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ENZIMAS III- REGULACIÓN
ENZIMÁTICA
En el metabolismo celular grupos de enzimas actúan conjuntamente en cadenas secuenciales para llevar a cabo un proceso metabólico.
En estas secuencias, el producto de una reacción se convierte en el sustrato de la siguiente. Al conjunto de enzimas que trabajan en la misma secuencia se le denomina sistema multienzimático.
Los enzimas reguladores son capaces de aumentar o disminuir sus velocidades catalíticas en respuesta a determinadas señales. Suele ser la primera y/o la última enzima de la secuencia.
En cada sistema multienzimático hay al menos un enzima regulador que controla la velocidad de la secuencia global.
Estos enzimas reguladores ajustan la velocidad de cada secuencia metabólica las demandas celulares. Si se necesita más P se activará el enzima 1 (enzima regulador de la ruta). Si no se necesita P, es que hay suficiente y éste inhibe al enzima 1. Este sistema llamado retroalimentación o feed-back , es el sistema de regulación más común en el metabolismo celular.
En la mayoría de los sistemas multienzimáticos, es el primer enzima el enzima regulador. Las demás enzimas de la ruta trabajan según dispongan de sus sustratos.
Es necesario en el metabolismo poder regular estos procesos, los propios metabolitos van a tener esa función
Estas enzimas reguladoras van a ser en el 99% de los casos enzimas alostéricas, que tienene más de una subunidad. Éstas son aquellas cuya actividad es afectada por cambios en la estructura debido a la unión de determinados ligandos que se denominan efectores alostéricos. Esta unión es siempre a través de interacciones no covalentes.
Estas enzimas no siguen la cinética de Michaelis-Manten, ya que muestran gráficas sigmoideas (esto se debe a que presentan cooperatividad entre sus subunidades), en vez de hiperbólicas, cuando representamos la velocidad frente a la [S]. Como ya vimos, esto es debido a la existencia de varias subunidades que presentan interacciones cooperativas. Así distinguimos dos conceptos:
- Cooperatividad: Propiedad que surge de la relación entre distintas subunidades de una proteína oligomérica. Por ejemplo la hemoglobina.
- Alosterismo: Se refiere a la existencia de otro lugar (allus = otro) en el enzima al que puede unirse otra molécula que modula la actividad del enzima. Estas moléculas reciben el nombre de efector alostérico. En la proteína alostérica el sustrato se une al centro activo y el efector alostérico al centro alostérico o regulador.
Los efectores alostéricos pueden ser +, si activan al enzima, o – si la inhiben.
REGULACIÓN: Se pueden regular por dos métodos:
- Regulación no covalente ; esta regulación se refiere al efector alostérico de estas enzimas reguladoras. Los efectores alostéricos se definen como una molécula que es capaz de unirse aun enzima en un sitio distinto al sustrato y que es capaz de regular su actividad. Esta unión siempre va a ser no covalente y reversible.
En el caso de que el efector sea una molécula diferente al sustrato se va a unir a un sitio diferente y es la unión del efector lo que genera el cambio de conformación que a su vez desencadena las interacciones cooperativas. Estas enzimas se denominan heterotrópicas.
Pero el efector también puede ser el propio sustrato el cual con su unión genera el cambio de conformación y desencadena el cambio en el resto de subunidades generando el cooperativismo. En este caso se denominan enzimas homotrópicas.
Modo de acción de modulares positivos:
La Proteína quinasa A, es un ejemplo de proteína alostérica cuyo efector positivo es el AMPc. El AMPc se une a las subunidades reguladoras de la proteína. Esta unión genera un cambio en la conformación de la proteína cuya consecuencia es la liberación de las subunidades con actividad catalítica, en este caso con capacidad de fosforilar otras proteínas utilizando ATP.
Modo de acción de un efector alostérico negativo:
El efector alostérico lo que hace es impedir que el sustrato se una con el sustrato. Esta regulación es una unión n ocovalente a través de interacciones electrosticas.
Algunas enzimas aparecen en más de una forma molecular dentro de la misma especie, tejido e incluso célula. En estos casos todas las formas del enzima catalizan la misma reacción pero poseen cinéticas diferentes. Estas formas múltiples de los enzimas se llaman isoenzimas.
Un ejemplo clásico es la lactato deshidrogenasa. Esta enzima cataliza la reacción reversible de lactato a piruvato y viceversa (la estudiaremos más adelante).
Todas las formas de la LDH (isoenzimas) están compuestas por 4 subunidades, de distintas combinaciones de dos tipos M (músculo) y H (corazón). Así podemos encontrar 5 isoenzimas diferentes: M4, M3H1, M2H2, MH3 y H
La subunidad M tiene mucha afinidad por piruvato y lo transforma a lactato, hecho que ocurre principalmente en el músculo (por eso lo de M) como veremos más adelante. Sin embargo, la subunidad H tiene más afinidad por el lactato y lo transforma en piruvato, hecho que ocurre principalmente en el corazón (por eso H).
Así que la lactato deshidrogenasa puede existir en todas esas combinaciones posibles según la combinación de estas subunidades. A estas distintas formas se denominan isoenzimas y se diferencian según la afinidad que tienen por un sustrato o por otro aunque realicen la misma función.
ZIMÓGENOS
En algunas ocasiones hay algunas enzimas que tienen tanto poder son tan efectivas y tan potentes que es necesario sintetizarlas de forma inactiva y activarlas solo en el momento y en el lugar que se necesita, a estas formas inactivas se les llama zimógenos o proenzimas.
Generalmente estos zimógenos son activados por proteasas que eliminan una pequeña fracción de aa del zimógeno y que supone su activación.
Todas las enzimas digestivas son zimógenos que se liberan al duodeno y ahí llevan a cabo su función proteolítica. Las cuales se sintetizan en el hígado de forma inactiva y solo se activan cuando llegan al duodeno.
En el caso de la tripsina su forma de zimógeno es el tripsinógeno la cual a través de la quimiotripsinasa rompe los 6 primeros aa, transformándose en tripsina. Esta tripsina va a ser la responsable de activar mediante el mismo procedimiento el resto de enzimas digestivas.
Otras proteínas que se activan también como zimógenos son las células sanguíneas coaguladoras a raíz de la necesidad de que la coagulación solo se produzca cuando sea necesaria a través del contacto con determinadas sustancias que lo desencadenan.
