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Regulación enzimática
Cofactores y coenzimas. Inhibidores reversibles, irreversibles, competitivos y no competitivos. Enzimas alostéricas. Inhibición por retroalimentación.
Introducción
Las células de tu cuerpo pueden hacer muchas enzimas distintas, y en un principio podrías pensar: bien, ¡hagamos funcionar todas esas enzimas y metabolicemos tan rápido como sea posible! Sin embargo, resulta que realmente no queremos producir y activar todas esas enzimas al mismo tiempo ni en la misma célula.
Distintas células tienen diferentes necesidades y circunstancias que además, cambian a lo largo del tiempo. Las células estomacales por ejemplo, necesitan enzimas distintas a las que necesitan las células que almacenan grasas, las células cutáneas, sanguíneas o nerviosas. Una célula digestiva también trabaja mucho más para procesar y descomponer los nutrientes inmediatamente después de comer que muchas horas después de una comida. A medida que estas necesidades y condiciones celulares cambian, también lo hacen la cantidad y funcionalidad de las diferentes enzimas.
Dado que las enzimas guían y regulan el metabolismo de una célula, tienden a estar cuidadosamente monitoreadas. En este artículo, examinaremos los factores que pueden afectar o controlar la actividad de las enzimas. Estos incluyen el pH y la temperatura (que se analizan en el artículo sobre el sitio activo), así como:
- Moléculas reguladoras. La actividad enzimática pueden "prenderse" o "apagarse" con moléculas activadoras e inhibitorias que se unen específicamente a la enzima.
- Cofactores. Muchas enzimas solo son funcionales cuando se unen a moléculas auxiliares no proteicas conocidas como cofactores.
- Compartimentación. Almacenar enzimas en compartimientos específicos puede evitar que causen daño o proporcionan las condiciones adecuadas para su actividad.
- Inhibición por retroalimentación. Las enzimas metabólicas clave suelen inhibirse por el producto final de la vía que controlan (inhibición por retroalimentación).
En el resto de este artículo, analizaremos estos factores uno por uno, y veremos cómo cada uno puede afectar la actividad enzimática.
Moléculas reguladoras
Las enzimas pueden ser reguladas por otras moléculas que aumentan o bien disminuyen su actividad. Las moléculas que aumentan la actividad de una enzima se conocen como activadores, mientras que aquellas que disminuyen la actividad de una enzima se llaman inhibidores.
Hay muchas clases de moléculas que bloquean o promueven la función enzimática y que la afectan por distintas rutas.
Competitiva v. no competitiva
En muchos casos bien estudiados, la unión de un activador o un inhibidor es reversible, es decir que la molécula no se une permanentemente a la enzima. Algunos tipos importantes de fármacos actúan como inhibidores reversibles. Como ejemplo, el fármaco tipranivir, que se usa para tratar el VIH, es un inhibidor reversible.
Los inhibidores reversibles se dividen en grupos de acuerdo con su comportamiento de unión. Aquí no analizaremos todos los tipos, pero examineramos dos grupos importantes: los inhibidores competitivos y los no competitivos.
- Un inhibidor puede unirse a una enzima y bloquear la unión del sustrato, por ejemplo, al pegarse al sitio activo. Esto se conoce como inhibición competitiva porque el inhibidor "compite" con el sustrato por la enzima. Es decir, solo el inhibidor o bien el sustrato puede estar unido a la enzima en un momento dado.
- En la inhibición no competitiva, el inhibidor no bloquea la unión del sustrato con el sitio activo, sino que se pega a otro sitio y evita que la enzima haga su función. Se dice que esta inhibición es "no competitiva" porque el inhibidor y el sustrato pueden estar unidos a la enzima al mismo tiempo.
Se puede diferenciar entre un inhibidor competitivo y uno no competitivo por la forma como afectan la actividad de una enzima a diferentes concentraciones del sustrato.
- Si un inhibidor es competitivo, disminuirá la velocidad de reacción cuando no hay mucho sustrato, pero si hay mucho sustrato, este "ganará". Es decir, la enzima de cualquier forma puede alcanzar la velocidad máxima de reacción siempre que haya suficiente sustrato. En ese caso, casi todos los sitios activos de casi todas las moléculas de enzima estarán ocupadas por el sustrato en lugar del inhibidor.
- Si un inhibidor es no competitivo, la reacción catalizada por la enzima jamás llegará a su velocidad de reacción máxima normal, incluso en presencia de mucho sustrato. Esto se debe a que las moléculas de enzima que están unidas al inhibidor no competitivo están "envenenadas" y no pueden hacer su función, independientemente de la cantidad disponible de sustrato.
Una gráfica de la velocidad de reación (eje-y) a diferentes concentraciones de sustrato (eje-x), nos permite diferenciar estos dos tipos de inhibidor por la forma de las curvas:
¿No estás familiarizado con este tipo de gráfica? ¡No te preocupes! El artículo sobre información básica de las gráficas de cinética enzimática tiene una explicación paso a paso.
Regulación alostérica
En general, la regulación alostérica, es solo cualquier forma de regulación donde la molécula reguladora (un activador o un inhibidor) se une a una enzima en algún lugar diferente al sitio activo. El lugar de unión del regulador se conoce como sitio alostérico.
Casi todos los casos de inhibición no competitiva (junto con algunos casos únicos de inhibición competitiva) son formas de regulación alostérica.
Sin embargo, algunas enzimas reguladas alostéricamente tienen un conjunto de propiedades únicas que las distinguen. Esta enzimas, que incluyen algunos de nuestros reguladores metabólicos clave, con frecuencia se conocen como enzimas alostéricas.
También hay activadores alostéricos. Algunos de ellos se unen a una enzima en lugares que no son el sitio activo, y causan un aumento en la función de este. Además, en un proceso conocido como cooperatividad, el sustrato mismo puede servir como un activador alostérico: al unirse a un sitio activo, aumenta la actividad de otro sitio activo.
Cofactores y coenzimas
Muchas enzimas no funcionan de manera óptima, o incluso no funcionan en absoluto, a menos que estén unidas a otras moléculas auxiliares no proteicas conocidas como cofactores. Estos pueden unirse temporalmente a la enzima a través de enlaces iónicos o de hidrógeno, o permanentemente mediante enlaces covalentes más fuertes. Entre los cofactores comunes están los iones inorgánicos como el hierro
Las coenzimas son un subconjunto de cofactores que son moléculas orgánicas (basadas en el carbono). La fuente más común de coenzimas son las vitaminas de la dieta. Algunas vitaminas son precursores de coenzimas y otras actúan directamente como coenzimas. Por ejemplo, la vitamina C es una coenzima de varias enzimas que participan en la construcción de la proteína llamada colágena, una parte clave del tejido conectivo.
Compartimentación de las enzimas
A menudo, las enzimas se encuentran en compartimentos (se guardan en una parte específica de la célula donde ejercen su función), por ejemplo, en un organelo en particular. La compartimentación significa que las enzimas que son necesarias para procesos específicos se pueden conservar en los lugares donde actúan, lo que asegura que encuentran listos sus sustratos, no dañan la célula, y tienen el microambiente necesario para funcionar bien.
Como ejemplo, las enzimas digestivas del lisosoma funcionan mejor a un pH alrededor de
Inhibición de vías metabólicas por retroalimentación
En el proceso de inhibición por retroalimentación, el producto final de una vía metabólica actúa sobre la enzima clave que regula el ingreso a esa vía para evitar sobreproducción del producto final.
Esto puede parecer extraño, ¿por qué una molécula querría apagar su propia vía? En realidad, esta es una forma astuta en que la célula hace la cantidad justa del producto. Cuando hay poca cantidad del producto, la enzima no se inhibirá y la vía correrá a todo vapor para regenerar sus provisiones. Cuando hay demasiado producto acumulado, la enzima se bloqueará para impedir la producción de producto nuevo hasta que se haya utilizado el existente.
Usualmente, la inhibición por retroalimentación funciona como el primer paso comprometido de la vía, es decir, el primer paso que de hecho es irreversible. Sin embargo, la inhibición por retroalimentación a veces también puede afectar varios puntos en una vía, sobre todo si la vía tiene muchos puntos de ramificación. Frecuentemente, los pasos de la vía regulada por inhibición por retroalimentación son catalizados por enzimas alostéricas.
Por ejemplo, la molécula portadora de energía, ATP, es un inhibidor alostérico de algunas de las enzimas implicadas en la respiración celular, un proceso que fabrica ATP para impusar las reacciones celulares. Cuando hay mucho ATP, esta inhibición por retroalimentación evita la formación de más ATP. Esto es útil porque el ATP es una molécula inestable. Si se fabricara demasiado ATP, se podría desperdiciar mucho, al romperse espontáneamente en sus componentes (ADP y P
El ADP, por otro lado, sirve como un regulador alostérico positivo (un activador alostérico) para algunas de las mismas enzimas que inhibe el ATP. Por ejemplo, el ADP puede actuar al unirse a una enzima y cambiar su forma para que sea más activa
Gracias a este patrón de regulación, cuando los niveles de ADP son altos en comparación con los de ATP, las enzimas de la respiración celular son más activas y producirán más ATP mediante la respiración celular.
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Es importante biológicamente que en las células se encuentre poca concentración de enzimas?(5 votos)- No todo lo contrario. Si tienes un nivel enzimático bajo puedes causar problemas de salud como trastornos alimenticios, dificultades para digerir alimentos, o enfermedades metabólicas.
Pero si tienes demasiadas enzimas te puede causar problemas de salud y desequilibrar tu cuerpo. Por eso siempre hay que tener un equilibrio.(1 voto)
- es bueno el metabolismos en la alimentacion(4 votos)
- Bastante bueno ya que si no hay metabolismo al consumir un alimento no se utilizaría esos nutrientes que van a la celda para que ella trabaje con esos nutrientes y también seriamos débiles y no podríamos hacer muchas cosas sin el metabolismo alimenticio(1 voto)