Enzimas reguladoras

ÍNDICE

ENZIMAS ALOSTERICAS 3

CARACTERÍSTICAS ESTRUCTURALES 3

PROPIEDADES 4

TIPOS 6

CLASIFICACIÓN 6

FUNCIONES METABÓLICAS 7

ENZIMAS REGULADAS POR MODIFICACIONES COVALENTES 9

CARACTERÍSTICAS ESTRUCTURALES 9

PROPIEDADES 10

FUNCIONES METABÓLICAS 11

BIBLIOGRAFÍA 13

ENZIMAS ALOSTÉRICAS

Las enzimas alostéricas (del griego: allo, diferente, + stereos, espacio tridimensional) son enzimas cuyas propiedades son afectadas por cambios en la estructura. Los cambios estructurales son ocasionados por interacción con moléculas pequeñas. Con frecuencia, las enzimas alostéricas no presen tan cinética clásica de Michaelis-Menten debido a su unión cooperativa del sustrato, como el caso de la hemoglobina, que no es enzima.

La figura 1 muestra una curva de y0 en función de [S] para una enzima alostérica con enlazamiento cooperativo del sustrato. Las curvas sigmoides se deben a la transición entre dos estados de la enzima. En ausencia del sustrato, la enzima está en el estado T. La conformación de cada subunidad presenta una forma en la que se une ineficiente mente al sustrato y la velocidad de la reacción es baja. A medida que la concentración de sustrato aumenta, las moléculas de enzima comienzan a unirse al sustrato, aunque la afinidad de la enzima en el estado T sea baja. Cuando una subunidad se une al sustrato sufre un cambio de conformación que la convierte al estado R y se efectúa la reacción. Las propiedades cinéticas de la subunidad enzimática en el estado T y en el estado R son bastante distintas; cada conformación podría, por sí misma, exhibir una cinética normal de Michaelis-Menten.

El cambio de conformación en la subunidad que al principio se enlaza a una molécula de sustrato afecta las demás subunidades en la enzima multisubunidades. Las con formaciones de esas otras subunidades se desplazan hacia el estado R, donde es mucho mayor su afinidad hacia el sustrato. Ahora se pueden unir al sustrato a una concentración mucho menor que cuando se hallaban en el estado T.

CARACTERÍSTICAS ESTRUCTURALES

Las características estructurales clave de las enzimas alostéricas incluyen la presencia de múltiples subunidades y cambios conformacionales. Las enzimas alostéricas generalmente están compuestas por más de una subunidad, donde cada subunidad tiene su propio sitio activo y sitio alostérico. Estas subunidades pueden estar unidas covalentemente o simplemente asociadas.

El sitio alostérico se encuentra en una región distante del sitio activo y puede ser tanto estimulador como inhibidor de la actividad enzimática. Cuando el efector alostérico se une al sitio alostérico, induce cambios conformacionales en la estructura de la enzima. Estos cambios pueden alterar la afinidad del sustrato por el sitio activo o incluso afectar la actividad catalítica de la enzima.

Un ejemplo clásico de una enzima alostérica es la enzima aspartato transcarbamilasa (ATCase). Esta enzima se encuentra en bacterias y mamíferos y juega un papel crucial en la síntesis de pirimidina. La ATCase está compuesta por dos subunidades catalíticas y dos subunidades reguladoras. Las subunidades reguladoras tienen los sitios alostéricos donde se une el efecto alostérico CTP (citidina trifosfato), que inhibe la actividad enzimática. Por otro lado, la unión de ATP (adenosín trifosfato) al sitio alostérico estimula la actividad enzimática.

Las enzimas alostéricas también tienen una curva de actividad sigmoidal en lugar de una curva de actividad hiperbólica, que se observa en las enzimas regulares. Esta curva sigmoidal se debe a la cooperatividad entre las subunidades de la enzima alostérica. Cuando una subunidad se une al sustrato, se produce un cambio conformacional en la enzima que facilita la unión de sustratos adicionales a las otras subunidades, lo que aumenta la velocidad de la reacción.

Otra característica importante de las enzimas alostéricas es la retroalimentación negativa. En este proceso, el producto final de una vía metabólica actúa como un efector alostérico inhibidor en una enzima anterior de la vía metabólica. Esto regula la cantidad de producto final que se produce en la vía metabólica y evita la acumulación excesiva de productos.

Las enzimas alostéricas también pueden tener diferentes formas de regulación, como la modificación covalente o la regulación por proteínas. Algunas enzimas alostéricas pueden estar sujetas a la fosforilación o la metilación, lo que cambia la actividad enzimática. También pueden ser reguladas por proteínas que se unen a la enzima y cambian su actividad.

La estructura de las enzimas alostéricas puede variar dependiendo del tipo de enzima y de las subunidades que la componen. Sin embargo, hay algunas características comunes en su forma.

Las enzimas alostéricas suelen estar compuestas por múltiples subunidades que se unen entre sí para formar una estructura tridimensional. Estas subunidades pueden ser idénticas o diferentes y pueden estar unidas covalentemente o simplemente asociadas, cada subunidad de la enzima alostérica tiene su propio sitio activo, donde se lleva a cabo la catálisis de la reacción química. Además, también tienen sitios alostéricos, que son regiones distintas del sitio activo donde se unen los efectores alostéricos.

La unión de un efector alostérico al sitio alostérico induce cambios conformacionales en la estructura de la enzima. Estos cambios pueden alterar la afinidad del sustrato por el sitio activo y, por lo tanto, regular la actividad enzimática.

En algunas enzimas alostéricas, como el aspartato transcarbamilasa (ATCase), las subunidades se organizan en forma de anillo o barril. Cada subunidad tiene su propio sitio activo y sitio alostérico, y la cooperatividad entre las subunidades es esencial para la regulación alostérica de la enzima.

Por otro lado, existen enzimas alostéricas que no tienen una estructura oligomérica, sino que son monoméricas. Estas enzimas tienen regiones específicas que actúan como sitios alostéricos y que se unen a los efectores alostéricos.

PROPIEDADES

La examinación de las propiedades cinéticas y físicas de las enzimas alostéricas ha demostrado que poseen las siguientes características generales:

1. Las actividades de las enzimas alostéricas cambian debido a inhibidores y activadores metabólicos. Con frecuencia, dichos moduladores alostéricos no se parecen a los sustratos o a los productos de la enzima. Por ejemplo, el fosfoenolpiruvato (figura 2) no se parece al sustrato ni al producto (figura 3) de la fosfofructocinasa. Una consideración de las diferencias estructurales entre sustratos e inhibidores metabólicos llevó originalmente, a la conclusión de que los moduladores alostéricos están unidos a sitios reguladores, separados de los sitios catalíticos.

2. Los moduladores alostéricos se enlazan en forma no covalente a las enzimas que regulan. Muchos moduladores alteran la Km de la enzima para un sustrato; otros, la Vmáx de la enzima. Los moduladores mismos no son alterados químicamente por la enzima.

3. Con pocas excepciones, las enzimas reguladoras son proteínas de subunidades múltiples. (Sin embargo, no todas las enzimas de subunidades múltiples son reguladoras). Las cadenas polipeptídicas individuales de una enzima reguladora pueden ser idénticas o diferentes. Para aquellas enzimas que tienen subunidades idénticas (como la fosfofructocinasa-1 de E. coli), cada cadena polipeptídica puede contener los sitios catalítico y regulador a la vez y el oligómero es un complejo simétrico que con frecuencia posee dos o cuatro cadenas de proteína. Las enzimas reguladoras formadas por subunidades diferentes tienen ordenamientos más complejos, pero en general simétricos.

4. Toda enzima sujeta a regulación alostérica posee cuando menos un sustrato para el cual la curva de v0 en función del [S] es sigmoidea en lugar de hiperbólica (Figura 1). La fosfofructocinasa-1 exhibe una cinética de Michaelis-Menten (hiperbólica) con respecto a un sustrato, ATP, pero cinética sigmoidea en relación con su otro sustrato, el 6-fosfato de fructosa. La curva sigmoidea es causada por la cooperación positiva del enlace del sustrato, lo cual es posible por la presencia de múltiples sitios de enlace del sustrato en la enzima.

TIPOS

Según el modelo de Monod se pueden distinguir dos tipos de enzimas alostéricos:

• Enzimas de tipo K. Son aquellos en los que el estado por el que el sustrato presenta menor afinidad predomina en ausencia de sustrato; tanto éste como los efectores actúan como ligandos alostéricos que afectan al equilibrio entre los dos estados. La presencia de efecto res modifica la afinidad aparente del sustrato por el enzima; de aquí la denominación de enzimas de tipo K. Asimismo, la concentración de sustrato afecta a la afinidad de los distintos efectores por el enzima. En la práctica las enzimas K se comportarán como inhibidos competitivamente, ya que no varía la velocidad máxima V.

• Enzimas de tipo V. En éstos, el sustrato presenta la misma afinidad por los dos estados en equilibrio. Un efector sólo podrá afectar a la reacción enzimática si los dos estados R y T difieren en actividad catalítica y la afinidad del efector es diferente por cada uno de los estados. Dependiendo de que el efector presente mayor afinidad por el estado más activo o por el menos activo, se comportará como activador o como inhibidor. El sustrato no se comporta como efector alostérico y sólo se pueden esperar

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