REGULACIÓN DE LA EFICACIA CATALÍTICA

Los modificadores alostericos de la actividad enzimática, sitio alosterico. Efectos y fenómenos alostericos. Efecto alosterico positivo, efecto alosterico negativo, Inhibición Feed-Back.

Gráfica de Michaelis_Menten

Variación de la actividad enzimática con la concentración de sustrato: Esta gráfica demuestra la formación de un complejo enzima-sustrato

Acti

vid

ad

en

zim

áti

ca

Concentración de sustrato

Nivel de saturación de la enzima

Regula

cion E

ficacia

Cata

litica:

Modifica

dore

s Alo

sterico

s

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Suministro de piezas por hora (S/h)

Relo

jes

fabri

cados

por

hora

(R

/h)

60

50

40

30

20

10

Supongamos ahora que la dirección desea aumentar la producción y aumenta progresivamente el suministro de piezas para hacer relojes (S/h) según indica en la gráfica.

S/ h R/h

0

10

20

30

40

50

60

70

0

10

20

30

40

40

40

40

Tabla de datos

Gráfica real

Ligando que producen un cambio de la actividad enzimatica , pero que no se modifica como resultado de la actividad enzimatica, se denomina efectores, modificadores o moduladores,

La fijación del efector alosterico provoca un cambio conformacional en el enzima, de modo que también cambia la afinidad hacia el sustrato u otros ligandos

El centro alosterico donde se une el efector positivo se conoce como activador; el efector negativo se une a un centro inhibidor

Clase K, el efector altera la Km, pero no la Vmax y dan graficas de dobles reciprocos similares a las obtenidas con inhibidores competitivos ; la fijacion de un efector negativo a un centro alosterico afecta la afinidad de un centro de fijacion de sustrato hacia el sustrato

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Regula

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ficacia

Cata

litica:

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dore

s Alo

sterico

s

Clase V, el efector no altera la Km, pero si la Vmax y dan graficas de dobles reciprocos similares a las obtenidas con inhibidores no competitivos ; los modificadores alostericos positivos y negativos incrementan o disminuyen la velocidad de descomposicion del complejo ES en productos

La constante de velocidad catalitica k3 queda afectada mientras que no se modifica la constante de fijacion de sustrato

Enzimas oligomericas, constan de varias subunidades (Protomeros)

Interaccion Homotropica, la fijación del ligando a un protomero puede afectar a la fijación de ligandos sobre los otros protomeros del oligomero, son casi siempre positivas, la transmision de efectos se considera un aspecto de la cooperatividad 5

Regula

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s Alo

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s

Interaccion Heterotropica, es el efecto de un ligando sobre la fijación de un ligando diferente, puede ser negativo o positivo, y pueden tener lugar en enzimas monomericas Influencia de un efector negativo sobre la fijación de sustrato Influencia de un efector negativo sobre la fijación de un

activador alosterico En enzimas oligomericas, tanto los efectos

heterotropicos como los homotropicos están mediados por la cooperatividad entre subunidades

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s Alo

sterico

s

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Cata

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dore

s Alo

sterico

s

REGULACIÓN DE LA EFICACIA ALOSTERICOS Sitio alostericos Control de la actividad Enzimática por

modificadores no covalentes Una enzima alosterica es un dímero, con

subunidades idénticas A-A A tiene un sitio activo y está localizado entre las

dos subunidades del modelo El lado de unión de modificador alosterico se

encuentra en lado remoto del sitio activo

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ficacia

Cata

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s

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sterico

s

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Cata

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sterico

s

Bacterial pyrimidine biosynthesis through aspartate transcarbamolyase

Active/inactive conformations

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ficacia

Cata

litica:

Mod

ificad

ore

s Alo

sterico

s

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s Alo

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s

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ADP

ATP

, alanine

+ fructose-1,6-bisP, PEP

PHOSPHOENOLPYRUVATE

PYRUVATE

_ citrate, ATP

Regulación alosterica de la Piruvato quinasa

Regula

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Cata

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dore

s Alo

sterico

s

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Otra característica importante de las enzimas alostéricases que presentan cinéticas anómalas, normalmentecinéticas sigmoides:

v

s

La presencia de unasigmoide implicala existencia decooperatividad en lafijación del substrato

Regula

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s Alo

sterico

s

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La cooperatividad (positiva) consiste en que la fijación de unamolécula de substrato favorece la fijación del siguiente, y asíhasta ocuparse toda la molécula

s s s ss ss

ss s

+ + +1 2 3

En términos de Km veríamos que Km1 > Km2 > Km3

Existe también cooperatividad negativa, cuando la fijación deuna molécula de substrato dificulta la fijación del siguiente.

Cinéticas michaeliana y sigmoide:Mioglobina y Hemoglobina

s0 2 4 6 8 10 12

Y

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

Mioglobina

Hemoglobina

Efecto del pH sobre la saturación de la hemoglobina

PO2, mmHg

0 20 40 60 80 100

Sat

urac

ión

de O

2, %

0

20

40

60

80

100

pH 7.4

pH 7.0

pH 6.6

(Efecto Bohr)

Efecto del 2,3-bisfosfoglicerato (2,3-BPG) sobre la saturación de la hemoglobina

PO2, mmHg

0 20 40 60 80 100

Sat

urac

ión

de O

2, %

0

20

40

60

80

100

00.1 mM

1 mM

Inhibidores y activadoresalostéricos

s0 2 4 6 8 10 12

Y

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

(+ Inhibidor)

(+ Activador)

(sin efectores)

V+

V0

V-

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s

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LL

Forma R

Forma T

Modelo MWC

Intrinsic Enzyme Dynamics in the Unbound State and Relation to Allosteric Regulation, Curr Opin Struct Biol. 2007 December ; 17(6): 633–640

Los inhibidores alostéricos se unen a una zona de la enzima y cambian la configuración del centro activo de tal manera que impiden que el sustrato se pueda unir a él.

sustrato

inhibidor

Enzima inactiva

Enzima activa

Inhibición alostérica.

Sin inhibidor

con inhibidor

La Inhibición por retroalimentación : inhibición de una enzima en una vía biosintetica mediante el producto final (D); capacidad de D para fijarse o inhibir de Enz1 a Enz3 D se une a un sitio alosterico , tiene poca o ninguna similitud estructural de los sustratos de las enzimas que ellos inhiben

D Efector Alosterico Negativo

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s

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Cata

litica:

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s Alo

sterico

s

Sitios de inhibición por la retroalimentación de una vía biosintetica ramificada, S1-S5 son intermediarios en los productos finales A-D . Las flechas directas representan enzimas que catalizan las transformaciones indicadas. Las flechas curvadas representan asas, lazos de retroalimentación , e indican sitios de inhibición de retroalimentación en productos finales específicos

Allosteric modulation refers to the concept that proteins could exist in multiple conformational states and that binding of allosteric ligands alters the energy barriers or isomerization coefficients between various states. In the context of ligand gated ion channels such as nicotinic acetylcholine receptors (nAChRs), it implies that endogenous ligand acetylcholine binds at the orthosteric site, and that molecules that bind elsewhere on the nAChR subunit(s) acts via allosteric interactions. For example, studies with the homomeric alpha7 nAChRs indicate that such ligand interactions can be well described by an allosteric model, and that positive allosteric effectors can affect energy transitions by (i) predominantly affecting the peak current response (Type I profile) or, (ii) both peak current responses and time course of agonist-evoked response (Type II profile). The recent discovery of chemically heterogeneous group of molecules capable of differentially modifying nAChR properties without interacting at the ligand binding site illustrates the adequacy of the allosteric model to predict functional consequences. In this review, we outline general principles of the allosteric concept and summarize the profiles of novel compounds that are emerging as allosteric modulators at the alpha7 and alpha4beta2 nAChR subtypes.

Bertrand D; Gopalakrishnan M [Ad] Dirección: Department of Neuroscience, CMU, Medical Faculty, Geneva, Switzerland. daniel.bertrand@medecine.unige.ch [Ti] Título: Allosteric modulation of nicotinic acetylcholine receptors. [So] Fuente: Biochem Pharmacol;74(8):1155-63, 2007 Oct 15

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Review: Allosteric Mechanisms of Signal Transduction .Jean-Pierre Changeux and Stuart J. Edelstein

Science 3 June 2005: 1424-1428

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