Enzimas reguladoras

Enzimas reguladoras

Ahora le toca el turno a una especial clase de enzimas que representan algunas excepciones a las reglas definidas presentadas hasta ahora en este capítulo. En el metabolismo celular, los grupos de enzimas trabajan juntos para llevar a cabo las vías de un proceso metabólico, como las multireacciones de la glucosa dentro del lactato en el musculo esquelético o las múltiples reacciones de síntesis de un aminoácido de los más simples precursores en una célula bacteriana. En tales sistemas enzimáticos el producto de la primera reacción de una enzima llega a ser substrato de la siguiente y así sucesivamente.

La mayoría de las enzimas en cada sistema sigue patrones de la cinética que ya se han descrito. En cada sistema, sin embargo, hay almenos una enzima que establece el índice de la secuencia general que cataliza lento, o  la limitación de velocidad de una reacción. Estas enzimas reguladoras muestras el incremento o decremento de la actividad catalítica en respuesta a ciertas señales. Por acción de tales enzimas reguladoras, el índice de cada secuencia metabólica es constantemente ajustado para satisfacer los cambios de la célula las demandas de energía y para biomoléculas necesarias para el crecimiento y la reparación celular. En la mayoría de los sistemas de múltiples enzimas la primera enzima de la secuencia es una enzima reguladora. Catalizando incluso las primeras pocas reacciones de un camino que lleva de un producto innecesario desviando energía y metabólico a partir de un proceso más importante. Un excelente lugar a la regulación de una vía metabólica, por consecuencia, es el punto de compromiso a la vía. Las otras enzimas presentes en la secuencia están generalmente en cantidades superiores a un número de actividad catalítica; ellos solos promueven sus reacciones tan rápido como sus sustratos estén disponibles a partir de las reacciones anteriores.

Las actividades de enzimas reguladoras son moduladas a través de varias señales moleculares, las cuales son pequeños metabolitos o cofactores. Hay dos principales clases de enzimas reguladoras en la vía metabólica. Enzimas alostericas su función es completamente reversible, no hay enlace covalente obligatorio en un metabolito regulador llamado modulador. El término alosterico deriva del griego “allos” que significa otros y “strereos” que significa solido o forma. Las enzimas alostericas son las que tienen “otra forma” o conformidad inducidas por los enlaces de modulación. La segunda clase incluye enzimas reguladoras por modificación covalente reversible. Ambas clases de enzimas reguladoras tienden a tener subunidades de enzimas reguladoras, y en algunos casos los sitios reguladores y sitios activos son subunidades separadas.

Hay almenos otros dos mecanismos por el cual la actividad enzimática es reguladora. Algunas enzimas son excitadas o inhibidas por control de proteínas independientes que se unen a ellos y afectan sus actividades. Otros son los activadores por corte proteolico, que a diferencia de otros mecanismos es irreversible. Ejemplos importantes entre ambos mecanismos son encontrados en procesos fisiológicos tal como la digestión, coagulación de la sangre, acción hormonal y visión.

No solo ocurre la simple regla de diferentes tipos de regulación en diferentes sistemas, a un grado, alosterico (no covalente) la regulación puede permitir la sintonización fina de las vías metabólicas que son requeridas constantemente pero a diferentes niveles de actividad como condición de cambio celular. Regulación por modificación covalente tiende a ser todo o nada. Sin embargo, ambos tipos de regulación son observados en un número de enzimas regulatorias.

Enzimas alostericas están regulas por el vínculo no covalente de los moduladores.

En algunos sistemas de multienzimas la regulación de la enzima es específicamente inhibida por el producto final de la vía, en cualquier momento el producto final aumenta en exceso las necesidades de la célula. Cuando la reacción de la enzima regulatoria es lenta todas las enzimas subsecuentes en tasas reducidas porque sus subtratos son empobrecidos por la acción de la masa. El porcentaje de producción de las vías del producto final se puso en balance con las necesidades de la célula. Este tipo de regulación es llamado “inhibición por retroalimentación”. Acumulación del final de la via del producto en última estancia desacelera la via por completo. Uno de los primeros ejemplos descubiertos de tales alostericas inhibición por retroalimentación fue el sistema de enzima bacteriana que cataliza la conversión de L-treonina en L-isoleucina. En este sistema la primera enzima, treonina deshidratada, es inhibido por isoleucina el producto de la última reacción de la secuencia. La isoleucina es baste específica como inhibidor. No hay ningún otro intermediario en esta secuencia de reacciones inhibir treonina deshidrata, tampoco es cualquier otra enzima en la secuencia inhibida por isoleucina. Isoleucina no ata al sitio activo, pero a otro sitio más específico en la enzima molecular, el sitio regulatorio. Esta unión es no covalente y por lo tanto fácilmente reversible; si la concentración de isoleucina, la tasa de treonina aumenta la actividad deshidratada. Por lo tanto la actividad de treonina deshidratada responde rápidamente de forma reversible a las fluctuaciones a la concentración de isoleucina en la célula.

Las enzimas alostericas son la excepción a muchas reglas generales

Los moduladores de enzimas alostericos pueden ser inhibidores o estimuladores. Un activador es a menudo el propio sustrato, y enzimas reguladoras para el sustrato y el modulador son idénticos se llama homotropico. Cuando el modulador es una molécula que non sea el sustrato de la enzima es heterotropico. Algunas enzimas tiene  uno o más moduladores.

Como ya se ha señalado las propiedades de las enzimas alostericas son significativamente diferentes de las enzimas no reglamentarias simples discutidas anteriormente en este capítulo. Algunas de las diferencias son estructurales. Además de los sitios activos o catalizadores enzimas alostericas en general, tienen uno o más sitios de regulación o alostericos para la unión del modulador. Así como el sitio activo de una enzima es específica para su sustrato, los sitios alostericos es específico para su modulador. Enzima con varios moduladores generalmente tienen diferentes sitios de unión específicos para cada uno. En las enzimas homotropicas el sitio activo y el sitio modulador son el mismo.

Enzimas alostericas son también generalmente más grandes y más complejas que las enzimas simples, la mayoría de ellos tienen más cadenas de polipéptidos o subunidades. Transcarbamoilasa aspartato, que cataliza la primera reacción de la biosíntesis de los nucleótidos de primidina, cuenta con dos cadenas de polipéptidos organizados en subunidades catalíticas y reguladoras.

Muestra la estructura  cuaternaria de esta enzima deducida a partir de análisis de rayos X.

Otras diferencias entre las enzimas no reguladas y enzimas alostericas involucran propiedades cinéticas. Enzimas alostericas muestran relaciones entre V0 y [S] que difieren de un comportamiento normal de Michaelis-Menten. Ellos exhiben la saturación con el sustrato cuando [S] es lo suficientemente alta, pero para algunas enzimas alostericas cuando V0 se representa frente a [S] a sigmoides resultado de la curva de saturación, en lugar de la curva hiperbólica mostrado por las enzimas no reguladoras. Aun que podamos encontrar un valor de [S] en la curva de saturación sigmoide a la que V0 es mitad de la máxima, no podemos referirnos a ella con la denominación Km por que la enzima no sigue la relación de Michaelis-Menten. En lugar de ello el símbolo [S] se utiliza a menudo para representar la concentración del sustrato que da la velocidad media máxima de la reacción catalizada por una enzima alosterica.

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