MECANISMOS ENZIMATICOS DE CONTROL Y REGULACION DEL METABOLISMO A. Modificación de la cantidad de...
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MECANISMOS ENZIMATICOS DE CONTROL
Y REGULACION DEL METABOLISMO
A. Modificación de la cantidad de enzimas
1. Estimulación e inhibición de la transcripción génica2. Estimulación e inhibición de la degradación de enzimas3. Cambios en la localización subcelular (secuestro de enzimas)
B. Modificación de la actividad enzimática 1. Efecto de modificadores alostéricos2. Modificación covalente (fosforilaciones y otros)3. Asociación a otras proteínas (enzimas, de membrana, del citoesqueleto)
s/gl
ucos
a
glc
30m
M
Músculo tibialis anterior (de conejo) sometido durante 30 min a estimulación eléctrica crónica de baja frecuencia (CLF):
Glicógeno sintasa (GS) y glicógeno fosforilasa (GPH) se mueven desde estructuras celulares presentes en un sedimento de 100.00 x g hacia la fracción soluble.
La glicógeno sintasa fosforilada en los sitios 1b, 2 y 2a, no se encuentra asociada a las estructuras esféricas que aparecen en el músculo estimulado correspondientes a enzima total o fosforilada en los sitios 1a, 3a o 3b.
En el músculo en reposo, la glicógeno sintasa se encuentra polarizada en la región perinuclear y en la miofibrillas. En el músculo estimulado la distribución cambia hacia pequeñas esferas discretas 0,5-1 u.
Las estructuras esféricas no tienen membrana, miden entre 0,25 y 1 u, contienen ß-actina, α-actinina y tropomiosina.
Las esferas se formarían por remodelación de la actina del citoesqueleto en microdominios discretos
.
La asociación de la glicógeno sintasa con las estructuras esféricas puede ser necesaria para iniciar la síntesis de glicógeno.
Una reorganización subcelular similar de la enzima se ha encontrado en adipocitos y hepatocitos frente a estímulos como glucosa e insulina.
Recordar que glicógeno sintasa debe estar asociada a glicogenina para inicar la síntesisde glicógeno. Ambas proteínas se asocian a actina del citoesqueleto.
Enzima bifuncional (sintetiza y degrada fructosa-2,6 bis-P)
Fosfofructoquinasa 2 – Fructosa1,6-bisfosfatasa 2
PFK2-FBPasa2
Modificación covalente de enzimas por fosforilación
Enzima-P Efecto
Piruvato quinasa -
PFK2-FBPasa2 - PFK2 +FBPasa2
Pir.deshidrogenasa -
Glicógeno sintasa -
Glicógeno fosforilasa +
Lipasa +
Acetil-CoA carboxilasa -
Regulación y control de las vías metabólicas
Análisis del control metabólico (MCA)
Enfoque tradicional
Enzima marcapaso
CJe
Coeficiente de control
de flujo ( )
Concepto de enzima limitante
Esta enzima ¿es la enzima limitante de la vía?
MCA approach
¿Cómo varía el flujo a través de la vía cuando cambia la
actividad de la enzima?
- El control del flujo metabólico puede ser compartido por todas las enzimas que forman parte de esa vía metabólica.
- Varias enzimas puede ejercer un control significativo sobre el flujo.
- La distribución del control del flujo puede variar al producirse algún cambio en el estado metabólico de la célula.
- La suma de los coeficientes de control de flujo de todas las enzimas de una vía metabólica debe ser igual a 1 ( Teorema de la suma).
X3
E1 E4E2 E3 E5
X0 X1 X2 X4 X5
Análisis del control metabólico (MCA)
Coeficiente de control del flujo
Caracterización cuantitativa de la influencia de cualquier enzima de la vía sobre el flujo a través de ella.
Se define como el cuociente entre el cambio fraccional del flujo por la vía y el cambio fraccional de la actividad enzimática.
CJe = Coeficiente de Control de Flujo
CJe =
log J log e
J = Flujo
e = Concentración de enzima
Coeficiente de control
El coeficiente de control de flujo se define como la pendiente de la tangente en un gráfico de logaritmo de flujo versus logaritmo de la cantidad de enzima (actividad enzimática)
Flux
(J)
MCA: coeficiente de control del flujo
≈ 1.0
≈ 0.5 ≈ 0.2
∂ lnJ C =
∂ lnE
J
E
La respuesta del flujo a un cambio en la cantidad deenzima depende de la posición del punto de partida
El coeficiente de control del flujo se define como la pendiente de la tangente en un gráfico de logaritmo del flujo versus el logaritmo de la cantidad de enzima
Concentración de enzima (E)
Síntesis de glicógeno (vía directa)
1 2 3 4
Glc glc-6-P glc-1-P UDP-glc glicógeno
1. Hexoquinasa
2. P-glucomutasa
3. UDPglc-pirofosforilasa
4. Glicógeno sintasa
Niveles endógenos de las enzimas de la vía directa de la
síntesis de glicógeno en oocitos de rana
Enzima Actividad (mU/oocito)
Actividad relativa
Hexoquinasa 0, 08 1
Glicógeno Sintasa 0, 7 0, 03 8, 8
UDPG-PPasa *4, 3 0, 65 53, 8 **11, 5 2, 20 143, 8
Fosfoglucomutasa
*9, 4 0, 93
117, 5 **41 3, 10 512, 5
*Actividad medida entre abril y agosto.
**Actividad medida entre septiembre y enero (PGM) y entre noviembre y marzo (UDPG-PPasa).
Tabla 1
Actividad HK (veces endógeno)
0 1 2 3 4 5
Glic
ógen
o (p
mol
/ooc
ito/m
in)
15
20
25
30
35
40
45
50
55
Log (actividad HK)
0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7
Log
(Glic
ógen
o)
1.2
1.3
1.4
1.5
1.6
1.7
1.8
CJe 0,60
Actividad HK (veces endógeno)
0 1 2 3 4 5 6 7 8
CO
2 (p
mol
/20
min
/5 o
ocito
s)
0
10
20
30
40
Log (actividad HK)
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
Log
CO
2
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
CJe 0,06
Actividad Glicógeno Sintasa, veces lo endógeno
0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2 2,4
Glic
ógen
o (p
mol
/ooc
ito/m
in)
0
5
10
15
20
25
30
LOG (actividad relativa GS)
0,0 0,1 0,2 0,3 0,4
LOG
(J
glic
ógen
o)
1,1
1,2
1,3
1,4
1,5
1,6
CJe 0,01
Coeficientes de control en la vía directa de síntesis de glicógeno
HK PGM UGPase GS
glc glc-6-P glc-1-P UDPG glicógeno
0,60 0,20 0,15 0,01
Σcoeficientes de control vía directa = 0,96
Actividad PGM (veces endógena)
0 2 4 6
Glic
ógen
o (p
mol
es/o
ocito
/20
min
)
0
100
200
300
400
log PGM ( veces endógena )0,0 0,2 0,4 0,6 0,8
log
J g
licó
gen
o
1,6
2,0
2,4
2,8
C J e = 0, 19
Glc 6 nmoles
Actividad PGM (veces endógena)
2 4 6 8CO
2 p
mo
les
/ 20
min
/ 5
oo
cito
s0
100
200
300
400
500
log PGM (veces endógena)
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8
log
J C
O2
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
Glc 6 nmoles
CJe=-0,09
Actividad UDPG-PPasa, veces endógeno0 2 4 6 8 10
Glic
ógen
o, p
mol
/ ooc
ito/ 2
0 m
in
100
200
300
400
500
600
Log(Actividad relativa UDPG-PPasa)0,0 0,4 0,8 1,2
Log(
Jglic
ógen
o)
2,0
2,4
2,8
CJe = 0,11
Actividad UDPG-PPasa, veces endógeno
0 2 4 6 8 10
CO
2, p
mol
/ 5 o
ocito
s/ 2
0 m
in
0
10
20
30
40
50
60
Log (actividad relativa UDPG-PPasa)
0,0 0,4 0,8 1,2
Log
(CO
2)
0,8
1,2
1,6
2,0
CJe = 0,06
Relative hexokinase activity (times endogenous levels)
1 2 3 4
Gly
coge
n (p
mol
es/o
ocyt
e/15
min
)
0
500
1000
1500
log Relative HK activity 0.0 0.2 0.4 0.6
log
JG
lyco
gen
0.0
0.6
3.0
Cej=0.650
6 nmoles glucose
Relative hexokinase activity (times endogenous levels)
1 2 3 4
CO
2 (
pmol
es/ 5
ooc
ytes
/15
min
0
6
12
18
24
log Relative HK activity 0.0 0.2 0.4 0.6
log
JG
lyco
gen
0.0
0.6
1.2
1.8
Cej=-0.012
6 nmoles glucose
Control of glycogen synthesis and pentose phosphate fluxes by hexokinase