Enzimas regulatoriasEnzimas regulatoriasLas vías metabólicas están compuestas por grupos coordinados de enzimas que realizan específicamente un proceso metabólico. En general, de las muchas enzimas que los componen, sólo algunas están reguladas. Las enzimas regulatorias catalizan reacciones que limitan la velocidad de todo el proceso o son un paso cometido, es decir que luego de traspuesto el proceso llegará hasta el final.

Las enzimas regulatorias frecuentemente están en o cerca de las etapas iniciales de un camino metabólico o en una ramificación. La lógica operacional es conservar energía, de modo que las reacciones biosintéticas no serán activas a menos que realmente se necesite el metabolito producto de ese camino

Regulación de la actividad enzimáticaRegulación de la actividad enzimática

Catabólico

E1 E2 E3A B C D

anabólico

Catabólico

E1 E3A B C D

anabólico

E2

E4

• El camino de la biosíntesis de un compuesto es

diferente de aquel que conduce a su degradación

• Esta separación asegura que los procesos son termodinámicamente favorables en ambas

direcciones

• Permite la regulación recíproca

G<<0 G<<0

G<<0

G<<0

Pyr

Glc-6-P

Pi

H2O

Fru-6-P

Fru-1,6-P2+ _

PEPADP

ATP

F2,6P2

OAA

ADP

ATP Pi

H2O

Glc

G<<0

G<<0

Ejemplo:Ejemplo:glucólisisglucólisis

Varios pasos

Ejemplo:Ejemplo:Síntesis deSíntesis deguaninasguaninas

Las 2 formas principales de regulación:

1) control de la cantidad de enzima (gruesa) o de los sustratos presentes (fina)

2) alteración de la eficiencia catalítica (fina)

Mecanismos:

1.compartimentación2.cantidad de enzima3.concentración de sustrato4.inhibición reversible por productos5.regulación alostérica6.unión a proteínas7.modificación covalente8.escisión proteolítica

1.Compartimentación:1.Compartimentación:fotorespiraciónfotorespiración

1.Compartimentación:1.Compartimentación:Ciclo del glioxilatoCiclo del glioxilato

1.Compartimentación:1.Compartimentación:Metabolismo de AGMetabolismo de AG

• Sistemas constitutivos

• Sistemas adaptativos: inducibles (el S provoca la síntesis) o represibles (el producto final inhibe la síntesis)

2. Cambios en la cantidad de 2. Cambios en la cantidad de enzimaenzima

Cambios en la cantidad de enzima: operonesCambios en la cantidad de enzima: operones

Control positivo: el producto del gen regulador (o su interacción con una proteína) activa la expresión de los genes.

Control negativo: el producto del gen regulador (o su interacción con una proteína) reprime o impide la expresión de los genes.

Inductor

5´-augguacaaccugcauggauccguacaac augguacaaccugcauggauccguacaac

Regulador Promotor Operador -----------------genes----------------------

1. La polimerasa lee el gen regulador, transcribe el ARN y se sintetiza la prot. represora2. La proteina represora bloquea a la polimerasa3. Al ingresar inductor, se une al represor (SU 34 kDa x 4)y lo libera de su unión al gen

operador4. La polimerasa avanza al inicio de la transcripción y transcribe a los genes: ß-

galactosidasa, galactósido permeasa y tiogalactósido transacetilasa

Operon Lac

TCACNCCAC

H

Fosfocolina

Ceramida

http://www.cumc.columbia.edu/publications/in-vivo/Vol1_Iss6_mar25_02/regulation.html

[S]

Vel

ocid

ad re

lativ

a (%

)

0

20

40

60

80

100

120Rango de la [S]

in vivo

+ activador

actividad sin efectores

+ inhibidor

Figura 2

3. Cambios en la concentración de sustrato3. Cambios en la concentración de sustrato

4. Inhibición reversible por productos u otros metabolitos

RetroinhibiciónRetroinhibición

A B C DE1 E2 E3 E4 E5

E F PE6

Retroinhibición por productofinal en un camino lineal

A B C DE1 E2 E3

E4

E5

E F P

QG H

Secuencial

A B C DE1 E2 E3

E4

E5

E F P

QG H

Concertada

E F P

QG HEnzimas

isofuncionales

A B C DE2 E3

E4

E5

A B C DE1 E2 E3

E4

E5

E F P

QG H

Acumulativa

5. Regulación alostérica

Fosfofructokinasa

v

6. Unión a proteínas

Calmodulina

Proteína reguladora de la Glucokinasa

PRGK

7. Modificación covalente7. Modificación covalente

1. Fosforilación2. Reducción de –SH3. Acilación4. Adición de nucleótidos

Fosforilación: glucógeno sintetasa, glucógeno fosforilasa, PEP carboxilasa, etc. etc. Se da en varios aminoácidos.

-OH + ATP + ADPP

Prot-OH + ATP Prot-O-PO3- + ADP

Fosfotreonina Fosfoserina Fosfotirosina

P-arginina

P-lisina

O32-P

O

NH2

N

N

OH

P-histidina

Reducción de –SHReducción de –SH

GlutationilaciónGlutamato

Cisteina

-Glutamilcisteína

Glutation

Glicina

En plantas: GaPDH, TPI, aldolasaEn animales: GaPDH, piruvato kinasa, ICDH, -KGDHetc.

GSH

GSSG

-SSG

-S-SSG

SH

SOH

Grx

Grx

GSNO

HNO

GSH

H2O

H2O

H2O2

Glut PO

Ác, sulfénico

glutationilación

Nitrosoglutatión

Gln sintetasa

activa

Gln sintetasainactiva

ATP

PPi Pi

ADP

-O-AMP

-OH

Adenilación Desadenilación

-O-UMP-OH

ATasa ATasa

PIIPII

UTP PPi

UMP H2O

Uridil transferasa

Uridil transferasa

Gln (-)ATP,KG (+)

*

Glu + NH3+ + ATP Gln + ADP + Pi

1 245

S-SS-SS-S

122 136 201

1 245

S-SS-SS-S

Arg

1 245

S-SS -SS -S

146 149 IleLeu Tyr A la

QUIMOTRIPSINÓGENO(inactivo)

Tripsina

¶ Q uim otripsina2 péptidos

8. Escisión proteolítica8. Escisión proteolítica

+

Val-(Asp)4-Lys-Ile

Ile7Val- (Asp)4 - Lys

enteropeptidasa

TripsinaTripsina