Tema 4, 5 i 6 PDF

Preview

Summary

Download Tema 4, 5 i 6 PDF

Description

Tema 4: Regulació enzimática Mecanismes de regulació:  A llarg termini → modula la concentració de l’enzim: o Regulació de l’expressió gènica DNA->RNA->mRNA->proteïna o Regulació de la degradació proteica: La quantitat de proteïna depèn de la facilitat de la degradació i la síntesi d’aquesta. Recanvia molt ràpid: es sintetitza i es degrada de manera molt ràpida.  A curt termini → modula l’activitat de l’enzim: o Regulació per inhibició enzimàtica o Regulació al·lostèrica o Regulació per modificació química covalent:  reversible  irreversible → activació d’enzims per proteòlisi o Isoenzims A CURT TERMINI: 1. REGULACIÓ PER INHIBICIÓ ENZIMÀTICA: Irreversible: sense interès fisiològic, és el mecanisme de molts tòxics i verins. La unió de l’enzim a l’inhibidor és molt forta, generalment de tipus covalent, la dissociació del complex “EI” és molt lenta. Són inhibidors útils en l’estudi dels mecanismes de catàlisi. La inhibició no pot ser revertida al disminuir la concentració de l’inhibidor. Ex. Penicilina: el bacteri no pot formar les seves parets cel·lulars. Reversible: d’interès fisiològic i farmacològic: o Inhibició reversible (entra i surt) competitiva: L’inhibidor es lliga dèbilment a l’enzim, s’uneix en el centre actiu (en el mateix lloc que el substrat). Es formen intermediaris “ES” i “EI” però no “ESI”. És una inhibició que pot ser revertida al augmentar la concentració del substrat. És un mecanisme de regulació de l’activitat d’un enzim. ->La Vmàx es manté igual, la KM augmenta (canvia l’afinitat de l’enzim pel substrat). -Ibuprofé: inhibidor reversible de la ciclooxigenasa. -Simvastatina (estatina): inhibidor reversible de l’HMG-CoA Reductasa. -Metotrexat: anàleg del tetrahidrofolat que es Coenzim de la Dihidrofolat reductasa (síntesi de nucleòtids, s’utilitza pel càncer). o Inhibició reversible no competitiva/acompetitiva/incompetitiva: L’inhibidor no s’uneix al centre actiu de l’enzim, ho ha en un altre lloc de l’enzim, per tant, no té relació estructural amb el substrat. Es formen intermediaris “ESI”. No pot ser revertida incrementant la [S], perquè el substrat no competeix amb l’inhibidor. És reversible perquè la unió enzim-inhibidor és feble i el complex “EI” es dissocia fàcilment. És un mecanisme molt ràpid de regulació de l’activitat d’un enzim. -> La Vmàx. disminueix, la KM es manté constant. -Glifosat (Roundup): herbicida, inhibidor no competitiu de 1

enolpiruvilsiquimato-3-fosfatosintasa. Degradació de aa aromàtics (plantes). -Plom: inhibidor no competitiu reversible de molts enzims. -Desoxiciclina: antibiòtic i a baixes concentracions es inhibidor no competitiu de la colagenasa (trenca el col·làgen). Tractament de la periodontiditis 2. REGULACIÓ AL·LOSTÈRICA: Els enzims al·lostèrics estàn formats per més d’una cadena polipeptídica, poden ser activadors o inhibidors. No segueixen la cinètica de Michaelis-Menten, solen ser enzims grans i complexos amb més d’una subunitat o centre actiu, i amb un o més centres al·lostèrics on es lliguen moduladors fisiològics, per interaccions febles reversibles. Solen ser dimèrics (2llocs d’unió) en comptes de monomèrics. La major part dels enzims reguladors del metabolisme són al·lostèrics.  A baixes concentracions de substrat l’enzim és poc afí pel substrat.  A altes concentracions de substrat l’enzim és molt més afí pel substrat. Els moduladors al·lostèrics poden ser:  Activadors: estabilitzen la forma de R d’alta afinitat pel substrat.  Inhibidors: estabilitzen la forma T de baixa afinitat pel substrat. Interès fisiològic de la modulació al·lostèrica: control ràpid de l’activitat de l’enzim independent de la concentració cel·lular del substrat: o Els activadors al·lostèrics augmenten la velocitat de reacció. o Els inhibidors al·lostèrics disminueixen la velocitat de la reacció. En els sistemes biològics els enzims no estan saturats pels substrats; l’activitat d’un enzim depèn del balanç entre les concentracions presents dels activadors i inhibidors fisiològics (efectors). Adaptació ràpida a les necessitats metabòliques. REGULACIÓ PER MODIFICACIÓ QUÍMICA COVALENT REVERSIBLE: Molts enzims es regulen per la unió covalent de determinades molècules. La modificació covalent pot activar o inhibir l’enzim, hi ha de diversos tipus. Una modificació molt freqüent en la regulació metabòlica és la fosforilació, addició de fosfats a les cadenes laterals hidroxilades de Tyr, Ser i Thr (aa amb grups carboxils, acceptors de fosfats). Són fosforilacions reversibles catalitzades enzimàticament. La fosforilació és un mecanisme molt ràpid de regulació de l’activitat d’un enzim.    

Fosforilació: s’afegeix un grup fosfat a una Tyr, Ser, Thr, His. Adenilació s’afegeix una molècula d’adenina amb un grup fosfat a una tirosina. Uridilació: s’afegeix una uridina amb un grup fosfat a una Tyr. ADN-ribosilació: s’afegeix NAD nicotidamida a una Arg, Gin, Cys o una His modificada.

FOSFORILACIÓ: S’uneix un grup fosfat a partir d’ATP que és transferit al grup hidroxilat de l’aa, i és catalitzat per enzims anomenants “quinases”. Hi ha una proteïna quinasa per la Ser i Thr i un altra quinasa molt diferent per les Tyr.

2

DESFOSFORILACIÓ: Les “fosfatases” trenquen l’enllaç fosfat i deixen la Ser/Thr/Tyr lliures, no tots es fosforilen (només 1 o 2). L’activitat de l’enzim canvia perquè el grup fosfat aporta dues càrregues negatives, es produeix un canvi conformacional en l’enzim. Per trencar el glicogen: quinasa=fosforilasa. Quan no es necessita es troba en forma menys activa, està format per dos subunitats amb un residu Ser14 cadascun (el glicogen) que es pot fosforilar. Quan s’afegeixen grups fosfat amb la fosforilasa quinasa dóna un enzim més actiu i es pot degradar més glicogen. ACETILACIÓ: afegir un grup acetil. REGULACIÓ PER MODIFICACIÓ COVALENT IRREVERSIBLE PER PROTEÒLISI: Alguns enzims es sintetitzen com a precursors inactius (zimògens: enzims que es sintetitzen en el pàncrees), per evitar que afectin el propi teixit on s’han sintetitzat. Aquests zimògens s’excreten al intestí on són activats enzimàticament per ruptura d’enllaços peptídics (proteòlisi). (Es fan en el pàncrees però s’utilitzen en el duodè). Quimiotripsina: es sintetitza en forma inactiva, en el duodè la tripsina trenca l’enllaç entre una Arg i Ile i es forma una quimiotripsina π que està parcialment activat. La quimiotripsina actua sobre ella mateixa alliberant Thr, Asn i trenca Tyr i Ala. Tripsinògen: es trenquen els sis primers aa, ho fa una enteropeptidasa (intestinal) que fa que es converteixi en tripsina (forma activa). Tant la insulina com el col·lagen s’activen per proteòlisi. LISI PER COÀGULS PER TPA (activador tissular del plasminògen): coàgul: el TPA és un activador del plasminògen, una proteïna que forma part del coàgul, amb el TPA es tracta i el plàsmid es torna soluble, desfà el coàgul. ISOENZIMS: Formes moleculars diferents d’un enzim que catalitzen la mateixa reacció. Són proteïnes amb seqüències d’aminoàcids similars, però no idèntiques. Poden presentar diferències: cinètiques i de regulació, en el tipus de cofactor, en la distribució tissular o subcel·lular. Carnitina palmitroil transferasa 1 (CPT 1): es troba en la membrana externa del mitocondri, hi ha 3 isoenzims diferents A,B,C que passen a acetil-CoA que desprès passarà a CO2 i ATP. La A es troba en el fetge o pancrees (mitocondri), la B es troba en el múscul, cor, teixit marró (grasa parda) (mitocondri), la C es sintetitza en el RE i es troba en el cervell. El lactat deshidrogenasa: 5 isoformes. Cadascuna formada per 4 subunitats, cada forma és una combinació diferent de les subunitats. El piruvat es transforma a lactat (oxidació) en condicions anaeròbiques, i un altre isoenzim en condicions aeròbiques passa de lactat a piruvat.

abòliques: o principals: són les éssers vius (síntesi i teïnes, sucres, lípids) es: són vies molt diferents segons les esi, cicle de Calvin) : vies metabòliques de des per reaccions energia i poder vergents (totes es cetil-CoA). vies metabòliques de per reaccions s grassos... metabòlica ha de ser ngui lloc la reacció ons individuals a pH 7. els substrats: ΔG=Gperalment els canvis es reaccions s’expressen en funció de l’energia lliure estàndard (ΔG0) és l’energia lliure real (ΔG) la que determinarà si una reacció serà o no favorable, per tant ΔG depèn de la concentració real de substrats i productes.

4

En una sèrie de reaccions acoblades, la variació d’energia lliure depèn només de la naturalesa dels substrats i dels productes, independentment del camí realitzat. Les variacions d’energia lliure estàndard dels components d’una reacció són additives (es poden sumar les ΔG de cada reacció). La ΔG d’una via metabòlica és la suma de les ΔG de les reaccions individuals. Com l’energia lliure estàndard dels components d’una reacció són additives, podem dirigir una reacció favorable (a continuació) a una desfavorable. Una via metabòlica ha de ser un procés global termodinàmicament favorable.

l necessita fer amb un enzim ja que és relativament estable en la forma en la que es trobaa pH 7, degut a que l’energia d’activació per l’hidròlisi de l’ATP és alta. ALTRES MOLÈCULES AMB ENLLAÇ FOSFAT D’ALTA ENERGIA: Altres nucleòtids: GTP (guanina), CTP (citosina), UTP (uratil). Altres molècules:  Fosfoenolpiruvat (metabòlit de la glicòlisi): el grup fosfat s’estabilitza per ressonància (ions). Conté un enllaç ester fosfat que pot ser hidrolitzat donant lloc a enol i piruvat i aquest producte pot tornar a hidrolitzar per tautomerització a la forma ceto del piruvat que és més estable que el reactiu.  1,3-Bisfosfoglicerat (metabòlit de la glicòlisi): s’estabilitza per la captació de protons H+. Conté un enllaç fosfoanhídrid que quan s’afegeix aigua aquest perd un protó per donar ió carboxilat i dona dues formes ressonants estables.  Fosfocreatina (reserva energètica del múscul de vertebrats): s’estabilitza per ressonància. Els components d’alta energia són capaços de cedir un fosfat per tornar ATP: fosfoenolpiruvat, 1,3-BPG, fosfocreatina. Els components de baixa energia són els que utilitzen el fosfat de l’ATP convertint-lo en ADP: glucosa i glicerol.

5

6

Tot i que les concentracions d’ATP, ADP i AMP són diferents en els eritròcits i en els músculs, si es fa el càlcul de la càrrega energètica s’obté el mateix valor (el que oscil·la entre 0,80 i 0,95). ETAPES D’EXTRACCIÓ D’ENERGIA A PARTIR DELS CARBONIS DELS ALIMENTS:  Estat 1: Hidròlisi. Greixos, hidrats de carboni i proteïnes passen de molècules grans a unitats estructurals (primers metabòlits del cicle de krebs).  Estat 2: Oxidació. De les unitats estructurals fins a unes poques estructures que juguen un paper central al metabolisme. Convergència a acetil-CoA.  Estat 3: Oxidació completa en una via final d’oxidació comuna. En la que els dos carbonis de l’acetil-CoA s’oxiden a CO2 i electrons en el cicle de l’àcid cítric. Es genera ATP a mida que els electrons es transporten a l’oxigen, l’acceptor final en la fosforilació oxidativa. REGULACIÓ DE LES VIES METABÒLIQUES: Regulació des de l’interior de la cèl·lula: disponibilitat de substrat i regulació al·lostèrica per cofactor o intermediari metabòlic (generalment quan les reaccions són irreversibles). Regulació des de l’exterior: a través d’hormones o altres mediadors químics com factors de creixement (s’activen quinases). Tipus de reaccions: Reversibles o molt properes a l’equilibri: no són reguladors de la via i són la majoria de les reaccions d’una via. Els enzims que les catalitzen:   

Tenen Km elevades (necessiten gran quantitat de substrat) Estan poc saturats pels substrats. Responen a increments en la concentració del substrat fisiològic augmentant la velocitat de la reacció (regulació interna pels nivells del propi substrat).

Ex. De glucosa a piruvat: hi ha 10 reaccions, la primera (síntesi i degradació de glucosa) és diferent, hi ha un enzim per la catàlisi i un altre per a la reducció, en canvi totes les altres reaccions els enzims són els mateixos perquè són reaccions reversibles excepte la primera. El fet de que la primera reacció sigui així es deu per raons energètiques (hi ha un salt molt gran d’energia) o de tipus regulatori.

Irreversibles o allunyades de l’equilibri: (treballen en una única direcció reguladores de les vies, n’hi poques en una via i els enzims que les ca    

Tenen Km baixes. Estan molt saturats pels substrats. No responen a canvis en la concentració fisiològica del substra Són enzims reguladors de les vies sotmesos a regulació extern hormonal i al·lostèric).

Ex. Àcid gras: la oxidació (catàlisi) i la reducció (via anabòlica) es fan per vies separades, és a dir s’utilitzen enzims diferents. Reacció

irreversible. La degradació té un salt tant gran d’energia que s’ha de buscar una altra via que és més llarga però requereix menys energia per sintetitzar-lo. Per a la síntesi cal energia i en l’oxidació s’obté energia. COMPARTIMENTACIÓ DE LES VIES: Cada via té lloc en un lloc diferent.  Citosol: Glicòlisi, ruta pentoses fosfat (reducció dels àcids grassos), síntesi d’acids grassos.  Matriu mitocondrial: cicle de l’àcid cítric, oxidació dels àcids grassos i formació dels cossos cetònics (surten d’estar un temps molt llarg en dejú).  Citosol + matriu mitocondrial: gluconeogènesi i síntesi d’urea. METABOLISME DIFERENCIAL DELS TEIXITS: Cervell: (oxidació de la glucosa) pràcticament només utilitza la glucosa com a combustible en condicions normals ja que en dejuni prolongat utilitza cossos cetònics. No té magatzem de glucosa, depèn dels nivells de glucosa en sang. No utilitza els lípids sanguinis com a combustibles, tot i que travessen la barrera hematoencefàlica. Múscul esquelètic: utilitza diferents combustibles segons el grau d’activitat i disponibilitat (glucosa, àcids grassos i cossos cetònics). Té un important magatzem d’energia pel seu propi consum: glicogen (polisacàrid de glucosa), fofocreatina: reserva de fosfats per sintetitzar ràpidament ATP quan cal energia. Fetge: actua com a filtre. No utilitza la glucosa com a combustible, ja que la deixa per altres teixits, utilitza àcids grassos i α-cetoàcids procedents de la degradació d’aminoàcids. La seva funció principal és subministrar combustible al cervell, múscul i altres teixits: té un important magatzem de glucosa en forma de glicogen, per controlar els nivells de glucosa en sang. En dejuni actua diferent: Glucosa:  

dieta->glucosa->àcids grassos-> triglicèrids->teixit adipós dejú-> fa glucosa, s’activa per gluconeogènesi -> sang

Àcids grassos:  

dieta->àcids grassos->triacilglicèrids->val al teixit adipós o bé es metabolitza en acetil-CoA i forma colesterol. dejú->àcids grassos->acetil-CoA-> ATP o cossos cetònics.

Aminoàcids:  

dieta->síntesi de proteïnes dejú (degrada proteïnes pròpies del fetge o li provenen del múscul)-> treu el grup amí->forma α-cetoàcids->acetil-CoA->ATP

Teixit adipós: consumeix glucosa i àcids grassos i és un gran magatzem de lípids. En dejú deixa anar triglicèrids que formen glicerol i es pot formar glucosa.

8

9...