resumo bioquimica- Enzimas cap 9

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Enzimas: Regulación de actividades 
Generalidades: 
- La regulación del flujo de metabolitos puede ser 
activa o pasiva. Las enzimas que operan a su tasa 
máxima no pueden aumentar su rendimiento para 
adaptarse a aumentos repentinos de la disponibilidad 
de sustrato y sólo pueden responder a decrementos 
precipitados de la concentración de sustrato. En 
consecuencia, los valores de Km para casi todas las 
enzimas tienden a ser cercanos a la concentración 
intracelular promedio de sus sustratos, de modo que 
los cambios de la concentración de sustrato generan 
cambios correspondientes del flujo de metabolitos. 
Las respuestas a cambios de la concentración de 
sustrato representan un medio importante pero 
pasivo para coordinar el flujo de metabolitos. Sin 
embargo, su capacidad para mostrar respuesta a 
cambios en variables ambientales es limitada. A 
continuación se comentan los mecanismos que 
regulan la eficiência de las enzimas de una manera 
activa en respuesta a señales internas y externas. 
- La compartimentación asegura la eficiência 
metabólica y simplifica la regulación. En eucariontes, 
las vías anabólicas y catabólicas que sintetizan y 
desintegran biomoléculas comunes a menudo están 
físicamente separadas unas de otras. 
- El control de una enzima que cataliza una reacción 
limitante regula una via metabólica completa. 
Regulacción de la cantidad 
de enzima: 
-La capacidad catalítica de la reacción limitante en una 
vía metabólica es el producto de la concentración de 
moléculas de enzima y su eficiencia catalítica 
intrínseca. Por ende, resulta que la capacidad 
catalítica puede ser controlada mediante cambiar la 
cantidad de enzima presente y alterar su eficiencia 
catalítica intrínseca o una combinación de ambos. 
- Hay múltiples opciones para regular la actividad 
catalítica , los cambios de la eficiencia catalítica 
intrínseca por unión de ligandos disociables 
(regulación alostérica) o por modificación covalente 
logran regulación de la actividad enzimática en 
segundos. En consecuencia, los cambios en la 
concentración de proteína suelen dominar cuando se 
encuentran requerimientos adaptativos a largo plazo, 
mientras que los cambios de la eficiencia catalítica 
favorecen alteraciones rápidas y transitorias del flujo 
de metabolitos. 
- Los efectores alostéricos regulan ciertas enzimas. 
Inhibición por retroalimentación se refiere al proceso 
mediante el cual el producto terminal de una vía 
biosintética de múltiples pasos se une a, e inhibe, una 
enzima que cataliza uno de los primeros pasos en esa 
vía. Casi siempre, los inhibidores por 
retroalimentación inhiben la enzima que cataliza el 
primer paso comprometido en una secuencia 
biosintética particular. 
-La regulación por retroalimentación no es sinónimo 
de inhibición por retroalimentación. En células tanto 
de mamífero como de bacterias, algunos productos 
terminales producen “retroalimentación” de su propia 
síntesis, y la controlan, en muchos casos por medio de 
inhibición por retroalimentación de una enzima 
biosintética temprana. Es necesario distinguir entre 
regulación por retroalimentación, término 
fenomenológico desprovisto de inferencias 
mecanicistas, e inhibición por retroalimentación, 
mecanismo para la regulación de la actividad 
enzimática. 
Hormonas: 
-Muchas hormonas actúan mediante segundos 
mensajeros alostéricos. Los impulsos nerviosos —y la 
unión de muchas hormonas a receptores de superficie 
celular— desencadenan cambios del índice de 
reacciones catalizadas por enzima dentro de células 
blanco, al inducir liberación o síntesis de efectores 
alostéricos especializados llamados segundos 
mensajeros. El mensajero primario, o “primer 
mensajero”, es la molécula de hormona o el impulso 
nervioso. Los segundos mensajeros incluyen 3’,5’-
cAMP, sintetizado a partir de ATP por la enzima 
adenilil ciclasa en respuesta a la hormona adrenalina, 
y Ca21, que se almacena dentro del retículo 
endoplásmico de casi todas las células. La 
despolarización de membrana originada por un 
impulso nervioso abre un canal de membrana que 
libera ion calcio hacia el citoplasma donde se unen a 
enzimas comprendidas en la regulación de la 
contracción muscular y la movilización de glucosa 
almacenada desde glucógeno, y las activan. La glucosa 
después satisface las demandas de energía 
aumentadas de la contracción muscular. Otros 
segundos mensajeros incluyen el 3’,5’-cGMP, óxido 
nítrico y los polifosfoinositoles, producidos por la 
hidrólisis de inositol fosfolípidos por fosfolipasas 
reguladas por hormona. 
- Las modificaciones covalentes reguladoras pueden 
ser reversibles o irreversibles. En células de mamífero, 
ocurre un amplio rango de modificaciones covalentes 
reguladoras. La proteólisis parcial y la fosforilación, 
por ejemplo, se emplean a menudo para regular la 
actividad catalítica de enzimas. Por otro lado, las 
histonas y otras proteínas de unión a DNA en la 
cromatina están sujetas a modificación extensa 
mediante acetilación, metilación, ribosilación de ADP, 
así como fosforilación. Estas últimas modificaciones, 
que modulan la manera en la cual las proteínas dentro 
de la cromatina interactúan entre sí, así como el DNA 
mismo, constituyen la base para el “código de 
histona”. Los cambios resultantes de la estructura de 
la cromatina dentro de la región afectada pueden 
hacer a los genes más accesibles a la proteína que se 
encarga de su transcripción, lo que aumenta la 
expresión de gen o, a mayor escala, facilita la 
replicación de todo el genoma. Por otro lado, se dice 
que los cambios de la estructura de la cromatina que 
restringen la accesibilidad de genes a factores de 
transcripción, RNA polimerasas dependientes de DNA, 
etc., lo que inhibe la transcripción, silencian la 
expresión de gen. 
Proteína: 
- Las proteasas pueden secretarse como proenzimas 
inactivas desde el punto de vista catalítico. Ciertas 
proteínas son sintetizadas y secretadas como 
proteínas precursoras inactivas conocidas como 
proproteínas. Las proproteínas de enzimas se 
denominan proenzimas o zimógenos. La proteólisis 
selectiva o parcial convierte una proproteína por 
medio de uno o más “cortes” proteolíticos sucesivos 
en una forma que muestra la actividad característica 
de la proteína madura, por ejemplo, su actividad 
catalítica. 
-La modificación covalente reversible regula proteínas 
clave de mamífero. Miles de proteínas de mamíferos 
son modificadas mediante fosforilación covalente. Las 
proteínas de mamífero son los blancos de una amplia 
gama de procesos de modificación covalente. Las 
modificaciones como prenilación, glucosilación, 
hidroxilación y acilación de ácido graso introducen 
características estructurales singulares en proteínas 
recién sintetizadas, que tienden a persistir durante 
toda la vida de la proteína. Las proteína cinasas 
fosforilan proteínas al catalizar la transferencia del 
grupo fosforilo terminal de ATP hacia los grupos 
hidroxilo de residuos serilo, treonilo o tirosilo, lo que 
forma residuos O-fosfoserilo, O-fosfotreonilo, u O-
fosfotirosilo, respectivamente. Algunas proteína 
cinasas se dirigen hacia las cadenas laterales de 
residuos histidilo, lisilo, arginilo y aspartilo. La forma 
no modificada de la proteína puede regenerarse 
mediante eliminación hidrolítica de grupos fosforilo, 
catalizada por proteína fosfatasas. 
-La fosforilación de proteína es en extremo versátil. La 
fosforilación-desfosforilación de proteína es un 
proceso muy versátil y selectivo. No todas las 
proteínas están sujetas a fosforilación; esta última 
sólo se dirige a uno, o un pequeño subgrupo, de los 
muchos grupos hidroxilo sobre la superficie de una 
proteína. Si bien la función enzimática afectada más a 
menudo es la eficiencia catalítica de la proteína, la 
fosforilación también puede alterar su ubicación 
dentro de la célula, la susceptibilidada la degradación 
proteolítica, o la capacidad de respuesta a regulación 
por ligandos alostéricos. La fosforilación puede 
incrementar la eficiencia catalítica de una enzima y 
convertirla en su forma activa en una proteína, 
mientras que la fosforilación de otra proteína la 
convierte en una forma intrínsecamente ineficiente, o 
inactiva. 
- Eventos reguladores individuales se combinan para 
formar redes de control complejas. Las células llevan a 
cabo una compleja gama de procesos metabólicos 
que deben regularse en respuesta a una amplia gama 
de factores ambientales. En consecuencia, las enzimas 
interconvertibles, y las enzimas de las cuales depende 
su interconversión no actúan como conmutadores de 
“encendido” y “apagado” aislados. Para satisfacer las 
demandas de mantener la homeostasis, estos bloques 
de construcción están enlazados para formar redes 
reguladoras integradas. 
Puntos relevantes: 
-La homeostasis incluye mantener un ambiente 
intracelular y dentro de órganos relativamente 
constante pese a amplias fluctuaciones en el 
ambiente externo. Esto se logra por medio de 
cambios apropiados en los índices de reacciones 
bioquímicas en respuesta a necesidad fisiológica. 
- Los sustratos para casi todas las enzimas por lo 
general están presentes a una concentración cercana 
a su Km. Esto facilita el control pasivo de los índices de 
formación de producto en respuesta a cambios de las 
concentraciones de intermediários metabólicos. 
-El control activo del flujo de metabolitos comprende 
cambios de la concentración, la actividad catalítica, o 
ambos, de una enzima que cataliza una reacción 
limitante comprometida. 
-La proteólisis selectiva de proenzimas inactivas desde 
el punto de vista catalítico, inicia cambios 
conformacionales que Forman el sitio activo. La 
secreción como una proenzima inactiva facilita la 
movilización rápida de actividad en respuesta a lesión 
o necesidad fisiológica, y puede proteger al tejido de 
origen (p. ej., autodigestión por proteasas). 
-La unión de metabolitos y segundos mensajeros a 
sitios distintos del sitio catalítico de enzimas 
desencadena câmbios conformacionales que alteran 
la Vmáx o la Km. 
-La fosforilación por proteína cinasas de residuos 
serilo, treonilo o tirosilo específicos —y la 
desfosforilación subsiguiente por proteína 
fosfatasas— regula la actividad de muchas enzimas de 
humanos. 
-Las proteína cinasas y fosfatasas que participan en 
cascadas de regulación que responden a informes 
hormonales o de segundo mensajero, constituyen 
redes reguladoras que pueden procesar e integrar 
información ambiental compleja para producir una 
respuesta celular apropiada e integral. 
-Muchas enzimas metabólicas son modificadas por la 
acetilación-desacetilación de residuos de lisina. Se 
cree que el grado de acetilación de estas proteínas 
está modulado por la disponibilidad de acetil-CoA, el 
sustrato donador de acetilo para lisina 
acetiltransferasas, y NAD1, un sustrato para las 
desacetilasas sirtuína. 
-La capacidad de las proteína cinasas, proteína 
fosfatasas, lisina acetilasas, y lisina desacetilasas para 
establecer como objetivo tanto múltiples proteínas 
como múltiples sitios en proteínas, es clave para la 
formación de redes reguladoras integradas.