ENZIMAS REGULADORAS

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UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE SINALOA 
FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICO-BIOLÓGICAS 
 
"Enzimas reguladoras" 
 
Asignatura: Bioquímica estructural 
 
Docente: Eduardo Armienta Aldana 
 
Alumna: Liliana Emayanin López García 
 
Grado y grupo: 2-6 
 
 
 
Grado y grupo: 2-6 
 
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ÍNDICE 
 
Regulación enzimática ............................................................................................ 3 
Control genético ................................................................................................... 3 
Modificación covalente ........................................................................................ 3 
Regulación alostérica .............................................................................................. 5 
Compartimentación ................................................................................................. 7 
Referencias ............................................................................................................. 8 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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REGULACIÓN ENZIMÁTICA 
Los seres vivos tienen mecanismos sofisticados para regular sus extensas redes de 
vías bioquímicas. La regulación es esencial por varias razones: 
1. Mantenimiento de un estado ordenado. La regulación de cada vía da lugar a 
la producción de las sustancias que se requieren para mantener la estructura y 
la función celulares de forma oportuna y sin desperdiciar recursos. 
2. Conservación de la energía. Las células se aseguran de consumir sólo los 
nutrientes suficientes para satisfacer sus requerimientos de energía mediante 
un control constante de las reacciones que la generan. 
3. Capacidad de respuesta a los cambios ambientales. Las células pueden 
realizar ajustes relativamente rápidos a los cambios de temperatura, pH, fuerza 
iónica y concentración de nutrientes, debido a que pueden aumentar o disminuir 
las velocidades de reacciones específicas. 
 
CONTROL GENÉTICO 
La síntesis de enzimas en respuesta a variaciones de las necesidades metabólicas, 
un proceso que se denomina inducción enzimática, permite a las células responder 
de forma eficiente a los cambios en su ambiente. Por ejemplo, las células de E. coli 
cultivadas sin el azúcar lactosa no pueden metabolizar al principio este nutriente 
cuando se introduce en el medio de cultivo de la bacteria. Sin embargo, la 
introducción de lactosa en ausencia de glucosa activa los genes que codifican las 
enzimas necesarias para utilizar la lactosa como fuente de energía. Tras consumirse 
toda la lactosa, se interrumpe la síntesis de estas enzimas. 
MODIFICACIÓN COVALENTE 
Algunas enzimas son reguladas por la interconversión reversible entre sus formas 
activa e inactiva. Estos cambios de función son producidos por varias 
modificaciones covalentes. Muchas de estas enzimas poseen residuos específicos 
que pueden ser fosforilados y desfosforilados. Por ejemplo, la fosforilasa de 
glucógeno cataliza la primera reacción de la degradación del glucógeno, una 
molécula que almacena energía en forma de carbohidratos. En un proceso 
controlado por hormonas, la forma inactiva de la enzima (fosforilasa de glucógeno 
b) se convierte a la forma activa (fosforilasa de glucógeno a) por adición de un grupo 
fosfato a un residuo específico de serina. Otros tipos de modificación covalente 
reversible son la metilación, la acetilación y la nucleotidilación (la adición covalente 
de un nucleótido). Varias enzimas se sintetizan y almacenan en forma de 
precursores inactivos denominados proenzimas o zimógenos. Éstos se convierten 
en las enzimas activas por la rotura irreversible de uno o varios enlaces peptídicos. 
Por ejemplo, el quimotripsinógeno se produce en el páncreas. Tras ser secretado 
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hacia el intestino delgado, se convierte en su forma activa que se encarga de digerir 
las proteínas de los alimentos en varios pasos. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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REGULACIÓN ALOSTÉRICA 
En cada vía bioquímica hay una o más enzimas cuya actividad catalítica puede 
modularse (p. ej., aumentarse o reducirse) mediante unión de moléculas efectoras. 
Esta unión de ligandos a los sitios alostéricos de tales enzimas induce rápidos 
cambios de conformación que pueden incrementar o reducir su velocidad de unión 
al sustrato. La gráfica de una reacción catalizada por una enzima alostérica difiere 
de las que corresponden a enzimas que siguen la cinética de Michaelis-Menten. En 
lugar de ello, la curva de velocidad es sigmoidea. Si el ligando es el mismo que el 
sustrato (p. ej., si la unión de un sustrato favorece la unión de más sustrato), se dice 
que los efectos alostéricos son homotrópicos. En los efectos heterotrópicos 
intervienen ligandos moduladores, que son diferentes del sustrato. La mayoría de 
las enzimas alostéricas son enzimas multisubunitarias con múltiples sitios de unión 
a sustratos y efectores. Dos modelos teóricos, el concertado y el secuencial, 
intentan explicar el comportamiento de las enzimas alostéricas. En el modelo 
concertado (o simétrico), se supone que la enzima sólo existe en dos estados: T 
(tenso) y R (relajado). Los activadores se unen a la conformación R y la estabilizan, 
mientras que los inhibidores hacen lo propio con la conformación T. El término 
concertado se aplica a este modelo porque se cree que las conformaciones de todas 
las subunidades proteínicas cambian de manera simultánea cuando se une el 
primer efector. (Este rápido cambio concertado de la conformación mantiene la 
simetría global de la proteína.) La unión de un activador desplaza el equilibrio a favor 
de la forma R. Un inhibidor desplaza el equilibrio hacia la conformación T. El modelo 
concertado explica algunas propiedades de las enzimas alostéricas, pero no todas. 
Por ejemplo, explica la cooperatividad positiva, en la cual el primer ligando 
incrementa la unión de ligandos subsiguientes, pero no la cooperatividad negativa, 
un fenómeno observado en enzimas en las que la unión de un primer ligando reduce 
la afinidad de la enzima por ligandos semejantes. Además, el modelo concertado 
no permite conformaciones híbridas. Dos ejemplos de enzimas cuyo 
comportamiento parece ser consistente con el modelo concertado son la 
transcarbamoilasa de aspartato (ATCasa) de E. coli y la fosfofructocinasa (PFK). La 
ATCasa cataliza el primer paso de una vía de reacción que conduce a la síntesis 
del nucleótido pirimídico llamado trifosfato de citidina (CTP) (fi g. 6.23). El CTP actúa 
como inhibidor de la actividad de la ATCasa. Desplaza la curva de velocidad a la 
derecha, lo que indica un incremento de la Km aparente de la ATCasa, que 
corresponde a una menor velocidad de actividad de la enzima a una concentración 
dada de sustrato. La inhibición de la ATCasa por medio de CTP es un ejemplo de 
inhibición por retroalimentación negativa, el proceso en el cual el producto de una 
vía inhibe la actividad de una enzima al principio o casi al principio de una vía 
bioquímica, o en un punto de ramificación. El nucleótido púrico ATP actúa como 
activador. La activación de la ATCasa por ATP es lógica porque la biosíntesis de 
ácidos nucleicos requiere cantidades relativamente iguales de nucleótidos púricos 
y pirimídicos. Cuando la concentración de ATP es mayor que la de CTP, se activa 
la ATCasa. Cuando la concentración de ATP es menor que la de CTP, el efecto neto 
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sobre la ATCasa es de inhibición. La fosfofructocinasa cataliza una reacción 
importante de la glucólisis: la transferencia de un grupo fosfato desde el ATP al 
grupo OH del C-1 de la fructosa-6-fosfato. 
La fosfofructocinasa está formada por cuatro subunidades idénticas, cada una con 
un sitio activo y varios sitios alostéricos. El estado Rde la enzima es estabilizado 
por ADP y AMP (un indicador sensible del agotamiento de ATP y de la necesidad 
de energía de la célula). El estado T es estabilizado por moléculas como el ATP y 
otras, que son indicadores de que la energía celular es alta. En el modelo 
secuencial, propuesto inicialmente por Daniel Koshland, la unión de un ligando a 
una subunidad flexible de una proteína multisubunitaria induce un cambio de 
conformación que se transmite de manera sucesiva a las subunidades adyacentes. 
El modelo secuencial más elaborado da cabida a conformaciones intermedias que 
tal vez sean representaciones más realistas del funcionamiento de algunas 
enzimas. El modelo también incluye la cooperatividad negativa (la unión de un 
ligando a una subunidad induce cambios de conformación en subunidades 
adyacentes que hacen menos probable la unión de ligandos). Por lo tanto, se puede 
considerar al modelo secuencial como un modelo general que explica todas las 
posibilidades alostéricas. Desde este punto de vista, el modelo concertado es sólo 
un ejemplo simple del modelo secuencial. Hay dos aspectos importantes de la 
regulación alostérica que deben destacarse. Primero, los modelos concertado y 
secuencial son modelos teóricos, es decir, el comportamiento de muchas proteínas 
alostéricas parece más complejo de lo que explica cualquiera de esos modelos. Por 
ejemplo, la unión cooperativa del O2 a la hemoglobina (la proteína alostérica más 
estudiada) parece exhibir características de ambos modelos. La unión del primer 
O2 inicia una transición concertada T → R que implica pequeños cambios de 
conformación de cada subunidad (una característica del modelo secuencial). 
Además, se han observado especies de hemoglobina con sólo uno o dos O2 unidos. 
Un segundo aspecto, más importante, es que no hay reglas simples que expliquen 
la regulación metabólica. Por ejemplo, han fracasado los intentos de incrementar el 
flujo metabólico de ciertas vías en organismos como levaduras mediante 
manipulaciones que incrementen la síntesis de enzimas alostéricas. (El flujo es la 
velocidad de recambio de moléculas en una vía.) Sólo se observaron aumentos de 
flujo cuando todas las enzimas en la vía se incrementaron. Parece ser que la 
regulación de una vía es el resultado de aportaciones regulatorias que en mayor o 
menor grado hacen todas las enzimas o la mayoría de ellas. 
 
 
 
 
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COMPARTIMENTACIÓN 
La compartimentación, creada por la infraestructura celular, es un recurso 
importante para regular reacciones bioquímicas, porque la separación física hace 
posible el control independiente. La intrincada arquitectura interna de las células 
contiene compartimentos (p. ej., los organelos de las eucariotas) y micro 
compartimentos de diversos tipos (p. ej., enzimas individuales o complejos 
multiproteínicos unidos a membranas o a fi lamentos citoesqueléticos). La 
compartimentación celular resuelve varios problemas interrelacionados: 
 1. División y control. La separación física de reacciones en mutua competencia 
(p. ej., aquellas en las que una revierte lo hecho por otra, como en el caso de las 
cinasas y las fosfatasas) permite una regulación coordinada que impide el derroche 
de recursos. 
2. Barreras a la difusión. En el interior hacinado de las células, la difusión de 
moléculas de sustrato es un factor potencialmente limitante de las velocidades de 
reacción. Las células evitan este problema creando microambientes en los que se 
concentran las enzimas y sus sustratos, y mediante la canalización de metabolitos, 
que es la transferencia de moléculas de producto de una enzima a la siguiente en 
un complejo multienzimático. 
3. Condiciones de reacción especializadas. Determinadas reacciones requieren 
de un ambiente con propiedades únicas. Por ejemplo, el bajo pH dentro de los 
lisosomas facilita las reacciones hidrolíticas. 
4. Control de daños. La segregación de productos potencialmente tóxicos de las 
reacciones protege a otros componentes celulares. El control metabólico global 
requiere la integración de todas las vías bioquímicas de la célula, lo que se logra en 
parte mediante mecanismos de transporte que transfieren metabolitos y moléculas 
de señal entre los compartimentos. 
 
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Referencias 
Trudy McKee, J. T. (2015). Bioquimica. Las bases moleculares de la vida (Vol. 
Quinta edición). México: McGRAW-HILL INTERAMERICANA EDITORES, 
S.A. de C. V.