilizados adecuadamente, se recurre a las
proteínas celulares como combustible.

7. VISIÓN GENERAL
DEL CATABOLISMO
DE LOS
AMINOÁCIDOS EN
LOS MAMÍFEROS

8. • el citosol de los hepatocitos, los grupos amino de la mayoría de los
aminoácidos se transfieren al a-cetoglutarato formando glutamato. A
continuación se transporta el glutamato a la mitocondria. donde se
elimina el grupo amino en forma de NH4
+.
• El exceso de amoníaco generado en la mayor parte de los tejidos
restantes se convierte en el nitrógeno amidico de la glutamina, que
pasa al hígado y seguidamente a las mitocondrías hepáticas. En la
mayoría de tejidos, la glutamina o el glutamato, o ambos, se
encuentran en concentraciones más elevadas que el resto de
aminoácidos.

9. • El primer paso del catabolismo de la mayoría de L-aminoácidos una
vez han llegado al hígado, es la eliminación de los grupos a-amino,
catalizada por enzimas denominados aminotransferasas o
trasaminasas.
• Todas las aminotransferasas tienen el mismo grupo prostético y un
mismo mecanismo de reacción. El grupo prostético es el piridoxal 5
fosfato (PLP), forma enzimática de la piridoxina o vitamina B6

10. VISTA GENERAL
DEL
CATABOLISMO DE
AMINOÁCIDOS.

11. • 1. Aminoácidos glucogénicos, que
se degradan a piruvato, α-
cetoglutarato, succinil-CoA,
fumarato u oxalacetato y por lo
tanto son precursores de glucosa.
• 2. Aminoácidos cetogénicos, que
se descomponen a acetil-CoA o
acetoacetato y, por lo tanto, puede
convertirse en ácidos grasos o
cetona

12. • En el músculo
esquelético, los grupos
amino en exceso se
transfieren al piruvato
formando alanina, otra
molécula importante en
el transporte de grupos
amino hasta el hígado.

13. REACCIÓN
CATALIZADA POR
LA GLUTAMATO
DESHIDROGENASA
HEPÁTICA

14. TRANSPORTE DE
AMONÍACO EN FORMA
DE GLUTAMINA

15. VÍAS DE CONVERSIÓN DE
ALANINA, CISTEÍNA
,GLICINA, SERINA Y
TREONINA A PIRUVATO
• (1) alanina aminotransferasa
• (2) serine–threonine dehydratasa
• (3) sistema de escisión de glicina
• (4 and 5) serina
hidroximetiltransferasa
• (6) treonina dehydrogenasa
• (7) amino cetobutyirate liasa

16. CICLO DE LA
GLUCOSA-ALANINA

17. DEGRADACIÓN DE ARGININA Y ASPARTATO
A OXALACETATO

18. DEGRADACIÓN ARGININA,
GLUTAMATO,
GLUTAMINA, HISTIDINA Y
PROLINA A α-
CETOGLUTARATO.
(1) glutamato dehidrogenasa
(2) Glutaminasa
(3) arginasa (4) ornitiina-δ-
aminotransferasa,
(5) glutamate-5 -semialdehido
dehidrogenasa
(6) prolina oxidasa
(7) Espontenea
(8) histidina ammonia liase
(9) urocanato hidratasa,
(10) imidazolona propionasa
(11) glutamata formiminotransferasa.

19. • La mayoría de especies acuáticas, tales como los peces óseos,
excretan el nitrógeno amínico en forma de amoníaco por lo que se
llaman animales amonotélicos. El amoníaco tóxico simplemente se
diluye en el agua circundante.
• Los animales terrestres necesitan vías para la excreción del
nitrógeno que minimicen tanto la toxicidad como la pérdida de agua.
La mayoría de animales terrestres son ureotélicos excretan el
nitrógeno amínico en forma de urea.
• Las aves y los reptiles son uricotélicos, excretando el nitrógeno
amínico en forma de ácido úrico.

20. • La producción de urea tiene lugar casi exclusivamente en el hígado y
representa el destino de la mayor parte del amoníaco allí canalizado.
La urea pasa al torrente sanguíneo y de ahí a los riñones y se excreta
a través de la orina.

23. • Aunque la mayor parte del catabolismo de los aminoácidos transcurre
en el hígado, las tres aminoácidos con cadenas laterales ramificadas
(leucína, isoleucina y valina) se oxidan como combustibles
principalmente en el músculo, tejido adiposo, riñón y tejido cerebral.

24. • Diversos compuestos contienen nitrógeno, incluidos los aminoácidos,
las porfirinas y los nucleótidos

25. CICLO DEL NITRÓGENO

27. • Relámpagos. responsables de alrededor del 8% de la fijación del
Nitrógeno. Los rayos convierten el vapor de agua y el oxígeno en
radicales libres de hidroxilo altamente reactivos, átomos de hidrógeno
libres, y átomos de oxígeno libres atacan el nitrógeno molecular (N2)
para formar ácido nítrico. (HNO3). Este ácido nítrico cae
posteriormente a la tierra con lluvia.
• Reacciones fotoquímicas. Aproximadamente el 2% del nitrógeno
fijado se deriva de reacciones fotoquímicas entre el óxido nítrico
gaseoso (NO) y el ozono (O3) Que producen ácido nítrico (HNO3).
• Fijación de nitrógeno biológico. El 90 % es fijado de manera biológica
mediante bacterias o las algas verde azuladas (cianobacterias) fijan
N2 en amonio (NH4
+).

28. • Los iones de amonio (NH4
+) y nitrato (NO3
–) que se generan a través
de la fijación o se liberan a través de la descomposición de la materia
orgánica del suelo se convierten en objeto de una intensa
competencia entre las plantas y los microorganismos.

29. • Las plantas pueden almacenar altos niveles de nitrato, o pueden
trasladarlo de tejido a tejido sin efecto perjudicial. Sin embargo, si el
ganado y los humanos consumen material vegetal que es alto en
nitrato puede tener efectos negativos.

30. • Las plantas asimilan la mayor parte del nitrato absorbido por sus
raíces en compuestos orgánicos de nitrógeno. El primer paso de este
proceso es la reducción de nitrato a nitrito en el citosol.
•

31. • Bajo las elevadas concentraciones de suelo que se producen
después de la fertilización, la absorción de amonio y nitrato por parte
de las raíces puede exceder la capacidad de una planta para asimilar
estos iones, lo que lleva a su acumulación en los tejidos de la planta.

32. • El nitrito (NO2
–) es un ion altamente reactivo y potencialmente tóxico.
Las células de la planta transportan de inmediato el nitrito generado
por la reducción de nitrato del citosol a los cloroplastos en las hojas y
los plástidos en las raíces. En estos orgánulos, la enzima nitrito
reductasa reduce el nitrito.

34. • Compartimentación de las
reacciones de asimilación de
nitratos y la vía
fotorrespiratoria en las
células mesófilas. El NH4
+
formado en la vía
fotorrespiratoria es de color
negro y el NH4
+ formado por
la asimilación de nitratos es
de color rojo. Los principales
productos de asimilación de
nitratos están marcados con
una flecha roja.

35. La vía de fosfato de pentosa
oxidativa proporciona los
equivalentes reducidos para
la reducción de nitritos en
plastidios (leucoplastos) de
tejidos no verdes. En
algunos plástidos, la glucosa
1-fosfato se transporta en el
intercambio para la triosa
fosfato o fosfato. Fd
ferredoxina.

36. FIJACIÓN DE NITRÓGENO
• Fijación de N2 por bacteroides. La
oxidación total de malato por el ciclo
de citrato produce cinco NADH y un
FADH2. La formación de dos NH3 a
partir de N2 y la reducción
acompañante de 2H+ a H2 requiere al
menos 16 moléculas de ATP

37. • El complejo de
nitrogenasa comprende la
dinitrogenasa reductasa y
la dinitrogenasa. La
reducción de una
molécula de N2 se
acompaña de la reducción
de al menos dos protones
para formar hidrógeno
molecular.

38. BIOSÍNTESIS DE AMINOÁCIDOS
• Los aminoácidos esenciales
son obtenidos de la dieta
diaria. Mientras que los no
esenciales pueden ser
obtenidos a parir de
intermediarios.

39. LAS PLANTAS Y
MICRORGANISM
OS SINTETIZAN
LOS
AMINOÁCIDOS
ESENCIALES

40. • Biosíntesis de la familia de
aminoácidos aspartato:
lisina, metionina y treonina.
• (1) asparto cinase
• (2) β aspartato semialdehido
deshidrogenasa
• (3) homoserina
deshidrogenasa
• (4) methionine sintasa

41. BIOSÍNTESIS DE
LA FAMILIA DEL
PIRUVATO

42. UNIDAD 2 METABOLISMO DE
NUCLEÓTIDOS

43. • Los nucleótidos
están compuestos
por un grupo fosfato
una pentosa (ribosa
o desoxirribosa) y
una base
nitrogenada (purina
o pirimidina)

44. • Los nucleótidos son las unidades monoméricas que actúan como
precursores de los ácidos nucleicos; Los nucleótidos también realizan
una amplia gama de otras funciones bioquímicas.

45. • los ácidos nucleicos se clasifican:
• ácidos desoxirribonucleicos (ADN).
• ácidos ribonucleicos (ARN).

46. • Las bases de los ácidos nucleicos son de dos tipos: purinas y
primidinas

47. • El ATP, y en cierta medida el GTP, son los principales transportadores
de la
• energía química. Son componentes de los cofactores NA1), FAD, S-
adenosilmetionina y coenzima A, así como de intermediarios
biosintéticos activados tales como la UDP-glucosa. Algunos
nucleótidos, tales como el cAMP y el cGMP, actúan también como
segundos mensajeros celulares.

48. • Hay dos tipos de rutas metabólicas que conducen a la formación de
los nucleótidos: las rutas de novo y las rutas de recuperación.

49. • La síntesis de novo de los nucleotidos empieza a partir de sus
precursores metabólicos: aminoácidos, ribosa 5-fosfato, CO2 y NH3.
Las rutas de recuperación reciclan las bases ubres y los nucleósidos
liberados de la degradación de

50. • Las vías de novo para la biosíntesis de purinas y pirimidinas son
idénticas en prácticamente todos los seres vivos.
• Las bases libres guanina, adenina, timina, citidina y uracilo no son
intermediarios en estas vías; es decir, las bases no se sintetizan y a
continuación se unen a la ribosa como podría esperarse. La
estructura del anillo de purina se construye añadiendo uno o unos
pocos átomos a la vez a la ribosa a lo largo de todo el proceso.

51. • El anillo de pirimidina se sintetiza como orotato unido a ribosa fosfato
y a continuación se convierte en los nucleótidos de pirimidina
comunes que se utilizan en la síntesis de los ácidos nucleicos.

52. • En cada vía un aminoácido es un precursor importante: la glicina para
las purinas y el aspartato para las pirimidinas. Donde la glutamina es
la fuente mas importante de grupos amino.

53. • Los dos nucleótidos de purina originales de los ácidos nucleicos son
el adenosina 5'- monofosfato (AMP; adenilato) y el guanosina 5'-
monofosfato (CMP; guanilato).

56. • En bacterias el paso de
AIR a CAIR esta
mediado por dos
enzimas. Mientras que
en eucariontes este
proceso es llevado a
cabo por AIR
carboxilasa.

57. • La conversión del inosinato en adenilato requiere la incorporación de
un grupo amino procedente del aspartato ello tiene lugar en dos
reacciones. Para este proceso se utiliza GTP como fuente de energía.

58. • El guanilato se forma por oxidación del inosinato en C-2, que requiere
NAD+, seguida de la incorporación de un grupo amino procedente de
la glutamina.

60. REGULACIÓN DE NUCLEÓTIDOS DE
PURINA POR RETRO ALIMENTACIÓN
• la transferencia de un grupo amino al PRPP para formar la 5-
foslbrribosilanúna. Esta reacción está catalizada por el enzima
alostérico glutamina-PRPP amidotrasfersa, que es inhibido por los
productos finales IMP, AMP y GMP. El AMP y el GMP actúan de
manera sinérgica en esta inhibición.

61. • Un exceso de GMP en la célula inhibe la formación de xantilato a
partir de inosinato, catalizada por la IMP deshidrogenasa, sin que
quede afectada la formación de AMP.
• Una acumulación de adenilato inhibe la formación de adenilsuccinato
por la adenilosuccinato sintetasa, sin que quede afectada la
biosíntesis de GMP.

62. • El mecanismo de control final es la inhibición de la síntesis de PRPP
por regulación alostérica de la ribosa fosfato pirofosfocinasa. Este
enzima es inlúbido por la acción de ADP y GDP.

63. • Control de la ruta de síntesis de
nucleotidos de purinas

64. LOS NUCLEÓTIDOS DIFOSFATO Y TRIFOSFATO
SON SINTETIZADOS POR FOSFORILACIÓN DE
LOS NUCLEÓTIDOS MONOFOSFATO.
• La adenilato cinasa cataliza la fosforilación de AMP a ADP:
• Del mismo modo, el GDP es producido por la guanilato cinasa: estas
nucleósido monofosfato quinasas no discriminan entre la ribosa y
desoxirribosa en el sustrato.
• Los nucleotidos difosfato se convierten en los trifosfatos correspondientes
por la nucleósido difosfato cinasa.

65. LOS NUCLEÓTIDOS DE PIRIMIDINA SE
SINTETIZAN
A PARTIR DE ASPARTATO, PRPP Y CARBAMIL
FOSFATO
• Los ribonucleótidos comunes de pirimidina son la citidina- 5'-
monofosfato (CMP; citidilato) y la uridiiia-5'-monofosfato (UMP;
Uridilato)

66. • La biosíntesis de novo de los nucleótidos de pirimidina difiere en
cierta medida de la síntesis de nucleótidos de purina, puesto que el
anillo de seis átomos de la pirimidina se sintetiza primero y a
continuación se une a la ribosa -5-fosfato.

68. • Una vez formado el orotato, se le une la cadena lateral de ribosa 5-
fosfato, proporcionada una vez más por el PRPP, dando lugar al
orotidilato (oritidina-5´ monofosfato). El OMP se descarboxila a
continuación para dar UMP, que se fosforila a UTP. El CTP se forma a
partir del UTP por acción de la citidilato sintetasa, a través de mi
intermediario de tipo acil fosfato (consumiendo un ATP).

69. SÍNTESIS DE CTP A PARTIR DE UTP

70. • La síntesis de UTP a partir de UMP ocurre por reacciones
secuenciales de la nucleósido monofosfato cinasa y nucleósido
difosfato cinasa.
•

71. REGULACIÓN DE LA
BIOSÍNTESIS DE
PIRIMIDINAS
Aspartato transcabamilasa
ATCasa
Carbamoil fosfato
sintetasa II
OMP
descarboxilasa

72. • Los niveles de PRPP dependen de la actividad de la ribosa fosfato
pirofosfatasa, la cual es inhibida por la ADP y GDP.

73. FORMACIÓN DE
DESOXIRRIBONUCLEÓTIDOS
• Los desoxirribonucleótidos, las unidades monomérieas del DNA,
proceden de los correspondientes ribonucleótidos por reducción
directa en el átomo de carbono 2' de la D-ribosa para formar el
derivado 2'-desoxi. Esta reaccion catalizada por las ribonucleótido
reductasas (RNRs).

74. REDUCCIÓN DE
RIBONUCLEÓTIDOS A
DESOXIRRIBONUCLEÓT
IDOS POR LA
RIBONUCLEÓTIDO
REDUCTASA
glutarredoxina
reductasa
Glutatió
n
reductas
a
Tiorredoxin
a
reductasa

75. • Los dNTPs son producidos por la fosforilación de dNDPs por la
enzima nucleósido difosfato cinasa, la misma enzima que fosforila
NDPs.

76. • Biosíntesis del timidilato
(dTMP). Las vías se indican
empezando por la reacción
catalizada por la
ribonucleótido reductasa.

77. RESUMEN DE
METABOLISMO DE
NUCLEÓTIDOS

78. DEGRADACIÓN DE NUCLEÓTIDOS DE
PURINAS
• Los nucleótidos purínicos se degradan por una ruta en la que el
grupo fosfato se pierde por acción de una 5'-nucleotidasa. El
adenilato se transforma en adenosina, que es desanimada a inosina
por la adenosina desaminasa y, a su vez, la inosina se hidroliza a
tüpoxantina (su base purínica) y D-ribosa. La hipoxantina es
sucesivamente oxidada a xantina y a ácido úrico por la xantina
oxidasa. Donde el oxígeno molecular es el aceptor de electrones en
esta compleja reacción.

79. • El GMP se hidroliza primero para dar guanosina, que a continuación
se descompone dando guanina libre. La hidrólisis del grupo amino de
la guanina la convierte en xantina, que a su vez es transformada en
ácido úrico por la xantina oxidasa.

81. • La desaminación de AMP a IMP, combinado con la síntesis de AMP a
partir IMP, tiene un efecto neto sobre la desaminación de aspartato
para la producción de fumarato, este proceso es denominado ciclo de
los nucleótidos de purina, el cual tiene papel importante el en
musculo al suministrar de fumarato al ciclo de Krebs.

82. CICLO DE LOS
NUCLEÓTIDOS DE
PURINA

83. DEGRADACIÓN
DE ÁCIDO
ÚRICO A
AMONIO

84. UNIDAD 3 CONTROL Y REGULACIÓN
METABÓLICA

85. METABOLISMO
• Son las transformaciones de energía a través de reacciones químicas
enzimáticas necesarias que permiten a los organismos crecer,
reproducirse, moverse, mantenerse, repararse y responder a
estímulos.

88. • Fase III. En esta etapa se encuentra el ciclo
de Krebs o ciclo de los ácidos tricarboxílicos,
así como la cadena transportadora de
electrones. se produce la oxidación
completa de las moléculas
 Fase II. productos como monosacáridos, glicerol y
algunos aminoácidos se degradan hasta dar
piruvato, que posteriormente, rendirá una especie
de dos carbonos: el grupo acetilo del acetil CoA.
 Etapa I. Digestión de las grandes macromoléculas o
biopolímeros a sus moléculas precursoras
Etapas del catabolismo

89. ETAPAS DEL ANABOLISMO
• Etapa I. •Esta etapa del anabolismo al ciclo de Krebs, que constituye un
nexo de unión entre catabolismo y anabolismo (anfibólica).
• Etapa II. •Transformación de los metabolitos intermediarios obtenidos en la
Etapa I en monómeros . La ruta de síntesis de ácidos grasos a partir de
acetil CoA; la gluconeogénesis o ruta que sirve para formar glucosa a partir
de piruvato.
• Posteriormente en la Etapa III se polimerizan obteniendo macromoléculas.

90. • Las enzimas están en el centro de todos los proceso bioquímicos
catalizan cientos de reacciones consecutivas en las que se degradan
moléculas de nutrientes se conserva y transforma la energía química
y se fabrican las macromoléculas biológicas a partir de precursores
sencillos. A través de la acción de las enzimas reguladoras los
sistemas enzimáticos se coordinan de un modo muy eficaz
permitiendo una integración armoniosa de la multitud de actividades
metabólicas diferentes que son necesarias para la vida.

91. • Con la excepción de un pequeño grupo de moléculas de RNA
catalítico, la mayoría de las enzimas son proteínas.

92. • Su actividad catalítica depende de la integridad de su conformación
proteica nativa. Si se desnaturaliza o disocia un enzima en sus
subunidades, se suele perder la actividad catalítica. Si se
descompone un enzima en sus aminoácidos constituyentes, siempre
se destruye su actividad catalítica. Así, las estructuras primaria,
secundaria, terciaria y cuaternaria de las proteínas enzimáticas son
esenciales para su actividad catalítica.

93. • Una enzima completa
catalíticamente activa
junto con su coenzima
y/o iones metálicos se
denomina holoenzima.
• La parte proteica de
tal enzima se
denomina apoenzima
o apoproteína.

94. • Algunas enzimas requieren un componente químico adicional llamado
cofactor o coenzima .
• El cofactor puede ser uno o varios iones inorgánicos tales como Fe2+,
Mg2+, Mn2+ o Zn2+ .
• O puede ser una molécula orgánica. En este caso, si la unión al
apoenzima es covalente se denomina grupo prostético y si no es
covalente coenzima

95. • Algunos enzimas son modificados covalentemente por fosforilación,
glucosilación y otros procesos. Gran parte de estas alteraciones
intervienen en la regulación de la actividad enzimática.

96. • UNA REACCIÓN ENZIMÁTICA SENCILLA SE PUEDE EXPRESAR COMO:
• E + S ES EP E + P
• EN DONDE E, S Y P REPRESENTAN EL ENZIMA, EL SUSTRATO Y EL PRODUCTO,
RESPECTIVAMENTE. ES Y EP SON COMPLEJOS TRANSITORIOS DEL ENZIMA
CON EL SUSTRATO Y CON EL PRODUCTO, RESPECTIVAMENTE.

97. • El equilibrio entre S y P refleja la diferencia en energía libre de sus estados básales, Un
equilibrio favorable no indica que la conversión S —> P sea rápida.
• La velocidad de una reacción esta en función de la energía de activación: a una
energía de activación más elevada corresponde una reacción más lenta.

98. • La catálisis aumenta las
velocidades de reacción
disminuyendo la energía de
activación.

99. • Cuando en una reacción existen varios pasos, la velocidad global
viene determinada por el paso (o pasos) cuya energía de activación
es la mas elevada; este paso se denomina paso Limitante de
velocidad.

100. • La velocidad de una reacción cualquiera viene determinada por la
concentración de reactivo (o reactivos) y por una constante de velocidad
usualmente representada por el símbolo k.
• Para la reacción unimolecular S —> P, la velocidad de la reacción, V, que
representa la cantidad de S que ha reaccionado por unidad de tiempo,
viene expresada por una ecuación de la velocidad:
• V=k[S]
En esta reacción, la velocidad sólo depende de la concentración de S. Es
lo que se denomina una reacción de primer orden.

101. • La velocidad de una reacción cualquiera viene determinada por la
concentración de reactivo (o reactivos) y por una constante de velocidad
usualmente representada por el símbolo k.
• Para la reacción unimolecular S —> P, la velocidad de la reacción, V, que
representa la cantidad de S que ha reaccionado por unidad de tiempo,
viene expresada por una ecuación de la velocidad:
• V=k[S]
En esta reacción, la velocidad sólo depende de la concentración de S. Es
lo que se denomina una reacción de primer orden.

102. • Si la velocidad de reacción dependo de la concentración de dos
compuestos diferentes, o si reaccionan dos moléculas del mismo
compuesto, la reacción es de segundo orden y k es una constante de
velocidad de segundo orden (con unidades m-1s-1).
• La ecuación de la velocidad tiene entonces la forma:
• V=k[S1][S2]

103. • para que un enzima catalice una reacción ha de ser complementario al
estado de transición de la reacción. Ello significa que las interacciones
óptimas entre sustrato y enzima sólo pueden tener lugar en el estado de
transición.
• En la cumbre de la colina energética existe un punto en el que la caída
hacia el estado S o P es igualmente probable (en cualquier caso, el
camino es de bajada). Esto Es lo que se denomina estado de transición.

106. • El ajuste inducido puede servir para disponer grupos específicos
funcionales de la enzima en la orientación adecuada para catalizar la
reacción. El cambio conformacional también permite la formación de
interacciones débiles adicionales en el estado de transición. En
cualquier caso, la nueva conformación del enzima ha incrementado
sus propiedades catalíticas.

107. EFECTO DE LA CONCENTRACIÓN DE
ENZIMA Y SUSTRATO
• La velocidad de la reacción está relacionada directamente
con la concentración de la enzima y esta velocidad es
diferente para cada enzima. Cuando la concentración de la
enzima es constante, la velocidad aumenta hasta alcanzar
un máximo (V )

108. • La curva que representa la relación
entre [S] y V0 tiene la misma forma
general para la mayoría de enzimas
(se acerca a una hipérbola
rectangular) y se puede expresar
algebraicamente mediante la
ecuación de Michaelis-Menten.

109. • Estos investigadores dedujeron esta
ecuación a partir de su hipótesis básica
de que el paso limitante de velocidad
en las reacciones enzimáticas es la
descomposición del complejo ES para
formar el producto y el enzima libre. La
ecuación es

110. • A la concentración de sustrato
a la que [S] = KM, vo = Vmax /
2, de modo que KM es la
concentración de sustrato a la
cual la velocidad de reacción
es la mitad máxima.

111. • Kcat/KM es una medida de la eficiencia de catalítica.
• Esta cantidad también se conoce como el número de recambio de
una enzima porque es el número de procesos de reacción que
cataliza cada sitio activo por unidad de tiempo. En sistemas simples
Kcat es igual a K2.

112. • Hay varios métodos para determinar los valores de los parámetros de
la ecuación de Michaelis-Menten (es decir, Vmax y KM). A valores muy
altos de [S], la velocidad inicial, vo, asintóticamente se aproxima a
Vmax.
• Sin embargo, en la práctica, es muy difícil evaluar Vmax con precisión
a partir de gráficos directos de vo versus [S],

113. • Un mejor método para
determinar los valores de Vmax y
KM, formulado por Hans
Lineweaver y Dean Burk, utiliza
el recíproco de la ecuación de
Michaelis-Menten.

114. INHIBICIÓN
• Los inhibidores son sustancias que disminuyen, o incluso
anulan, la velocidad de las reacciones catalizadas por
enzimas.

115. REVERSIBLE

116. • En presencia de un inhibidor competitivo, la ecuación de Michaelis-
Menten
• pasa a ser

118. • KI puede ser determinado por
su reciproco de la ecuación
de de Michaelis y Menten.

119. • En presencia de un inhibidor acompetitivo, la ecuación de Michaelis-
Menten cambia a

120. GRÁFICO DE LINEWEAVER-BURK DE UNA
ENZIMA DE MICHAELIS-MENTEN EN PRESENCIA
DE UN INHIBIDOR NO COMPETITIVO.

121. • Un inhibidor mixto también se fija a un sitio distinto al del sustrato, pero
se fija tanto a E como a ES. La ecuación de velocidad que describe la
inhibición mixta es:
Donde

122. GRÁFICO DE LINEWEAVER-BURK DE UNA
ENZIMA DE MICHAELIS-MENTEN EN PRESENCIA
DE UN INHIBIDOR MIXTO

124. • Para que un enzima catalice una reacción ha de ser complementario al
estado de transición de la reacción. Ello significa que las interacciones
óptimas entre sustrato y enzima sólo pueden tener lugar en el estado de
transición.
• En la cumbre de la colina energética existe un punto en el que la caída
hacia el estado S o P es igualmente probable (en cualquier caso, el
camino es de bajada). Esto Es lo que se denomina estado de transición.

125. • Un organismo debe ser capaz de controlar las actividades catalíticas
de sus componentes, de modo que pueda coordinar sus numerosos
procesos metabólicos, responder a los cambios en su entorno y
crecer y diferenciarse, todo de manera ordenada. Hay dos formas en
que esto puede ocurrir:

126. • Control de disponibilidad de enzimas. La cantidad de una enzima
dada en una célula depende tanto de su velocidad de síntesis como
de su velocidad de degradación. Cada una de estas tasas está
controlada directamente por la célula y está sujeta a cambios
dramáticos en el tiempo que van desde minutos (en bacterias) hasta
horas (en organismos superiores).

127. • Control de la actividad enzimática. La actividad de una enzima se puede
inhibir por la acumulación de producto y por la presencia de otros tipos de
inhibidores. De hecho, la actividad catalítica de una enzima se puede
modular, ya sea de manera negativa o positiva, a través de alteraciones
estructurales que influyen en la enzima. Afinidad de unión al sustrato o
número de rotación.
• Del mismo modo que la afinidad por el oxígeno de la hemoglobina está
regulada de manera alostérica por la unión de ligandos como O2, CO2, H +
y BPG, la afinidad de unión al sustrato de una enzima también puede variar
con la unión de moléculas pequeñas, llamadas efectores alostéricos. Los
mecanismos alostéricos pueden causar grandes cambios en la actividad
enzimática. Las actividades de muchas enzimas se controlan de manera
similar mediante modificación covalente, generalmente fosforilación y
desfosforilación de residuos específicos de Ser, Thr o Tyr.

128. REGULACIÓN A NIVEL DNA
• De los aproximadamente 4000 genes presentes en el genoma típico
bacteriano o de los 35.000 genes estimados en el genoma humano,
solamente se expresa una fracción en una célula y en un momento
determinado.

129. NIVELES DE REGULACIÓN DE LA
EXPRESIÓN GÉNICA

130. • La expresión constante de un gen se denomina expresión génica
constitutiva.
• Los niveles celulares de otros productos génicos aumentan y
disminuyen en respuesta a señales moleculares; y ésta es
denominada la expresión génica regulada. Y estos pueden ser
modificados a través de procesos de inducción o represión.

131. • Los procesos de transcripción está regulada por interacciones
proteína-DNA, especialmente por aquellas en las que intervienen los
componentes proteicos de la RNA polimerasa.
• Al menos tres tipos de proteínas regulan el inicio de la transcripción
por la RNA polimerasa: los factores de especificidad, que modifican
la especificidad de la RNA polimerasa por un promotor determinado o
un conjunto de promotores; los represores, que impiden el acceso de
la RNA polimerasa al promotor, y los activadores.

132. • La mayoría de proteínas reguladoras tienen dominios independientes
de unión al DNA que contienen subestructuras que interaccionan
exacta y específicamente con el DNA. Estos dominios de unión
incluyen por lo general uno o más de un grupos relativamente
pequeño de motivos estructurales reconocibles y característicos.

133. DOMINIO
• patrón de plegamiento característico que
aparece en varias proteínas. Un dominio
funcional, es una región especifica que le
confiere una actividad característica a la
proteína.

134. REGULACIÓN DE LA
EXPRESIÓN GÉNICA EN
PROCARIOTAS

135. MOTIVO
• es un elemento conservado en la
secuencia de aminoácidos, que
habitualmente se asocia con una
función concreta. Los motivos se
generan a partir de alineamientos
múltiples de regiones con elementos
funcionales o estructurales
conocidos, por lo que son útiles para
predecir la existencia de esos
mismos elementos en otras proteínas
de función y estructura desconocida.

136. • Los represores se unen a
sitios específicos del DNA.
En células procarióticas,
esos sitios de unión,
denominados operadores,
están generalmente cerca
de un promotor.

138. LA MAYORÍA DE LOS GENES PROCARIÓTICOS
ESTÁN
AGRUPADOS Y SE REGULAN EN OPERONES
• La mayoría de mRNA procarióticos son policistrónicos (múltiples
genes en un único transcrito) y el promotor úiúco que inicia la
transcripción del grupo es el sitio de regulación para la expresión de
todos los genes del grupo. El grupo de genes y el promotor, más
secuencias adicionales que funcionan conjuntamente en la
regulación, se denominan operón

139. EL OPERÓN lac ESTÁ SUJETO A
REGULACIÓN NEGATIVA
• El operón de la lactosa incluye los genes de la β-galacfosidasa (Z), la
galactósido permeasa (Y) y la tiogalactósido transacetiiasa (A).

140. • P es el promotor para los genes lac y P, es
el promotor para el gen I. O1 es el
operador principal para el operón lac; 02 y
O3 son sitios secundarios del operador con
menor afinidad por el represor Lac. (b) El
represor Lac se une al operador principal y
a 02 u O3 formando un lazo en el DNA que
puede envolver el represor.

141. • A pesar de la complejidad de unión la proteína represora al operón
lac, la inhibición no es absoluta,

142. • El inductor en el sistema del operón lac no es la propia lactosa sino la
alolactosa, un isómero de la lactosa. Después de entrar en la célula
de E. coli (a través de las pocas moléculas de permeasa existentes),
la lactosa se convierte en alolactosa por una de las pocas moléculas
de β-galactosidasa presentes.

143. • La liberación del represor Lac, provocada por la unión de la
alolactosa al represor, permite que los genes del operón lac, se
expresen y provoquen un incremento de 103 veces en la
concentración de β-galatosidasa.

145. EL OPERÓN lac ESTÁ SUJETO A REGULACIÓN
POSITIVA
• Otros factores, además de la lactosa, afectan a la expresión de los
genes lac, tales como la disponibilidad de glucosa. La cual es la
fuente preferida de energía en E. coli.
• Un mecanismo de regulación, denominado represión por catabolito,
impide la expresión de los genes para el catabolismo de la lactosa,
arabinosa y otros azúcares en presencia de glucosa. Aun en
presencia de estos azúcares.

146. • El efecto de la glucosa está facilitado por el cAMP y una proteína de
nominada proteína receptora del cAMP, o CRP (CAP, calabolit gene
activator
• protein).
• Cuando la glucosa está ausente, la CRP-cAMP se une a un sitio
cerca del promotor lac y estimula 50 veces la transcripción del RNA.

147. • La CRP-cAMP tiene poco efecto en el operón lac cuando el represor
Lac está bloqueando la transcripción y la disociación del represor del
operador lac tiene poco efecto en la transcripción del operón a menos
que la CRP esté presente para facilitar la transcripción.

149. MUCHOS GENES DE LAS ENZIMAS DE LA
BIOSÍNTESIS
DE AMINOÁCIDOS SE REGULAN POR
ATENUACIÓN
DE LA TRANSCRIPCIÓN
• Los genes de las enzimas requeridas para sintetizar un aminoácido
dado están agrupados generalmente en un operón y se de acuerdo a
las necesidades dela bacteria.

150. • El operón del triptófano (trp) de E. coli consta de cinco genes de los
enzimas requeridos para convertir el corismato en triptófano.
• Cuando el triptófano es abundante, se une al represor Trp,
provocando un cambio conformacional que permite al represor unirse
al operador trp e inhibir la expresión del operón trp.

152. • Restablecida la transcripción, la velocidad de transcripción se ajusta
mediante un segundo proceso de regulación denominado atenuación
de la transcripción, en el que la transcripción se inicia normalmente
pero se; interrumpe bruscamente antes de que se transcriban los
genes del operón. La frecuencia de atenuación de la transcripción
está regulada por la disponibilidad de triptófano y depende del rígido
acoplamiento de la transcripción y la traducción en las bacterias.

153. • El mecanismo de atenuación del operón trp utiliza señales
codificadas en cuatro secuencias dentro de una región guía de 162
nucleótidos en el extremo 5' del mRNA que precede al codón de
inicio del primer gen