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Enzimas regulatoriasEnzimas regulatoriasLas vías metabólicas están compuestas por grupos coordinados de enzimas que realizan específicamente un proceso metabólico. En general, de las muchas enzimas que los componen, sólo algunas están reguladas. Las enzimas regulatorias catalizan reacciones que limitan la velocidad de todo el proceso o son un paso cometido, es decir que luego de traspuesto el proceso llegará hasta el final.
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Las enzimas regulatorias frecuentemente están en o cerca de las etapas iniciales de un camino metabólico o en una ramificación. La lógica operacional es conservar energía, de modo que las reacciones biosintéticas no serán activas a menos que realmente se necesite el metabolito producto de ese camino
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Regulación de la actividad enzimáticaRegulación de la actividad enzimática
Catabólico
E1 E2 E3A B C D
anabólico
Catabólico
E1 E3A B C D
anabólico
E2
E4
• El camino de la biosíntesis de un compuesto es
diferente de aquel que conduce a su degradación
• Esta separación asegura que los procesos son termodinámicamente favorables en ambas
direcciones
• Permite la regulación recíproca
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G<<0 G<<0
G<<0
G<<0
Pyr
Glc-6-P
Pi
H2O
Fru-6-P
Fru-1,6-P2+ _
PEPADP
ATP
F2,6P2
OAA
ADP
ATP Pi
H2O
Glc
G<<0
G<<0
Ejemplo:Ejemplo:glucólisisglucólisis
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Varios pasos
Ejemplo:Ejemplo:Síntesis deSíntesis deguaninasguaninas
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Las 2 formas principales de regulación:
1) control de la cantidad de enzima (gruesa) o de los sustratos presentes (fina)
2) alteración de la eficiencia catalítica (fina)
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Mecanismos:
1.compartimentación2.cantidad de enzima3.concentración de sustrato4.inhibición reversible por productos5.regulación alostérica6.unión a proteínas7.modificación covalente8.escisión proteolítica
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1.Compartimentación:1.Compartimentación:fotorespiraciónfotorespiración
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1.Compartimentación:1.Compartimentación:Ciclo del glioxilatoCiclo del glioxilato
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1.Compartimentación:1.Compartimentación:Metabolismo de AGMetabolismo de AG
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• Sistemas constitutivos
• Sistemas adaptativos: inducibles (el S provoca la síntesis) o represibles (el producto final inhibe la síntesis)
2. Cambios en la cantidad de 2. Cambios en la cantidad de enzimaenzima
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Cambios en la cantidad de enzima: operonesCambios en la cantidad de enzima: operones
Control positivo: el producto del gen regulador (o su interacción con una proteína) activa la expresión de los genes.
Control negativo: el producto del gen regulador (o su interacción con una proteína) reprime o impide la expresión de los genes.
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Inductor
5´-augguacaaccugcauggauccguacaac augguacaaccugcauggauccguacaac
Regulador Promotor Operador -----------------genes----------------------
1. La polimerasa lee el gen regulador, transcribe el ARN y se sintetiza la prot. represora2. La proteina represora bloquea a la polimerasa3. Al ingresar inductor, se une al represor (SU 34 kDa x 4)y lo libera de su unión al gen
operador4. La polimerasa avanza al inicio de la transcripción y transcribe a los genes: ß-
galactosidasa, galactósido permeasa y tiogalactósido transacetilasa
Operon Lac
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TCACNCCAC
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H
Fosfocolina
Ceramida
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http://www.cumc.columbia.edu/publications/in-vivo/Vol1_Iss6_mar25_02/regulation.html
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[S]
Vel
ocid
ad re
lativ
a (%
)
0
20
40
60
80
100
120Rango de la [S]
in vivo
+ activador
actividad sin efectores
+ inhibidor
Figura 2
3. Cambios en la concentración de sustrato3. Cambios en la concentración de sustrato
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4. Inhibición reversible por productos u otros metabolitos
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RetroinhibiciónRetroinhibición
A B C DE1 E2 E3 E4 E5
E F PE6
Retroinhibición por productofinal en un camino lineal
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A B C DE1 E2 E3
E4
E5
E F P
QG H
Secuencial
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A B C DE1 E2 E3
E4
E5
E F P
QG H
Concertada
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E F P
QG HEnzimas
isofuncionales
A B C DE2 E3
E4
E5
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A B C DE1 E2 E3
E4
E5
E F P
QG H
Acumulativa
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5. Regulación alostérica
Fosfofructokinasa
v
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6. Unión a proteínas
Calmodulina
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Proteína reguladora de la Glucokinasa
PRGK
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7. Modificación covalente7. Modificación covalente
1. Fosforilación2. Reducción de –SH3. Acilación4. Adición de nucleótidos
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Fosforilación: glucógeno sintetasa, glucógeno fosforilasa, PEP carboxilasa, etc. etc. Se da en varios aminoácidos.
-OH + ATP + ADPP
Prot-OH + ATP Prot-O-PO3- + ADP
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Fosfotreonina Fosfoserina Fosfotirosina
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P-arginina
P-lisina
O32-P
O
NH2
N
N
OH
P-histidina
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Reducción de –SHReducción de –SH
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GlutationilaciónGlutamato
Cisteina
-Glutamilcisteína
Glutation
Glicina
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En plantas: GaPDH, TPI, aldolasaEn animales: GaPDH, piruvato kinasa, ICDH, -KGDHetc.
GSH
GSSG
-SSG
-S-SSG
SH
SOH
Grx
Grx
GSNO
HNO
GSH
H2O
H2O
H2O2
Glut PO
Ác, sulfénico
glutationilación
Nitrosoglutatión
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Gln sintetasa
activa
Gln sintetasainactiva
ATP
PPi Pi
ADP
-O-AMP
-OH
Adenilación Desadenilación
-O-UMP-OH
ATasa ATasa
PIIPII
UTP PPi
UMP H2O
Uridil transferasa
Uridil transferasa
Gln (-)ATP,KG (+)
*
Glu + NH3+ + ATP Gln + ADP + Pi
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1 245
S-SS-SS-S
122 136 201
1 245
S-SS-SS-S
Arg
1 245
S-SS -SS -S
146 149 IleLeu Tyr A la
QUIMOTRIPSINÓGENO(inactivo)
Tripsina
¶ Q uim otripsina2 péptidos
8. Escisión proteolítica8. Escisión proteolítica
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+
Val-(Asp)4-Lys-Ile
Ile7Val- (Asp)4 - Lys
enteropeptidasa
TripsinaTripsina