TEMA 5-CONTROL ACTIVITAT ENZIMATICA II

SAVE OFFLINE

Tema  5-­‐  Control  de  l’ac1vitat  enzimà1ca   - Mecanismes de regulació de l’activitat enzimàtica

-  Models que expliquen el caràcter cooperatiu i al·lostèric

REGULACIÓ PER CANVIS CONFORMACIONALS Modulació  al·∙lostèrica  de  l’ac1vitat  enzimà1ca   CONTROL  PER  RETROACCIÓ   En les rutes metabòliques els enzims al·lostèrics es troben estratègicament situats en una de les primeres etapes. Freqüentment, el producte final de la ruta metabòlica actua com a inhibidor al·lostèric d’aquest enzim. Aquest sistema de regulació s’anomena retroinhibició  o   inhibició  feedback

REGULACIÓ PER CANVIS CONFORMACIONALS Modulació  al·∙lostèrica  de  l’ac1vitat  enzimà1ca   Els  ENZIMS  AL·∙LOSTÈRICS  (al·∙lostèric  en  grec:  un  altre  forma)   experimenten  canvis  conformacionals  en  resposta  a  la  unió  del   modulador  

Les  estructures  dels  seus  reguladors  (efectors  o  moduladors  al·∙lostèrics)  no  tenen  que  assemblar se  al  substrat  o  al  producte  directe.  Els  efectors  s’uneixen  reversiblement  a  altres  centres   específics  diferents  dels  centres  acAus.  ENZIMS  AL·∙LOSTÈRICS  HETEROTROPICS     Soviet  el  mateix  substart  és  el  modulador:  ENZIMS  AL·∙LOSTÈRICS  HOMOTROPICS    

En  general,  són  proteïnes  amb  més  d’una  subunitat   i  múlAples  centres  acAus  

hipèrbola

  No  segueixen  la  cinèAca  de  Michaelis-­‐Menten  i   sovint  presenten  corbes  sigmoïdals    

sigmoide

ENZIMS  AL·∙LOSTÈRICS   Quina  funció  biològica  complex  una  cinè1ca  sigmoïdal?  

ENZIMS  AL·∙LOSTÈRICS   Una representació de la v vs [S] sigmoidal implica que hi ha una unió cooperativa entre el lligand i l’enzim (la unió d’una molècula de lligand afecta la unió de subsegüents molècules de lligand). Aquesta unió cooperativa només es pot donar en enzims que tenen més d’un lloc d’unió al lligand (La majoria són enzims oligomèrics, un lloc d’unió en cada subunitat)

ENZIMS  AL·∙LOSTÈRICS   La cooperativitat pot ser positiva (si la unió d’una molècula augmenta l’afinitat entre la proteïna i altres molècules del mateix o diferent lligand) o negativa (si la unió d’una molècula disminueix l’afinitat entre la proteïna i altres molècules del mateix o diferent lligand)

ENZIMS  AL·∙LOSTÈRICS   La cooperativitat pot ser també homotròpica (si l’enllaç d’una molècula de lligand afecta l’enllaç d’altres molècules del mateix lligand) o heterotròpics (si l’enllaç d’una molècula de lligand afecta l’enllaç d’altres molècules d’un lligand diferent) Així podem classificar els efectes cooperatius en:

•  efectes cooperatius homotròpics positius •  efectes cooperatius homotròpics negatius •  efectes cooperatius heterotròpics positius •  efectes cooperatius heterotròpics negatius

Modificació  de  l’ac1vitat  enzimà1ca  per  canvis  conformacionals.   Analogia  amb  la  unió  del  O2  en  l’hemoglobina  

El caràcter cooperatiu de la unió del O2 en l’hemoglobina respon a la funció d’aquesta proteïna, transportar l’ O2 desde els pulmons fins als teixits.

pO2 en els teixits

pO2 en els pulmons

Modificació  de  l’ac1vitat  enzimà1ca  per  canvis  conformacionals.   Analogia  amb  la  unió  del  O2  en  l’hemoglobina  

La unió del O2 en l’hemoglobina és un exemple d’unió cooperativa positiva homotròpica

Modificació  de  l’ac1vitat  enzimà1ca  per  canvis  conformacionals.   Analogia  amb  la  unió  del  O2  en  l’hemoglobina  

La unió del O2 en l’hemoglobina és un exemple d’unió cooperativa positiva homotròpica

GRUP  HEMO  

Modificació  de  l’ac1vitat  enzimà1ca  per  canvis  conformacionals.   Analogia  amb  la  unió  del  O2  en  l’hemoglobina  

Modificació  de  l’ac1vitat  enzimà1ca  per  canvis  conformacionals.   Analogia  amb  la  unió  del  O2  en  l’hemoglobina  

Voet. Fundamentos de bioquimica

Modificació  de  l’ac1vitat  enzimà1ca  per  canvis  conformacionals.   Analogia  amb  la  unió  del  O2  en  l’hemoglobina  

Si la corba de saturació de l’hemoglobina no fos sigmoidal seria una proteïna molt eficient en la unió però molt ineficient en la “descàrrega” o a la inversa:

Modificació  de  l’ac1vitat  enzimà1ca  per  canvis  conformacionals.   Analogia  amb  la  unió  del  O2  en  l’hemoglobina  

Modificació  de  l’ac1vitat  enzimà1ca  per  canvis   conformacionals   Exemple de cooperativitat positiva heterotròpica:

Modificació  de  l’ac1vitat  enzimà1ca  per  canvis   conformacionals  

Als lligands que causen efectes cooperatius heterotròpics s’anomenen activadors o inhibidors al·lostèrics.

Modificació  de  l’ac1vitat  enzimà1ca  per  canvis   conformacionals   Aspartat transcarbamoïlasa (ATCasa) •  L’ATCasa  catalitza  el   primer  pas  de  la  síntesi   de  pirimidines.     •  A  E.  coli  els  dos   substrats  s’ajunten  de   forma  cooperaAva  a   l’enzim.   •  És  inhibida   al·∙lostèricament  per  el   ciAdin  trifosfat  (CTP)  i   acAvada  per  ATP  

ATCasa  

Asp CP

Aspartat transcarbamoïlasa (ATCasa)

Aspartat transcarbamoïlasa (ATCasa) •  L’ATCasa  és  una  proteïna  oligomèrica   formada  per  6  unitats  catalíAques  (C)  i  6   reguladores  (R).  Les  subunitats  C   consAtueixen  dos  grups  de  tres   manAnguts  junts  per  les  subunitats  R,  les   quals  es  disposen  per  parells.     •  Sobre  les  unitats  C  es  troben  els  llocs   d’unió  dels  substrats  (Asp  i  CP),  mentre   que  els  efectors  al·∙lostèrics  s’uneixen   sobre  les  R.     •  L’ocupació  dels  llocs  reguladors  per  CTP   o  ATP,  mitjançant  canvis  de  conformació   que  arriben  a  les  subunitats  C,  origina   l’efecte  inhibidor  o  acAvador,   respecAvament.  

Aspartat transcarbamoïlasa (ATCasa)

En absència de substrat, l’enzim es manté en estat T per la interferència estèrica entre els dominis d’unió dels cosubstrats. La unió dels cosubstrats provoca que les subunitats s’apartin i rotin una respecte l’altra fent possible el pas de TaR

Aspartat transcarbamoïlasa (ATCasa)

L’inhibidor s’uneix preferentment a la forma T, evitant el pas a al R, mentre que l’activador s’uneix a la forma R mantenint-la més activa

Aspartat transcarbamoïlasa (ATCasa)

•  El  CTP  és  un  exemple   d’inhibició  per  feed-­‐back   negaAu   •  L’acAvació  per  ATP   respon  a  que  aquest   nucleòAd  tendeix  a   regular  la  síntesi  dels   nucleòAds  de  purines  i   pirimidines  ja  que  a  la   cèl·∙lula  se’n  necessiten   quanAtats  equivalents  

  Modificació  de  l’ac1vitat  enzimà1ca  per  canvis  conformacionals  

Models  matemà1cs:  equació  de  Hill  (1910)  

 

Per explicar les corbes de saturació de l’hemoglobina es van desenvolupar diferents models matemàtics. Un d’ells es coneix com l’equació de Hill Pel cas de l’hemoglobina:

Y =

[P O2]h

K+[P O2]h

h=2,8

K=[P O2]0,5h

En general per un enzim:

v =

vmàx * [S]h

K0,5h + [S]h

h (o nH o índex de Hill) pot ser un nombre no enter. No correspon al nombre de llocs (n) d’unió a un lligand que té l’enzim, encara que si h=n es donaria la cooperativitat màxima

Models  matemà1cs:  equació  de  Hill  

v =

vmàx * [S]h

h

K0,5 +

[S]h

Si h=1:

Y=

v

vmàx

=

[S]h

K0,5h + [S]h

Si h=3:

Models  matemà1cs:  equació  de  Hill   Representació de Lineweaver-Burk de l’equació de Hill:

Si nH > 1 Cooperativitat positiva



Si nH < 1 Cooperativitat negativa

Models  matemà1cs:  equació  de  Hill   Linealització de l’equació de Hill:

Models  matemà1cs:  equació  de  Hill   Raó de saturació (Rs o Ra):

La raó de saturació mesura la raó de les [S] que donen com a resultat el 10% i el 90% de saturació. Ra = [S]0,9 / [S]0,1 Per un enzim que segueix una cinètica de Michaelis-Menten Ra = 81.

Si inicialment estem a [S] que correspon a un 10% de la vmàx, - En un enzim Michaelià hem de multiplicar la [S] per 81 per arribar a un 90% de vmàx - Si hi ha cooperativitat positiva (h>1) aquest nombre és menor - Si hi ha cooperativitat negativa (h