- Enzimas
alostéricas - Enzimas
reguladoras - Generalidades
- Características
- Mecanismos de
actividad reguladora de las enzimas
alostéricas - Conclusión
- Bibliografía
Enzimas
alostéricas
El modelo de Michaelis-Menten ayudó mucho al
desarrollo de la química de las enzimas gracias a su
simplicidad y aplicabilidad. Sin embargo, este modelo no explica
las propiedades cinéticas de muchas enzimas. Un grupo de
enzimas que no obedecen la cinética de Michaelis-Menten
son las enzimas alostéricas, estas enzimas tienen
varias subunidades y varios sitios activos.
En las enzimas alostéricas la unión de un
sustrato a un sitio activo puede afectar las propiedades de otros
sitios activos en la misma molécula. Un posible resultado
de esta interacción entre subunidades es que la
unión del sustrato resulte cooperativo, es decir
que la unión del sustrato en un sitio activo facilita la
unión de los otros sustratos en los sitios activos
vecinos.
Además la actividad de una enzima
alostérica puede ser alterada por moléculas
regulatorias que se unan de manera reversible sitios sobre la
proteína que se encuentren en sitios diferentes al sitio
activos. Así, las propiedades catalíticas de las
enzimas alostéricas pueden ajustarse para cumplir con las
demandas inmediatas de la célula. Debido a ello las
enzimas alostéricas son los puntos clave de
regulación de las vías
metabólicas.
Las enzimas reguladas por modificaciones no-covalentes son
llamadas de alostéricas. Las mismas son encontradas en
casi todas las vías metabólicas y generalmente
está catalizando una reacción irreversible
localizada en el inicio de la vía. En cuanto a su
estructura, son oligoméricas o sea compuestas de
varías cadenas polipeptídicas, cada una con una
casa de campo activa. La conexión del substrato a la casa
de campo activa de una de las subunidades afecta la
conformación de las demás, facilitando la
conexión de los demás substratos a casas de campo
activas.
Las enzimas alostéricas son sensibles reguladores del
metabolismo, porque al se conecten la determinados metabolitos
celulares su actividad sufre grandes alteraciones. Estos
metabolitos también pueden ser llamados de efetuadores o
moduladores alostéricos, y pueden ser positivos (aumento
de la velocidad de reacción) o negativos (reducción
de la velocidad de reacción) de acuerdo con su efecto. Por
lo tanto el moduladores alostéricos pueden tutear tanto
como inhibidores como activadores de la reacción
enzimática.
En la mayoría de las vías metabólicas es
común que el producto final tuteé como modulador
alostérico negativo de la enzima que cataliza las primeras
reacciones de la vía. Por lo tanto cuando la
concentración de este producto queda aumentada él
va a actuar como un inhibidor alostérico, disminuyendo la
velocidad de la vía y su propia producción. Este
mecanismo es denominado inhibición por
retroalimentación o feedback. Si el producto final
comience a ser consumido y consecuentemente su
concentración disminuya él va a dejar de inhibir la
vía, haciendo con eso que la vía haya su velocidad
aumentada.
Alostérica
La mayoría de las enzimas alostéricas son
proteínas con varias subunidades. La unión del
sustrato a un protómero en una enzima alostérica
afecta a las propiedades de unión de los protómeros
adyacentes. La actividad de las enzimas alostéricas se ve
afectada por moléculas efectoras que se unen a otros
lugares denominados lugares alostéricos o reguladores. Las
enzimas alostéricas generalmente catalizan pasos
reguladores clave de las rutas bioquímicas.
Enzimas
reguladoras
Son catalizadores biológicos, que además
de las propiedades que caracterizan a las enzimas, presentan
características que le confieren papeles reguladores del
metabolismo. Existen dos tipos:
Las enzimas alostéricas y
Las enzimas moduladas covalentemente.
Enzimas alostéricas.
La actividad catalítica de la enzima es modulada
por la unión no covalente de un metabólito
específico a un centro de la proteína, diferente al
centro catalítico.
Generalidades
1:- Existen sistemas multienzimáticos
donde el producto de la reacción actúa como
inhibidor específico de una enzima situada al comienzo de
la secuencia.
2:- Esta inhibición se asigna como
inhibición por el producto final, inhibición
feed-back o retroinhibición. Estas enzimas reciben el
nombre de enzimas alostéricas, propuesto por J. Monod, et
al.
3:- Presentan un sitio diferente al centro
activo, al que se une reversiblemente y en forma no covalente al
efector o modulador.
4:- El centro alostérico es específico
para la unión del modulador.
5:- Las enzimas pueden ser reguladas por
moduladores positivos, que aumentan su actividad
catalítica y moduladores negativos que la disminuyen. Ej:
L-isoleucina es un modulador (-) para la
treonin-deshidratasa.
6:- Cuando la enzima presenta un modulador
específico es monovalente y cuando hay más de uno,
polivalente.
7:- Dos o más sistemas
multienzimáticos, pueden estar conectados por una o
más enzimas polivalentes, formando una red de
control.
8:- Son enzimas oligoméricas, es decir,
constituidas por dos o más cadenas polipeptídicas.
Son inestables a 0ºC y estables a temperatura
ambiente.
9:- La inhibición producida por el
modulador negativo no se ajusta a las inhibiciones conocidas y
muestra una dependencia atípica de la Ve. Inicial de la
reacción, no cumpliendo con la teoría de
Michaelis-Menten.
Reacción determinante.
Se asigna a la primera etapa en una secuencia de
reacciones multienzimáticas, que es irreversible en
condiciones intracelulares. Constituye una estrategia de la
célula para regular una ruta metabólica, desde la
etapa inicial y así lograr la máxima
economía de metabólitos.
Control de las enzimas
alostéricas.
Las enzimas alostéricas muestran dos tipos de
control diferentes: Heterotrópico y homotrópico,
según la naturaleza del modulador.
Enzimas homotrópicas.
El sustrato actúa, también como modulador.
Estas enzimas contienen dos o más centros de unión
para el sustrato. La modulación dependerá de
cuántos sean los centros del sustrato que están
ocupados.
Enzimas heterotrópicas.
Son estimuladas o inhibidas por un modulador diferente a
la del sustrato.
Cinética de las enzimas
alostéricas.
Su comportamiento cinético esta alterado por las
variaciones de la concentración del modulador
alostérico. Las enzimas homotrópicas muestran una
curva sigmoidal en las gráficas de velocidad de Michaelis
– Menten. La curva sigmoidal implica que la unión de la
primera molécula de sustrato con la enzima intensifica la
unión de las moléculas de S subsiguientes a los
otros centros activos.
Características
1:- Un modulador negativo, producirá un
incremento en la Km aparente y el modulador positivo un descenso
de ésta.
2:- Un modulador negativo baja la Ve de
reacción a una concentración de sustrato saturante
y constante. Mientras que el modulador positivo producirá
un incremento en la Ve.
3:- Las enzimas alostéricas que responden
a moduladores (+) y (-) con cambio de la Km aparente, se asignan
como enzimas K y las que afectan la Vmax, como enzimas
M.
4:- Una enzima alostérica puede perder su
regulación por los moduladores, sin afectar su actividad
catalítica. Proceso llamado desensibilización de la
enzima. En estas condiciones la enzima se comporta según
la cinética descrita por Michaelis-Menten.
Ejemplo enzima alostérica.
La más estudiada es la
Aspartato-transcarbamilasa, conocida como ATCasa, que cataliza la
reacción:Carbamil fosfato + L-aspartato
————————————–> N-carbamil-L-aspartato
+ PPiQue corresponde a la etapa inicial de la biosíntesis
del nucleótido de pirimidina (CTP). El CTP, producto final
actúa como modulador negativo de la ATCasa. Un modulador
positivo de esta enzima es el ATP, que invierte el efecto
inhibidor del CTP.
Mecanismos de
actividad reguladora de las enzimas
alostéricas
Estudia los mecanismos moleculares mediante los cuales
la unión del modulador al centro regulador puede, alterar
la actividad del centro catalítico. Esta
explicación se ha obtenido de los estudios con la
hemoglobina, a través de dos modelos: Secuencial y el de
Simetría.
Modelo de simetría.
Modelo propuesto por J. Monod et al. Establece que la
unión de la primera molécula de sustrato incrementa
la tendencia de las restantes subunidades a experimentar
transición a la forma de elevada afinidad, a través
de un efecto de todo o nada. Hallándose todas las
subunidades en estado de baja o elevada afinidad.
Modelo secuencial.
Modelo propuesto por D.E. Koshland. Aplicable a las
enzimas alostéricas que poseen multiples subunidades y que
se suponen que existen en dos conformaciones diferentes, donde
cada una puede experimentar cambios secuenciales individuales en
su conformación entre los extremos de todo o nada. Pueden
existir diversos estados de conformación intermedios, cada
uno con su propia actividad catalítica intrínseca.
Este modelo propone una sintonización más fina de
la actividad de la enzima alostérica.
Conclusión
Una enzima alostérica es una enzima cuya actividad
está regulada mediante un centro alostérico, que es
un sitio, distinto del centro activo de la enzima, al que se une
un regulador (llamado regulador alostérico) de manera
reversible y no covalente. La unión de este regulador
modifica la estructura tridimensional de la enzima y llega a
afectar la configuración del sitio activo, por lo que
aumenta o disminuye su actividad, según el caso.
El alosterismo es una de las principales formas de
regulación en la célula debido a que puede producir
cambios rápidos y fácilmente reversibles en la
actividad de las enzimas (y, por lo tanto, en el metabolismo) sin
depender de que el regulador tenga una estructura similar al
sustrato de la enzima (lo que puede ayudar a conectar vías
metabólicas). Muchos fármacos actúan
uniéndose al sitio alostérico de las enzimas, como
los inhibidores de transcriptasa inversa no
nucleósidos.
Bibliografía
Autor:
Asneydi Madrigal Castro
SEP SES DEGEST
INSTITUTO TECNOLÓGICO DE
JIQUILPAN
Trabajo de investigación
bibliográfica de cinética química y
biológica
MIREYA
Martes 18 de Mayo del 2010