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Curso: Lecciones de biología > Unidad 12
Lección 6: Variantes sobra la respiración celularRegulación de la respiración celular
Cómo puede acelerarse o frenarse la respiración celular. Enzimas clave e inhibición por retroalimentación.
Introducción
A veces puedes tener demasiado de algo bueno. Considera, por ejemplo, los sándwiches de helado. Tal vez te gustan mucho los sándwiches de helado y compras un montón en la tienda. Si tienes mucha hambre, puede ser una buena elección: puedes comértelos rápido antes de que se derritan. En cambio, si solo tienes un poco de hambre, puede ser una mala elección: la mayoría de los sándwiches se derretirán antes de comerlos y entonces habrás perdido algo de dinero.
Las células se enfrentan a una problema parecido cuando degradan moléculas combustibles, como la glucosa, para producir ATP. Si el suministro de ATP en la célula es bajo, le convendría degradar la glucosa tan rápido como sea posible a fin de restablecer el ATP que necesita para "mantener el motor andando". Por otro lado, si el suministro de ATP es alto, tal vez no sea tan buena idea oxidar la glucosa a toda velocidad. El ATP es una molécula inestable que si se conserva en la célula y no se usa, lo más probable es que se hidrolice espontáneamente en ADP. Esto es igual al caso de los sándwiches de helado derretidos: la célula gasta glucosa para generar ATP y el ATP termina desperdiciándose.
Para una célula, es importante coordinar la actividad de sus vías de degradación de combustible con sus necesidades energéticas en todo momento. Aquí veremos cómo las células "prenden" o "apagan" las vías de la respiración celular en respuesta a la concentración de ATP y otras señales metabólicas.
Enzimas alostéricas y control de las vías
¿Cómo se controla la actividad de una vía? En muchos casos, las vías se regulan por enzimas que catalizan pasos individuales de la vía. Si la enzima de un paso en particular está activa, este paso puede ocurrir rápidamente; pero si la enzima está inactiva, el paso ocurrirá lentamente o simplemente no ocurrirá.
Por lo tanto, si una célula quiere controlar la actividad de una vía metabólica, necesita regular la actividad de una o más de las enzimas en esa vía.
El objetivo principal de la regulación de una vía bioquímica suele ser menudo la enzima que cataliza el primer paso comprometido de la vía (es decir, el primer paso que no es fácilmente reversible). El concepto de un paso comprometido puede complicarse un poco cuando hay muchas vías metabólicas que se cruzan, como en la respiración celular, pero aun así es una idea útil para tener en cuenta.
¿Cómo se regulan las enzimas que controlan las vías metabólicas? Cierto número de las enzimas de la respiración celular controla su actividad por la unión de moléculas reguladoras en uno o más sitios alostéricos. (Un sitio alostérico es simplemente un sitio regulador diferente al sitio activo). La unión de un regulador con el sitio alostérico de una enzima altera su estructura y causa una mayor o menor actividad.
Las moléculas que se unen a enzimas de la respiración celular actúan como señales, dando información a la enzima sobre el estado energético de la célula. El ATP, ADP y NADH son ejemplos de moléculas que regulan las enzimas de la respiración celular. El ATP, por ejemplo, es una señal de "alto": niveles elevados significan que la célula tiene suficiente ATP y no necesita hacer más con la respiración celular. Este es un caso de inhibición por retroalimentación, en el que un producto "retroalimenta" para apagar su vía.
Regulación de la glucólisis
Existe regulación en varios pasos de la glucólisis, pero el punto de control más importante es el tercer paso de la vía, el cual es catalizado por una enzima llamada fosfofructocinasa (PFK). Esta reacción es el primer paso de compromiso en la glucólisis, por lo que la PFK es uno de los principales blancos regulatorios de toda la vía de la glucólisis
La PFK se regula por ATP, un derivado del ADP llamado AMP y citrato, así como otras moléculas que no discutiremos aquí.
- ATP. El ATP es un regulador negativo de la PFK, lo cual tiene sentido: si la célula ya tiene una buena cantidad de ATP, no hay necesidad de que la glucólisis produzca más.
- AMP. El adenosín monofosfato (AMP) es un regulador positivo de la PFK. Cuando tiene muy poco ATP, una célula comenzará a obtener ATP de moléculas de ADP convirtiéndolas en ATP y AMP (ADP + ADP
- Citrato. El citrato, primer producto del ciclo del ácido cítrico, también puede inhibir la PFK. Si aumenta la cantidad de citrato, esto es señal de que la glucólisis puede ir más lento, porque el ciclo del ácido cítrico cuenta con suministros suficientes y no necesita más combustible.
La oxidación del piruvato
El siguiente punto de control ocurre después de la glucólisis, cuando el piruvato se convierte en acetil-CoA. Este paso de conversión es irreversible en muchos organismos y controla la cantidad de acetil-CoA que "alimenta" al ciclo del ácido cítrico
- El ATP y el NADH disminuyen la actividad de esta enzima, mientras que el ADP la hace más activa. De esta forma se produce más acetil-CoA cuando hay poca energía almacenada.
- El propio sustrato de la piruvato deshidrogenasa, el piruvato, también activa la enzima, que a su vez es inhibida por su producto, el acetil-CoA. Esto asegura que el acetil-CoA se produzca solo cuando se necesita (y cuando hay suficiente piruvato disponible)
El ciclo del ácido cítrico
El ingreso al ciclo del ácido cítrico se regula principalmente mediante la piruvato deshidrogenasa (arriba), la enzima que produce el acetil-CoA. Sin embargo, hay dos pasos adicionales en el ciclo que se encuentran sujetos a regulación. Estos dos pasos son los que liberan moléculas de dióxido de carbono, que también son los pasos en los que se obtienen las dos primeras moléculas de NADH en el ciclo.
- La isocitrato deshidrogenasa controla el primero de estos dos pasos en el que una molécula de seis carbonos se convierte en una de cinco. Esta enzima se inhibe con ATP y NADH, pero el ADP la activa.
- El α-cetoglutarato deshidrogenasa controla el segundo de estos dos pasos en el que el compuesto de cinco carbonos obtenido del paso previo se convierte en uno de cuatro que además está unido a CoA (succinil-CoA). Esta enzima se inhibe con ATP, NADH y otras varias moléculas, incluida la succinil-CoA misma.
Unir todas las piezas
Hay muchos otros mecanismos regulatorios en la respiración celular además de los que analizamos aquí. Por ejemplo, la velocidad de la cadena de transporte de electrones se regula por la concentración de ADP y ATP, y muchas otras enzimas están sujetas a regulación. Sin embargo, estos ejemplos te dan una idea del tipo de lógica y las estrategias que utilizan las células para regular los procesos metabólicos.
En cada etapa, podemos ver elementos similares. Por ejemplo, vemos la inhibición por retroalimentación en muchas etapas, a nivel de vías y de reacciones individuales. Monitorear el estado energético de la célula por la concentración de moléculas como el ATP, ADP, AMP y el NADH es otra característica común.
El siguiente diagrama resume las enzimas clave que hemos discutido, junto con algunos de sus reguladores más importantes.
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cuales son las enzimas que intervienen en la respiración celular(1 voto)
Esta pregunta, está relacionada con aquellos tipos de sustancias que tiene una función específica, esta función está relacionada con un tipo de reacción química, donde se puede ganar o perder un electrón. Estas sustancias pueden llevar a cabo una des-hidrogenación y pueden participar en la respiración celular ¿Cuál podría ser?(1 voto)