Factores que Afectan la Actividad Enzimática. Regulación de la Actividad de enzimas en un Org Organismo anismo Vivo.
Dra. Marí Maríaa Merce Mercedes des Sober Soberón ón Lozan Lozano o
Factores que influyen en la actividad enzimática Concentración Concentración Temperatura pH
de sustrato de enzima
¿De qué manera influyen?
Efecto de Temperatu Temperatura ra Temperatura óptima para la mayoría de enzimas de origen orige n animal: animal: 40º - 45 ºC. ºC. Denaturación. Energía cinética es tan grande que excede barrera energética. Mayor colisión entre moléculas
Insuficiente calor para alcanzar barrera de energía. No hay catálisis, o es muy baja.
10
20
30
40
50
Temperatura ºC
60
70
Labilidad térmica de Glucosa--6-P Glucosa deshidrogenasa resulta en anemia hemolítica. – G-6-PDasa: enzima
importante para mantener integridad de membrana de glóbulos rojos. – Una mutación en esta enzima produce disminución de estabilidad térmica en eritrocitos HEMÓLISIS EXCESIVA. EXCESIVA .
Efecto de pH Ionización de aminoácidos del sitio catalítico envueltos en CATÁLISIS PROPIAMENTE dicha.
Ionización en grupos del SUSTRATO para su fijación con la enzima.
Ionización en otros aminoácidos de la enzima, no ubicados en el sitio catalítico.
2
4
Ionización en aminoácidos de la ENZIMA involucrados en fijación del SUSTRATO.
6
8
10
12
14
pH
Efecto de pH en Sistemas Biológicos Alcohol deshidrogenasa
CH3CHO + NADH + H+
CH3CH2OH + NAD+
Acetaldehido
Etanol
Aldehido deshidrogenasa
CH3CHO + NAD+ + H2O
CH3COOH + NADH + H+
Acetaldehido
Alcohol deshidrogenasa (ADH) constituida por 3 cadenas polipeptídicas: α, β, . Variación de cadena β ha dado lugar a isoenzimas de ADH
Ác. acético
Residuo 47 Residuo 369
pH opt.
β-1
Arg
Arg
10
β-2
His
Arg
8,5
β-3
Arg
Cys
7
Regulación de la Actividad Enzimática 1) Control de la transcripción. Biosíntesis de la enzima. 2) Modificación covalente 3) Control por retroacción 4) Activación mediante ruptura 5) Enzimas alostéricas
Control de transcripción Segundos mensajeros, hormonas, nutrientes, ejercen control en mecanismos de expresión del gen de enzimas
Insulina
-Insulina, hormona anabólica, induce síntesis de enzimas: -Glucoquinasa, fosfofructoquinasas, piruvato quinasa, glucógeno sintetasa. - Insulina reprime la síntesis de enzimas vía gluconeogénica
Control de la Transcripción SÍNTESIS ENZIMAS REGULADA A NIVEL GENÉTICO “enciende” la transcripción
A, Z = metabolito H = hormona
Bloquea la transcripción
Control de la Transcripción SÍNTESIS ENZIMAS REGULADA A NIVEL GENÉTICO
Enzimas constitutivas - Procesos Síntesis enzimática
Degradación enzimática
- Cantidad de proteína y mRNA permanecen inalterados
- No suelen presidir pasos reguladores de vías metabólicas
Control de la Transcripción SÍNTESIS ENZIMAS REGULADA A NIVEL GENÉTICO
Enzimas inducibles - Niveles según las diferentes circunstancias metabólicas. - Inducción de la cantidad debido a estímulos. - Enzimas controladoras de vías metabólicas. - Fácilmente degradadas. Vida media Ornitina descarboxilasa 15-20 minutos Lactato deshidrogenasa 150 horas Ornitina descarboxilasa 0,3-0,5 horas
Regulación actividad enzimas a corto plazo.
Modificación Covalente: Fosforilación /Defosforilación Glugógeno sintetasa inactiva
Glugógeno sintetasa activa
Glicógeno fosforilasa inactiva
Glicógeno fosforilasa activa
Glicógeno sintetasa activa
Glicógeno sintetasa inactiva
Modificación Covalente Fosforilación: Protein quinasas R
CH N
O Ser H
ATP
C
R
HC
CH2OH
N
N
Proteinquinasa
H
H
O CH2O
-
O
P -
N
O C
R'
H
C
Ser HC
O
CH
CH N
O
C R'
H
ADP
O
CH N
H
Sobre residuos de Ser, Thr , Tyr en proteínas blanco
Modificación Covalente Defosforilación: Protein fosfatasas R
CH N
O
CH2O
-
-
N
O
Fosfatasa
H
H
C CH2OH
N C
R' H
CH
Ser H C
O
CH N
O O
P
R
N
O
C R'
H
C
Ser HC H
Pi
H2O
O
CH N
H
Sobre residuos previamente fosforilados: Ser-P, Thr-P, Tyr-P de proteína blanco
Modificación Covalente: Fosforilación /Defosforilación Hay algunas proteinquinasas que fosforilan restos de His, Lys, Arg, Gln, Asp. Fosforilaciones sobre Ser/Thr están asociadas, generalmente, a procesos de regulación metabólica. Fosforilación sobre Tyr está con procesos de crecimiento celular y diferenciación.
Modificación covalente Adenilación: Sistema de la Glutamina sintetasa
AT = adenililtransferasa
Activación mediante ruptura proteolítica Eliminación de un hexapéptido del extremo Nterminal del tripsinógeno, por enteropeptidasa,
Tripsinógeno enteropeptidasa
Quimotripsinógeno
Tripsina
-Quimotripsina Proelastasa Procarboxipeptidasa
-Quimotripsina Elastasa Carboxipeptidasa
Quimotripsinógeno (Inactivo)
Tripsina -Quimotripsina (activa)
Autocatálisis (quimotripsina)
-Quimotripsina (activa)
Mecanismo de Coagulación sanguínea
Factor VIII Mecanismo de Coagulación sanguínea Factor de von Willebrand
(285 kDa, 2,351 aminoácidos) Trombina Arg-372
Arg-1689 Factor de von Willebrand
Arg-740
Arg-1648 Factor de von Willebrand
Factor VIIIa H3N 40 kDa 50 kDa
Ca2+
74 kDa
COO-
Hay tres variedades de hemofilia: Un caso de Hemofilia A
HEMOFILIA A, déficit del factor VIIIa de coagulación, HEMOFILIA B, déficit del factor IXa de coagulación, HEMOFILIA C, déficit del factor XIa.
Control por Retroinhibición Hexoquinasa Glucosa + ATP E1
A
B
Glucosa-6-P + ADP E2
C
Síntesis de nucleótidos de purinas y pirimidinas E3 A
E1
B
E2
E3
D
E5
E4
D
E
E6
F
E
E7
G
C E4
K
E8
L
E9
M
E10
N
AMP
-
GMP
Enzimas Alostéricas Presentan subunidades (oligoméricas)
Poseen sitios catalíticos y alostéricos que pueden estar ubicados en una misma subunidad o en diferentes subunidades de la enzima alostérica
Generalmente son enzimas reguladoras de vías metabólicas. Actividad regulada mediante un CENTRO ALOSTÉRICO, sitio distinto del sitio activo de la enzima.
Proteína-cinasa (PKA)
Enzima tetramérica: Dos subunidades catalíticas y dos subunidades reguladoras Muchos sustratos fosforilados
Sitio catalítico
ATCasa en estado T
Aspartato Transcarbamilasa Sitio regulador
• Participa en la
síntesis de pirimidinas. • Tiene 6 subunidades
catalíticas (C) y 6 subunidades reguladoras (R)
Enzimas Alostéricas Efector o regulador alostérico (inhibidor o activador) estructuralmente diferente de los sustratos; se fija en su propio sitio lejos de sitio activo Efector o regulador alostérico No se modifica como resultado de acción catalítica
F o s f o f r u c t o q u i n a s a-1 (P FK-1) • [ATP] es alta, INHIBE
a la enzima uniéndose a un sitio diferente al sitio activo, esto produce un cambio estructural en la enzima, que baja fuertemente su afinidad por fructosa6-P. • Citrato, INHIBE
alostéricamente a la PFK-1. • Fructosa-2,6-biP,
AMP, ADP, ACTIVA fuertemente a esta enzima.
Enzimas Alostéricas Pueden adoptar 2 conformaciones interconvertibles: -R (relajada, alta afinidad por S)
-T (tensa, baja afinidad por S).
Enzimas Alostéricas Fijación de ligandos no sigue comportamiento Michaelis-Menten.
Vm Curva sigmoidal es característica de fijación cooperativa de ligandos a múltiples sitios de fijación de la proteína.
v
) es a menudo usado para [S]0.5 (K 0.5 representar la concentración de sustrato que permite alcanzar la mitad de la velocidad de reacción catalizada por una enzima alostérica.
[S]0.5
[S]
Interacción Homotrópica Fijación de S a un protómero afecta fijación de otra molécula de S a otro protómero de la enzima
Interacción Heterotrópica Efecto producido por el sustrato (S), activador (A), inhibidor (I)
REGULACIÓN DE LA ASPARTATO TRANSCARBAMILASA ( ATCasa)
X
Aspartato transcarbamilasa
N-carbamil aspartato
Carbamilfosfato sin tetasa II
Citidin a trifo sfato (CTP)
REGULACIÓN DE LA ASPARTATO TRANSCARBAMILASA ( ATCasa)
Mecanismo de interacciones alostéricas y cooperatividad
Modelo de simetría (concertado) de Monod-WymanChangeux
s
T
equilibrio
s 1º ligando se une a protómero en cualquier conformación. Cuando ocurre c a m b i o c o n f o r m a c i o n a l , se altera afinidad de los protómeros por ligando
s
s
s s
Simetría molecular conservada durante cambio conformacional
s
s s
s s
R
S se une de preferencia a estado R A se une sólo a R. I se une sólo a T
Modelo encaje inducido secuencial Koshland-Némethy-Filmer - Ligando induce cambio conformacional en una subunidad. - Surgen interacciones cooperativas de este cambio conformacional sobre las otras subunidades. S
S
s
s
S
S
s s
s
s
s
s
s
s
Clasificación de Enzimas Alostéricas •
Clase K – Efector altera el Km pero no Vm – Gráfica doble recíproca s i m i l a r a inhibición
competitiva porque afecta afinidad de centro de fijación de S • Clase V – Efector altera Vm pero no Km – Gráfica doble recíproca s i m i l a r a inhibición no competitiva porque incrementan/disminuyen velocidad de descomposición de E-S
