28 ava Edición HARPER BIOQUIMICA ILUSTRADA

CAPITULO 7

ENZIMAS: Mecanismos de acción

IMPORTANCIA BIOMEDICA

Las enzimas catalizan las reacciones químicas que hacen posible la vida, esenciales para la

desintegración de nutrientes y en proporcionar energía.

La valoración de la actividad de enzimas especificas ayuda al diagnostico y pronostico de

enfermedades.

La deficiencia de enzima (cantidad, actividad y/o estructura) puede ser producto de defectos

genéticos, déficit nutricional, toxinas, mutaciones genéticas, enfermedades por virus o bacterias

patógenas.

Sus impresionantes características y funciones de las enzimas le permiten desempeñar funciones

claves en procesos relacionados con la salud y el bienestar de seres humanos

La estereoespecificidad absoluta de enzimas le permiten intervenir en síntesis de un fármaco o

antibiótico.

Importante en la producción y en el aumento del valor nutricional de los alimentos.

LAS ENZIMAS SON CATALIZADORES EFICACES Y MUY ESPECIFICOS

Las enzimas son muy eficientes y son catalizadores en extremo selectivos.

Son especificas para el tipo de reacción catalizada y también para el sustrato, sea único o un

pequeño conjunto estrechamente relacionados.

La especificidad extrema le da a las células vivas la capacidad para conducir y controlar un gran

número de procesos químicos

LAS ENZIMAS SE CLASIFICAN POR EL TIPO DE REACCION

Es necesario identificar el nombre para indicar el sustrato, La fuente de la enzima, su regulación o

una característica de su mecanismo de acción, y la numeración alfanumérica para indicar las

diferentes formas de enzimas

La IUB (International Unión of biochemist s) creó un sistema de nomenclatura de enzima: con

nombre, numero y código singular.

Las Enzimas son divididas en 6 clases:

Oxidorreductasas catalizan oxidaciones y reducciones

Transferasas catalizan la transferencia de porciones, como grupos glucosilo, metilo o fosforilo.

Hidrolasas catalizan la división hidroliticas del C-C, C-O, C-N y otros enlaces

Liasas catalizan la división C-C, C-O, C-N y otros enlaces mediante eliminación de átomo, dejando

dobles enlaces

Isomerasas catalizan cambios geométricos o estructurales dentro de una molécula

Ligasas catalizan la unión de 2 moléculas acopladas a la hidrólisis de ATP

Por la complejidad del nombre del sistema de la IUB aun se sigue usando los nombres

tradicionales (reacción catalizada – “asa”)

LOS GRUPOS PROSTETICOS, LOS COFACTORES Y LAS COENZIMAS TIENEN FUNCIONES

IMPORTANTES EN LA CATALISIS

Los grupos prostéticos, los cofactores y coenzimas son moléculas (no proteínicas) y iones

metálicos que participan en la catálisis, o unión de sustrato, directamente

Los grupos prostéticos están estrechamente integrados en la estructura de una enzima

Los grupos prostéticos se caracterizan por su unión estrecha y estable hacia una proteína (fuerzas

covalentes o no covalentes)

Los metales (Co, Cu, Mg, Mn y Zn) son los más comunes, e importantes porque Facilitan unión y

orientación de sustratos, Forman enlaces covalentes, Aumentan carácter electrofílico o nucleofílico

Los cofactores se asocian de manera reversible con enzimas o sustratos

Los cofactores tienen unión transitoria o disociable a la enzima o a sustrato, esta ultima requiere de

cofactores en su medio para la Catálisis.

Los más comunes son iones metálicos que denominan a la enzima como “enzimas activadas por

metal”.

Las coenzimas sirven como transbordadores de sustratos

Las coenzimas transportan sustratos, también grupos metilos o acilos y oligosacaridos, desde su

generación hasta su utilización, la asociación entre ambas moléculas le da estabilidad al sustrato.

Muchas coenzimas, cofactores y grupos prostéticos son derivados de vitamina B

La vit. B proporciona componentes importantes de muchas coenzimas.

Mayoría de coenzimas.- contiene adenina, ribosa y fosforilo de AMP y ADP

Coenzimas Redox.- contiene nicotinamida en NAD y NADP y riboflavina en FMN y FAD

En el metabolismo de un “C” funcionan las coenzimas acido fólico y cobalamina

LA CATALISIS OCURRE EN EL SITIO ACTIVO

El complejo enzima-sustrato se asemeja a una cerradura mecánica con la llave apropiada; esta

cerradura recibe el nombre de Sitio Activo (hendidura o bolsa en la superficie).

El sitio activo protege a los sustratos de solvente y facilita la catálisis. Ambos se encuentran

estrechamente unidos, los cofactores y grupos prostéticos catalizan su transformación a producto

LAS ENZIMAS EMPLEAN MULTIPLES MECANISMOS PARA FACILITAR LA CATALISIS

Emplean diversas combinaciones de 4 mecanismos generales y logran un aumento catalítico

notorio.

Catálisis por proximidad

Para su reacción deben de estar a la distancia formadora de enlace.

A mayor concentración, mayor es el índice de su reacción.

La unión enzima-sustrato crea una región de concentración local alta de sustrato, este ambiente

produce aumentos del índice de al menos 1000 veces.

Catálisis Acido-básica

Puede ser especifica (protones o iones) o general .

La catálisis especifica por acido o base, es sensible el índice de reacción a cambios de la

concentración de protones (independiente de otros ácidos o bases presentes)

En la catálisis general los índices responden a todos los ácidos y bases presentes.

Catálisis por tensión

En reacciones –líticas la ruptura de un enlace covalente se une a su sustrato provocando la

división del enlace, imitando al intermediario de estado de transición (punto ½ de sustrato a

producto). La tensión estira el enlace, lo debilita y luego se divide.

El estado de transición es aprovechado por los químicos para crear inhibidores más eficaces

(análogos de estado de transición) como farmacóforos potenciales.

Catálisis Covalente

Formación de enlace covalente entre la enzima y uno o más sustratos. Observada en transferencia

de grupo.

En la catálisis covalente la energía de activación es más baja y más rápida que la reacción en

solución homogénea, pero la modificación química enzimática en transitoria, uan vez completada la

reacción, vuelve a su estado original (función permanece catalítica).

LOS SUSTRATOS INDUCEN CAMBIOS CONFORMACIONALES EN ENZIMAS

Daniel Koshland dice que los sustratos inducen un Cambio Conformacional en la enzima posterior

a su unión.

La enzima y su sustrato inducen cambios recíprocos y aprovecha la energía de unión para

transformar sustrato en producto

LA PROTEASA DEL VIRUS DE LA INMUNODEFICIENCIA HUMANA (VIH) ILUSTRA LA

CATALISIS ACIDOBASICA

La catálisis comprende 2 residuos aspartilo conservados, que actúan como cataliicos acido

básicos.

1era etapa de la reacción un aspartato (base) extrae un protón de la molécula de agua, lo que la

hace más nucleofílica. El nucleofilo resusltante ataca al carbono carbonilo electrofílico del enlace

peptídico, formando un intermediario de transición tetraédrico. El 2do aspartarto facilita la

descomposición de este último al donar un protón al grupo amino producido por la rotura del enlace

peptidico.

LA QUIMOTRIPSINA Y LA FRUCTOSA – 2,6 – BISFOSFATASA ILUSTRAN LA CATALISIS

COVALENTE

Quimotripsina

La catálisis por la serina proteasa quimotripsina comprende la formación previa de un intermediario

de enzima acilo covalente. Un residuo serilo muy reactivo, la srina 195, participa en una red de

transmisión de carga con histidina 57 y aspartato 102 – His 57 – Ser 195, constituye una “red de

transmisión de carga” que funciona como un “Transbordador de protón”.

Fructosa – 2,6 – bifosfatasa

Enzima reguladora de la gluconeogénesis y cataliza la liberación hidrolítica del fosfato en el

carbono 2 de la fructosa – 2,6 – bifosfato.

LOS RESIDUOS CATALÍTICOS ESTAN MUY CONSERVADOS

todas las familias de enzimas surgieron de la duplicación de genes, estas proteínas luego

evolucionan independientes y reconocen diferentes sustrato.

Ejm:

La quimotripsina que desdobla enlaces peptídicos en el lado carboxilo terminal al igual que la

Tripsina, la 1era de aminoácido hidrofobicos y la otra de aminoácidos básicos.

La presencia de aminoácidos específicos en la misma posición de cada miembro familiar se les

llamaba residuos conservados.

LAS ISOZIMAS SON NFORMAS DE ENZIMA DISTINTA QUE CATALIZAN LA MISMA

REACCION

Los organismos superiores varias versiones de una enzima, pero cada una cataliza la misma

reacción.

Estas isozimas surgen por medio de duplicación de gen y se diferencian de manera sutil por:

Sensibilidad a factores reguladores particulares y Afinidad a sustrato que las adapta a tejidos

Aumenta la supervivencia con copia de “respaldo” de una enzima esencial

LA ACTIVIDAD CATALÍTICA DE ENZIMAS FACILITA SU DETECCIÓN

La baja concentración de enzimas presentes en célula determinan su presencia, pero su rapidez

para transformar miles de sustratos en productos permite revelar presencia de la enzima.

El índice de reacción catalítica es proporcional a la cantidad de enzima q permite conocer su

concentración.

Enzimología de molécula única

La nanotecnología ha hecho posible observar (microscopia de influorescencia) catálisis por enzima

o molecula de sustrato individual.

Ahora es posible medir el índice de eventos catalíticos únicos, incluso los pasos individuales en la

catálisis mediante enzimología de molécula única.

EL DESCUBRIMIENTO DE FARMACOS REQUIERE VALORACIONES ENZIMÁTICAS IDONEAS

PARA INVESTIGACIÓN DE “ALTA CAPACIDAD DE PROCESAMIENTO”

Las enzimas están dirigidas para la creación de fármacos y otros agentes terapéuticos.

Es mucho más fácil descubrir nuevos fármacos cuando se valora gran número de farmacóforos

potenciales rápido y automatizado, proceso denominado investigación de alta capacidad de

procesamiento aprovechando los grandes avances recientes.

Esta investigación es ideal para analizar los muchos productos de química combinacional.

Este complejo equipo solo está disponible casa farmacéuticas, laboratorio patrocinado por

gobiernoy universidades de investigación cuyo principal uso es el análisis de compuestos

inhibitorios con potencial final para uso como fármacos.

Inmuno análisis ligado a enzima

El análisis inmunosorbente ligado a enizima( ELISA) se usan anticuerpos enlazados (covalente)

con una “enzima reportera”.

El suero o muestra biológica se coloca en la placa de microtitulación de plástico, las proteínas se

inmovilizan en la superficie del plástico. Se añade proteína no antigénica (albumina de suero

bovino) y bloquea las areas absorbente del pozo, luego se añaden los anticuerpos covalente con

enzima reportera, los anticuerpos de pegan en el antígeno y ambos se inmovilizan.

Presencia y cantidad de anticuerpo unido luego de añadir sustrato a la enzima reportera

Las deshidrogenasas dependientes de NAD(P) son valoradas de manera

espectrofotométrica

En valoraciones espectrofotométricas se determina la capacidad de un sustrato o producto para

absorber luz.

Las coenzimas NAD(P)H absorben luz a 340nm, cuando el NAD(P) se reduce, la basorvancia

aumenta con la cantidad de NAD(P)H producida. A una deshidrogenasa que cataliza que cataliza

la NAD(P)H se obsevara un decremento de absorbancia . En cada caso el índice de cambio de la

densidad óptica sera proporcional a la cantidad de enzima presente.

_______________________________________________________________________________

Muchas enzimas son valoradas mediante acoplamiento a una deshidrogenasa

Hay valoraciones difíciles de realizar porque no producen un cambio de absorbancia o

fluorescencia. Las alternativas serian obtener: un compuesto fácil de detectar, o un producto que

absorbe luz o muestra fluorescencia.

El más común es una Valoración “Acoplada”.- generalmente una Deshidrogenasa cuyo sustrato

(producto de la enzima de interés) está en exceso catalítico. El índice de aparición o desaparición

de NAD(P)H depende del índice de la reacción enzimática a la cual se ha acoplado la hidrogenasa.

EL ANALISIS DE CIERTAS ENZIMAS AYUDA AL DIAGNOSTICO

La presencia de enzimas en el plasma sanguíneo y su posterior análisis cuantitativo son

fundamentales para el diagnostico de procesos morbosos, es decir, estas enzimas que son

liberadas hacia el plasma después de muerte o lesión celular, son importantes porque su aparición

o concentración son útiles para el diagnóstico y pronóstico de enfermedades y lesiones (tejidos

específicos) y la respuesta al tratamiento.

Análisis de la actividad enzimática.- hecho por valoraciones cinéticas estándar de índices de

reacción inicial.

Radioinmunovaloraciones (RIA).- cuantificación de la cantidad absoluta de una enzima o de

proteína no catalítica.

Enzima Sérica Principal uso Diagnostico

Aspartato aminotransferasa (AST o SGOT)

Infarto de miocardio

Alanina aminotransferasa (ALT o SGPT)

Hepatitis viral

Amilasa Pancreatitis aguda

Ceruloplasmina Degeneración hepatolenticular (enfermedad de Wilson)

Creatina cinasa Trastornos musculares e infarto de miocardio

- Glutamil transferasa Diversas enfermedades hepáticas

Isozima 5 de la lactato deshidrogenasa

Enfermedades hepáticas

Lipasa Pancreatitis aguda

Fosfatasa ácida Carcinoma metastásico de la próstata

Fosfatasa alcalina (isozimas)

Diversos trastornos óseos, enfermedades hepáticas obstructivas

Las enzimas ayudan al diagnóstico de infarto de miocardio (MI)

En enzimología diagnóstica las enzimas: Deben ser especificas para el tejido u órgano bajo

estudio, Presencia en plasma o cualquier liquido en el momento justo para el diagnóstico (ventana

diagnóstica) y Factible a la valoración automatizada.

Para el diagnóstico de M.I las 1eras enzimas usadas fueron el Aspartato aminotransferasa (AST),

alanina aminotransferasa (ALT) y Lactato deshidrogenasa (LDH).

AST y ALT no ayudaron por no ser específica del musculo cardiaco, sin embargo la LDH tiene

ventaja de especificidad hística como una consecuencia de su estructura cuaternaria.

La Cratina Cinasa (CK) tiene 3 isozimas: CK-MM (músculo estriado), CK-BB (cerebro), y CK-MB

(corazón y músculo estriado), esta ultima tiene una ventana diagnóstica útil, aparece en el

transcurso de 4 a 6 h luego de un M.I, alcanza máximo a 24 h y regresa a basal de 48 – 72 h.

Para diagnóstico de M.I la CK se ha complementado mediante la troponina, esta última implicada

en la contracción muscular en los musculos estriados y cardiacos. La concentración de troponinas

aumenta de 2 a 6 h luego de un M.I o cualquier daño al musculo cardia y permanecen de 4 a 10

días. El activador de plasminógeno hístico (tPA) o la estreptocinasa se usan en tratamiento de M.I

agudo, y la tripsina en fibrosis quística.

LAS ENZIMAS FACILITAN EL DIAGNÓSTICO DE ENFERMEDADES GENÉTICAS E

INFECCIOSAS

La especificidad y eficiencia de las enzimas es aprovechada en técnicas diagnósticas para actuar

sobre oligonucleótidos como el DNA. La endonucleasa de restricción divide (sitios específicos) el

DNA bicatenario en sitios de restricción (secuencia de pares de bases) que son pequeños

fragmentos característicos de DNA.

Polimorfismo de longitud de fragmento de restricción (RFLP) son desviaciones del modelo que

ocurren por mutación que deja al sitio de restricción irreconocible para su endonucleasa. El RFLP

facilita la detección prenatal de diversos trastornos hereditarios (rasgo de cel. Falciformes,

fenilcetonuria en lactantes y enfermedad de Huntington).

En la reacción en cadena de polimerasa (PCR) se emplea una DNA polimerasa para producir miles

de copias de un segmento de DNA a partir de pequeñas cantidades de material. Por eso la PCR

es usada por científicos médicos, biólogos y forenses para caracterizar DNA de cifras iniciales

bajas, también puede usarse para detectar e identificar agentes patógenos o parásitos por medio

de amplificación selectiva de su DNA.

EL DNA RECOMBINANTE CONSTITUYE UN IMPORTANTE RECURSO PARA ESTUDIAR

ENZIMAS

A fin de examinar su estructura y funciones se desea el aislamiento de una enzima individual pero

es una tarea extremo difícil entre tantas proteínas existentes en la célula.

No todas las proteínas animales pueden expresarse de forma activa en células microbianas, ni

estos pueden tampoco realizar procesamiento postraduccional.

Empleando el vector de expresión baculovirus para transformar células de insectos cultivadas,

puede expresar un gen.

Las proteínas de función recombinantes se purifican mediantes cromatografía de afinidad

El gen de interés se enlaza a una secuencia de olgonucleotidos que codifica una extensión

carboxilo o amino terminal para la proteína codificada. La Proteina de fusión o modificada contiene

un dominio exacto para interactuar con un soporte de afinidad específico.

Las proteínas de fusión codifican también para un sitio de división para una proteasa muy

específica (trombina), en la región que enlaza las 2 porciones de la proteína permitiendo la

eliminación del dominio de fusión añadido después de purificación de afinidad.

La mutagénesis dirigida hacia sitio proporciona información mecanicista.

La mutagénesis dirigida hacia sitio permite cambiar residuos aminoacilos específicos al alterar sus

codones, este método facilita la identificación de las funciones específicas de residuos aminoacilos

dados en la unión a sustrato y la catálisis.

CAPITULO 8

ENZIMAS: CINÉTICA

IMPORTANCIA BIOMEDICA

La cinética enzimática permite la medición cuantitativa de los índices de reacciones catalizadas por

enzimas y del estudio de factores que afectan estos índices.

La comprensión de la cinética enzimática es importante para entender de que modo los estados de

estrés fisiológico o agentes farmacológicos afectan la homeostasis.

En casi todos los procesos fisiológicos participan las enzimas por eso son objetivo de fármacos.

La cinética enzimática aplicada permite identificar y caracterizar agentes terapéuticos que inhiben

selectivamente los índices de procesos catalizados por enzimas específicas; importante para el

descubrimiento y modo de acción del fármaco.

LAS REACCIONES QUÍMICA SE DESCRIBEN USANDO ECUACIONES BALANCEADAS

Especies químicas iniciales (sustrato) y nuevas especies químicas (producto).

La doble flecha indica reversibilidad (A y B forman P y Q pero también P y Q pueden formar A y B)

Por eso la designación es un poco arbitraria debido a que los productos en una reacción son los

sustratos para la reacción inversa. El termino productos se emplea para los reactivos cuya

formación fue favorecida por la termodinámica, en estos casos solo se usa un flecha como si fuese

“irreversible”

Este tipo de reacción sucede en células vivas donde el producto es consumido de inmediato por

una reacción subsiguiente lo cual impide la reacción inversa, entonces la hace “irreversible” desde

el punto de vista funcional en condiciones fisiológicas.

LOS CAMBIOS DE LA ENERGÍA LIBRE DETERMINAN LA DIRECCIÓN Y EL ESTADO DE

EQUILIBRIO DE REACCIONES QUÍMICAS

El cambio o variación de la Energía libre de Gibbs ( G) en una reacción química es igual a la

suma de las energías libres de la formación de productos ( Gp) menos la suma de las energías

libres de la formación de sustratos ( Gs)

Si la G en una reacción es negativa se deduce que favorece de izquierda a derecha, es decir

que es Espontanea. El signo y la magnitud de G determina que tan lejos procederá la reacción

Relación entre la constante de equilibrio (Keq) y G : G = - RT In Keq

R: constante gaseosa (1.98 cal/mol. K)

T: temperatura absoluta en K

Si G es (-), Keq será mayor que 1 y la concentración de productos excederá a la de sustratos

Si G es (+), Keq será menor que 1 y se favorecerá la formación de sustratos.

G informa sobre la dirección y estado de equilibrio de la reacción, y aunque la reacción tenga

G negativa grande puede dar lugar a índice insignificante.

LOS INDICES DE REACCIÓNES ESTAN DETERMINADOS POR SU ENERGÍA DE ACTIVACION

Las reacciones proceden por estados de transición.

El estado de transición es fundamental para entender la base química y termodinámica de la

catálisis.

En una reacción de transferencia de grupo en el cual el grupo E (está entrando) reemplaza al

grupo L (está saliendo).

En la mitad del proceso el enlace entre R y L se debilito (no está roto) y en nuevo enlace entre E y

R esta incompleto. Es este el estado de transición (no existe ni sustrato ni producto libre)

Las líneas punteadas indican los enlaces que pasan por formación o rotura.

La reacción consta de 2 reacciones parciales: formación de (F) y la descomposición (D)

Los cambios característicos de la energía libre GF GD se relacione con cada reacción parcial

GF

GD

G = GF + GD

A partir de la G general es imposible inferir el número o tipo de estados de transición de una

reacción, es decir la termodinámica no dice nada de la cinética.

La G define la energía de activación

La GF generalmente en las reacciones químicas es (+) quiere decir que la formación de estados

de transición debe superar barreras de energía. Por eso la GF para llegar a un estado de

transición a menudo se denomina la energía de activación (E act.)

Los parámetro termodinámicos que determinan la rapidez de una reacción, son los GF para la

formación de los estados de transición de una reacción.

MUCHOS FACTORES AFECTAN EL INDICE DE REACCIÓN

La teoría cinética o de la coalición dice, para que 2 moléculas reaccionen deben:

-Estar dentro de la distancia formadora de enlace o chocar

-Poseer suficiente energía cinética y alcanzar el estado de transición.

Es decir cualquier cosa que aumente la frecuencia o energía de colisión entre sustratos aumentare

el índice de la reacción.

Temperatura

Al aumentar la temperatura, aumenta la energía cinética de las moléculas, seguido de un aumento

en su rapidez de movimiento, y por ende aumenta la frecuencia del choque (mas energéticos y

productivos). Todo esto produce un aumento en el índice de reacción.

Concentración de reactivo

La concentración de las moléculas es directamente proporcional a la frecuencia con la cual chocan.

Por ejemplo:

si las concentraciones de A y B se duplicaran, la probabilidad de choque aumentara cuatro veces.

El número de choques con suficiente energía para formar P (producto) es directamente

proporcional al número de choques entre A y B.

La suma de las proporciones molares de los reactivos definen el orden cinético de la reacción.

En un laboratorio, el orden cinético de una reacción respecto a un reactivo particular o variable

(sustrato) se puede determinar al mantener constante la concentración de los otros reactivos en un

gran exceso del reactivo variable. El índice de reacción dependerá de manera exclusiva de la

concentración del reactivo variable o llamado reactivo limitante.

Estos procesos también son aplicados en reacciones catalizadas por una enzima.

Keq es una proporción de constantes de índice

Las reacciones químicas son hasta cierto grado reversibles, en condiciones de equilibrio

(concentraciones generales constantes) el índice de conversión de sustratos a productos es igual

que el de productos a sustratos.

Indice1 = Indice -1

K1[A] [B] =K -1[P]

K1 [P]

K-1 [A] [B]

La proporción de K1/K-1 = Keq

Propiedades importantes que siguen de un sistema en equilibrio:

1) La constante de equilibrio es una proporción de las constantes de índices de reacción.

2) En equilibrio, los índicea de reacción de las reacciones hacia adelante y hacia atrás son

iguales

3) El equilibrio es un estado dinámico, por pequeñas interconversiones de moléculas

individuales

4) El valor numérico de la constante de equilibrio (Keq) se calcula a partir de las

concentraciones en equilibrio o por la proporción K1/K-1

LA CINÉTICA DE LA CATALISIS ENZIMÁTICA

Las enzimas disminuyen la barrera de energía de activación para una reacción

Las enzimas aceleran los índices de reacción al disminuir la GF para la formación de estados de

transición, pudiendo diferir en la manera en que se logra.

En algunos casos el ambiente del sitio activo disminuye la GF al estabilizar los estados de

transición, es decir la enzima puede imaginarse como unida al ntermediario de manera más

estrecha que a sustratos y productos.

La proteasa del VIH ilustra la catálisis por una enzima que disminuye la barrera de activación al

estabilizar los estados de transición.

La catálisis por enzima (mecanismo de reacción singular) ocurre cuando el intermediario del estado

de transición forma un enlace covalente con la enzima (catálisis covalente).

LAS ENZIMAS NO AFECTAN LA Keq

Las enzimas pasan por modificación durante la catálisis pero al terminar la reacción salen sin cambios, la enzima no causa

ningún efecto sobre la G para la reacción general, solo importa el estado inicial y final de los

reactivos.

Reacción catalizada por enzima:

A ambos lados de la flecha la enzima esta en igual cantidad y forma por ende:

[P][Q][Enz]

[A][B][Enz]

Se elimina la concentración de la enzima y se reduce:

[P][Q]

[A][B]

Por ende las enzimas carecen de efecto sobre Keq

MULTIPLES FACTORES INFLUYEN SOBRE LOS INDICES DE REACCIONES CATALIZADAS

POR ENZIMA

Temperatura

El incremento de la temperatura aumenta el índice de reacciones no catalizadas y catalizadas por

enzimas al aumentar la energía y la frecuencia de choque de las moléculas que están

reaccionando.

Este incremento también produce aumento en la energía cinética de la enzima hasta un punto que

excede la barrera de energía para alterar las interacciones no covalentes que mantienen su

estructura tridimensional, empieza a desnaturalizarse con pérdida de actividad catalítica. Las

enzimas de seres humanos muestran estabilidad hasta 40 – 55 °C.

Q10 o coeficiente de temperatura, para un incremento de 10 °C el índice de un proceso biológico

aumenta, generalmente estos índices se duplican para un aumento de 10 °C (Q10 =2)

Para organismos homeotérmicos, los cambios de los índices de reacción de enzimas (por

temperatura) tiene importancia fisiológica en caos como fiebre e hipotermia.

Concentración de ion hidrógeno

Existe una dependencia a la concentración de ion hidrógeno de los índices de las reacciones

catalizadas por enzima (actividad optima a ph 5 – 9)

La concentración de ion hidrógeno juega un papel importante en el equilibrio entre la

desnaturalización de la enzima (ph alto o bajo) y los efectos sobre el estado cargado de la enzima

y/o sustrato. La ganancia o perdida de grupos cargados cruciales(carboxilato(-) y amina(+)) afecta

la unión a sustrato, por ende retrasa o suprime la catálisis.

LAS VALORACIONES DE REACCIONES CATALIZADAS POR ENZIMA POR LO GENERAL

MIDEN LA VELOCIDAD INICIAL

En las condiciones de velocidad inicial las mediciones de los índices se hacen en periodos breves,

por tantos se acumula trazas de producto.

La velocidad inicial (Vi) de la reacción es la del índice hacia adelante.

Vi es proporcional a la concentración de enzima presente en exceso molar grande de sustrato.

La medición de la Vi permite estimar la cantidad de enzima en muestra biológica.

LA CONCENTRACION DE SUSTRATO AFECTA EL INDICE DE REACCIÓN

En condiciones de seudoprimer orden, la conducta de una enzima con varios sustrato imitara a la

de otra con uno solo, pero el índice observado dependerá de la constante de índice de K1 para la

reacción y de la concentración de sustrato(s).

A medida que la concentración de sustrato aumenta, para una enzima común, Vi aumenta hasta un

valor máximo (Vmax), hasta que la enzima se satura cuando la Vi ya no aumenta a pesar de seguir

aumentando la concentración de sustrato, en este caso dependerá de la rapidez de disociación del

producto con la enzima para combinarse con mas sutrato.

LAS ECUACIONES DE MICHAELIS - MENTEN Y DE HILL MODELAN LOS EFECTOS DE LA

CONCENTRACIÓN DE SUSTRATO

La ecuación de Michaelis – Menten

Relación entra la velocidad inicial y la concentración de sustrato [S]

Vmax [S]

Km + [S]

La constante Km de michaelis es la concentración de sustrato, Vi es la mitad de la Vmax

alcanzable a una concentración particular de enzimas.

La ecuación de Michaelis se da en 3 condiciones:

1) Cuando [S] es menor que Km .- donde Km + [S] es igual a la Km

En estas condiciones, Vi es proporcional a K[S], por ende Vi es directamente proporcional

a [S]

Vmax [S] Vmax

Km Km

: “aproximadamente igual a”

2) Cuando [S] es mucho mayor que Km.- el término Km + [S] es igual a [S]

En estas condiciones, la velocidad de la reacción es máxima (Vmax) y no está afectada

por aumentos adicionales de la concentración de sustrato.

Vmax [S]

[S]

3) Cuando [S] = Km

La velocidad inicial es la mitad de la velocidad máxima

Vmax [S]

2 [S]

Una forma lineal de la ecuación de Michaelis – Menten se usa para determinar Km y Vmax

Esta forma lineal permite extrapolar Vmax y Km desde datos de velocidad inicial obtenido a

concentraciones menores de sustrato sin necesidad de llegar a la saturación.

Vmax [S]

Km + [S]

Se invierte:

Km + [S]

Vmax [S]

Se factoriza:

Km [S]

Vmax [S] Vmax [S]

Se simplifica:

1 Km 1 1

Vi Vmax [S] Vmax

Es una ecuación para una línea recta expresada en el grafico de doble recíproco o de Lineweaver

– Burk, cuya mayor virtud es la facildad para determinar los mecanismos cinéticos de inhibidores

de enzima

La constante catalítica, K cat

La actividad de preparaciones de enzimas impuras o actividad específica (Vmax dividida entre la

concentración de proteína)

Para una enzima homogénea es posible calcular su número de recambio (Vmax divida entre los

mol de enzima presente), pero si se conoce el número de sitios activos presentes, la actividad

catalítica de una enzima homogénea se expresa mejor con su constante catalítica (K cat) (Vmax

dividida entre el número de sitios activos, S t)

V max

S t

Eficiencia catalítica, K cat / K m

Los beneficios de una K cat alta solo pueden obtenerse si la K m es suficientemente baja.

La eficiencia catalítica de enzimas se expresa mejor en términos de la proporción de estas 2

constantes cinéticas, K cat / K m.

Los ejemplos de enzimas para las cuales K cat / K m se aproxima al límite de difusión de

10 - 10 M s incluyen la triosafosfato isomerasa, anhidrasa carbónica, acetilcolinesterasa y

adenosina desaminasa.

La naturaleza a menudo sortea las limitaciones sobre K cat / K m impuestas por la difusión al

montar grupos de enzimas relacionadas para formar complejos de múltiples enzimas.

La K m puede aproximar una constante de unión

La afinidad de una enzima por su sustrato es la inversa de su constante de disociación (K d),

mientras menor es la disociación de la enzima y sustrato, mayor es la afinidad entre ambas.

La constante de michaelis K m a menudo aproxima la constante de disociación K d, esto no sucede

a menudo.

K -1

K 1

1 / K m solo aproxima a 1 / K d , cuando la asociación y disociación del complejo ES son rapidas

en comparación con la catálisis

LA ECUACIÓN DE HILL DESCRIBE LA CONDUCTA DE ENZIMAS QUE MUESTRAN UNIÓN

COOPERATIVA DE SUSTRATO

Algunas enzimas se unen a sus sustratos de una manera cooperativa, análoga a la unión de

oxígeno por la hemoglobina.

Esta conducta cooperativa es exclusiva de enzimas multiméricas que unen sustratos en múltiples

sitios.

Los enzimólogos emplean una representación gráfica de la ecuación de Hill, dispuesta en una

forma que predice una línea recta donde k´ es una constante compleja

Log Vi n log [S] – log K´

V max - Vi

El coeficiente de Hill es una pendiente de la línea “n”

Cuando n=1, todos los sitios se comportan de manera independiente , y se observa conducta

cinética de Michaelis – Menten simple, si n es más que 1 significa que la enzima muestra

cooperación positiva , cuanto más alto sea el grado de cooperación más sigmoideo será el gráfico

de Vi contra [S]

EL ANÁLISIS CINÉTICO DISTINGUE ENTRE INHIBICION COMPETITIVA Y NO COMPETITIVA

Los inhibidores de las actividades catalíticas enzimáticas proporcionan agentes farmacológicos y

recursos de investigación para el estudio del mecanismo de acción de las enzimas.

Los inhibidores pueden clasificarse con base en su sitio de acción en la enzima (modificación

química), o en los parámetros de cinética en los cuales influyen.

Desde un punto de vista cinético encontramos 2 clases de inhibidores con base en la superación o

no del aumento de la concentración de sustrato a la inhibición.

Los inhibidores competitivos típicamente semejan sustratos

Con el aumento de la concentración de sustrato se puede superar los efectos de los inhibidores

competitivos.

Las estructuras de estos inhibidores tiende a asemejarse a la estructura de un sustrato (análogos

de sustrato), lo cual le permite unirse y bloquear la porción de unión a sustrato del sitio activo.

Proceso dinámico en la formación y disociación del complejo E-I

E – I E + I

La constante de equilibrio (K i) es:

[E] [I] K i

[E – I] K –i

Un inhibidor competitivo actúa al disminuir el número de moléculas de enzimas libres disponibles

para unión a sustrato.

E – I

E

E – S

E + P

El aumento de la [S] disminuye la concentración del complejo E – I (eliminando la enzima libre

disponible) y aumenta la velocidad de la reacción.

Los gráficos del doble recíproco facilitan la evaluación de inhibidores

Estos gráficos distinguen entre inhibidores competitivos y no competitivos, y simplifican la

evaluación de constantes de inhibición .

La Vi se determina en presencia o no del inhibidor a varias concentraciones de sustrato.

Un inhibidor competitivo no tiene efecto sobre la V max pero aumenta la K´ m y la K m aparente

para el sustrato.

Se calcula Ki y los valores se usan para comparar diferentes inhibidores de la misma enzima,

mientras más bajo sea el valor de K i, más eficaz es el inhibidor.

Los inhibidores no competitivos simples disminuyen V max pero no afectan K m

E n la inhibición no competitiva, la unión del inhibidor no afecta la unión del sustrato, por ende se

forman tanto EI como EIS, pero aun pudiéndose unir a sustrato su eficiencia para transformarlo en

producto, expresado en V max está disminuida.

Estos inhibidores unen enzimas en sitios distintos del sitio d unión al sustrato, muestran poco o

ninguna semejanza con el susutrato.

Aquí la E y el complejo EI tienen afinidad idéntica por el sustrato, lo más complejo ocurre cuando la

unión del inhibidor afecta la afinidad de la enzima por el sustrato.

Gráfico de Dixon

Se emplea para determinar constantes de inhibición.

La V i se mide a varias concentraciones del inhibidor pero a una fija del sustrato (S).

Para un inhibidor competitivo o no competitivo simple, el grafico de 1/Vi contra la concentración del

inhibidor (I) da una línea recta.

En publicaciones farmacéuticas a menudo se emplean gráficos de Dixon para evaluar la potencia

comparativa de inhibidores competitivos.

IC50

Alternativa menos rigurosa y más frecuente para K i como una medida de la potencia inhibidora es

la concentración de inhibidor que produce inhibición de 50%.

El valor numérico de IC50 varía en función de las circunstancias específicas de la concentración de

sustrato, etc. (bajo la cual se determina)

Inhibidores estrechamente unidos

Cuando la concentración de inhibidor requerida para medir K i cae por debajo de la concentración

de enzima típicamente presente en una valoración, suponemos que una fracción del inhibidor está

presente como un complejo EI (unido con afinidad muy alta)

El análisis cinético de estos inhibidores muy unidos requiere de ecuaciones cinéticas

especializadas que incorporan la concentración de enzimas para estimar K i o IC 50 y distinguir

inhibidores competitivos y no competitivos estrechamente unidos.

Los inhibidores irreversibles “envenenan” enzimas

Varios inhibidores producen modificación (hacer o romper enlaces covalentes) química en la

enzima actuando de manera irreversible.

Una enzima “envenenada” por un inhibidor irreversible, como un átomo de metal pesado o un

reactivo acilante, permanece inhibida aun habiéndolo eliminado del medio circundante.

Inhibición basada en mecanismo

También llamados inhibidores “suicidas”.

Después de la unión al sitio activo, la catálisis por la enzima genera un grupo muy reactivo que

forma un enlace covalente con un residuo esencial y bloquea la función del mismo.

Los inhibidores suicidas son específicos para enzimas y no reactivo fuera de los confines del sitio

activo, importante para la creación de fármacos específicos para enzima.

CASI TODAS LAS REACCIONES CATALIZADAS POR ENZIMA COMPRENDE 2 O MAS

SUSTRATOS

Las enzimas tienen desde 1 hasta 2 o más sustratos productos, sin embargo los principios

fundamentales son aplicables para enzimas con único o múltiples sustratos.

La diferencia está en la expresión matemática donde para las de múltiples sustratos son más

complejas.

Aspectos comunes de conductas cinéticas para reacciones de 2 sustratos y 2 productos (“Bi – Bi”):

Reacciones secuenciales o de desplazamiento único

Reacciones donde ambos sustratos deben combinarse con la enzima formando un compuesto

ternario antes de la catálisisLas reacciones Bi-Bi secuenciales pueden distinguirse si los 2

sustratos se agregan al azar o en uno forzoso.

En orden al azar el sustrato A o el B pueden combinarse primero con la enzima para formar EA o

EB

En orden forzoso, A debe combinarse primero con E antes de que B pueda combinarse con EA, la

adición de A induce a un cambio conformacional en la enzima que alinea residuos que reconocen

B y se unen.

Reacciones de Ping – Pong

Estas reacciones comprenden catálisis covalente y una forma transitoria, modificada, de la enzima.

Las reacciones Bi-Bi de ping-pong son reacciones de doble desplazamiento. El grupo que se

transfiere primero es desplazado de A por la enzima para formar P y una forma modificada de la

enzima (F), la transferencia del grupo subsiguiente desde F hacia B que forma el producto (Q) y

regenera E, constituye el 2do desplazamiento.

Casi todas las reacciones Bi-Bi se conforman a la cinética de Michaelis – menten

Donde la Vmax se refiere al índice de reacción que se alcanza cuando ambos sustratos están

presentes a concentraciones que producen saturación.

El valor K m característico de un sustrato corresponde a la concentración que da la mitad de la V

max cuando el 2do sustrato está produciendo saturación.

Pueden usarse gráficos de doble recíproco para determinar V max y K m. La V i se mide como una

concentración de un sustrato (variable) mientras que la del otro (fijo) es constante.

Los estudios de inhibición del producto se usan para complementar análisis cinéticos y distinguir

entre reacciones Bi-Bi ordenas y al azar.

EL CONOCIMIENTO DE LA CINÉTICA, EL MECANISMO Y LA INHIBICION DE ENZIMAS,

AYUDAN A LA CREACIÓN DE FARMACOS

Muchos fármacos actúan como inhibidores de enzimas

Objetivo de la farmacología es identificar agentes que pueden:

1) Destruir o alterar el crecimiento, la invasividad o el desarrollo de agentes patógenos

invasores.

2) Estimular mecanismos de defensa endógenos

3) Suspender u obstaculizar procesos moleculares aberrantes desencadenados por estímulos

genéticos, con trastorno mínimo de las funciones celulares normales del huésped.

Gracias a sus diversas funciones fisiológicas y alto grado de selectividad de sustrato, las enzimas

constituyen blancos naturales para la creación de fármacos que son tanto potentes como

específicos.

La cinética enzimática define condiciones de investigación apropiadas

La cinética enzimática, tiene un papel crucial en el descubrimiento de fármacos, es necesario el

conocimiento de la conducta cinética enzimática para seleccionar condiciones de valoración

apropiadas que detectan con facilidad la presencia de un inhibidor.

También proporciona el medio para cuantificar y comparar la potencia de diferentes inhibidores y

definir su modo de acción.

Los inhibidores no competitivos son los más resaltantes ya que sus efectos nunca pueden

superarse por completo

Muchos fármacos se metabolizan in vivo

La enzimas presentes en el paciente o en el agente patógeno actúan sobre fármacos, dicho

proceso se denomina metabolismo de fármaco:

Por ejemplo: La penicilina y otros antibióticos beta-lactámicos bloquean la sintesis de la pared

celular en bacterias al envenenar (irreversible) la enzima alanil alanina carboxipeptidasa-

transpeptidasa, pero muchas bacterias producen beta-lactamasas que hidrolizan la función beta-

lactámica crucial en la penicilina y farmacos relacionados. Para superar la resistencia a

antibióticos, administrar de manera simultanea un inhibidor de beta-latamasa y un antibiótico beta-

lactámico.

También se requiere transformación metabólica para convertir un precursor farmacológico inactivo

(profármaco) en su forma biológica activa, el diseño y la administración eficaces de profármacos

requieren conocimientos de la cinética y mecanismos de las enzimas encargados de transformarlos

en sus formas biológicas activas.

CAPITULO 9

ENZIMAS: REGULACION DE ACTIVIDADES

IMPORTANCIA BIOMÉDICA

Gracias a Claude Bernard (regulación metabólica) y Walter Cannon (homeostasis), se sabe que los

organismos responden a cambios de sus ambientes externo e interno por medio de ajustes

balanceados y coordinados de los índices de reacciones metabólicas específicas.

El mantenimiento del equilibrio homeostático depende de la maquinaria de estímulo- respuesta que

si se altera puede ser nociva para la salud de seres humanos.

Ejemplos como: el cancer, la diabetes, fibrosis quística y la enfermedad de Alzheimer, se

caracterizan por disfunciones de la regulación desencadenadas por agentes patógenos o

mutaciones genéticas.

El conocimiento de los factores que controlan los indices de reacciones catalizadas por enzimas es

esencial para un entendimiento de la base molecular de la enfermedad.

LA REGULACION DEL FLUJO DE METABOLITOS PUEDE SER ACTIVA O PASIVA

Los valores de K m para enzimas guarda proporcion con la concentración intracelular promedio de

sus sustratos, por tanto los cambios de esta concentración generan cambios correspondientes del

flujo de metabolitos.

Las respustas a cambios de la concentración de sustrato de manera pasiva permite coordinar el

flujo de metabolitos y manterner la homeostasis en células quiescentes, pero con alcance limitado

para respuestas a cambios ambientales.

Los mecanismos que regulan la eficiencia de las enzimas de manera activa en respuestas a

señales interna y externas.

El flujo de metabolitos tiende a ser unidireccional

En las células vivas los productos de reacción sirven como sustratos para otras reacciones

catalizadas por enzimas, por ende las supuestas reacciones “reversibles” ocurren de manera

unidireccional

La sucesión de reacciones metabólicas acopladas se acompaña de un cambio global de la energía

libre que favorece el flujo unidireccional de metabolitos. Esto es análogo al flujo de agua a travez

de una tubería inclinada, donde hay pasos individuales catalizados por enzima (codos y vueltas).

El flujo de agua permanece unidireccional debido al cambio general de altura que es el cambio

general de la energía libre en una vía.

LA COMPARTAMENTALIZACIÓN ASEGURA EFICIENCIA METABÓLICA Y SIMPLIFICA LA

REGULACIÓN

Las vías anabólicas y catabólicas que interconvierten productos comunes pueden tener lugar en

compartimientos subcelulares específicos. Por ejemplo: los lisosomas que sirve como

compartiemiento para enzimas que degradan proteinas y polisacáridos, o tambien los mitocondrias

para la oxidación de acidos grasos.

La segregacion de vias metabólicas en celulas especializadas puede proporcionar

compartimentalización física adicional.

La capacidad de las enzimas para distinguir entre coenzimas similares como NAD+ y NADP+

tambien origina una forma de compartimentalización ya que segrega los electrones de NADH

(generación de ATP) a partir de los del NADPH (pasos reductivos de vias biosintéticas)

El control de una enzima que cataliza una reaccion limitante regula una vía metabólica

completa.

La enzima ideal para intervención reguladora es quella cuya cantidad o eficiencia catalítica dicta

que la reacción que cataliza sea lenta en comparación con todas las otras en la vía, por ende el

decremento de la eficiencia o cantidad de catalizador para la reacción limitante de la velocidad ,

reduce el flujo de metabolitos por toda la vía, y a la inversa.

Como “rectoras” naturales del flujo metabólico, las enzimas que catalizan pasos limitantes,

constituyen blancos eficientes para intervención reguladora de fármacos.

REGULACION DE LA CANTIDAD DE ENZIMA

La capacidad catalitica puede verse influenciada tanto al cambiar la cantidad de enzima presente

como al alterar su eficiencia catalítica intrinsica.

Las proteinas se sintetizan y degredan de manera continua

Schoenheimer dedujo que las proteinas del cuerpo se encuentran en estado de “equilibrio

dinámico” en el cual se estan sintetizando y degradando de manera continua (recambio de

proteina)

La cantidad absoluta de una enzima refleja el balance neto entre sus índices de síntesis y de

degradación. En seres humanos las alteraciones de la cifras de enzimas específicas pueden estar

afectadas por un cambio de la constante de índice para los procesos generales de sintesis (K s),

degradación (K deg) o ambos

Enzima

Aminoácidos

Control de la sintesis de enzima

La sintesis de ciertas enzimas depende de la presencia de inductores, sustratos o compuestos

relacinados (estructural) que inician su síntesis.

Un exceso de un metabolito puede restringir la síntesis de su enzima cognada por medio de

represión. Tanto la inducción como la represión implican elementos cis (DNA específicos de genes

regulados) y proteinas reguladoras que transactúan

La síntesis de otras enzimas puede estimularse mediante la unión de hormonas y otras señales

extracelulares a receptores celulares específicos.

Control de la degradación enzimática

En animales muchas proteinas se degradan por medio de la vía de la ubiquitina-proteasoma

Esta vía se encarga tanto de la degradación regulada de proteinas celulares seleccionadas, como

de la eliminación de especies proteínicas defectuosas o aberrantes. La vía dela ubiquitina-

proteasoma puede degredar de manera selectiva proteinas cuya integridad física y competencia

funcional han quedado comprometidas por la pérdida de un grupo prostético o por daño del mismo,

oxidación de residuos cisteina o histidina, o desaminación de residuos asparagina o glutamina.

Se cree que las disfunciones de la ubiquitina-proteasoma contribuyen a la acumulación de

especies proteínicas plegadas de modo aberrante, características de varias enfermedades

neurodegenerativas.

HAY MULTIPLES OPCIONES PARA REGULAR LA ACTIVIDAD CATALÍTICA

Los cambios de eficiencia catalítica intrinsica por unión de ligandos disociables (regulación

alostérica) o por modificación covalente logran regulación de la ctividad enzimática en segundos.

Los cambios de la concentración de proteinas satisfacen requisitos adaptativos a largo plazo,

mientras que los cambios de la eficiencia catalítica son mas idóneos para alteraciones rápidas y

transitorias del flujo de metabolitos

LOS EFECTORES ALOSTÉRICOS REGULAN CIERTAS ENZIMAS

La inhibición por retroalimentación se refiere a la inhibición de una enzima en una vía biosintética

por un porducto terminal.

Ejm:

A B C D

Las altas concentraciones de D inhiben la conversión de A en B. La inhibicion depende de la

capacidad de D para unirse s Enz 1 e inhibirla.

D se une a un sitio alostérico separado (espacial) del sitio catalítico de la enzima blanco, es decir D

actua como efector alostérico negativo de Enz1.

En una vía biosintética ramificada, las reacciones iniciales participan en la síntesis de multiples

productos terminales, donde cada producto inhibe por retroacción la secuencia de reacción lineal.

La cinética de inhibición por retroalimentación puede ser competitiva, no competitiva, parcialmente

competitiva o mixta. Los inhibidores por retroalimentación por lo general inhiben el primer paso

comprometido en una secuencia biosintética particular.

Cada producto terminal solo puede inhibir de manera parcial la actividad catalítica, el efecto de un

exceso de 2 o más productos terminales puede ser estrictamente aditivo o mayor que su efecto

individual (Inhibicion por Retroalimentación Cooperativa)

La aspartato transcarbamoilasa (ATCasa) es un modelo de enzima alostérica

La ATCasa, el catalítico para la primera reacción única para la biosíntesis de pirimidina, es un

blanco de regulación por retroalimentación por trifosfato de citidina (CTP) y trifosfato de Adenosina

( ATP).

El CTP, producto terminal de la vía biosintética de pirimidina, inhibe la ATCasa, mientras que el

ATP la activa.

Los sitios alostérico y catalítico son distintos desde el punto de vista espacial

Los inhibidores por retroalimentación no son isostéricos con un sustrato, sino alostéricos (ocupan

otro espacio). Las enzimas alostéricas son aquellas que tienen el sitio activo para la catálisis que

puede modularse por la presencia de efectores en un sitio alostérico.

Jacques Monod propuso la existencia de sitios alostéricos que son distintos desde el punto de vista

físico del sitio catalítico.

Esta hipótesis se ha confirmado por cristalografía con rayos X y mutagénesis dirigida hacia sitio, lo

que demuestra la existencia de sitios activos y alostéricos distintos desde el punto de vista espacial

sobre diversas enzimas.

Los efectos alostéricos pueden ocurrir sobre K m o sobre V max

Se hace referencia a 2 clases de enzimas reguladas: de la seria K y de la serie V.

Las alteraciones de K m y de V max se producen por cambios conformacionales en el sitio

catalítico inducidos por union del efector alostérico en su sitio

Para las enzimas alostéricas de la serie K, la cinética de saturación de sustratos es competitiva en

sentido de que K m esta incrementada sin un efecto sobre V max. El cambio conformacional puede

debilitar los enlaces entre sustrato y residuos.

Para enzimas alostéricas de la serie V, el inhibidor alostérico disminuye V max sin afectar la K m.

Si hay cambio conformacional su efecto primario es alterar la orientación o la carga de residuos

catalíticos, lo que genera un decremento de V max.

LA REGULACIÓN POR RETROALIMENTACIÓN NO ES SINÓNIMO DE INHIBICIÓN POR

RETROACCIÓN

Los productos terminales de una reacción producen “retroalimentación” de su propia síntesis y

aveces la controlan por medio de de inhibición por retroacción de una enzima biosintética

temprana.

La regulacion por retroalimentación es un termino fenomenológico desprovisto de inferencias

mecanísticas e inhibición por retroalimentación es el mecanismo para la regulación de la actividad

enzimática

Ejm: el colesterol de la dieta aminora la síntesis hepática de colesterol, esta regulación por

retroacción no incluye inhibición por retroacción.

MUCHAS HORMONAS ACTUAN MEDIANTE SEGUNDOS MENSAJEROS ALOSTERICOS

Los impulsos nerviosos y la unión de hormonas a receptores de superficie celular, desencadenan

cambios del indice de reacciónes catalizadas por enzimas dentro de celulas blanco, al inducir

liberación o síntesis de efectores alostéricos especializados llamados segundos mensajeros (3´,5´-

cAMP; 3´,5´-cGMP y los polifosfoinositoles) cuya participación es importante en procesos de

regulación celular. El primer mensajero es considerado la hormona o el impulso nervioso.

LAS MODIFICACIONES COVALENTES REGULADORAS PUEDEN SER REVERSIBLES O

IRREVERSIBLES

Las formas más frecuentes de modificación covalente reguladora son proteolisis parcial y

fosforilación.

La proteolisis constituye una modificación irreversible dado que los organismos carecen de la

capacidad de volver a unir 2 porciones de una proteina producidas por hidrólisis de un enlace

peptídico.

La fosforilación es un proceso de modificación reversible, por ejemplo la fosforilación de proteinas

den residuo serilo, treonilo o tirosilo, catalizada por proteinas cinasa, es favorecida desde el punto

de vista termodinámico.

LAS PROTEASAS PUEDEN SECRETARSE COMO PROENZIMAS INACTIVAS DESDE EL

PUNTO DE VISTA CATALÍTICO

Las proproteinas.- ciertas proteinas son sintetizadas como proteinas precursoras inactivas

La proteólisis selectiva convierte una proproteina por medio de uno o más “cortes” proteolíticos

sucesivos en una forma que mustra la actividad característica de la proteina madura, por ejemplo

su actividad enzimática.

Ejemplos:

Insulina (proinsulina), pepsina (pepsinógeno), tripsina (tripsinógeno), colágeno (procolágeno)

Las proenzimas facilitan la movilización rápida de una actividad en respuesta a demanda

fisiológica.

La síntesis y secreción de proteasas como proenzimas inactivas en el aspecto catalítico, protege al

tejido de origen contra autodigestión .

La formación de coagulo de sangre, la disolución de coagulo y la reparación del tejido, solo se

ponen en marcha en respuesta a necesidades fisológicas o fisiopatológicas apremiantes.

Las enzimas necesarias de manera intermitente pero con rapidez se secretan en forma inactiva,

puesto que la sintesis nueva de las proteinas requeridas podría ser insuficientemente rápida para

responder a la perdida de sangre

La activación de la proquimotripsina requiere proteólisis selectiva

La proteólisis selectiva suele originar cambios conformacionales que “crean” el sitio catalítico de

una enzima.

Los cambios conformacionales de la proteólisis selectiva de la proquimotripsina

(quimotripsinógeno) alinean los 3 residuos de la red de transmision de carga lo que forma el sitio

catalítico

LA MODIFICACIÓN COVALENTE REVERSIBLE REGULA ENZIMAS CLAVES DE MAMÍFERO

Las modificaciones covalentes (glucosilación, hidroxilación y acilación) introducen características

estructurales singulares en proteinas recien sintetizadas.

Entre las modificaciones covalentes que regulan la función de las proteinas, la más frecuente es la

fosforilación-desfosforilación.

Una célula de mamífero típica posee miles de proteinas fosforiladas y varios cientos de proteinas

cinasas y proteinas fosfatasas que catalizan su interconversión. La facilidad de interconversión de

enzimas entre sus formas fosfo- y desfosfo- , explica la frecuencia en que la fosforilación y

desfosforilación ocurren como un mecanismo para el control regulatorio. La fosforilación-

desfosforilación permite alterar las propiedades funcionales de la enzima afectada solo durantes el

tiempo que satisfaga una necesidad específica.

La fosforilación influye sobre la eficiencia catalítica intrínsica de una enzima o sobre otras al inducir

cambios conformacionales.

La modificación covalente regula el flujo de metabolitos

Tanto la fosforilación-desfosforilación como la inhibición por retroalimentación proporcionan

regulación a corto plazo, facilmente reversible, del flujo de metabolitos en respuesta a señales

fisiológicas específicas.

La fosforilación-desfosforilación y la inhibición por retroalimentación actuan sobre las primeras

enzimas de una secuencia metabólica larga y a menudo biosintética, y ambas actuan en sitios

alostéricos más que catalíticos.

LA FOSFORILACION DE PROTEINA ES EN EXTREMO VERSATIL

La función enzimática afectada a menudo es la eficiencia catalítica de la proteina, la fosforilación

tambien puede alterar su ubicación dentro de la célula, la suceptibilidad a la degredación

proteolítica, o la capacidad de respuesta a regulación por ligandos alostéricos.

La fosforilación y desfosforilación en cualquier sitio puede catalizarse por multiples proteinas

cinasas o proteina fosfatsas, ambas actuan sobre varias proteinas y se interconvierten en forma

activa e inactiva.

En redes reguladoras complejas, las enzimas individuales muestran respuesta a diferentes señales

ambientales.

La capacidad de muchas proteinas cinasas y proteinas fosfatasas para marcar a más de una

proteina proporcionan un medio para una señal ambiental con el fin de regular de manera

coordinada múltiples procesos metabólicos.

EVENTOS REGULADORES INDIVIDUALES SE COMBINAN PARA FORMAR REDES DE

CONTROL COMPLEJAS.

Para mantener la homeostasis y satisfacer las demandas de estas, las enzimas interconvertibles y

las enzimas de las cuales depende la interconversión están enlazadas para formar redes

reguladoras integradas, un ejemplo claro de este tipo de red es el cilco de las células eucaritoas

que controla la división celular.