TEMA 2. Regulación metabólica (2014)

Apunte Catalán
Universidad Universidad Autónoma de Barcelona (UAB)
Grado Biología - 2º curso
Asignatura Bioseñalización y metabolismo
Año del apunte 2014
Páginas 13
Fecha de subida 17/11/2014
Descargas 27
Subido por

Descripción

Apuntes realizadas con el soporte de clase y con las explicaciones del docente.

Vista previa del texto

BIOSENYALITZACIÓ I METABOLISME Tania Mesa González 2º CURS BIOLOGIA UAB TEMA 2: CONCEPTES BÀSICS DE REGULACIÓ METABÒLICA.
MECANISMES DE CONTROL DE LES VIES METABÒLIQUES:  Control per la concentració de substrat.
 Control per la concentració d’enzim.
 Control per regulació l’activitat enzimàtica.
 Regulació per modificació covalent  per regular també l’activitat enzimàtica.
 Regulació hormonal.
 Compartimentació cel·lular.
 Aspectes generals de la regulació de l’expressió gènica CONTROL DE LES RUTES METABÒLIQUES: Els diferents metabòlits de les vies metabòliques es mantenen a concentracions pràcticament constants (es diu que estan en estat estacionari) durant el temps. Aquest manteniment de les concentracions s’anomena homeòstasi i es manté malgrat els canvis en les velocitats de flux de les vies metabòliques.
 La homeòstasi és molt important ja que certs metabòlits han de mantenir la seva concentració.
 Les velocitats de ingesta i utilització haurien de ser similar per tal de mantenir el bon ritme i concentracions.
 Unes 40.000 estan implicades proteïnes en el manteniment i control del metabolisme.
 L’estat estacionari no indica que estiguin en equilibri.
 Per tal de mantenir la homeostasi s’ha d’utilitzar molta energia.
Es parla de regulació metabòlica per indicar els processos pels que es manté la homeòstasi dels metabòlits. És important mantenir la homeòstasi per diferents raons: 1. En un sistema obert, com és el metabolisme, l’estat estacionari és l’estat de eficiència termodinàmica màxima.
2. Molts intermediaris participen en més d’una ruta, per tant canviar les seves concentracions pot destorbar un balanç delicat.
3. La velocitat a la que un sistema pot respondre a un senyal de control s’enlenteix si hi ha grans canvis en les concentracions dels intermediaris.
4. Grans canvis en les concentracions d’intermediaris tindria efectes molt grans en les propietats osmòtiques cel·lulars.
 Ja sabem que gran part de l’energia es fa per a produir i mantenir la diferencia de potencial entre el medi de dintre i de fora de la membrana plasmàtica, per tant sempre ha de tenir una font d’energia per a mantenir aquestes propietats osmòtiques.
Existeixen diferents punts de regulació de les vies metabòliques, es donen sobre tot en les reaccions que estan lluny de l’equilibri.
 Aquí per exemple hi ha una ruta metabòlica amb un flux de 10. Com es pot veure, les etapes 2 i 3 tindrien una Keq propera a 1, mentre que la etapa 1 està lluny de l’equilibri: a la cèl·lula es mantenen uns nivells de A i B , la relació dels quals està allunyada de 1. Per mantenir aquestes concentracions lluny de l’equilibri, l’enzim implicat en la reacció ho bé està a molt baixa concentració o es manté relativament inactiu.
Per a identificar les reaccions que estan a la vora de l’equilibri es compara la constant d’equilibri amb la Q.
 Si la K està molt lluny de la Q llavors la reacció està molt lluny de l’equilibri.
 Les reaccions amb valors propers a ΔG’=-6 estan prop de l’equilibri.
CONTROL DE LA CONCENTRACIÓ DE L’ENZIM: Control de la velocitat de síntesis i també de la degradació  transcripció de DNA a RNA , la traducció de RNA a proteïnes i la degradació d’aquesta.
 Vmax = kcat [Et] MECANISMES DE CONTROL DE LES VIES METABÒLIQUES: Pot ser pel control de la concentració de Substrat o d’enzim.
Per tant es pot dur a terme també mitjançant la regulació de l’activitat enzimàtica.
RETROINHIBICIÓ DE LES VIES METABÒLIQUES: La velocitat de les vies metabòliques està controlada per enzims reguladors modulats al·lostèricament.
La retroinhibició es dona quan el producte final inhibeix els enzims inicials per tal de no sintetitzar més producte.
REGULACIÓ AL·LOSTÈRICA: L’activitat d’alguns enzims pot ser modulada per la interacció amb lligands, efectors o moduladors al·lostèrics, en un lloc diferent del centre actiu (centre al·lostèric).
La unió de l’efector al·lostèric provoca un canvi conformacional de l’enzim, modificant: a) L’afinitat pel substrat o per un altre lligand De manera positiva o b) L’eficiència catalítica (Kcat/Km) negativa  Al·lostèric = una altre forma.
Els enzims al·lostèrics, principalment oligomèrics, solen presentar comportament cooperatiu: la unió d’un lligand influeix sobre la fixació d’una altra molècula del mateix lligand.
Els enzims al·lostèrics no segueixen la cinètica de Michaelis-Menten, sinó que presenten una activitat sigmoïdal.
 Es una regulació molt precisa.
 Presenta una alta activitat a partir d’un cert nivell.
 No varia la Vmax de l’activitat enzimàtica.
 Els activadors es desplacen la corba cap a la l’esquerra i els inhibidors cap a la dreta.
VIA DE SÍNTESI DELS NUCLEÒTIDS DE PIRIMIDINA Es una via de síntesi molt complicada.
Està regulada per la retroinhibició, el producte inhibeix el primer pas de la reacció i així no es malgasta energia. El producte es un inhibidor al·lostèric. S’uneix a l’enzim però no en el seu centre actiu.
 La activitat de l’enzim aspartat transcarbamilasa és molt important en la regulació de la biosíntesi dels nucleòtids de pirimidina.
El producte inhibeix la reacció però els altres nucleòtids de purines estan sent activats per l’ATP per a mantenir la homeòstasi de la cèl·lula. Per a mantenir les concentracions.
L’enzim aspartat transcarbamilasa catalitza la formació de N-carbamoil aspartat desde aspartat i carbamoil fosfat. El producte final de la via, CTP (que no es sembla ni els substrats ni productes de la reacció catalitzada per ATCasa), inhibeix a l’enzim (és un exemple de retroinhibició o inhibició “feedback”).
Com es veu a la figura, l’aspartat transcarbamilasa està inhibit al·lostèricament per CTP, el producte final de la biosíntesi de nucleòtids pirimidínics. Està activat per la unió de ATP, el producte final de la biosíntesi de nucleòtids purínics. La activació de l’enzim per ATP s’interpreta que serveix per a coordinar les velocitats de síntesi de purines i pirimidines.
L’ enzim està format per 6 cadenes catalítiques i 6 reguladores. Pot estar en dos estats. Les cadenes reguladores tenen els centres al·lostèrics que ‘s’uneixen i es separen en funció de l’ATP.
La forma relaxada es quan estan els centres separats (estat R). Forma tensa (forma T). Les zones de interfase es troben entre les zones vermelles que es poden trencar per passar d’una forma a una altre.
Cp i Asp son els centres d’unió pels substrats carbamil fosfat i aspartat.
Al i Zn indiquen el centre al·lostèric i la regió d’unió a Zn.
Les zones vermelles i grogues indiquen les interfases entre subunitats que es trenquen en la transició al·lostèrica.
REGULACIÓ PER MODIFICACIÓ COVALENT: Les activitats de molts enzims estan regulades per la modificació covalent reversible d’un o més aminoàcids de la seva estructura.
 Hi ha més de 500 tipus de modificacions covalents.
1. Fosforilació 5. Ubiquitinació 2. Adenililació 6. ADP-Ribosilació 3. Acetilació 7. Mitilació 4. Miristoilació La fosforilació és probablement la modificació més important: s’estima que la tercera part de totes les proteïnes de les cèl·lules eucariotes són fosforilades.
En alguns casos només es fosforila un residu, mentre que en d’altres se’n poden fosforilar dotzenes.
La figura indica la fosforilació d’un enzim (fosforilasa b) per la fosforilasa quinasa donant la fosforilasa a i la defosforilació de la mateixa per la fosfoproteïna fosfatasa 1.
En la fosforilació s’allibera un grup fosfat que es força gran i està carregat negativament, per tant pot tenir un efecte modificador important.
Ubiquitinació  la ubiquitina es un modulador covalent que regula la mida mitja de les proteínes.
Alguns enzims són modificats irreversiblement per trencament de la seva cadena polipeptídica en llocs específics. Les modificacions irreversibles, acostuma a donar-se en enzims que actuen en cascades. Un exemple és la activació dels enzims proteolítics quimotripsinògen i tripsinògen a les seves formes actives: quimotripsina i tripsina.
MECANISMES DE CONTROL DE LES VIES METABÓLIQUES:  Regulació hormonal: un exemple molt clar és la del glucagó que s’allibera per a baixar el nivell de glucosa a la sang.
 Generalment, les vies anabòliques i catabòliques estan separades en diferents compartiments subcel·lulars  COMPARTIMENTACIÓ.
 Lisosomes  Lisoenzim, fosfatasa àcida, hidrolassa (porteasas, nucleases, etc)  RE (microsomes)  NADH i NADPH citocrom o reductases, oxidases de funció mixta.
Glucosa 6-fostatasa, nucleòsid difosfatasa, síntesi de proteïnes, síntesi fosfoglicerols y triacilglicerols, síntesi i reducció d’esteroides.
 Golgi  Galactosil y glucosiltransferasa; condoitina sulfotrasnferasa 5’-nucleosidasa, NADH-citicron o reductasa, glucosa 6-fosfatasa.
 Peroxisomes  Urat oxidasa, D-aminoàcids oxidasa, α-hidroxidació oxidasa, catalasa, oxidació àcids grassos de cadena llarga.
 Núcli  rutes de hidólisis de DNA y RNA.
ASPECTES GENERALS DE LA REGULACIÓ DE L’EXPRESSIÓ GÈNICA: Una cèl·lula humana típica expressa un 30-60% dels seus aproximadament 30000 gens.
Comparant els patrons d’expressió dels mRNAs entre línies cel·lulars diferents es veu que els nivells d’expressió varien d’un tipus cel·lular a un altre.
 Es poden estudiar els patrons d’expressió (emprant microarranys de DNA) de mRNAs que són tan característics de cada tipus cel·lular, que es poden emprar per a reconèixer cèl·lules canceroses humanes d’origen tissular desconegut.
 Els punts vermells mostren les punts amb més expressió.
 Els punts verds marquen els gens amb menys expressió.
 També podem veire les diferències en expressió gènica entre diferents teixits, estudiant la seva dotació de proteïnes. Per fer-ho es realitza un gel d’electroforesis en 3D o 2D, que separa les molècules en funció del pes molecular y del P.I.
El control de la expressió gènica eucariota es pot fer qualsevol de les 6 etapes indicades a la figura següent. Per a la majoria de gens, el control transcripcional (1) és el més important, el que és lògic perquè assegura que la cèl·lula no faci intermediaris superflus.
La regulació de l’expressió gènica per als procariotes es duu a terme amb un sistema diferents que podrem veure en la figura que ve a continuació. A diferència dels eucariotes la regulació en els procariotes pot ser positiva o negativa, en el cas que actuï una molècula repressora.
 Un operó es un grup de gens continguts (metabòlicament relacionats) que es transcriuen en una molècula de mRNA i està controlat per un únic promotor. Té regions reguladores a les que es poden unir activadors o repressors, que activaran o reprimiran la expressió dels gens de l’operó.
 Exemple de operó lac: ...