BIOLOGÍA (08) del CBC Cátedra Nasazzi (apuntes tomados en 2004) Clase 07

BIOLOGÍA (08)

CBC

Ciclo Básico Común

Tomados en el 2º cuatrimestre del año 2004.
Profesora: Susana Hernández
Cátedra: Nasazzi
Comisión: 10801
Lunes y jueves de 14 a 17 horas.
Sede Montes de Oca 1200
4º piso, aula 42
Ciudad Autónoma de Buenos Aires
República Argentina
Apuntes tomados como oyente.

ADVERTENCIA: Este material no ha sido producido por los docentes de la Cátedra. Este material ha sido producido por un oyente, por iniciativa propia y de modo independiente. Es una reconstrucción de los apuntes tomados como oyente. Cualquier error, ya sea conceptual, terminológico o de otra índole, no le compete a los docentes de la Cátedra.

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Clase 7

Jueves 09/09/2004

Recordemos que la afinidad es la tendencia que tiene la enzima a unirse con el sustrato. Los inhibidores disminuyen la formación del producto. Cambia la capacidad que tiene la enzima, de formar producto. El sitio activo es el lugar donde se une el sustrato. Son aminoácidos que pueden actuar (interactuar) con el sustrato.

La mayoría de los inhibidores son tóxicos ajenos al organismo, que ingresaron al organismo accidentalmente.

Vamos a poner el ejemplo de la glucosa como sustrato y la fructosa como inhibidor competitivo.

Regulación enzimática

La regulación enzimática es muy importante para las células. No todas las reacciones ocurren en el mismo momento. Las vías metabólicas ayudan a la regulación de las reacciones químicas. Una vía metabólica son los pasos que siguen las reacciones químicas encadenadas.

Generalmente las reacciones son encadenadas.

A B C D

Para formar D a partir de A se requieren varios pasos. A es el sustrato de la vía y D es el producto final de la vía. B y C son intermediarios de la vía.

Cada paso tiene su enzima correspondiente.

Estos procesos se regulan, regulando alguno de los pasos. Es decir, algunas de las enzimas, generalmente las primeras, pueden ser regladas, a modo de ejemplo activándolas. Esto ocasiona la reacción en cadena. Para cortar o acelerar la reacción, se estimula o no los iniciadores (regulables) de la vía metabólica.

En este caso la vía metabólica es ramificada. Por lo tanto, si quiero llegar a L en lugar de llegar a F, debo anular en E. Esto permite que se produzca L pero no se produzca F.

Se puede regular la actividad y se puede regular la cantidad.

Regulación	Actividad de la enzima
	Cantidad de la enzima

Regular la actividad es lograr que la enzima trabaje o que la enzima no trabaje, sin afectar la presencia de la enzima. Regular la cantidad es disponer que haya más cantidad de enzima o menos cantidad de enzima, para permitir o no permitir una reacción. El mecanismo de regular la cantidad de enzima es más lento que el mecanismo de regular la actividad de la enzima.

Mecanismos para regular la actividad

Mecanismos para regular actividad enzimática	Regulación alostérica (reversible)
	Modificación covalente (reversible)
	Activación de zimógenos por proteólisis limitada (irreversible)
	Disponibilidad de sustrato
	Compartimentalización
	Disponibilidad de cofactor

Para regular la actividad están los reguladores alostéricos.

El regulador alostérico encaja perfecto en el sitio alostérico. El sitio alostérico es un sitio distinto al sitio activo.

El regulador alostérico puede ser un activador o un inhibidor. Es decir, puede ser regulador positivo o negativo. Al unirse el inhibidor y la enzima, se alteran las uniones débiles de la proteína (enzima). Esto provoca un cambio en la conformación de la proteína y altera su función.

Cambia la conformación y por lo tanto baja su afinidad por el sustrato. Por lo tanto baja la cantidad de producto. Si en lugar de inhibidor es un activador, entonces favorece la afinidad de la enzima porque mejora el sitio activo para el sustrato. Es la inversa del inhibidor.

Ejemplo en la glucólisis (vía metabólica). Hay enzimas regulables, el sustrato es la glucosa, el producto es ATP. Si se quiere que la glucosa no se degrade, entonces el ATP mismo actúa como inhibidor. Se llama feedback negativo, retroalimentación negativa o retroinhibición. Cuando hay poco ATP no llega a afectar a la degradación de la glucosa; pero cuando se acumula ATP inhibe la glucólisis. La afinidad por el ATP es menor a la afinidad por el sustrato glucosa. Se llama inhibición por producto final.

Al gastarse el ATP se crea ADP. Cuando falta energía, la cantidad de ADP es mayor a la cantidad de ATP. El ADP entonces puede funcionar como activador (a la inversa que el ATP). La carga energética es el nivel de ATP o ADP en el organismo. El ADP necesario para iniciar la formación de ATP se llama precursor. La activación por ADP se denomina activación por precursor.

Las uniones alostéricas son débiles. Todos estos son modelos alostéricos de regulación enzimática. El regulador debe estar cerca de la enzima y la señal es intracelular, es local.

Mecanismo de modificación covalente

Como ejemplo tenemos la fosforilación y la desfosforilación, es decir, la unión o eliminación de fosfatos. Los mecanismos alostéricos son mediante uniones débiles. Pero en la modificación covalente se trata de uniones fuertes. Reacción de fosforilación:

Esta reacción de fosforilación requiere un catalizador. La enzima que cataliza se llama proteína quinasa (enzima que fosforila a la otra enzima). Al fosforilarse la enzima cambia su estructura primaria, en el sentido de que uno de sus aminoácidos queda unido covalentemente a un fosfato. Sin embargo el cambio no es grande en la estructura primaria, es despreciable. El fosfato tiene carga negativa, cambia la forma de la proteína (enzima). Cambia su estructura tridimensional. Esto modifica la actividad de la proteína (enzima). Puede activarla o desactivarla. Para revertirlo hace falta una reacción química inversa, la hidrólisis, que se denomina desfosforilar.

La enzima que cataliza la desfosforilación es la enzima fosfatasa (enzima que desfosforila a otra enzima).

A modo de ejemplo para fabricar glucógeno, hay que unir glucosa. El glucógeno se fabrica cuando sobra la energía (al ingerir alimento). Se degrada el glucógeno cuando se hacen ejercicios o estando en ayunas. Las hormonas indican si se ha ingerido alimento o si no se ha ingerido, porque las hormonas son mensajeros químicos. Este mecanismo covalente responde principalmente a señales hormonales. Para que la activación mediante fosforilación se realice, debe estar activa la enzima quinasa que se encarga del proceso de activación. Para que la inactivación mediante desfosforilación se realice, debe estar activa la enzima fosfatasa que se ocupa del proceso de inactivación. La regulación por modificación covalente, fosforila o desfosforila, dependiendo de las señales hormonales.

Otro mecanismo para regular la cantidad es la activación de zimógenos por proteólisis limitada.

Los zimógenos son enzimas que se fabrican en forma inactiva. Los zimógenos son precursores de enzimas. Recién trabajan en el momento y lugar en que se necesitan. Se activan por proteólisis. La proteólisis es la rotura de proteínas. Al zimógeno se le corta un pequeño fragmento. Proteólisis completa brinda aminoácidos. La proteólisis es limitada, se le corta (quita) una pequeña porción de aminoácidos.

Se cambia la estructura primaria y, eso permite que el sustrato se pueda unir a la enzima.

Para realizar la proteólisis se necesita una enzima proteasa que rompa el zimógeno. El proceso es irreversible. Hay enzimas que son peligrosos, como las enzimas digestivas, porque degradan todo lo que encuentran. Por lo tanto se las fabrica como zimógenos y, no están activas hasta que estén en contacto con el alimento que deben degradar. La activación de la primera enzima proteasa desencadena la activación de las otras. La primera se activa por el pH ácido del estómago. No es común el zimógeno en el interior de la célula.

Regulación de la cantidad

Se trata de fabricar más enzima o fabricar menos enzima. La información para armar proteínas están en el ADN. Si la proteína no está hay que fabricarla.

Se debe copiar la información del trozo respectivo de ADN, en el que está la información de cómo armar la proteína. Se copia en forma de ARNm y, al proceso de copiar el ADN para obtener el ARNm, se lo denomina transcripción. Luego, utilizando como molde el ARNm obtenido, se arma la proteína mediante un proceso denominado traducción.

A lo que se denomina regulación genética es a esta regulación de los genes, que se expresan siendo copiados y traducidos. Lo que se regula es la transcripción (proceso de obtener el ARNm copiando un trozo de ADN). Puede suceder que una enzima no se esté fabricando y que pase a fabricarse, proceso denominado inducción (aumenta la traducción). Evitar que un gen se transcriba se denomina represión (disminuir la transcripción de ADN). La mayoría de las regulaciones de este tipo son en la transcripción. Hay pocos casos en que la regulación actúa sobre la traducción. Se responde a señales hormonales, nutricionales, etcétera.

El mecanismo de regulación genética es para enzimas que no se necesitan mucho.

Hay enzimas constitutivas y enzimas adaptativas. Las enzimas constitutivas son las que están presentes siempre. Las enzimas adaptativas son las que aparecen solamente cuando se las necesita, son las que están genéticamente reguladas. La mayoría de las enzimas son constitutivas.

La cantidad de enzimas en el organismo también se puede regular por la velocidad de degradación de la enzima. Es decir, la velocidad, a la que la enzima se degrada, su vida media. Todas las enzimas tienen una vida media y, se puede inducir a que una enzima se degrade más rápido. Las enzimas que se degradan rápido pueden tener la regulación de degradación en su misma estructura primaria., en la secuencia de sus aminoácidos

Otra forma de regular la vía metabólica es por disponibilidad de sustrato. Algunas enzimas necesitan un ayudante denominado coenzima. Por lo tanto, también hay regulación por disponibilidad de cofactor.

Imaginemos que dentro de la mitocondria hay una ruta metabólica. El sustrato entonces deberá entrar a la mitocondria para unirse a las enzimas. Es decir que el sustrato y la enzima están en distintos compartimentos (de la célula). Este tipo de regulación se denomina compartimentalización.

Mediante todos estos mecanismos se controla que unas vías metabólicas funcionen y otras vías metabólicas no lo hagan.

Vamos a hacer un ejercicio (sobre enzimas) de la guía de estudios. Dice que en una célula ocurre la siguiente serie de reacciones:

Cuando se estudia la actividad de la enzima E₁ en el laboratorio, se obtiene la curva "a" del gráfico de abajo y en presencia de alta concentración de D se obtiene la curva "b". Nos pide explicar las distintas partes de la curva "a" especificando de qué tipo de curva se trata, y que comentemos y justifiquemos la regulación de esta vía metabólica.

Se trata de una curva sigmoidea. Los productos B y C son reguladores positivos de la enzima. Sin embargo D compite y no se alcanza la velocidad máxima aunque no disminuye la afinidad, porque es un inhibidor no competitivo. Se trata de regulación por producto final.

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