BIOQUIMICA - ERA I - helen grijalbao

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BIOQUÍMICA - Er�1
ENZIMAS
(pág 125 - Blanco)
→ DEFINICIÓN:
Las PROTEÍNAS son biomoléculas (polímeros/polipéptidos) formada por monómeros
(aminoácidos).
Entre las funciones de las proteínas está la de actuar como un BIOCATALIZADOR.
Las ENZIMAS (macromoléculas) son CATALIZADORES BIOLÓGICOS/biocatalizadores
proteicos que INCREMENTAN/ACELERAN la VELOCIDAD de una REACCIÓN QUÍMICA
necesaria para la sobrevivencia celular.
→ NOMENCLATURAS:
Las enzimas se nombran con el sufijo -ASA, precedido de un prefijo que indica el TIPO DE
REACCIÓN que cataliza y en caso particular el nombre del sustrato en que actúa.Ej:
SUSTRATO = PIRUVATO ; REACCIÓN = OXIDACIÓN del piruvato (pierde H); NOMBRE =
Piruvato deshidrogenasa.
● CATALIZADOR: es un acelerador; incrementa la velocidad de una reacción. Pueden
ser orgánicos (ej: enzimas) o inorgánicos.
● CATÁLISIS: es el proceso que aumenta la velocidad de una reacción química.
● VELOCIDAD ENZIMÁTICA: es la cantidad de materia que se transforma en unidad de
tiempo; es la rapidez que un sustrato se transforma.
● COFACTOR: es una molécula NO proteica (minerales, sales, íons, vitaminas)
necesaria para que la catálisis ocurra.
● SUSTRATO: son la moléculas (ej: glucosa, lípido, proteínas, aminoácidos, iones) sobre
las cuales actúan las enzimas y que van sufrir una transformación. Al sufrir cambios
en su estructura atómica y en sus enlaces químicos, los sustratos se convierten en
PRODUCTOS.
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→ FUNCIÓN ENZIMÁTICA:
● CATALIZAN REACCIONES: las enzimas son macromoléculas que catalizan
reacciones químicas termodinámicamente posibles. Es un catalizador capaz de acelerar
la reacción SIN formar parte de los productos finales NI desgastarse en el proceso.
OBS: la reacción química NO depende de las enzimas para ocurrir, o sea, no es
la enzima que cría la reacción. La reacción existe naturalmente pero son lentas.
● ACELERAN LA VELOCIDAD: las enzimas incrementan/aceleran la velocidad de las
reacciones químicas que son naturalmente LENTAS.
● AMBIENTE FAVORABLE: las enzimas van proporcionar un ambiente favorable para la
combinación de los sustratos de una reacción.
→ CARACTERÍSTICAS DE LAS ENZIMAS:
● REACCIÓN ENZIMÁTICA: una reacción química mediada por una enzima se
denomina como reacción enzimática.
● ESPECÍFICA: la enzima tiene que tener alta especificidad por UN SOLO
SUSTRATO, pero NO es ABSOLUTO (reconoce similar; carácter heterogéneo de la
catálisis enzimática). La especificidad le permite distinguir con gran selectividad entre
diferentes sustancias.
- Ejemplo 01: la HEXOKINASAS es una enzima de la familia “transferasa”,
denominada “kinasas” cuya función es catalizar la transferencia de grupos
funcionales del tipo fosforilo. Son específicas para las HEXOSAS
(monosacárido de 6 carbonos - glucosa, manosa, fructosa, galactosa.
- Ejemplo 02: la GLUCOKINASAS es una enzima de la familia “transferasa”,
denominada “kinasas”.Son específicas para la GLUCOSA (es un
monosacárido de 6 carbonos del tipo aldosa)
● SENSIBLES A TEMPERATURA (son termolábiles): las enzimas frente a un cambio de
temperatura pueden sufrir cambios conformacionales, ocasionando una
DESNATURALIZACIÓN con pérdida de su función biológica (deja de funcionar como
catalizador).
● REGULADAS: existen mecanismos que regulan la actividad enzimática con la
finalidad de COORDINAR sus procesos metabólicos.
● NO SE CONSUMEN: las enzimas no se consumen en la reacción catalizada, o sea, se
conserva inalterada al final de la reacción (OBS: no se consumen pero pueden
SATURARSE en caso de tener un gran aumento de sustratos).
● SATURABLES: las enzimas son saturables. Mientras están generando el producto no
pueden seguir procesando la molécula más rápido que ellas pueden.
● CONCENTRACIONES MÍNIMAS: las células no tienen que producir grandes
cantidades de enzimas una vez que estas funcionan en concentraciones mínimas.
● REDUCEN/ CONSUMEN LA ENERGÍA DE ACTIVACIÓN (Ea): las enzimas
DISMINUYEN la energía de activación (Ea) para que la reacción sea más rápida.
- ENERGÍA DE ACTIVACIÓN: es la barrera energética que separa el sustrato del
producto. Impide que la reacción ocurra, o sea, es la cantidad de energía que la
reacción debe superar para ocurrir.
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> energía de activación = > tiempo para para S convertir en P
< energía de activación = < tiempo para para S convertir en P
● GENERA ENERGÍA DE FIJACIÓN/CATALÍTICA: cuando la enzima se une al sustrato,
se genera una cantidad de energía de fijación/catalítica.
- PODER CATALÍTICO: el poder catalítico de la enzima proviene del
aprovechamiento de la energía de fijación.
● NO ALTERAN LA CONSTANTE DE EQUILIBRIO: las enzimas no modifican la
constante de equilibrio de la reacción.
- CONSTANTE DE EQUILIBRIO (Keq): no es criado por las enzimas; va
determinar la DIRECCIÓN de la reacción:
UNIDIRECCIONAL (irreversible) →
BIDIRECCIONAL (reversible) ↔
→ ESTRUCTURA ENZIMÁTICA:
La mayoría de los BIOCATALIZADORES son ENZIMAS (biocatalizadores proteicos).
OBS: Hay también biocatalizadores NO proteicos que son ACIDOS NUCLEICOS,
denominado RIBOZIMAS (ARN → median la traducción y síntesis de proteína).
Las enzimas son proteínas de ESTRUCTURA TERCIARIA GLOBULAR y tienen esta
conformación una vez que la actividad de la enzima está determinada por su estructura
TRIDIMENSIONAL para acomodar el sustrato específico.
→ CENTRO ACTIVO/ SÍTIO CATALÍTICO:
La enzima presenta un centro activo/sitio catalítico que es un ambiente propicio/particular
para ocurrir la catálisis; es donde se interactúa con los sustratos.
CARACTERÍSTICAS del centro activo:
- TAMAÑO PEQUEÑO: el centro activo representa una pequeña porción de
aminoácidos (Aa). Hay aminoácidos de UNIÓN (son los que fijan los sustratos) y
aminoácidos CATALÍTICOS (son encargados de acelerar las reacciones; utilizan la
energía de fijación).
- SE FIJA ESPECÍFICAMENTE AL SUSTRATO
- ESTRUCTURA TRIDIMENSIONAL: el centro activo presenta una estructura
tridimensional para el reconocimiento de la molécula de SUSTRATO.
❏ MODELO LLAVE y CERRADURA:
las moléculas son
complementarias (cargas/uniones
iónicas). El “S” se encaja al centro
activo de la enzima como llave y
cerradura. Esto permite entender la
especificidad que tiene la enzima.
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❏ MODELO ENCAJE INDUCIDO/ADAPTACIÓN: la enzima y el “S” NO son
complementarios ANTES que se produzca la unión del “S” al Centro
Activo y sí cuando está formado el Complejo Enzima-Sustrato (ES). Luego,
a medida que el “S” va ingresando al centro activo, este sufre un cambio
conformacional para favorecer la interacción ES.
→ COFACTORES ENZIMÁTICOS:
Para FUNCIONAR, las enzimas requieren/necesita de algunas MOLÉCULAS ORGÁNICAS
e INORGÁNICAS PEQUEÑAS NO PROTEICAS, que funcionan en conjunto a la enzima en
el proceso catalítico (ENZIMA CONJUGADA).
Las enzimas conjugadas se denominan HOLOENZIMAS y están formadas por:
- APOENZIMA: es la parte proteica; es la enzima SIN el cofactor.
- COENZIMA: es la parte NO proteica (molécula organica u inorganica)
HOLOENZIMA = APOENZIMA + COENZIMA
COFACTOR INORGÁNICOS (metaloenzimas): son los SALES y METALES como el Zn,
Mg, Fe, Cu, K, Mn, Mo, Ca, Se, Ni.
COFACTOR ORGÁNICOS: están dados por VITAMINAS (liposolubles) y reciben el nombre
de acuerdo con el TIPO DE UNIÓN (coenzima o grupo prostético):
- COENZIMA: es el cofactor vitamínico orgánico unido por enlace débil (unión no
covalente). Permite una unión reversible entre enzima y cofactor. Son los que
UNEN y se SEPARAN. Un ejemplo de coenzima por excelencia es el NAD
(nicotinamida adenina dinucleótido).
- GRUPOS PROSTÉTICO: es el cofactor vitamínico orgánico unido por enlace
fuerte (unión covalente). Permite una unión irreversible entre enzima y cofactor.
Están UNIDOS PERMANENTEMENTE. Un ejemplo de grupo prostético por
excelencia es el FAD (Flavina adenina dinucleótido).
Obs: Los cofactoresorgánicos (coenzima o grupo prostético) son moléculas que ACEPTAN
o CEDEN HIDRÓGENOS al sustrato (deshidrogenasas).
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→ CLASIFICACIÓN DE LAS ENZIMAS:
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● OXIRREDUCTASAS:
Catalizan reacciones de OXIDORREDUCCIÓN/ REDOX. Requieren la presencia de
COFACTORES (NAD+, NADP+, FAD, FMN) que ACEPTAN (ganan) o CEDEN
(pierden) los ELECTRONES (e-) y HIDRÓGENO (H+).
❏ OXIDACIÓN = es la pérdida de electrones y de H+
❏ REDUCCIÓN = es la ganancia de electrones y de H+
Macete: GRuPO (quien Gana se Reduce; quien Pierde se Oxida)
● TRANSFERASAS
Catalizan la TRANSFERENCIA de un GRUPO FUNCIONAL (grupo de átomos),
como amina, carboxilo, carbonilo, metilo, acilo, glicosilo, fosfato y grupos
monocarbonados. Hay transferencia desde un sustrato considerado DONANTE a
otro compuesto que es el ACEPTOR.
Ej: Aminotransferasas y KINASAS
Las KINASAS: son enzimas que catalizan la transferencia de grupos
FOSFORILO. Hay un dador (ATP) y un aceptor (ej: una proteína) que sufre la
fosforilación.
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● HIDROLASAS
Catalizan la RUPTURA DE ENLACES (covalentes/fuertes) C - O ; C - N; C-S y O -
P por ADICIÓN DE AGUA. Introduce una molécula de agua en el sitio de rotura
(hidrólisis). Ej: glucosidasas (rompe enlaces covalente “o-glucosídico” de los
disacáridos y polisacáridos) , lipasas (rompe enlaces covalente “éster” de los lípidos
conjugados), peptidasas, acetilcolinesteasa, ribonucleasa.
● LIASAS
Catalizan la RUPTURA de uniones covalentes C - C ; C - S y C - N pero SIN ir
acoplados a sustancias de alto valor energético .Ej: descarboxilasas (elimina una
molécula de CO2), deshidratasas (elimina una molécula de H2O), aldosas (elimina
un Aldehído), sintasas.
● ISOMERASAS
Interconvierten isómeros (son moléculas idénticas, que poseen los mismo
componentes atómicos pero están organizados de manera diferente).
Las isomerasas catalizan PROCESOS DE REORDENAMIENTOS
INTRAMOLECULAR (posicionan los átomos a diferentes maneras, generando otra
molécula). Ej: Epimerasas; Mutasas.
● LIGASAS
Catalizan la UNIÓN de 2 moléculas acopladas con la
hidrólisis de un enlace de ATP. Son enzimas que catalizan
reacciones donde se forman un enlace covalente que gasta
ATP. Ej: Sintetasas, Carboxilasas.
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→ CINÉTICA ENZIMÁTICA:
La cinética enzimática están relacionados con la VELOCIDAD de la reacción.
Utilizan 03 modelos:
➢ MICHAELIS-MENTEN - Curva hiperbólica
➢ LINEWEAVER-BURK - Gráfico de las INVERSAS/ Dobles recíprocas
➢ ALOSTÉRICA - Curva SIGMÓIDE
FACTORES QUE MODIFICAN UNA REACCIÓN MEDIADA POR ENZIMAS:
❏ pH : el aporte H + (carga positiva) y OH- (carga negativa) . El pH va de 0 a 14, y el
pH=7 significa que es neutro (las cantidades de H+ y de OH- son iguales). Cuando
el pH llega a extremos, provocan desnaturalización de la enzima y por ende su
inactivación.
❏ TEMPERATURA: como consecuencia del incremento en energía cinética, la
velocidad de una reacción aumenta cuando la temperatura asciende. Cuando la
actividad enzimática ultrapasa el valor óptimo (alrededor de los 37 grados), la
actividad cae rápidamente. Alrededor de los 60 grados la mayor parte de las
enzimas son inactivadas completamente (perde la estructura y desnaturaliza). A
temperaturas bajas la enzima no pierde su estructura pero afecta su velocidad).
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❏ Aumentando la CONCENTRACIÓN/CANTIDAD DE LA ENZIMA:
Cuanto mayor la cantidad de enzimas, consecuentemente hay mayor cantidad de
sustrato catalizados y más cantidad de productos liberados (actividad enzimática).
La concentración de PRODUCTOS aumenta de forma
LINEAL a la cantidad/concentración de enzimas. Si se
busca que una reacción acelere (aumento de
velocidad) es necesario que aumente la síntesis de
enzimas.
❏ Aumentando la CONCENTRACIÓN/CANTIDAD DE SUSTRATO
(CURVA MICHAELIS MENTEN):
Cuando la cantidad de enzima (actividad) es suficiente para la
cantidad/concentración de sustrato (cantidad es baja de “S”), la actividad enzimática
crece en forma lineal a la concentración de sustratos (va aumentando en el gráfico).
Pero llega a un punto que la cantidad de Sustrato es ALTA y las enzimas se
SATURAN (= Vmáx) o sea, que todos los centros activos de las enzimas ya están
ocupados (hay + sustratos do que enzimas) y esto genera una CONSTANTE (la
curva tiende a ser hipérbola).
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CURVA de MICHAELIS-MENTEN
Según la CURVA de MICHAELIS-MENTEN, hay 02 parámetros cinéticos:
Las ENZIMAS MICHAELIANAS (son MONOMÉRICAS) siguen la cinética
HIPERBÓLICA una vez que sigue los parámetros:
● Velocidad máxima (Vmáx): es el punto en que la enzima está saturada y
ya no puede convertir “S” en “P”. La velocidad máxima varía de enzima para
enzima.
● La constante de Michaelis (Km): es la concentración/cantidad de
sustrato [S] necesaria para alcanzar la MITAD de la Velocidad máxima de la
enzima (½ Vmax). Siempre tiene que ser un número positivo. Si utiliza la KM
para indicar la afinidad de la Enzima por el Sustrato .
OBS: Los corchetes indican concentración; ejemplo:
[E] es concentración de enzimas; [S] es concentración
de sustrato.
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¿QUÉ ES LA ALTA AFINIDAD DE LA ENZIMA POR SU SUSTRATO?
Cuanto MENOS SUSTRATO [Km bajo] para alcanzar su ½ velocidad máxima, indica que la
enzima tiene alta afinidad por el sustrato.
¿QUÉ ES LA BAJA AFINIDAD DE LA ENZIMA POR SU SUSTRATO?
Cuanto MÁS SUSTRATO [Km alto] para alcanzar su ½ velocidad máxima, indica
que la enzima tiene menos afinidad por el sustrato.
Ej: un KM = 2 (tiene mayor afinidad) contra un KM = 8 (tiene menor afinidad)
El KM y la afinidad son inversamente proporcionales:
● Km bajo = Afinidad alta
● Km alto = Afinidad baja
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➢ GRÁFICO DE LAS INVERSAS/ LINEWEAVER-BURK
En laboratorio es muy difícil trabajar con esta forma matemática del KM (curva
hiperbólica del gráfico de Michaelis) y así se utiliza un otro método matemático (con
una recta) que hace más sencillo por medio del GRÁFICO DE LAS
INVERSAS/DOBLES RECÍPROCAS/LINEWEAVER-BURK (la inversa es 1 sobre
el número que quiere invertir; Ej: la inversa de 2 es ½ que = 0,5).
Este gráfico lleva la misma información que el gráfico de Michaelis pero es más fácil
de entender y de encontrar las informaciones.
Se usan dos informaciones (son de signos negativos):
-1/ Km y -1/Vmax
En el ejemplo abajo (derecha) utilizamos en -1/Km el valor de -3 pero con la
ecuación matemática, se encuentra el real valor de Km que en el ejemplo es Km =
0,33.
En el ejemplo abajo (izquierda) utilizamos en -1/Vmax el valor de -4 pero con la
ecuación matemática, se encuentra el valor real de Vmáx que en el ejemplo es Km =
0,25.
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→ INHIBIDORES ENZIMÁTICOS
(sirven para enzimas MONOMÉRICAS; enzimas que son MICHAELIANAS)
Son moléculas que inhiben la enzima micheliana (no la permite trabajar, no va poder
convertir “S” en “P”, así la cantidad de producto va a bajar). Hay inhibidores naturales que
son necesarios para el funcionamiento del cuerpo.
Obs: INHIBICIÓN (agregado de una molécula; la enzima queda intacta) es diferente de
INACTIVACIÓN (condiciones físicas del ambiente que desnaturaliza la enzima).
Hay 02 tipos de familia de inhibidores de acuerdo con su comportamiento de unión :
● INHIBIDORES IRREVERSIBLES: hace que la enzima sea inhibina
PERMANENTEMENTE. El cuerpo NO TIENEN naturalmente estos inhibidores. Son
hechos en el laboratorio (venenos; pesticidas; fármacos).
● INHIBIDORES REVERSIBLES: son fisiológicos. No son permanentes. Se unen y
se separan. Son de 2 tipos:
- INHIBIDORES REVERSIBLES COMPETITIVOS:
El inhibidor va “competir” con el sustrato por el sitio activo.
Presenta una analogía estructural con el sustrato para poder ingresaral sitio activo
de la enzima. O entra uno o entra el otro.
Si un inhibidor es competitivo, disminuirá la velocidad de reacción cuando hay
más inhibidor y POCO sustrato, pero si hay mucho sustrato, este "ganará". Es decir,
la enzima de cualquier forma puede alcanzar la velocidad máxima de reacción
siempre que haya suficiente sustrato. En ese caso, casi todos los sitios activos de
casi todas las moléculas de enzima estarán ocupadas por el sustrato en lugar del
inhibidor.
Va ocurrir una modificación en la KM una vez que el inhibidor está molestando el
sitio activo. En presencia del inhibidor va haber PEORA en la afinidad (el número de
Km va ser ALTA/aumenta). No hay cambio en la Vmax (se mantiene constante; pasa
en el mismo punto con o sin inhibidor).
La recta con inhibidor (roja) se levanta.
Ej: -1/Km sin inhibidor es -4 será = 0,25
-1/Km con inhibidor es -2 será = 0,5
RESUMEN de la inhibición competitiva: 1) Inhibidor reversible; 2) Compiten
con el Sustrato por el sitio activo; 3) Es un análogo estructural del Sustrato; 4)
Es una inhibición reversible si hay el aumento del sustrato; 5 )hay
MODIFICACIÓN de la KM; 6) Baja la afinidad; 7) se puede alcanzar la Vmax.
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- INHIBIDORES REVERSIBLES NO COMPETITIVOS:
El inhibidor no bloquea la unión del sustrato con el sitio activo, sino que se pega a
otro sitio (sitio alostérico) y evita que la enzima haga su función.
Se dice que esta inhibición es "no competitiva" porque el inhibidor y el sustrato
pueden estar unidos a la enzima al mismo tiempo.
Si un inhibidor es no competitivo, la reacción catalizada por la enzima jamás llegará
a su velocidad de reacción máxima normal, incluso en presencia de mucho sustrato.
Esto se debe a que las moléculas de enzima que están unidas al inhibidor no
competitivo están "bloqueadas" y no pueden hacer su función, independientemente
de la cantidad disponible de sustrato.
Va ocurrir una modificación en la Vmáx una vez que la velocidad máxima
DISMINUYE (habrá menos producto). No hay cambio en la Km (se mantiene
constante; pasa en el mismo punto con o sin inhibidor).
La recta con inhibidor (roja) se levanta.
Ej: 1/Vmáx sin inhibidor es 4 será = 0,25
1/Vmáx con inhibidor es 8 será = 0,125
RESUMEN de la inhibición competitiva: 1) Inhibidor reversible; 2) Inhibidor
en sitio alternativo; 3) hay MODIFICACIÓN de la Vmáx; 4) La KM permanece
inalterada; 5) NO se puede alcanzar la Vmax mismo que se agregue más
sustrato (pq está incapacitada de producir produto)
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➢ENZIMAS ALOSTÉRICAS - CURVA SIGMOIDE
Como visto, las enzimas monoméricas se comportan cineticamente de acuerdo a la
CURVA de MICHAELIS-MENTEN (hiperbólicas)
La CURVA SIGMOIDEA describe la cinética de las ENZIMAS OLIGOMÉRICAS (más
de 2 monómeros; estructura cuaternaria) y si va a denominar ENZIMAS
ALOSTÉRICAS y la curva de la VELOCIDAD presenta una forma sigmoidal.
Las enzimas alostéricas tienen un efecto COOPERATIVO y funcionan a través de
UNIONES REVERSIBLES, NO COVALENTES, de compuestos denominados
MODULADORES ALOSTÉRICOS (generalmente son metabolitos o cofactores).
La COOPERATIVIDAD de estas enzimas se da por medio de sus subunidades que
ejercen interacciones mutua.
Pueden estar en:
- estado TENSO = BAJA la afinidad (modulador/
regulador alostérico negativo)
- estado RELAJADA = AUMENTA la afinidad
(modulador/ regulador alostérico positivo).
Tienen INHIBIDORES y también ESTIMULADORES
ALOSTÉRICOS.
Ejemplos de enzimas alostéricas:
- Vía GLICOLÍTICA: Hexoquinasa;
Fosfofructoquinasa; Piruvatoquinasa
- Biosíntesis de LÍPIDOS: Acetil~CoA carboxilasa
- Biosíntesis de NUCLEOTIDOS PIRIMIDICOS (C; T): Aspartato Transcarbamilasa
(ATcasa)
- Degradación de AMINOÁCIDOS: Glutamato deshidrogenasa
- Ciclo de KREBS: Citrato sintasa; Isocitrato; A-cetoglutarato deshidrogenasa.
→ REGULADORES ENZIMÁTICOS:
La regulación enzimática es importante una vez que un organismo debe poder coordinar su
metabolismo por la homeostasis (autorregulación). Así, puede “adaptarse” a cambios de
PH, TEMPERATURA, ENERGÍA.
El METABOLISMO es un conjunto de reacciones enzimáticas (sistema multienzimático),
coordenadas, organizadas, reguladas que poseen funciones y cumple roles importantes
dentro de las células.
ENZIMAS → REACCIONES ENZIMÁTICAS → VÍAS METABÓLICAS → METABOLISMO
Tipos (4) de regulación (MODIFICAN LA ACTIVIDAD DE LA ENZIMA; inhibe y estimula):
- REGULACIÓN COVALENTE (involucra la
actividad)
- REGULACIÓN ALOSTÉRICA (involucra
la actividad)
- REGULACIÓN GÉNICA (involucra la
cantidad)
- CLIVAJE PROTEOLÍTICA
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❏ REGULACIÓN / MODIFICACIÓN COVALENTE (fosforilación/desfosforilación)
Es la regulación que se da sobre las ENZIMAS MICHAELIANAS (monoméricas) y las
ENZIMAS ALOSTÉRICAS (oligoméricas).
Esta regulación covalente es el AGREGADO o SEPARACIÓN de un GRUPO FUNCIONAL
(el principal es del GRUPO FOSFATO ; hay también el ADP-ribosa ) a ciertos aminoácidos
de una enzima, con el objetivo de CAMBIAR la ACTIVIDAD (enzima estar
“apagada/inactiva” o “prendida/activa”).
Los grupos fosfato no se pueden pegar a cualquier parte de una proteína y por eso
usualmente se unen a los 3 aminoácidos que tienen grupo oxidrilo (-OH) en sus cadenas
(tirosina, serina, treonina).
● ENZIMA FOSFORILADA (recibió en “P”): El GRUPO FOSFATO se une a
aminoácidos específicos (son fosforilables): TIROSINA, SERINA, TREONINA. Para
que haya el agregado del fosfato, es necesario otra enzima que haga esta acción.
Así, la transferencia de un grupo fosfato es catalizada por la enzima KINASA (su
función es fosforilar). La kinasa saca el fosfato del ATP (se convierte en ADP) y
dona a la enzima que necesita ser fosforilada (regulada).
● ENZIMA DESFOSFORILADA (sacó el “P”): la fosforilación NO es permanente y
para que un grupo fosfato sea SEPARADO de la enzima, es necesario la acción de
la enzima de la FOSFATASA.
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❏ REGULACIÓN / MODIFICACIÓN ALOSTÉRICA
Es la regulación que se da SOLAMENTE sobre las ENZIMAS ALOSTÉRICAS
(oligoméricas), donde sus subunidades utilizan del cooperativismo.
En general, la regulación alostérica, es cualquier forma de regulación donde la molécula
reguladora (un activador o un inhibidor) se une a una enzima en algún lugar diferente al
sitio activo. El lugar de unión del regulador se conoce como sitio alostérico.
OBS: la HEMOGLOBINA no es una enzima pero es una proteína tetramérica (estructura cuaternaria) que utiliza esta
regulación.
Cuando la enzima está en la forma TENSA, significa que está en estado INHIBIDO.
Cuando la enzima está en la forma RELAJADA, está en estado ACTIVO.
Para esto, es necesario que la enzima tenga REGULADORES ALOSTÉRICOS que puede
ser POSITIVO o NEGATIVO:
● Regulador/Modulador positivo (+) : estimula la actividad = está RELAJADA
● Regulador/Modulador negativo (-) : inhibe la actividad = está TENSA
REGULADORES ALOSTÉRICOS: son moléculas orgánicas reversibles que se unen a
otro sitio que denomina SITIO / CENTRO ALOESTÉRICOS
Ejemplos de moléculas que pueden
ser reguladores alostéricos: ADP;
ATP; NAD+; NADH; CITRATO.
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❏ REGULACIÓN / MODIFICACIÓN GÉNICA
Es una regulación más LENTA porque involucra en la síntesis (cantidad) de las enzimas
(son CODIFICADAS GENÉTICAMENTE [en el núcleo celular])
Es una regulación que AUMENTA o DISMINUYE la CANTIDAD DE ENZIMA.
Si necesita aumentar la actividad enzimática, esta regulación va realizar una INDUCCIÓN
GÉNICA:
● 1º Induce/favorece la transcripción de la enzima (es necesario los FACTORES DE
TRANSCRIPCIÓN)
● 2º El ARNm va traducir
● 3º Haberá la síntesis de la enzima
Si necesita disminuir la actividad enzimática, esta regulación va realizar una REPRESIÓN
GÉNICA haciendo con que no haya la expresión génica (a nivel del ADN) y por ende no va
ocurrirla transcripción, la traducción y la síntesis.
❏ REGULACIÓN POR CLIVAJE PROTEOLÍTICO
Es una regulación para enzimas que están en lugares MUY ESPECÍFICOS, como:
● Enzimas DIGESTIVAS
● Enzimas de la CASCADA DE LA COAGULACIÓN
● Enzimas de la CASCADA DEL COMPLEMENTO
Estas enzimas, cuando son sintetizadas, son liberadas de forma INACTIVA (“apagada”) y se
denominan ZIMÓGENO/ PROENZIMA (ej: amilasa, proteasa, lipasas, pepsinógeno).
Estas enzimas SOLO SE ACTIVAN cuando llegan al SITIO DE ACCIÓN.
Para que se activen es necesario que se CLIVE/CORTE el sitio que está inactivando la
enzima (es una proteolisis = corte de una proteína) y es irreversible.
→ ISOENZIMAS
Las isoenzimas son enzimas que difieren en la secuencia de aminoácidos, o sea, tienen
diferentes características físico-quimicos y estructural, pero CATALIZAN LA MISMA
REACCIÓN QUÍMICA y el mismo sustrato
Estas enzimas suelen mostrar diferentes parámetros cinéticos (diferentes valores de KM), o
propiedades de regulación diferentes.
EJEMPLO: la LACTATO DESHIDROGENASA (LDH) es una isoenzima que tiene la función
de catalizar la conversión de PIRUVATO en LACTATO, convirtiendo el NADH en NAD+.
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MECANISMO DE ACCIÓN DE RECEPTORES
COMUNICACIÓN CELULAR
La comunicación celular es la capacidad que tienen las células de INTERCAMBIAR
informaciones fisicoquímicas con el medio ambiente y con otras células.
Se transmiten informaciones para promover o modificar RESPUESTAS celulares en otras
células.
Las respuestas celular pueden ser:
- EXCITATORIAS (ej: contracción muscular; inflamación).
- INHIBITORIA
- MODULADORAS (ej: función de aprendizaje y memoria)
En esta comunicación va haber:
- Célula EMISORA: es la que emite la mensaje (ej: células que sintetizan las hormonas:
- MENSAJE/SEÑAL: suele ser una hormona; se denomina LIGANDO y se va unir a un
receptor específico de la célula receptora (ej: hormonas, neurotransmisores, citoquinas,
factores de crecimiento, moléculas de adhesión)
- Célula RECEPTORA (blanco; target): es la que tiene un “receptor” (suele ser una
glucoproteína) en su membrana celular.
- RECEPTOR: se une específicamente al ligando.
→ ETAPAS de la comunicación:
- 1º Síntesis celular del mensajero químico (ligando/señal) por la célula emisora.
- 2º Secreción del mensajero: ocurre en la célula emisora.
- 3º Transporte del mensajero hasta la célula receptora
- 4º Detección/recepción del mensajero (senãl/ligando) por la célula receptora
- 5º Transducción de señal: es el proceso en que la SEÑAL que llega del exterior, se
convierte en una respuesta celular que ocurre intracelular.
- 6º Eliminación/ degradación de la senãl: ocurre en la célula receptora; es la
interrupción del proceso.
FASE INTERCELULAR Liberación del mensajero hasta la llegada a la célula
receptora.
FASE INTRACELULAR Son todos los procesos y mensaje que implica en la
respuesta celular.
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→ TIPOS DE COMUNICACIÓN:
- COMUNICACIÓN ENDOCRINA: por medio de
HORMONAS
La célula emisora (glándula endocrina: pituitaria, tiroides,
páncreas, hígado, gónadas) está LEJOS de la célula receptora.
Sus LIGANDOS (señal; libera hormonas) son transportadas por la
SANGRE.
- COMUNICACIÓN PARACRINA: ejemplo -
NEUROTRANSMISORES
La célula emisora está CERCA (no están pegadas) de la
célula receptora. El LIGANDO actúa localmente para
influir en el comportamiento de células vecinas. Permite a
las células coordinar sus actividades de manera local con
sus vecinas.
- COMUNICACIÓN AUTOCRINA: ejemplo -
LINFOCITOS del sistema inmune.
La célula responde a señales moleculares que ella mismo produce.
- COMUNICACIÓN YUXTACRINA o
dependiente de contacto.
La célula emisora está CERCA y EN CONTACTO (uniones
tipo gap) con la célula receptora. Ej: contracción de las
células musculares cardiacas.
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→ TIPOS DE MENSAJEROS / LIGANDOS:
Los ligandos (moléculas) son producidos por células señalizadoras e interactúan con los
receptores al interior o exterior de las células diana.
CLASIFICACIÓN DE ACUERDO A SU NATURALEZA QUÍMICA
● LIGANDOS LIPOSOLUBLES:
Son los que atraviesan la membrana celular y se
unen a receptores intracelulares en el núcleo o
en el citoplasma.
Son los ligandos hidrofóbicos (insolubles en
agua; en la sangre viajan por medio de una
proteína transportadora [albúmina]), por ende,
PUEDEN ATRAVESAR la membrana celular
(fosfolípidos).
OBS: mismo que el nombre sea “liposolubles”,
tenemos moléculas que son y otras que no son
de origen lipídicas.
- UBICACIÓN DE SU RECEPTOR:
Funcionan por medio de un receptor
intracelular que favorece la transcripción
de genes.
- EJEMPLOS:
❏ HORMONAS ESTEROIDES (derivan del colesterol): como el CORTISOL,
CORTISONA, ALDOSTERONA, VITAMINA D, TESTOSTERONA,
ESTRÓGENO.
❏ HORMONAS NO ESTEROIDES (no son lipídicas pero tampoco son solubles
en H2O): como TIROXINA (T3 y T4), los ÁCIDOS RETINOICOS, los GASES
(ej: el ÓXIDO NÍTRICO).
● LIGANDOS HIDROSOLUBLES:
Son los ligandos solubles en agua que son polares (hidrofilicos) y NO PUEDEN
ATRAVESAR la membrana plasmática con facilidad, así que la mayoría de ellos se
une a los receptores extracelulares de superficie celular.
Necesario 1º mensajero (extracelular) y 2º mensajero (intracelular)
- UBICACIÓN DE SU RECEPTOR: Funcionan por medio de un receptor
extracelular (en la superficie de la membrana plasmática) y necesita de un
segundo mensajero intracelular.
- EJEMPLOS: son las hormonas de origen PROTEICA (pueden ser
polipéptidos y las aminas): INSULINA, GLUCAGÓN, ADH, OXITOCINA,
ANGIOTENSINA, ENDORFINA, FACTORES DE LIBERACIÓN
HIPOFISARIA, FACTORES DE CRECIMIENTO.
OBS: ellas NO entran en la célula; van a generar una señal y este es transmitido (genera
una cascada de señalización).
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→ TIPOS DE RECEPTORES: son siempre PROTEÍNAS
● RECEPTORES INTRACELULARES (interior de la célula):
Son proteínas que se ubican en el CITOPLASMA o en el NÚCLEO.
Se unen a los ligandos LIPOSOLUBLES que difunden fácilmente por la membrana
plasmática.
● RECEPTORES DE MEMBRANA (de superfície)
Son proteínas transmembranas que se ubican a lo largo de la MEMBRANA
PLASMÁTICA.
Se unen a los ligandos HIDROSOLUBLES.
Realiza CAMBIOS RÁPIDOS (ej: permeabilidad de iones; activación o inhibición
enzimática) y/o CAMBIOS LENTOS (el: velocidad de expresión génicas).
Utilizan distintos mecanismos de transducción de señales:
- Receptor asociado a un canal iónico: IONOTRÓPICOS
- Receptores asociado a metabolitos: METABOTRÓPICO. Se subdividen en :
❏ Receptores asociados/acoplados a PROTEÍNA G
❏ Receptores con ACTIVIDAD ENZIMÁTICA: pueden ser Extrínsecos
o Intrínsecos.
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RECEPTORES DE MEMBRANA (ligando hidrosoluble)
RECEPTOR DE MEMBRANA IONOTRÓPICOS
Son receptores de membrana (proteínas transmembrana) y que actúan como un CANAL
IÓNICO. y por ende, son encargados del pasaje de IONES.
Están involucrados en el control de la contracción muscular y en la transferencia de la
información nerviosa.
Para que el canal se abra, es necesario que el ligando se una a él y cuando se separa, en
canal se cierra.
Ejemplos de Receptores ionotrópicos:
- COLINÉRGICOS del tipo nicotínicos: son receptores específicos de los ligando
ACETILCOLINA (apertura de canales de Na+).
- RECEPTORES GABA: son receptores para el ligando GABAérgicos A
RECEPTOR DE MEMBRANA METABOTRÓPICOS
Son receptores que sus 2º MENSAJEROS van AMPLIFICAR LA SEÑAL para optimizar la
respuesta. Son de 02 tipos: los ASOCIADOS a PROTEÍNA G y los que tienen ACTIVIDAD
ENZIMÁTICA.
→ RECEPTORES METABOTRÓPICO ASOCIADOS A PROTEÍNA G
Son receptores proteicos que pertenecen a la familia de receptores de 7 dominios
transmembrana (son muy largos y atraviesan la membrana 7 veces) y están
UNIDAS/ACOPLADAS a una proteínas llamada PROTEÍNA G.
¿Qué son las PROTEÍNAS G ? → Receptor Metabotrópico
Hay 03 tipos de proteínaG que si diferencian de acuerdo su subunidad α
como la (ejemplos: GS, Gi y Gq).
Una proteína G unida a GTP está activa o "encendida", mientras que si
está unida a un GDP, estará inactiva o "apagada".
Las proteínas G que se asocian a GPCR (receptor) están compuestas por
TRES SUBUNIDADES (ALFA, BETA, GAMMA) conocido como
PROTEÍNAS G HETEROTRIMÉRICAS.
La unión del ligando al receptor (GPCR) hace que la subunidad α de la
proteína G, que tenía unido en su sitio un GDP, lo libere/ se desprenda,
quedando este sitio vacío y que posteriormente va ser ocupado por una
nueva molécula que de esta vez será un GTP.
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Al recibir el GTP, la proteína G se libera del receptor y se divide en
dos piezas (subunidad α que está activa,y la otra consiste de las
subunidades β + γ), lo que desencadena una vía de señalización que
conduce una respuesta.
Finalmente la subunidad α hidroliza el GTP a GDP, lo que inactiva la
proteína G.
OBS: las subunidad α ACTIVAS (o sea, unida a GTP), tiene ACTIVIDAD
ENZIMÁTICA INTRÍNSECA (autorregulación - es para ella mismo), una
vez que es una GTPasa y así puede HIDROLIZAR GTP (pasar GTP a
GDP), volviendo a su estado inactivo y todas subunidades unidas.
¿CUALES SON LOS TIPOS DE SUBUNIDAD ALFA (α) QUE TIENEN LAS
PROTEÍNAS G?
Las PROTEÍNAS G son de 03 tipo: Gs, Gi y Gq. Cada una de ellas presenta una subunidad
α, que tienen una función distinta:
- αs (Alfa s): tiene la función de ESTIMULAR una enzima (ej: Adenilato Ciclasa). Es
antagónica a la αi. Ejemplos de LIGANDOS que actúan por medio de un receptor
acoplado a una Proteína GS = GLUCAGÓN, ADRENALINA (Rβ).
- αi (Alfa i): tiene la función de INHIBIR una enzima. Inactivan la ADENILATO
CICLASA (actúa contra la acción del αS). Ejemplos de LIGANDOS que actúan por
medio de un receptor acoplado a una Proteína Gi =: α2-adrenérgicos, colinérgicos
M2.
- αq (Alfa q): tiene la función de ESTIMULAR la FOSFOLIPASA C beta.
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CASCADA PROTEÍNA GS :ejemplo de actuación del LIGANDO GLUCAGÓN
1º El GLUCAGÓN (ligando hidrosoluble) al unirse a su
receptor específico, hace que envíe una información
(cambio conformacional) a la Proteína Gs que está
acoplada a él.
2ª La subunidad αs de la proteína G, que tenía unido
en su sitio un GDP lo libera y posteriormente se une a
un GTP (no es una fosforilación, es un reemplazo),
quedando ahora la subunidad αs activa (es un
regulador alostérico positivo de la Enzima adenilato
ciclasa).
3º Esta subunidad αs activada ESTIMULA la
ENZIMA ADENILATO CICLASA (Ac) , que está
anclada en la membrana y es amplificadora de señal, y
tiene la función de catalizar MUCHO ATP (sustrato) en
AMPc (producto - es el 2º mensajero).
Obs: es AMPc significa AMP CÍCLICO (se cicla con el
C3 de la ribosa) y es muy importante porque solo el
cíclico es 2º mensajero (Es AMP 5’ lineal NO es 2º
mensajero).
4º El AMPc es según mensajero y también es un regulador alostérico positivo de la
PROTEIN KINASA A (PKA) . O sea, el AMPc tiene la función de “activar” la PKA.
5º La PROTEIN KINASA A (PKA) tiene la función de fosforilar (es un regulador
covalente) distintas ENZIMAS DEL METABOLISMO y el FACTOR DE TRANSCRIPCIÓN
CREB (el CREB activado pasa a ser CREB Fosforilado que va al núcleo para favorecer la
transcripción de genes) .
OBS: Las fosfodiesterasas (PDE) son enzimas hidrolasas que catalizan la ruptura de los
enlaces fosfodiéster. Luego, van a inhibir el AMPc una vez que DEGRADAR el rulo que
cíclica el AMPc, pasando a ser el AMP LINEAL (5’ - AMP). Así, sirve para eliminar segundos
mensajeros.
FORMAS DE REGULAR LA PROTEÍNA Gs:
- Por la GTPasa (autorregulación de la subunidad αs)
- Por la FOSFODIESTERASA (PDE) : corta enlace fosfodiéster (AMPc)
Caso clínico:La toxina de la bacteria de la CÓLERA inactiva la GTPasa (agrega una ADP ribosa) y
esto hace que la subunidad αs NO PUEDA ser regulada y por ende no puede se inactivar. Esto
ocasiona que haya el AUMENTO de AMPc (porque la adenilato ciclasa va estar siendo estimulada
constantemente por la αs activa) y ocasiona que la PKA quede activa por más tiempo.
La toxina inhibe la absorción/entrada de Na+ y estimula la salida de Cl- (se une al sodio extracelular y
se transforma en Cloruro de Sodio que arrastra agua).
Luego, en este caso la PKA ACTIVA por más tiempo va acabar “ayudando” la toxina porque hace con
que los canales de Cl- (CTRF) estén abiertos y que los canales de Na+ estén cerrados (es
osmóticamente activo y hace que salga H2O de la sangre y va al intestino provocando diarrea y
deshidratación.
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CASCADA PROTEÍNA Gi
1º La HORMONA (ligando) al unirse a su receptor específico, hace que envíe una
información (cambio conformacional) a la Proteína Gi que está acoplada a él.
2ª La subunidad αi de la proteína G, que tenía unido en su sitio un GDP lo libera
posteriormente se une a un GTP, quedando ahora la subunidad αi activa.
3º Esta subunidad αi activa tiene la función de INHIBIR la ENZIMA ADENILATO CICLASA
(Ac) , que está anclada en la membrana, no habiendo AMPc ni se activa la PKA.
FORMAS DE REGULAR LA PROTEÍNA Gi:
- Por la GTPasa (autorregulación)
Caso clínico: La toxina de la bacteria de la BORDETELLA PERTUSSIS inhibe la Proteina Gi.
La toxina agrega un ADP ribosa a la subunidad αi y impide que la proteína se divida en sus 3
subunidades. Como consecuencia, la toxina que haya el AUMENTO de AMPc y PKA una vez que la
proteína Gi no va cumplir su función (inhibir la Adenilato Ciclasa).
En este caso, la PKA fosforila los canales iónicos de Cl- y de K+.
Luego, la toxina hace que se facilite la secreción (salida) de Cl- y K + y esto conduce al aumento de
la secreción de moco (parálisis de los cilios).
CASCADA PROTEÍNA Gq
1º La HORMONA (ligando) al unirse a su receptor específico, hace que envíe una
información (cambio conformacional) a la Proteína Gq que está acoplada a él.
2ª La subunidad αq de la proteína G, que
tenía unido en su sitio un GDP lo libera
posteriormente se une a un GTP,
quedando ahora la subunidad αq activa.
3º Esta subunidad αq activa ESTIMULA
la enzima FOSFOLIPASA Cβ (PLC) ,
que está anclada en la membrana y es
amplificadora de señal, y tiene la función
de HIDROLIZAR FOSFOLÍPIDOS PIP2
(sustrato).
OBS: recuerdar que la membrana
plasmática está formada por fosfolípidos
(PL - son anfipáticos) y hay varios tipos
de ellos. El que está involucrado en esta
cascada se denomina FOSFOLÍPIDO
PIP2 (fosfatidil inosital bi-fosfato).
4º La FOSFOLIPASA C β (PLC - β)
actúa cortando/hidrolizando la CABEZA POLAR del PIP2 (sustrato), desprendiendo
CABEZA de las COLAS.
- CABEZA: son hidrofílicas - se dirige al citosol por ser soluble y pasa a llamarse
INOSITOL TRIFOSFATO = IP3 → es producto.
- COLAS: son hidrofóbicas - son insolubles y por ende van quedar anclados a la
membrana, pasando a llamar DIACILGLICEROL = DAG → es el producto
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5º La DIACILGLICEROL (DAG) permite el anclaje de una enzima KINASA (PK) de la familia
KINASA C (PKc).
6º El INOSITOL TRIFOSFATO (IP3) después que ingresa en el citoplasma, se une a los
canales de Ca²+ (es un receptor ionotrópico) que tienen los REL (retículo endoplasmático
liso), estimulando la salida de Ca²+ (es una molécula que actúa como segundo mensajero).
El Ca²+ va estimular/activar directamente la PKC o va formar el Complejo Calcio
Calmodulina (Ca²+ CAM).
7ª La proteína unidora de calcio llamada Calmodulina (CAM) se une al Ca+, formando el
complejo Calcio Calmodulina que tiene la función de estimular/activar la CAM-K (es una
kinasa específica que se activa por el estímulo del complejo).
Resumen:
❏ ENZIMA (es amplificadora) = FOSFOLIPASA C (PLC- β) → activa la PKc
❏ SUSTRATO = PIP2 (es hidrolizado)
❏ PRODUCTOS =IP3 (soluble) y DAG (insoluble)
FORMAS DE REGULAR LA PROTEÍNA Gq:
- Por la GTPasa (autorregulación
RECEPTORES ADRENÉRGICO
Son receptores que tienen como ligando la ADRENALINA. La adrenalina tiene3
RECEPTORES DISTINTOS (α1, α2 y los β) que actúan muy diferentes el uno del otro.
Receptores adrenérgicos α1 (alfa uno): está acoplado y actúa a través de la Proteína Gq
→ origina una cascada que tienen la estimulación de la enzima Fosfolipasa C (PLC) que
va dar el Ca+ y la activación de la PKC (kinasa C).
Receptores adrenérgicos α2 (alfa dos): está acoplado y actúa a través de la Proteína Gi
→ origina una reducción del AMPc por la inhibición de la enzima Adenilato Ciclasa (Ac)
Receptores adrenérgicos β (beta): están acoplados y actúan a través de la Proteína Gs →
origina un aumento del AMPc por la estimulación de la enzima Adenilato Ciclasa (Ac) y la
activación de la PKA.
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→ RECEPTORES METABOTRÓPICO ASOCIADOS ACTIVIDAD
ENZIMÁTICA
Son receptores metabotrópicos que están asociados a actividad enzimática y pueden ser:
● INTRÍNSECO (ej: cascada de la Insulina): el propio receptor tiene actividad
enzimática.
● EXTRÍNSECO (ej: cascada JAK- STAT del receptor Interferon Gamma):
CASCADA DE LA INSULINA
receptor de membrana asociado a actividad enzimática INTRÍNSECO
1º El receptor de la INSULINA es una proteína
dimérica, donde cada uno de sus monómeros
están separados y cuando el ligando (insulina)
se acopla a él, se dimeriza y se cierra. Es un
receptor que tiene ACTIVIDAD ENZIMÁTICA, o
sea, cuando NO tiene el ligando está “apagado”
y cuando hay ligando está “prendido”.
2ª La INSULINA (ligando) al unirse a su receptor
específico hace tenga un cambio conformacional
y el receptor se “prende/activa”.
OBS: El receptor activo tiene la actividad de
TIROSIN KINASA (fosforila las tirosinas de cada
una de los monómeros que forman el receptor =
autofosforilación cruzada).
La TIROSIN KINASA fosforila también una
molécula de proteína que está en el citoplasma
denominada SUSTRATO DE RECEPTOR DE
LA INSULINA (SRI). Esta molécula se UNE al
receptor activo (está fosforilado).
3º El SUSTRATO DE RECEPTOR DE LA
INSULINA (SRI) también se fosforila y esto
genera 03 CASCADAS EN PARALELO donde
se acoplan al SRI 03 proteínas distintas:
- Cascada GRB2 - MAP - K
- Cascada PLCγ
- Cascada PI3K
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CASCADAS de la INSULINA (3)
01) CASCADA DE GRB2 - MAP Kinasa :
I) La proteína citoplasmática GRB2 se une a uno de los
“P”(fosfato) del SRI por medio de su región reconocedora
llamada SH2.Esta unión proporciona la activación de otra
proteína denominada SOS.
II) La SOS se une a otra proteína llamada RAS.
III) Como resultado de esta cascada, habrá la activación
de una serie de enzimas llamadas MAP-K (map kinasas).
IV) Las MAP-K son responsables por ACTIVAR
FACTORES DE TRANSCRIPCIÓN que favorecen la
transcripción de genes y favorece la INDUCCIÓN
GÉNICA de las FOSFATASAS (PPA - son enzimas que desfosforila).
1º GRB2 → 2º SOS → 3º RAS → 4º MAP-K = regula el ciclo celular + síntesis de PPA
02) CASCADA DE PLCγ (FOSFOLIPASA GAMMA):
I) La Enzima citoplasmática PLCγ se une a uno de los “P”(fosfato) del SRI por medio de
su región reconocedora llamada SH2.
II) La función de la FOSFOLIPASA GAMMA (PLCγ) es hidrolizar/cortar el Fosfolípido
de membrana PIP2 (sustrato), desprendiendo CABEZA (se transforma en el producto
Inositol Trifosfato = IP3) de las COLAS (se transforma en el producto Diacilglicerol =
DAG).
III) El Diacilglicerol (DAG) permite el anclaje de la enzima KINASA C (PKc).
IV) El Inositol Trifosfato (IP3) después que ingresa en el citoplasma, se une a los
canales de Ca²+ (es un receptor ionotrópico) que tienen los REL (retículo
endoplasmático liso), estimulando la salida de Ca²+.
El Ca²+ va estimular/activar directamente la PKC o va formar el Complejo Calcio
Calmodulina (Ca²+ CAM)
V) La proteína unidora de calcio llamada CALMODULINA (CAM) se une al Ca+ y forman
el complejo Calcio Calmodulina que tiene la función de estimular la CAM-K (es una
kinasa - función de fosforilar).
VI) Tanto la PKC como la CAM- K (ambas son kinasas) van fosforilar una VESÍCULA
INTRACELULAR que presentan en su membrana un TRANSPORTADOR DE
GLUCOSA (GLUT 4).
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VII) Cuando empieza a ser fosforilada por la PKC y la CAM-K, la vesícula intracelular
con su transportador GLUT 4 se MUEVE hacia la membrana plasmática para que se
FUSIONEN.
VIII) Cuando hay las fusiones de las membranas, el TRANSPORTADOR DE GLUCOSA
(GLUT 4) pasa a estar anclado en la membrana plasmática de la célula “abriéndose” la
puerta para que la glucosa que está extracelular pase al interior de la célula.
Resumen: la importancia fisiológica de la Cascada PLCγ es la expresión del GLUT 4 en la
membrana para el ingreso de glucosa.
03) CASCADA DE PI3K (FOSFATIDILINOSITOL 3 KINASAS)
I) La enzima citoplasmática PI3K se une a uno de los “P”(fosfato) del SRI por medio de
su región reconocedora llamada SH2.
II) La FOSFATIDILINOSITOL 3 KINASAS (PI3K) tiene la función de forsforilar el
Fosfolípido de membrana PIP2 (sustrato).
III) El PIP2 fosforilado (agregación de un “P”) pasa a Fosfolípido de membrana PIP3.
IV) El PIP3 se une a la enzima PDK (Kinasa Dependiente de Fosfatidilinositol) y se
transforma en PDK ACTIVA.
V) La PDK ACTIVA tiene la función de fosforilar y activar la enzima PKB (Kinasa B) .
VI) La PKB (Kinasa B) tiene la función de:
- fosforilar factores de transcripción y permite la INDUCCIÓN GÉNICA de
FOSFATASAS (PPA - son enzimas que desfosforila) y de
FOSFODIESTERASAS (PDE - son enzimas que rompen enlaces del AMPc y
por ende disminuye la actuación de la PKa - Proteína GS [glucagón]).
- activar la enzima mTOR que tiene un EFECTO ANTIAPOPTÓTICO (inhibe la
apoptosis, o sea, la insulina permite la supervivencia de las células).
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RESUMEN CASCATA DE LA INSULINA:
Se busca metabólicamente de la insulina que se induzca genéticamente (sintetice):
● Fosfatasa (por la cascada GRB2 y PI3K )
● Que exponga en la MP el transportador GLUT4 para permitir el pasaje de la glucosa
(por la cascada PCLγ)
● Fosfodiesterasa (por la cascada PI3K)
RESUMEN KINASAS (PK): son responsables por FOSFORILACIÓN
ENZIMA Activación FUNCIÓN
PKA Se activa con el APMc en la vía de
Proteína GS
Forma el Complejo Ca²+ CAM.
PKC Se activa en la vía de Proteína GQ y
en la Cascada de Insulina por la Vía
PLCγ
Forma el Complejo Ca²+ CAM.
Fosforila vesícula intracelular que
tiene en su membrana GLUT 4.
PKB Se activa con el PDK en la cascadas
del PI3K de la insulina
Favorece la inducción génica de
PPA y PDE.
Activa la enzima mTOR.
GLUCAGON x INSULINA (son ANTAGÓNICOS)
GLUCAGON INSULINA
Receptores Receptores metabotrópicos asociado
a Proteína GS
Receptores metabotrópicos asociado
a Actividad Enzimática Intrínseca.
Activación Activación de:
- AMPc: sirve para activar la PKA.
- PKA: Realiza FOSFORILACIÓN =
Fosforila (es un regulador
covalente) distintas enzimas del
metabolismos y el Factor de
Transcripción CREB (favorece
la transcripción de genes)
Activación de las enzimas:
- PPA (fosfatasa): Realiza
DESFOSFORILACIÓN = degrada
el fósforo de las enzimas.
- PDE (fosfodiesterasa): la insulina
induce que la PDE degrade los
enlaces del el AMPc y disminuya
la PKA (es activada por el
glucagon).
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CASCADA JAK - STAT Receptor INTERFERON GAMMA
receptor de membrana asociado a actividad enzimática EXTRÍNSECA
1º El receptor de esta cascada no tiene actividad enzimática pero se acopla a él
enzimas que tienen actividad enzimática (por eso se denomina extrínseca).
2º Las enzimas que acopla al receptor son de la familia JAK
(actividad serina treonina Kinasa) y se activan cuando el
ligando llega al receptor. La función de la JAK es
FOSFORILAR.
Lo primero que pasa es que las JAK se fosforilan entre sí
(fosforilación cruzada) y esto hace que cada una de ellas
aumente más su actividad.
Lo segundo que pasa es que las JAK fosforilan el receptor
3º En el citoplasma hay un factor de transcripción
denominado STAT queNO está activado (para se activar tiene que estar
en el núcleo.
Los STAT van a reconocer los receptores que están fosforilados y se
unen a ellos.
Después de unirse, los STAT van ser fosforilados por las JAK.
Los STAT FOSFORILADOS van se desprenden del receptor.
4º Los STAT FOSFORILADOS separados se juntan a dos (se
DIMERIZAN) y pasan a activos y pueden funcionar como
FACTORES DE TRANSCRIPCIÓN.
5º Los STAT dimerizados van a translocar al NÚCLEO para
favorecer la transcripción de genes.
RESUMEN: Esta cascada NO hay AMPc, NO hay enzima
amplificadora, NO hay segundo mensajero, o sea, no funciona
como los otros ya estudiados. Esta cascada tiene un único
evento que es la transcripción de genes, o sea, funciona como un
receptor intracelular.
¿QUIÉN LA ENZIMA JAK FOSFORILA?
Las JAK van fosforilar:
1º Una a otra (fosforilación cruzada)
2º Al receptor
3º Al STAT cuando están unidos.
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RECEPTORES INTRACELULAR (ligando liposoluble)
RECEPTOR INTRACELULAR CITOPLASMÁTICO - TIPO I
Son receptores que se localizan en el CITOPLASMA (se denominan TIPO I).
1º Estos receptores van estar INACTIVOS cuando a él está acoplado una proteína llamada
HSP90 (proteína de shock térmico = CHAPERONAS).
OBS: las Chaperonas tienen la función de mantener inactivo el receptor citoplasmático
hasta la llegada del ligando liposoluble.
2º Cuando los LIGANDOS LIPOSOLUBLES (atraviesan fácilmente la membrana) se unen a
su receptor, la CHAPERONA se desprende, quedando apenas 01 receptor + 01 ligando
(COMPLEJO LIGANDO RECEPTOR).
3º Para que el complejo ligando receptor actúe como un FACTOR DE TRANSCRIPCIÓN
es necesario que ocurra la DIMERIZACIÓN (se junten 02 complejos - son homodímeros).
Después que dimerizados, estos receptores son translocados al NÚCLEO.
OBS: una de las características de los receptores citoplasmáticos es que son
HOMODÍMEROS (los dos monómeros son idénticos entre sí).
4ª En el NÚCLEO, los RECEPTORES DIMERIZADOS van a favorecer la transcripción de
genes.
Resumen: La respuesta biológica cuando el ligando es liposoluble es la transcripción de
genes.
¿CUÁLES SON LOS EJEMPLOS DE LIGANDOS del RECEPTORES TIPO I?
- CORTISOL
- HORMONAS SEXUALES
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RECEPTOR INTRACELULAR NUCLEARES - TIPO II
Son receptores que se localizan en el NÚCLEO (se denominan TIPO II) y YA ESTÁN
DIMERIZADOS y UNIDOS AL ADN.
1º Los receptores son HETERODÍMEROS (sus monómeros son receptores distintos entre
sí).
Obs: uno de los monómeros siempre es un receptor del AC. Retinoico (de la vit A) llamado
RXR que va estar con su ligando (o sea, activo) y el otro es variable (puede ser de la T3, T4
Vit D, etc) y está inactivo.
2º Unido al ADN, mientras uno de los receptores está inactivo, hay la Proteína
CO-REPRESORA que tiene la función de REPRIMIR la transcripción.
3º Cuando el LIGANDO se une a su receptor, la Proteína Co-Represora deja el ADN y otra
proteína ocupa su lugar (Co-Activadora).
4º La Proteína CO-ACTIVADORA tiene la función de FAVORECER la transcripción.
¿CUÁLES SON LOS EJEMPLOS DE RECEPTORES TIPO II?
- Hormonas TIROIDEAS
- VITAMINA D
- PPAR (receptores activados por proliferadores de peroxisomas): Une Ácidos grasos.
- LXR (receptores x del hígado): une moléculas de Colesterol.
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RECEPTOR INTRACELULAR DEL ÓXIDO NÍTRICO = NO
El ÓXIDO NÍTRICO es un GAS (es liposoluble) que después que cumple su función
(VASODILATADORA) se solubiliza en el citoplasma.
1º Cuando el NO (es el ligando) atraviesa la membrana, se une a un receptor especial (es
intracelular) una vez que tiene ACTIVIDAD ENZIMÁTICA INTRÍNSECA → tiene actividad de
Guanilato Ciclasa (actúa como amplificadora de señal)
2º Al unir el NO a su receptor con actividad/función de GUANILATO CICLASA ocurre la
conversión de GTP a GMPc (cíclico = es un 2º mensajero).
GTP = producto
GMPc = sustrato
3º Como segundo mensajero el GMPc estimula alostéricamente la PKG (proteína Kinasa)
que es responsable por la FOSFORILACIÓN (fosforila la Miosin kinasa y Fosfatasa) y aún
tiene la capacidad de cerrar Canales de Ca+ (el Ca+ favorece la contracción y por ende acá
no contrai).
4º La PKG fosforila:
- la MIOSIN KINASA: estará ’APAGADA/inactiva” por la PKg. Esta miosin kinasa tiene
la función de fosforilar la miosina.
- la MIOSIN FOSFATASA: estará “PRENDIDA/activa” por la Pkg. Esta miosin
fosfatasa tiene la función de desfosforilar la miosina.
Obs: recordar que la “fosforilación” de una enzima puede activarla o desactivarla.
Obs: el óxido nítrico es un vasodilatador y logra realizar esta función al relajar el músculo
liso. Para eso, es necesario alterar (desfosforilando) la estructura de la MIOSINA.
Como la miosina es una proteína, al contrario de las enzimas en que la fosforilación cambia
la actividad, ella va tener un cambio estructural.
- Miosina FOSFORILADA = contracción de la miosina → vasoconstricción
- Miosina DESFOSFORILADA = relajación de la miosina → vasodilatación
Como la Miosin Kinasa fue “apagada/inactivada” por la PKg no va poder fosforilar la miosina
y por ende, no ocurre la constricción .
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TERMODINÂMICA
La TERMODINÁMICA estudia los intercambios de energías en un sistema.
La bioenergética es el estudio de las TRANSFORMACIONES DE ENERGÍA.
Como el cuerpo humano sigue las leyes de la química y de la física, es necesario
comprender cómo se dan estas leyes.
Definiciones:
- ENERGÍA: es la “capacidad para producir un trabajo”
- Proceso EXOTÉRMICO: aquel que transcurre con liberación de calor al medio.
- Proceso ENDOTÉRMICO: es aquel que transcurre tomando calor del medio.
- Proceso EXERGÓNICO: libera energía (espontáneo)
- Proceso ENDERGÓNICO: absorbe energía (no espontáneo)
1ª LEY DE LA TERMODINÁMICA: “ LA ENERGÍA NO SE PIERDE , NI SE GENERA,
SE TRANSFORMA”
Esta LEY trata de la conservación de la energía. Desde el Big Bang es la misma cantidad
de energía que se liberó con el evento.
Hay vários tipos de energias como química, calórica, nuclear, mecânica, cinética, potencial
e todas juntas formam a energia TOTAL del universo.
Estos tipos de energía pueden transformarse unas en las otras pero la energía total sigue
siendo la misma.
Cuando se produce un proceso físico o químico, se puede sumar los ingresos y los gastos
de energía y hacer un balance.
En una reacción, puede ocurrir la:
● REACCIÓN EXOTÉRMICA: liberación
de calor al medio; son las reacciones
espontáneas.
Ej: de A → B
● REACCIÓN ENDOTÉRMICA: la toma
de calor del medio; son las reacciones NO
espontáneas.
Ej: de A ← B
CALOR = ENTALPÍA (H)
Obs: para expresar el cambio de calor en una reacción a presión constante, necesitamos de
la ENTALPÍA (H).
Δ = Estado final - Estado inicial El Δ significa la variación entre los 02 estados.
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¿Cómo se mide las DIFERENCIAS de ENTALPÍA (calor) de una reacción?
Si mide con: ΔH = H final - H inicial
OBS: los cambios de energía interna dependen únicamente de los estados inicial y final del
sistema. El cambio de la variación de entalpía/calor (ΔH) depende tan solo de los estados
inicial y final.
● Cuando el resultado de ΔH es negativo, indica que la reacción es exotérmica (que
se LIBERA calor cuando pasa del sustrato a los productos). Son las reacciones
ESPONTÁNEAS.
● Cuando el resultado de ΔH es positivo, indica que la reacción es endotérmica
(que se TOMA calor cuando pasa del sustrato a los productos). Son las reacciones
NO espontáneas.
Ejemplo en una reacción exotérmica: ΔH = 30 - 100
ΔH = -70 (reacción espontánea)
Ejemplo en una reacción endotérmica: ΔH = 100 - 30
ΔH = +70
2ª LEY DE LA TERMODINÁMICA: “ EL CAOS SIEMPRE TIENDE A
AUMENTAR EN EL UNIVERSO” pág 114 de Harper
La combinación de H (entalpía) y S (entropía) permite generar la ENERGÍA DE GIBBS (G).
→ ENTROPIA (S):
● La ENTROPÍA es la cantidad de desorden que existe (ejemplo: los elementos
gaseosos tienen mayorentropía una vez que las moléculas tendrán más lugar para
“desordenarse” más fácilmente mientras que los elementos sólidos tendrán menor
entropía).
● La ENTROPÍA (S) determina el sentido del proceso hacia el estado de MAYOR
DESORDEN, luego, de mayor entropía.
→ ENERGÍA LIBRE DE GIBBS (G):
● Combina un término de ENTALPÍA = H (mide el cambio de energía a presión
constante y un término de ENTROPÍA = S (tiene en cuenta la importancia de la
aleatorización/azar).
● La energía de Gibbs es la energía ÚTIL que el cuerpo tiene para realizar una tarea.
H + S = G
En una reacción, puede ocurrir la:
● REACCIÓN EXERGÓNICO: liberación de calor y liberación de energía libre al
medio; son las reacciones espontáneas. ΔG < 0
● REACCIÓN ENDERGÓNICAS: la toma de calor y la toma de energía libre del
medio; son las reacciones NO espontáneas. ΔG > 0
Si mide con: ΔG = Estado final - Estado inicial
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● Cuando el resultado de ΔG es negativo, indica que la reacción es
exergónico Son las reacciones ESPONTÁNEAS (son irreversibles).
● Cuando el resultado de ΔG es positivo, indica que la reacción es
endergónica.. Son las reacciones NO espontáneas.
LUEGO:
ΔG < 0 (exergónico)
ΔH < 0 (exotérmico)
REACCIÓN ESPONTÁNEA :Son los
procesos que rompen moléculas
(catabolismo)
ΔG > 0 (endergónico)
ΔH > 0 (endotérmico)
REACCIÓN NO ESPONTÁNEA: Son los
procesos que sintetizan moléculas
(anabolismo)
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BIOENERGÉTICA y el “METABOLISMO”
Cap 9 - Pág 145 Blanco; Cap 11 - Pág 109 Harper
La bioenergética es el estudio de las TRANSFORMACIONES DE ENERGÍA que tiene lugar
en la célula, la naturaleza y función de los procesos químicos en los que se basan esas
transformaciones.
Las CÉLULAS son sistemas ISOTÉRMICOS, o sea, NO aprovechan la energía en forma
de calor y si utilizan la ENERGÍA QUÍMICA para realizar todos los procesos.
Las células de los organismo HETERÓTROFOS obtienen la energía por medio de
MOLÉCULAS por medio de los procesos del METABOLISMO.
El METABOLISMO son todas las reacciones químicas/transformaciones que se lleva a cabo
en el organismo.
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→ ATP
Los organismos heterotróficos obtienen energía libre al acoplar su metabolismo a la
desintegración de moléculas orgánicas complejas en su ambiente. En todos estos
organismos, el ATP tiene una función fundamental en la transferencia de energía libre
desde los procesos exergónicos hacia los endergónicos.
El ATP es generado por el proceso catabólico y va ser usado por el proceso anabólico.
Hay 03 fuentes principales de “P” que participan en la conservación de energía o
captación de energía: FOSFORILACIÓN OXIDATIVA; GLUCÓLISIS y el CICLO DEL ÁCIDO
CÍTRICO (Krebs).
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→ OXIDACIÓN BIOLÓGICO
El ATP es generado por el proceso de CATABOLISMO (oxidación) y va ser utilizado por el
proceso ANABÓLICOS (reducción) . Luego, ambos procesos están acoplados por la
síntesis de ATP - ADENOSINA TRIFOSFATO (es obtenido por la dieta).
OXIDACIÓN = pérdidas de electrones
REDUCCIÓN = ganancia de electrones
Los procesos de OXIDACIÓN y REDUCCIÓN son procesos que ocurren a todo tiempo y
son simultáneos. No existe una reducción si no hay una oxidación (vice-versa).
Siempre tiene que haber 02 compuesto = un par de REDOX (un dona y otro recibe). Como
ejemplo del Cloruro de Sodio = Na+ (dona) y Cl- (recibe).
Macete: GRuPO (quien Gana se Reduce; quien Pierde se Oxida)
obs: Las oxidorreductasas son enzimas que catalizan reacciones de
OXIDORREDUCCIÓN/ REDOX. Requieren la presencia de COFACTORES (NAD+, NADP+,
FAD, FMN) que ACEPTAN (ganan = reducción) o CEDEN (pierden = oxidación) los
ELECTRONES (e-) y HIDRÓGENO (H+).
NAD+ (nicotinamida adenina dinucleótido)
La VITAMINA B3 (NICOTINAMIDA) es la precursora del NAD+.
El NAD+ (NAD+ en su forma oxidada y NADH en su forma reducida) es una molécula
(COENZIMA) formada por 02 nucleótidos (nicotinamida y adenina), unidos mediante grupos
fosfatos.
El NAD+ y NADH están implicados en reacciones de reducción-oxidación (REDOX),
llevando los electrones (e-) de una a otra. Debido a esto, esta coenzima se encuentra en
dos formas: como un agente oxidante NAD+, que acepta electrones de otras moléculas y
da como resultado la segunda forma de la coenzima, el NADH que es la especie reducida
del NAD+.
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RESUMEN DE COFACTORES REDOX:
COENZIMA (unión débil; reversible) NAD+ -------------> NADH + H
(oxidada) +1H (reducido)
COENZIMA (unión débil; reversible) NADP+ -------------> NADPH + H
(oxidada) +1H (reducido)
GRUPO PROSTÉTICO (unión
fuerte; irreversible)
FAD -------------> FADH2
(oxidada) +2H (reducido)
GRUPO PROSTÉTICO (unión
fuerte; irreversible)
FMN -------------> FMNH2
(oxidada) +2H (reducido)
Obs: los cofactores cuando están reducidos tienen la H
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→ VÍA/RUTA METABÓLICA
Son secuencias de reacciones enzimáticas ordenadas. Pueden ser lineales o cíclicas
OBS: generalmente el producto final de la vía, INHIBE la primera enzima de la vía para
detener la producción de la vía.
ANFIBÓLICO: es una ruta metabólica que involucra tanto catabolismo como anabolismo
(ej: ciclo de KREBS).
Moléculas muy importantes en el metabolismo: PIRUVATO y Acetil- CoA:
PIRUVATO ACETIL~CoA
- Tiene 03 Carbonos
- ORÍGENES del piruvato:
● Glúcidos
● Aminoácidos (de las Proteínas)
● Glicerol (de los lípidos → TAG)
● Lactato (met anaeróbico)
- El piruvato se CONVIERTE en (es el
DESTINO):
● En ACETIL~CoA (generar ATP en
el Ciclo de Krebs)
● En OXALACETATO (sintetiza
glucosa).
● En ALANINA (es un Aá)
● En LACTATO
- Tiene 02 Carbonos del Acetil unido a la
Coenzima A.
- ORÍGENES del Acetil-CoA - son
procesos catabólicos:
● de PIRUVATO (viene de los
glúcidos)*
● de Aminoácidos (de las Proteínas)
● de Ac. Grasos (de los lípidos→
TAG)
- El Acetil -CoA se GENERA - son
procesos anabólicos (es el DESTINO):
● Generar ATP en el Ciclo de Krebs.
● CUERPOS CETÓNICOS
● ÁCIDO GRASO
● COLESTEROL
*Obs: es irreversible la conversión de
piruvato en acetil-Co
➢CONVERSIÓN PIRUVATO en ACETIL~CoA
La CONVERSIÓN de Piruvato (sustrato) en Acetil-CoA (producto) pasa por un PUNTO DE
CONTROL (es irreversible por la misma enzima) muy regulado.
La ENZIMA PIRUVATO DESHIDROGENASA es una enzima indispensable para el proceso
de control de la conversión.
➢PIRUVATO DESIDROGENASA (PDH)
❏ La REACCIÓN que la PDH lleva a cabo es la DESCARBOXILACIÓN OXIDATIVA.
❏ Tiene la FUNCIÓN de CATALIZAR (oxidación; pierde 1H+) el PIRUVATO (es es
sustrato; tiene 2 carbonos) hasta ACETIL-CoA (es el producto; tiene 2 carbonos) por
medio de un proceso irreversible. Piruvato ---> Acetil-CoA
❏ El proceso de OXIDACIÓN del piruvato se da en la MATRIZ MITOCONDRIAL.
❏ Tiene como cofactor la Coenzima NAD+ (él que transporta el H+ que salió del
Piruvato)
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❏ El piruvato que tenía 3C y durante la oxidación pierde uno (proceso de
descarboxilación) que se transforma en CO2. Además, el Piruvato en su estado
inicial está reducido.
❏ Presentan 05 COFACTORES (vitamínicos - pag 230 Blanco): NAD, FAD, CoA,
PIROFOSFATO de TIAMINA (PPT) y ACIDO LIPOICO.
❏ Resumen: Son parejas Piruvato y NAD+ y también el NADH y el Acetil-CoA
- Cuando el NAD + está oxidado, el Piruvato va a estar reducido.
- Cuando el NADH está reducido, el Acetil~CoA va a estar oxidado.
El PIRUVATO se produce durante la glucólisis en el citoplasma, pero la oxidación del
piruvato ocurre en la MATRIZ MITOCONDRIAL (en eucariontes). Por lo tanto, antes de que
comiencen las reacciones químicas, el piruvato debe entrar a la mitocondria atravesando su
membrana para llegar a la matriz.
PASO 1. Se corta el grupo carboxilo del
piruvato y se libera como molécula de
dióxido de carbono (CO2) por medio del
proceso de descarboxilación.El resultado
es una molécula de 2 carbonos.
PASO 2. La molécula de 2 carbonos del
paso 1 se oxida y los electrones que se
pierden en la oxidación son captados por
NAD+ y se forma el NADH.
PASO 3. La molécula de 2 carbonos
oxidada (grupo acetilo) se une a una
molécula de CoA~SH que está en el medio
y forma Acetil-CoA.
➢COMPLEJO MULTIENZIMÁTICO PIRUVATO
DESHIDROGENASA (CME - PDH)
❏ Es un complejo formado por 05 ENZIMAS que están todas juntas.
❏ 03 de ellas (E1; E2; E3) son las responsables por convertir (catalizar) el
Sustrato (en este caso Piruvato) en Producto (en Acetil-CoA).
❏ Las 02 otras se llaman PDH Kinasa (agrega fosfato = fosforila) y PDH fosfatasa
(saca fosfato = desfosforila) y son enzimas reguladoras propias del E1.
❏ Participan aún las 05 Coenzimas que son: PPT (pirofosfato de tiamina); Ácido
Lipoico; Coenzima A; FAD y NAD) ou riboflavina, niacina, tiamina, ácido lipoico y
ácido pantoténico
❏ La ENZIMA E1 está regulada COVALENTEMENTE1 por las PDH Kinasas y
PDH Fosfatasa y también por regulación ALOSTÉRICA2.
2 Es la regulación que se da SOLAMENTE sobre las enzimas ALOSTÉRICAS (oligoméricas), donde
sus subunidades utilizan del cooperativismo (moduladores positivos /relajada y aumenta la afinidad y
moduladores negativos/tensa y disminuye la afinidad)
1 Es el AGREGADO o SEPARACIÓN de un GRUPO FUNCIONAL (el principal es del GRUPO
FOSFATO a ciertos aminoácidos de una enzima, con el objetivo de CAMBIAR la ACTIVIDAD.
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❏ Reguladores que ACTIVAN del Complejo Enzimático: cuando esté regulado por
ADP, NAD+ (son alostéricos) y por la PDH FOSFATASA (es covalente).
❏ Reguladores que INHIBEN (baja el funcionamiento) del Complejo Enzimático:
cuando esté regulado por ATP, NADH, ACETIL~CoA (son alostéricos) y por la
PDH KINASA (es covalente).
REGULACIÓN ALOSTÉRICA del COMPLEJO ENZIMÁTICO (regula la E1)
Capitulo. 18 . Regulación del metabolismo (Blanco)
PDH se ACTIVA: Es necesario tener PRENDIDA (activa) la PDH cuando está
FALTANDO energía (ATP) en la célula (necesito de ATP). El ADP y NAD+ actúan
como REGULADOR ALOSTÉRICO POSITIVA.
Los indicativos de energía baja son:
● estará ALTO el ADP
● el NAD+ (Nad oxidado) está ALTO.
PDH se INACTIVA: Al contrario, es necesario tener APAGADA la PDH cuando no
está teniendo gasto de energía. Luego, el ATP acumulado va estar actuando como
REGULADOR ALOSTÉRICO NEGATIVO.
Los indicativos de energía alta son:
● estará ALTO el ATP
● el NADH (Nad reducido) está ALTO.
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REGULACIÓN COVALENTE del COMPLEJO ENZIMÁTICO (regula la E1)
Está dada por 02 enzimas que están dentro del
complejo:
● PDH KINASA: es responsable por
INACTIVAR/APAGAR el complejo por medio
de la fosforilación.
● PDH FOSFATASA: es responsable por
ACTIVAR/PRENDER el complejo por medio
de la desfosforilación.
OBS: Estas enzimas para funcionar también
tendrán una regulación propia por medio de los reguladores alostéricos que están
en el medio:
- PDH KINASA: está regulada positivamente por medio del por ATP, NADH,
ACETIL~CoA. Actúan para “ACTIVAR” la kinasa.
Estará regulada negativamente por medio del ADP, NAD+, PIRUVATO,
Ca²+. Actúan para “APAGAR” la kinasa.
La KINASA activa va actuar fosforilando el Complejo Enzimático y por ende lo
INACTIVA. Por eso los reguladores positivos de la kinasa son los reguladores
negativos del complejo.
- PDH FOSFATASA: está regulada negativamente por NADH, o sea,
INACTIVA la fosfatasa y está regulada positivamente por el Ca²+.
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CICLO DE KREBS
CICLO DEL ÁCIDO CÍTRICO
Es un ciclo ANFIBÓLICO:
- Realiza CATABOLISMO: realiza oxidación
- Realiza ANABOLISMO: por medio de sus moléculas intermediarias.
¿Cuál es el principal OBJETIVO del ciclo de Krebs (CK)?
Es la PRODUCCIÓN de COENZIMAS REDUCIDAS (NADH, FADH2) una vez que esta “H”
de estas coenzimas llevan “electrones guardados” que van ser volcados en la cadena
respiratoria (cadena de transporte de electrones que tiene el objetivo de generar ATP).
Así, las coenzimas reducidas son responsables de alimentar la cadena respiratoria.
Otro objetivo del CK es GENERAR INTERMEDIARIOS para la síntesis de otras moléculas.
ENZIMAS DEL CICLO
● Enzima CITRATO SINTASA: realiza la unión del Acetil~CoA + Oxalacetato (sustrato)
dando como producto el Citrato (producto).
● Enzima ACONITASA: realiza la conversión reversible del Citrato (sustrato) en Isocitrato
(producto).
● Enzima (alostérica) ISOCITRATO DESHIDROGENASA: es la enzima marcapaso del
ciclo, marca la velocidad. Realiza la conversión irreversible del Isocitrato (sustrato) y el
α- Cetoglutarato (producto). Es responsable de sacar un “Co2” y un “H+” que será
captado por un NAD+ que pasará a NADH + H+. Estará regulada alostéricamente
negativa por ATP y NADH; positivamente por ADP y Ca²+.
● Enzima α-CETOGLUTARATO DESHIDROGENASA: es una enzima que agrega un
CoA~SH, saca un Co2 y saca un “H+” que será captado por un NAD+ que pasará a
NADH + H+.
● Enzima SUCCINIL~CoA SINTASA: aprovechando la energía (~) de la catalización del
succinil~CoA (sustrato) a Succinato (producto), esta enzima convierte GDP +Pi en GTP
(fosforilación a nivel del sustrato).
● Enzima SUCCINATO DESHIDROGENASA: Es la única enzima del ciclo que va estar
anclada en la membrana mitocondrial porque forma parte de la cadena respiratoria.
Hace la conversión reversible del Succinato (sustrato) en Fumarato (producto). Saca un
“H+” que será captado por un FAD+ que pasará a FADH2.
● Enzima FUMARASA: realiza la conversión reversible del Fumarato (sustrato) en
Malato (producto).
● Enzima MALATO DESHIDROGENASA: realiza la conversión reversible del Malato
(sustrato) en Oxalacetato (producto). Saca un “H+” que será captado por un NAD+ que
pasará a NADH + H+.
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BALANCE ENERGÉTICO DEL CICLO DE KREBS
En una vuelta del ciclo se produce:
● 03 NADH: va a cadena respiratoria para la síntesis de ATP.
● 01 FADH: va a cadena respiratoria para la síntesis de ATP.
● 01 GTP (equivale a 1 ATP)
● 02 CO2
¿Cuántos ATP van a generar en la cadena?
● 01 NADH: equivale a 2,5 ATP x 3 = 7,5 ATP’s
● 01 FADH: equivale a 1,5 ATP.
● 01 GTP: equivale a 1 ATP.
TOTAL= 10 ATP’s
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CADENA RESPIRATORIA
(Cadena de transporte de Electrones)
Uno de los objetivos principales del ciclo de Krebs es producir COENZIMAS REDUCIDAS
(NADH y FADH2 → llevan electrones que serán volcados en la cadena).
PIRUVATO convierte en ACETIL~CoA → Ciclo de Krebs genera NADH/ FADH2 → Cadena
Respiratoria (transporta eletrones) → Fosforilación oxidativa = síntesis de ATP.
La mitocondria es una organela que lleva a cabo importante
actividad enzimática que genera energía para la actividad celular
(respiración celular).
Poseen una doble membrana separadas por un espacio
intermembranoso y una membrana interna que presenta
pliegues o crestas, donde se producen reacciones químicas y
una matriz (lleva a cabo la conversión Piruvato en Acetil~CoA y
el CK), compuesta por proteínas y enzimas.
→ MEMBRANA MITOCONDRIAL INTERNA: Es una bicapa lipídica donde tiene
anclada Complejos multienzimáticos que forman la CADENA RESPIRATORIA:
● 04 de ellos son complejos proteicos transmembrana (Complejo I, III, IV) (cara que
mira hacia el espacio intermembranoso y otra hacia la matriz).
● 01 complejo proteico (Complejo II) está anclado en la cara que mira hacia la matriz
(no contacta el espacio intermembranoso).
● 01 complejo lipídico (Ubiquinona o Coenzima Q = CoQ) que está entre las capas
lipídicas (es hidrofóbica).
● Hay una molécula proteica (Citocromo C) que se ubica hacia el espacio
intermembranoso y tiene la función de conectar 02 complejos enzimáticos (el comp.
III y IV).
● 01 molécula de ATP SINTETASA (Complejo V)
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¿QUÉ ES UN CITOCROMO (pág 152)?
Es un complejo proteico donde el HIERRO está como grupo hemo.O sea, es una
hemoproteína. La cadena respiratoria tiene varios citocromos.
¿QUÉ TRANSPORTA LA CADENA RESPIRATORIA?
Transporta SOLAMENTE ELECTRONES (e-) a lo largo de la cadena (no transporta
los H+, estos van ser bombeados hacia arriba).
¿CUAL ES LA DIRECCIONALIDAD DE LOS ELECTRONES?
La direccionalidad es una sola una vez que el O2 (está en el Comp IV) atrae los
electrones para fluyan en la dirección determinada . Van desde el complejo I o II
hacia los otros complejos.
Se el e- entró en el Complejo I, va a pasar:
Comp I (potencial de reducción -0,4) → CoQ → Comp III → Citocromo C → Comp IV
Se el e- entró en el Complejo II, va a pasar:
Comp II (potencial de reducción -0,4) → CoQ → Comp III → Citocromo C → Comp IV
¿POR QUÉ EL O2 ATRAE LOS ELECTRONES?
Porque el O2 gusta mucho de robar los electrones (e-). Además, roba protones (H+)
del medio y se convierte (reduce completamente) en H2O.
El O2 tiene un alto poder de atracción de electrones que se llama POTENCIAL DE
REDUCCIÓN.
¿QUÉ ES EL POTENCIAL DE REDUCCIÓN? pag 152 - 155 Blanco
Es la capacidad que tiene un átomo o molécula de reducirse (ganancia de e- o H+) .
El O2 tiene el potencial en +0,8 (es el que tiene el más alto de la cadena).
Los electrones van a fluir hacia el compuesto que tiene el mayor potencial de
reducción.
¿QUÉ PASA CUANDO EL POTENCIAL DE REDUCCIÓN ES NEGATIVO?
En Complejo I y II tiene -0,4 de potencial de reducción.
Cuando es negativo quiere decir que no le gusta reducirse y si que le gusta oxidarse
(ceder e- o H+).
¿DE DONDE PROVIENEN LOS ELECTRONES?
Los electrones que van saltear la cadena provienen del
NADH+H (está abajo del Complejo I) y del FADH2
(está abajo del Complejo II) que fueron producidos en
el ciclo de krebs (CK) .
Vienen del CK en su estadio reducido (con H+ y e-) y en
la cadena van a ceder los ELECTRONES, pasando a su
forma oxidada (NAD y FAD).
Estas coenzimas oxidadas van retornar al CK para
volver a reducir.
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¿QUÉ PASA CON LOS PROTONES ?
Los protones que provienen de las coenzimas reducidas van ser BOMBEADOS hacia el
espacio intermembranoso y también que van ser CAPTADOS (os de la matriz) por el O2
para convertirse en H2O.
¿CUAL ES LA IMPORTANCIA DEL HIERRO ?
El HIERRO (Fe²+) es un átomo muy importante en la cadena porque va transportar los
electrones. Los complejos van a tener CITOCROMO (es una hemoproteína) y las
FERROPROTEINAS.
Los e- van al hierro en su estadio oxidado (Fe³+).
Va pasar de Fe³+ (oxidado) a Fe²+ (reducido) (3+ significa que le falta 3 electrones y 2+
que le falta 2 electrones), o sea, el hierro va “ganar” un e-.
¿QUÉ PASA AL ELECTRÓN QUE SE UNIÓ AL HIERRO EN ESTADIO
REDUCIDO?
El e- del NADH+H (Comp. I) o FADH2 (Comp. II) → pasa al Fe³+ → pasa al Fe²+ → pasa
al CoQ (ubiquinona) → pasa al Comp. III → pasa al Citocromo C → pasa al Comp. IV
donde se encontró con el O2 que lo va recibir y reducir en H2O.
Todo esto fue capaz de suceder gracias al potencial de reducción (redox; potencial de atraer
electrones) del O2.
OBSERVACIONES:
❏ Cuando la ubiquinona está en estado reducido se escribe como CoQH2.
❏ La cadena no tiene como objetivo producir H2O. Esto es una consecuencia de la
cadena.
❏ Las enzimas del Complejo enzimático I requieren NADH+ H como cofactor.
❏ Las enzimas del Complejo Enzimatico II requieren FADH2 como cofactor (está
anclado en la matriz).
❏ Recordar que en el CK todas las enzimas están sueltas en la matriz mitocondrial con
excepción de la enzima Succinato Deshidrogenasa que está ANCLADA en la
membrana de la cadena respiratoria (hace parte del Comp II).
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¿PARA QUÉ SIRVE ESTOS SALTOS DE LOS ELECTRONES?
Cada salto de electrones genera ENERGÍA, o sea, son reacciones EXERGÓNICAS y
ESPONTÁNEAS (liberan energía libre). Esta energía será utilizada para el bombeo de los
protones (H+) por el Comp I, III y IV.
¿CÓMO ES EL PH DEL ESPACIO INTERMEMBRANOSO?
Los PROTONES (H+) que estaban sueltos en la matriz mitocondrial van ser BOMBEADOS
(Impulsados obligatoriamente; van en contra el gradiente y requiere energía) hacia al
espacio intermembranoso, donde allí se van ACUMULAR (se denomina GRADIENTE
ELECTROQUÍMICO DE PROTONES)
Para que sean bombeados van utilizar la ENERGÍA generada por los saltos de los
electrones.
El PH del espacio por el acúmulo de protones es más ÁCIDO.
¿CUAL ES LA FUERZA DEL GRADIENTE ELECTROQUÍMICO DE PROTONES?
Es la FUERZA PROTÓN-MOTRIZ que se convierte en la ENERGÍA necesaria para que la
ATP SINTETASA gire.
Como los protones no pueden volver a favor del gradiente a través de la membrana
impermeable, va tener que pasar por el único lugar disponible que es la ATP SINTETASA.
¿QUÉ ES LA ATP SINTETASA?
Es el único lugar donde pasan los protones ( a favor del gradiente) desde el espacio
intermembranoso hacia la matriz.
Cuando los protones pasan por ella en gran velocidad van a generar ENERGÍA.
Cuando la ATP SINTETASA gira sintetiza el ATP (es un proceso ENDERGÓNICO y NO
ESPONTÁNEO - requiere energía que viene de la fuerza protón-motriz).
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¿CÓMO SE DA LA SÍNTESIS DEL ATP?
Por medio del proceso de FOSFORILACIÓN OXIDATIVA (FOX), pasando ADP + Pi a ATP
(se da por la energía generada por el gradiente).
¿CUAL ES EL OBJETIVO DE LA CADENA RESPIRATORIA?
- Que FLUYA los ELECTRONES (van generar la energía del gradiente electroquímico
de protones).
- Que el BOMBEO de PROTONES genera la FUERZA PROTÓN-MOTRIZ para que
gire la ATP sintetasa.
- Que el GIRO de la ATP Sintetasa sintetiza ATP.
¿CÓMO SE REGULA LA CADENA RESPIRATORIA?
La cadena NO tiene inhibidores que son reguladores.
No hay intención de inhibir NUNCA la cadena y si llevar en su mínima expresión.
La forma usada para regular es por medio de las moléculas disponibles, como la
disponibilidad de ADP y Pi, del O2, de Coenzimas Reducidas (por medio de algún sustrato
oxidable (ej: glucosa, lípido, aminoácidos) para que se reduzcan las coenzimas).
¿QUÉ PRODUCE LA FALTA DE O2? ¿PORQUE ES PROBLEMA LA ANEMIA o
IAM EN UN PACIENTE?
Con la disminución de la concentración de hemoglobina en la sangre (anemia),
consecuentemente hay la disminución del transporte de O2.
La ausencia/falta de O2 impide que los ELECTRONES sean atraídos , o sea, se
pierde el potencial de reducción (redox). Simplemente no van a salir de las
coenzimas reducidas.
@thaissacamilo HECHO POR THAISSA CAMILO - Material GRATUITO
¿QUÉ GENERA SE HAY CUMULACIÓN DE COENZIMAS REDUCIDAS?
En caso de no haber el potencial de reducción (por la falta de O2), va ocurrir el CÚMULO de
coenzimas reducidas en la matriz y esto impacta en el CK (se detiene todo).
¿QUÉ CONSECUENCIAS TIENE LA FALTA DE O2 EN EL CICLO DE KREBS?
Frente a la ausencia de O2, las coenzimas NO van poder se REOXIDAR (es una de las
funciones de la cadena respiratoria).
Recordar que para que vuelvan al CK, las coenzimas necesitan estar oxidadas (NAD; FAD).
Entonces se no puedo reoxidar-las, no puedo reutilizar en el CK y de hecho van empezar a
acumular (principalmente el NADH).
Además, el NADH actúa regulando:
- es un regulador alostérico negativo de la enzima marcapaso del CK, la Isocitrato
Deshidrogenasa.
- es un regulador alostérico negativo de la Piruvato deshidrogenasa (PDH)
¿QUÉ PASA CON LA SÍNTESIS DE ATP SE NO HAY BOMBEO DE PROTONES?
No va haber la síntesis de ATP por la ausencia de la fuerza motriz.
La ausencia de ATP genera una regulación de la BOMBAS SODIO POTASIO, dejando que
los iones entran y salen sin ningún control, lo que genera la necrosis celular.
¿QUÉ CAUSA LA NECROSIS CELULAR?
La necrosis se da por la FALTA de APT y esto impacta en las BOMBAS de iones de las
membranas celulares que van dejar que los iones pasen de manera desregulada y por
ende, arrastran agua.
@thaissacamilo HECHO POR THAISSA CAMILO - Material GRATUITO
INHIBIDORES y DESACOPLANTES DE
LA CADENA RESPIRATORIA
→ INHIBIDORES
No es NATURAL (no fisiológicos) inhibir la cadena. Luego, suelen ser VENENOS o
FÁRMACOS.