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2.7.1: Control del metabolismo mediante la regulación enzimática - Biología

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Objetivos de aprendizaje

  • Explicar el efecto de una enzima sobre el equilibrio químico.

Control del metabolismo a través de la regulación enzimática

Las necesidades y condiciones celulares varían de una célula a otra y cambian dentro de las células individuales con el tiempo. Por ejemplo, una célula del estómago requiere una cantidad diferente de energía que una célula de la piel, una célula de almacenamiento de grasa, una célula sanguínea o una célula nerviosa. La misma célula del estómago también puede necesitar más energía inmediatamente después de una comida y menos energía entre comidas.

La función de una célula está encapsulada por las reacciones químicas que puede llevar a cabo. Las enzimas reducen las energías de activación de las reacciones químicas; en las células, promueven las reacciones que son específicas de la función de la célula. Debido a que las enzimas determinan en última instancia qué reacciones químicas puede llevar a cabo una célula y la velocidad a la que pueden proceder, son clave para la funcionalidad celular.

Inhibición competitiva y no competitiva

La célula usa moléculas específicas para regular enzimas con el fin de promover o inhibir ciertas reacciones químicas. A veces es necesario inhibir una enzima para reducir la velocidad de reacción, y hay más de una forma de que ocurra esta inhibición. En la inhibición competitiva, una molécula inhibidora es lo suficientemente similar a un sustrato que puede unirse al sitio activo de la enzima para evitar que se una al sustrato. “Compite” con el sustrato para unirse a la enzima.

En la inhibición no competitiva, una molécula inhibidora se une a la enzima en un lugar diferente al sitio activo (un sitio alostérico). El sustrato aún puede unirse a la enzima, pero el inhibidor cambia la forma de la enzima, por lo que ya no está en la posición óptima para catalizar la reacción.

Inhibición y activación alostéricas

En la inhibición alostérica no competitiva, las moléculas inhibidoras se unen a una enzima en el sitio alostérico. Su unión induce un cambio conformacional que reduce la afinidad del sitio activo de la enzima por su sustrato. La unión de este inhibidor alostérico cambia la conformación de la enzima y su sitio activo, por lo que el sustrato no puede unirse. Esto evita que la enzima reduzca la energía de activación de la reacción y se reduce la velocidad de reacción.

Sin embargo, los inhibidores alostéricos no son las únicas moléculas que se unen a sitios alostéricos. Los activadores alostéricos pueden aumentar la velocidad de reacción. Se unen a un sitio alostérico que induce un cambio conformacional que aumenta la afinidad del sitio activo de la enzima por su sustrato. Esto aumenta la velocidad de reacción.

Cofactores y coenzimas

Muchas enzimas solo funcionan si se unen a moléculas auxiliares no proteicas llamadas cofactores y coenzimas. La unión a estas moléculas promueve la conformación y función óptimas de sus respectivas enzimas. Estas moléculas se unen temporalmente a través de enlaces iónicos o de hidrógeno o permanentemente a través de enlaces covalentes más fuertes.

Los cofactores son iones inorgánicos como el hierro (Fe2+) y magnesio (Mg2+). Por ejemplo, la ADN polimerasa requiere un ion zinc (Zn2+) para construir moléculas de ADN. Las coenzimas son moléculas auxiliares orgánicas con una estructura atómica básica formada por carbono e hidrógeno. Las coenzimas más comunes son las vitaminas de la dieta. La vitamina C es una coenzima de múltiples enzimas que participan en la formación de colágeno, un componente importante del tejido conectivo. La piruvato deshidrogenasa es un complejo de varias enzimas que requiere un cofactor y cinco coenzimas orgánicas diferentes para catalizar su reacción química. La disponibilidad de varios cofactores y coenzimas regula la función enzimática.

Compartimentación de enzimas

En las células eucariotas, las moléculas como las enzimas suelen estar compartimentadas en diferentes orgánulos. Esta organización contribuye a la regulación de las enzimas porque ciertos procesos celulares están contenidos en orgánulos separados. Por ejemplo, las enzimas implicadas en las últimas etapas de la respiración celular llevan a cabo reacciones exclusivamente en las mitocondrias. Las enzimas involucradas en la digestión de desechos celulares y materiales extraños se encuentran dentro de los lisosomas.

Inhibición de la retroalimentación en las vías metabólicas

La inhibición por retroalimentación es cuando un producto de reacción se usa para regular su propia producción adicional. Las células han evolucionado para utilizar la inhibición por retroalimentación para regular la actividad enzimática en el metabolismo, utilizando los productos de las reacciones enzimáticas para inhibir una mayor actividad enzimática. Las reacciones metabólicas, como los procesos anabólicos y catabólicos, deben proceder de acuerdo con las demandas de la célula. Para mantener el equilibrio químico y satisfacer las necesidades de la célula, algunos productos metabólicos inhiben las enzimas en la vía química mientras que algunos reactivos las activan.

La producción de aminoácidos y nucleótidos se controla mediante la inhibición por retroalimentación. Para un ejemplo de inhibición por retroalimentación, considere el ATP. Es producto del metabolismo catabólico del azúcar (respiración celular), pero también actúa como regulador alostérico de las mismas enzimas que lo producen. El ATP es una molécula inestable que puede disociarse espontáneamente en ADP; si hubiera demasiado ATP, la mayor parte se desperdiciaría. Esta inhibición por retroalimentación evita la producción de ATP adicional si ya es abundante. Sin embargo, mientras que el ATP es un inhibidor, el ADP es un activador alostérico. Cuando los niveles de ADP son altos en comparación con los niveles de ATP, ADP desencadena el catabolismo del azúcar para producir más ATP.

Puntos clave

  • En la inhibición competitiva, una molécula inhibidora compite con un sustrato al unirse al sitio activo de la enzima, de modo que el sustrato se bloquea.
  • En la inhibición no competitiva (también conocida como inhibición alostérica), un inhibidor se une a un sitio alostérico; el sustrato todavía puede unirse a la enzima, pero la enzima ya no está en la posición óptima para catalizar la reacción.
  • Los inhibidores alostéricos inducen un cambio conformacional que cambia la forma del sitio activo y reduce la afinidad del sitio activo de la enzima por su sustrato.
  • Los activadores alostéricos inducen un cambio conformacional que cambia la forma del sitio activo y aumenta la afinidad del sitio activo de la enzima por su sustrato.
  • La inhibición por retroalimentación implica el uso de un producto de reacción para regular su propia producción adicional.
  • Los cofactores inorgánicos y las coenzimas orgánicas promueven la orientación y función óptimas de las enzimas.
  • Las vitaminas actúan como coenzimas (o precursoras de las coenzimas) y son necesarias para que funcionen las enzimas.

Términos clave

  • coenzima: Molécula orgánica necesaria para que funcione una enzima.
  • sitio alostérico: Un sitio diferente al sitio activo de una enzima.
  • cofactor: Molécula inorgánica necesaria para que funcione una enzima.

Metabolismo de los carbohidratos: catabolismo y anabolismo (con diagrama)

Hagamos un estudio en profundidad del metabolismo de los carbohidratos. El metabolismo de los carbohidratos se realiza a través de dos procesos: A. Procesos Catabólicos y B. Procesos Anabólicos. Los procesos catabólicos de los carbohidratos incluyen: 1. Glucólisis 2. Ciclo del ácido cítrico 3. Glucogenólisis 4. HMP Vía o vía de las pentosas fosfato y 5. Ácido urónico Ruta. Los procesos anabólicos de los carbohidratos incluyen: 1. Glucogénesis y 2. Gluconeogénesis.

Metabolismo de los carbohidratos en la célula:

El metabolismo es un proceso complejo de descomposición y síntesis de las biomoléculas dentro de la célula. La descomposición de moléculas se conoce como catabolismo y la síntesis se denomina anabolismo.

Los procesos catabólicos de los carbohidratos incluyen:

(4) Vía de hexosa monofosfato y

Los procesos anabólicos de los carbohidratos incluyen:

A. Procesos catabólicos:

1. Glucólisis:

La glucólisis es la descomposición (lisis) de la glucosa en ácido pirúvico en condiciones aeróbicas y en ácido láctico en condiciones anaeróbicas.

La glucólisis anaeróbica también se denomina vía Embden-Meyerhof (EMP), en honor a los científicos que la propusieron. La glucólisis ocurre en el citosol de la célula y se inicia cuando el nivel de ATP de la célula es bajo.

Se puede dividir en dos etapas, a saber:

En la etapa uno, una molécula de glucosa se convierte en dos moléculas de D-gliceraldehído-3-fosfato. La glucosa se escinde de la molécula de glucógeno o ingresa a la célula individualmente y se fosforila a glucosa-6-fosfato al convertir ATP en ADP con la ayuda de la enzima hexoquinasa / glucocinasa.

La fosforilación de la glucosa tiene dos propósitos. Primero, hace que la molécula de glucosa sea más reactiva y esté lista para otras reacciones. En segundo lugar, debido a que los compuestos fosforilados no pueden atravesar la membrana celular, la fosforilación mantiene la glucosa dentro de la célula. Los seis carbonos en la estructura de glucosa-6-fosfato deben reorganizarse para formar fructosa-6-fosfato de modo que pueda dividirse en dos estructuras de 3 carbonos cada una.

El nuevo compuesto, fructosa-6-fosfato, se fosforila de nuevo de modo que cada una de las 2, tres unidades de carbono tenga un grupo fosfato unido a ellas. La conversión de fructosa-6-fosfato en fructosa-6-difosfato a través de la fosfofructoquinasa es el principal punto de regulación de la glucólisis. El paso final de la etapa uno es la división de fructosa-6-difosfato en 2 moléculas de gliceraldehído-3-fosfato.

La etapa 2 de la glucólisis está diseñada para liberar fosfato inorgánico para la síntesis de ATP y convertir el gliceraldehído & # 8217s en piruvato. El gliceraldehído se oxida, en otras palabras, se elimina un átomo de hidrógeno y se fosforila para producir 1,3-difosfoglicerato.

El NADH lleva el hidrógeno al sistema de transferencia de electrones para la producción de 3 ATP. En las siguientes cuatro reacciones, se sintetizan cuatro ATP adicionales (dos de cada uno de los tres compuestos de carbono), antes de que se forme el producto final de la glucólisis, es decir, el piruvato. La estructura de tres carbonos del piruvato tiene varios destinos dependiendo del estado energético de la célula.

En la glucólisis anaeróbica, el NADH + H + no se oxida a través de la cadena de transporte de electrones, sino que se oxida por la lactato deshidrogenasa, por lo que no hay producción de 6 ATP, es decir, los ATP se producen en menor número.

ATP producidos en la glucólisis anaeróbica = 4 (séptimo y décimo paso)

ATP utilizados en la glucólisis anaeróbica = 2 (primer y tercer paso)

Por lo tanto, solo se producen dos (2) ATP en la glucólisis anaeróbica de la glucosa.

Estequiometría general de la reacción / resumen químico de la reacción:

Glucosa + 2ATP + 2P, + 2ADP + 2NAD + → 2 Piruvato + 2NADH + 2H + + 4ATP + 2H2O

Glucosa + 2PI+ 2ADP + 2NAD + 2 Piruvato + 2NADH + 2H + + 2ATP + 2H2O

En condiciones anaeróbicas:

Glucosa + 2 Pi + 2ADP 2 Lactato + 2 ATP + 2H2O

(Regenera NAD + permitiendo que la reacción continúe en ausencia de oxígeno)

Glucólisis anaeróbica que genera lactato vs oxidación completa de glucosa:

Características destacadas de la glucólisis:

Es la ruta principal para el metabolismo de la glucosa. Ocurre en todas las células del cuerpo. El cerebro y los glóbulos rojos dependen solo de la glucosa para la oxidación y la producción de energía. En el cerebro se produce la glucólisis aeróbica, mientras que en los eritrocitos siempre hay glucólisis anaeróbica (debido a la ausencia de mitocondrias), lo que conduce a la producción de ácido láctico.

En el músculo esquelético, la glucólisis aeróbica se produce en condiciones normales, pero durante la contracción muscular vigorosa, la glucólisis anaeróbica es la vía principal para la producción de energía. Aunque la glucólisis puede ocurrir de forma aeróbica o anaeróbica, los seres humanos utilizan la glucólisis aeróbica durante aproximadamente el 90% del tiempo. La glucólisis puede iniciarse a través de la entrada de glucosa en la célula desde la sangre o la glucosa que surge de la descomposición del glucógeno.

En el músculo humano, la glucólisis casi siempre se inicia a partir de la degradación del glucógeno. Dado que el cerebro humano no almacena glucógeno, la glucólisis se inicia en este tejido a partir de la glucosa en sangre. El inicio de la glucólisis está regulado por la concentración de ATP en el citoplasma. Cuando la concentración de ATP es alta y el ADP es bajo, se inhibe la glucólisis. Específicamente, la enzima fosfofructoquinasa es inhibida por una gran proporción de ATP / ADP. Cuando la concentración de ATP es baja y el ADP es alto, se estimula la glucólisis.

Glucólisis en RBC: el ciclo Rapaport-Lumbering:

Los eritrocitos metabolizan cantidades excesivas de glucosa por la vía glucolítica. Esto genera mucho ATP que no es necesario y no puede ser utilizado por los eritrocitos.

Por lo tanto, si se evita la producción de ATP mediante la fosforilación del sustrato tomando la vía de desviación, se:

(1) Reducir la producción de ATP y

(2) Suministro de 2,3-difosfoglicerato requerido para la función de la hemoglobina que ayuda a descargar oxígeno en los tejidos.

Por lo tanto, el 1,3-difosfoglicerato formado en la glucólisis normal no se convierte en 3-fosfoglicerato, sino que toma una ruta de derivación a través del 2,3-difosfoglicerato, como en

El piruvato es un punto regulatorio importante para la producción de energía. El destino final del piruvato depende del estado energético de la célula y del grado de fosforilación oxidativa que tiene lugar. Cuando el estado energético de la célula es bajo (alto ADP bajo ATP), el piruvato ingresa al ciclo del TCA como acetil-CoA a través del complejo de piruvato deshidrogenasa y se oxida completamente a CO2 & amp H2O para producir energía.

El complejo de piruvato deshidrogenasa es una de las proteínas más complejas del cuerpo y consta de más de 60 subunidades. Cuando el estado de energía de la célula es alto, el regulador de la glucólisis es la enzima fosfo y tímidofructoquinasa, y por lo tanto hay piruvato limitado en la célula.

Sin embargo, si el piruvato está presente durante el tiempo de estados de alta energía, como el metabolismo hepático de la fructosa, el piruvato se transforma en acetil-CoA y se empaqueta como lípido. Si el oxígeno a la célula es limitante, como durante el ejercicio intensivo, la glucólisis procede de forma anaeróbica y el piruvato se convierte en lactato por la enzima lactato deshidrogenasa. Finalmente, el piruvato se puede convertir en el aminoácido alanina mediante transaminación.

El complejo de piruvato deshidrogenasa es un complejo multienzimático formado por 3 enzimas, a saber:

(2) Dihidrolipoil transacetilasa y

(3) Dihidrolipoil deshidrogenasa.

Esta reacción requiere cinco coenzimas a saber:

(iv) Flavin adenina dinucleótido (FAD) y

(v) Dinucleótido de nicotinamida y adenina (NAD +).

La acetil-CoA formada en la reacción anterior puede participar en su oxidación a dióxido de carbono y agua, a través del ciclo de TCA, o en la formación de lípidos, o síntesis de colesterol, etc., etc., que depende del estado nutricional del cuerpo y de la tipo de celda donde se forma.

2. Ciclo de Krebs & # 8217s / Ciclo de ácido cítrico / Ciclo de TCA:

El ciclo del ácido cítrico, también conocido como ciclo del ácido tricarboxílico (TCA), lleva el nombre del científico Sir Hans Krebs (1900-1981) que lo descubrió. Propuso los elementos clave de esta vía en 1937 y fue galardonado con el Premio Nobel de Medicina por el descubrimiento en 1953.

El ciclo de Krebs & # 8217s es un conjunto de reacciones continuas (8 pasos) que ocurren de manera cíclica en la matriz mitocondrial en eucariotas y dentro del citoplasma en procariotas. Acetil-CoA, el combustible del ciclo de TCA, ingresa al ciclo del ácido cítrico dentro de la matriz mitocondrial y se oxida a CO2 y H2O mientras que al mismo tiempo reduce NAD a NADH y FAD a FADH2. El NADH y FADH2 puede ser utilizado por la cadena de transporte de electrones para crear ATP.

En el paso 1, el compuesto de dos carbonos, acetil-S-CoA, participa en una reacción de condensación y desintegración con el compuesto de cuatro carbonos, oxaloacetato, para producir citrato, un compuesto de seis carbonos catalizado por la enzima citrato sintasa. Este es el primer ácido tricarboxílico estable en el ciclo y de ahí el nombre ciclo TCA.

Isomerización de citrato:

El paso 2 implica mover el grupo hidroxilo en la molécula de citrato para que luego pueda formar un α-cetoácido. Este proceso implica una reacción secuencial de deshidratación e hidratación, para formar el isómero D-isocitrato (con el grupo hidroxilo ahora en la ubicación α deseada), con cis-aconitasa como intermedio. Una sola enzima, la aconitasa, realiza este proceso de dos pasos.

Generación de CO2 por una enzima ligada a NAD:

La descarboxilación oxidativa tiene lugar en la siguiente reacción. La reacción es catalizada por la enzima isocitrato deshidrogenasa. La reacción siguiente implica la deshidrogenación a oxalosuccinato, un intermedio inestable que se descarboxila espontáneamente para dar α-cetoglutarato. Además de la descarboxilación, este paso produce un cofactor reducido de nicotina y dinucleótido de adenina y shymide (NADH), o un cofactor de nicotinamida y adenina dinucleótido fos y shifato (NADPH) reducido.

Un segundo paso de descarboxilación oxidativa:

Este paso lo realiza un complejo multienzimático, el complejo de deshidrogenación de α-cetoglutarato. La reacción de múltiples pasos realizada por el complejo de deshidrogenación de α-cetogl y timutarato es análoga al complejo de piruvato deshidrogenasa, es decir, un α-cetoácido sufre descarboxilación oxidativa con formación de un acil-CoA, es decir, succinil-CoA.

Fosforilación a nivel de sustrato:

La succinil-CoA es una molécula de alta energía potencial. La energía almacenada en esta molécula se utiliza para formar un enlace fosfato de alta energía en una molécula de difos y shifato de nucleótidos de guanina (GDP). La mayor parte del GTP formado se utiliza en la formación de ATP, mediante la acción de la nucleósido di-fosfoquinasa.

Deshidrogenación dependiente de flavina:

El succinato producido por la succinil CoA-sintetasa en la reacción anterior debe convertirse en oxaloacetato para completar el ciclo de Krebs & # 8217s. El primer paso en la conversión es la deshidrogenación del succinato para producir fumarato facilitado por la enzima succinato deshidrogenasa. El FAD se une covalentemente a la enzima (a través de un residuo de histidina) que se convierte en FADH.2 que se oxida a través del ETC produciendo 2 ATP.

Hidratación de un doble enlace carbono-carbono:

El fumarato sufre una hidratación estereoespecífica del doble enlace C = C, catalizada por la fumarato hidratasa (también conocida como fumarasa), para producir L-malato.

Reacción de deshidrogenación que regenerará el oxalacetato:

El L-malato (malato) se deshidrogena para producir oxaloacetato por la enzima malato deshidrogenasa durante la cual una molécula de NAD + se convierte en NADH 4- H +. La formación de oxaloacetato completa el ciclo de Krebs & # 8217s

La suma de todas las reacciones en el ciclo del ácido cítrico es

Acetil-CoA + 2H2O + 3NAD + + Pi + GDP + FAD à 2CO2 + 3NADH + GTP + COASH + FADH2 + 2H +

Número de ATP & # 8217 producidos en un ciclo de TCA:

El ciclo de TCA produce 3 NADH + H + y un FADH2, estos se conocen como equivalentes reductores. Estos equivalentes reductores se oxidan a través de la cadena de transporte de electrones. Cuando NADH se oxida a través de ETC, produce 3 ATP y oxidación de FADH2 a través de ETC produce 2 ATP.

Regulación del ciclo de TCA:

La regulación del ciclo del TCA está determinada en gran medida por la disponibilidad del sustrato y la inhibición del producto.

I. NADH, un producto de las deshidrogenasas en el ciclo de TCA, inhibe la piruvato deshidrogenasa, isoci y shytrate deshidrogenasa y α-cetoglutarato deshidrogenasa y también citrato sintasa.

ii. La succinil-CoA inhibe la succinil-CoA sintasa y la citrato sintasa. El ATP inhibe la citrato sintasa y la α-cetoglutarato deshidrogenasa.

iii. El calcio se utiliza como regulador, activa la isocitrato deshidrogenasa y la α-cetoglutarato deshidro y timigenasa. Esto aumenta la velocidad de reacción de muchos de los pasos del ciclo y, por lo tanto, aumenta el flujo a lo largo de la vía.

Importancia del ciclo del ácido cítrico o función anfibia del ciclo del TCA:

El ciclo de TCA es la vía común para la oxidación de carbohidratos, grasas y proteínas (función catabólica). El papel anabólico es la síntesis de varios carbohidratos, aminoácidos y grasas. Como participa tanto en el anabolismo como en el catabolismo, se dice que es la vía anfibia del metabolismo.

Es la reposición de los intermedios agotados del ciclo de TCA. Como el ciclo de TCA participa en las reacciones anabólicas, los intermedios del ciclo de TCA se utilizan para la síntesis de varios compuestos. Esto da como resultado la deficiencia de uno o más de los intermedios del ciclo de TCA.

Para continuar el ciclo de TCA, esos intermedios, que son deficientes, deben ser llenados por algún otro proceso y este proceso se conoce como anaplerosis. Por ejemplo, el oxaloacetato se utiliza para la síntesis del aminoácido ácido aspártico y el oxaloacetato se reemplaza por anaplerosis por carboxilación de piruvato a oxaloacetato por la enzima piruvato carboxiquinasa.

Número total de ATP producidos cuando la glucosa se oxida completamente a CO2 y H2O

(2) 2 piruvato 2 acetil-CoA 2 NADH → 3 & # 2152 = 6 ATP

(3) 2 ciclos del ciclo del ácido cítrico para 2 acetil-CoA → 12 & # 2152 = 24 ATP

(a) Se forman 38 ATP en total cuando una molécula de glucosa se oxida completamente a CO2 y H2O.

(b) Se observa una ganancia neta de 36 ATP cuando el NADH producido en la glucólisis en el paso catalizado por gliceraldehído-3-fosfato deshidrogenasa en el citosol se transporta a las mitocondrias para su oxidación en ETC, facilitado por lanzadera de glicerol fosfato en lugar de lanzadera malato-aspartato .

(c) Se produce una ganancia neta de 39 ATP cuando la glucosa presente en el glucógeno se oxida directamente.

Hay algunas reacciones que tienen lugar en el citosol que producen NADH. Estos NADH deben oxidarse a través de la cadena de transporte de electrones situada en el interior de la membrana mitocondrial y shydrial. El NADH no es permeable a la membrana mitocondrial, por lo tanto, los sistemas de lanzadera operan para su transporte.

Hay tres mecanismos de lanzadera:

(1) Lanzadera de glicerofosfato

(2) lanzadera malato-aspartato y

El glucógeno es un polisacárido compuesto de glucosa. Es la forma de almacenamiento de glucosa en el cuerpo. La glucosa requiere más agua para su almacenamiento, pero el glucógeno se puede almacenar con mucha menos cantidad de agua, por lo que la glucosa se almacena como glucógeno en la célula.

La mayor cantidad de glucógeno se almacena en el hígado y los músculos. El glucógeno hepático proporciona glucosa a otras células y mantiene el nivel de glucosa en sangre en cantidades normales. El glucógeno muscular sirve como fuente de glucosa fácilmente disponible durante el ejercicio vigoroso, para la glucólisis en el propio músculo. El metabolismo y el timolismo del glucógeno incluyen la glucogénesis y la glucogenólisis.

3. Glucogenólisis:

La descomposición del glucógeno en glucosa se conoce como glucogenólisis.

La glucógeno fosforilasa es la enzima clave de la glucogenólisis. Actúa solo sobre enlaces glicosídicos α-1 → 4 y, por lo tanto, libera unidades de glucosa una a una de la cadena lineal, hasta que quedan dos, tres o cuatro unidades de glucosa cerca del punto de ramificación.

Las tres unidades de glucosa restantes unidas por enlaces α-1 → 4 se transfieren a otra cadena lineal por la enzima glucano transferasa, dejando así un residuo de glucosa unido con un enlace glucosídico α-1 → 6, sobre el que actúa la enzima desramificante ( amilo-l, 6-glicosidasa) y liberando así glucosa libre. Si el glucógeno se somete a la acción de la fosforilasa solo, resultará en la formación de una molécula de glucógeno con cada rama teniendo solo 4 unidades de glucosa, lo que se denomina & # 8216limit dextrin & # 8217.

Regulación del metabolismo del glucógeno:

El metabolismo del glucógeno está regulado recíprocamente, principalmente por la acción de las hormonas. En el momento del shock y la excitación, la epinefrina estimula la glucogenólisis, tanto en el músculo como en el hígado, mientras que el glucagón estimula la glucogenólisis sólo en el hígado en condiciones hipoglucémicas. La insulina inhibe la glucogenólisis y promueve la glucogénesis.

Enfermedades por almacenamiento de glucógeno:

Las enfermedades por almacenamiento de glucógeno son un grupo de trastornos hereditarios caracterizados por una movilización deficiente de glucógeno y el depósito de formas anormales de glucógeno.

4. HMP Vía o vía de las pentosas fosfato:

La vía de derivación de hexosa monofosfato o la vía HMP es una vía alternativa para la oxidación de la glucosa. No utiliza ni produce ATP.

El principal propósito o significado de esta vía es:

I. Produce los equivalentes reductores NADPH + H +, para la síntesis de lípidos (ácidos grasos y esteroides) y mantiene el glutatión en estado reducido en los glóbulos rojos.

II. Genera azúcar ribosa (pentosa fosfato) para la formación de ácidos nucleicos.

Los órganos en los que se produce la vía de las HMP son aquellos que se ocupan activamente de la síntesis de lípidos, como el tejido adiposo, el riñón, la glándula mamaria lactante, el hígado, los glóbulos rojos, la tiroides y las gónadas. Tiene lugar en el citosol.

Los pasos involucrados en esta vía son:

Reacción de transquetolación:

La transferencia de un resto de 2 carbonos, es decir, gliccelaldehído activo, se conoce como transquetolación. Es catalizada por la enzima transcetolasa y la coenzima es el pirofosfato de taimina (TPP). En la deficiencia de tiamina (también en la anemia perniciosa), la actividad de la transcetolasa está disminuida en sangre.

Reacción de transaldolación:

La transferencia del resto de 3 carbonos, es decir, dihidroacetona activa, se conoce como transaldoladon. Es catalizada por la enzima transaldolasa.

5. Ácido urónico Ruta:

Esta es una vía sintética para los distintos ácidos urónicos.

1. Produce ácido glucurónico que interviene en la desintoxicación de pigmentos biliares, fenoles, ácidos aromáticos y hormonas esteroides.

2. Aporta ácido glucurónico y ácido galacturónico para la formación de glicoproteínas.

3. En los animales inferiores, esta vía conduce a la síntesis de ácidos ascórbicos (vitamina C).

Metabolismo de la fructosa:

En la dieta, la fructosa se obtiene a partir de frutas, miel y azúcar de mesa (sacarosa). En el cuerpo humano es el azúcar del semen y el líquido amniótico.

Fructosuria esencial:

Es un defecto genético en el que hay excreción de fructosa en la orina debido a la falta de la enzima fructoquinasa.

Una persona muestra aversión por las frutas y las dietas ricas en fructosa debido a la deficiencia de la enzima aldolasa-B.

Metabolismo de la galactosa y síntesis de lactosa:

En la dieta, la galactosa se deriva principalmente del azúcar de la leche, lactosa. En el cuerpo se convierte en glucógeno o puede participar en la síntesis del azúcar de la leche lactosa en la glándula mamaria lactante.

Intolerancia a la lactosa tipo II:

Esto se debe a la deficiencia de la enzima galactosa-1-fosfato uridil transferasa, que da como resultado la acumulación de galactosa en la sangre, es decir, galactosemia y excreción en la orina, es decir, galactosuria. Estos bebés son intolerantes a la lactosa y, por tanto, a la leche. Presentan síntomas como diarrea y vómitos al dar leche. La leche sin lactosa es el único remedio.

B. Procesos anabólicos:

Los procesos anabólicos de los carbohidratos se detallan a continuación:

1. Glucogénesis:

La síntesis de glucógeno a partir de glucosa se conoce como glucogénesis. La glucosa atrapada en la célula como glucosas-fosfato es mutada a glucosa-1-fosfato por la enzima fosfoglucomutasa, que a su vez está unida a UTP por la enzima glucosa-1-fosfato uridil transferasa (pirofosforilasa) formando UDP-glucosa.

La glucógeno sintasa agrega glucosa (la UDP-glucosa activada) al cebador de glucógeno (glucógeno preformado y tímido con algunas unidades de glucosa) al hacer enlaces glucosídicos α-1 → 4 y, por lo tanto, forma una cadena lineal de 10 a 12 residuos de glucosa, todos unidos por α -1 → 4 enlace glicosídico.

En este momento, otra enzima, es decir, la enzima ramificadora (glicosil- (4 → 6) transferasa) elimina de 6 a 7 unidades de glucosa de la cadena lineal y las transfiere a la otra cadena y se une por enlace α-1 → 6, creando así un punto de ramificación. . El proceso de adición de glucosa por la glucógeno sintasa a la cadena lineal y la enzima ramificadora que crea los puntos de ramificación se repite y así se completa la glucogénesis.

2. Gluconeogénesis:

La gluconeogénesis es la formación de glucosa a partir de fuentes que no son carbohidratos. La gluconeogénesis ayuda a mantener el nivel de glucosa en la sangre, de modo que el cerebro, los glóbulos rojos y los músculos puedan extraer glucosa de ella para satisfacer sus demandas metabólicas cuando la glucosa en la dieta es baja. Este proceso es muy necesario en el cuerpo porque el cerebro y los glóbulos rojos utilizan solo glucosa como combustible energético.

Los principales precursores de la glucosa que no son carbohidratos son el lactato, los aminoácidos glucogénicos (todos excepto la leucina) y el glicerol. El lactato es formado por glóbulos rojos en la glucólisis porque las mitocondrias están ausentes. El lactato también está formado por el músculo esquelético activo cuando la tasa de glucólisis excede la tasa del ciclo de TCA, el piruvato formado se convierte en lactato.

Los aminoácidos se derivan de las proteínas de la dieta y durante la inanición, de la descomposición de las proteínas en el músculo esquelético.

El glicerol se deriva de la hidrólisis de triacilglicerol & # 8217s (TAG).

La gluconeogénesis ocurre principalmente en hígado y riñón. También ocurre en el cerebro y los músculos hasta cierto punto.

La gluconeogénesis ocurre durante:

(2) Para eliminar el lactato formado en los glóbulos rojos y el músculo,

(3) Cuando los carbohidratos en la dieta son bajos,

La gluconeogénesis es casi la reversión de la glucólisis excepto en tres pasos que son irreversibles en la glucólisis. Estos pasos son revertidos por enzimas conocidas como enzimas clave de la gluconeogénesis, es decir, aquellas enzimas específicas para la gluconeogénesis solamente, pero no para ninguna otra vía.

Las enzimas clave de la gluco y timineogénesis son:

1. Piruvato carboxilasa (o carboxiquinasa)

2. Fosfoenol piruvato carboxiquinasa

El proceso de gluconeogénesis es el siguiente:

Papel del 2, 6-biofosfato en la gluconeogénesis:

La fructosa 2, 6-bisfosfato (o fructosa 2, 6-difosfato), es un metabolito que afecta alostéricamente la actividad de las enzimas fosfofructoquinasa 1 (PFK-1) y fructosa 1, 6-bisfosfatasa (FBPase-1) para regular la glucólisis y gluconeogénesis. La fructosa 2, 6-bisfosfato es sintetizada y degradada por la enzima bifuncional, fosfofructoquinasa 2 / fructosa 2, 6-bisfosfatasa (PFK-2 / FBPasa-2).

La síntesis de fructosa 2, 6-bisfosfato se realiza mediante la fosforilación de fructosa 6-fosfato usando ATP por la porción PFK-2 de la enzima. La descomposición de la fructosa 2, 6-bisfosfato es causada por la desfosforilación, catalizada por FBPase-2 para producir fructosa 6-fosfato y PI. La fructosa 2, 6-bisfosfato estimula aún más la degradación de la glucosa mediante la reducción de la gluconeogénesis mediante la inhibición alostérica de la fructosa 1, 6-bisfosfatasa.

Hormonas que regulan la gluconeogénesis:

La gluconeogénesis es estimulada por:

4. La epinefrina también estimula, pero en menor medida

La gluconeogénesis es inhibida por:

La conversión de glucógeno muscular en glucógeno hepático a través del lactato sanguíneo y de nuevo en glucógeno muscular a través de la glucosa en sangre se conoce como ciclo de Cori & # 8217s.


Modificación covalente

La actividad de una enzima también se puede alterar usando una modificación postraduccional o la unión covalente de grupos químicos a la enzima en residuos de aminoácidos particulares. Agregar o eliminar estos grupos químicos cambia la conformación de la enzima, lo que afecta la actividad. Para algunas enzimas, la forma modificada es la forma activa, mientras que para otras, la forma no modificada es más activa.

Un grupo que comúnmente regula la actividad enzimática es fosfato (-CORREOS3 2-), que, en eucariotas, se añade con mayor frecuencia al grupo hidroxilo de residuos de serina, treonina o tirosina.

El estado de fosforilación de una enzima diana está controlado por las actividades competitivas de una proteína quinasa, que agrega fosfato y un proteína fosfatasa, que elimina el fosfato.

La fosforilación se usa con frecuencia para transmitir y amplificar señales desde el exterior de la célula al núcleo para controlar la expresión génica. La fosforilación mal controlada a menudo está implicada en el desarrollo del cáncer.

Armados con esta información sobre las vías metabólicas, ahora estamos en condiciones de estudiar los principales procesos mediante los cuales los humanos extraen energía de las biomoléculas.

Ayúdanos a arreglar su sonrisa con tus viejos ensayos, ¡se necesitan segundos!

-¡Estamos buscando ensayos, laboratorios y asignaciones anteriores que hayas superado!

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The chemical reactions of metabolism are reversible, and they, too, would reach equilibrium if they&hellip

A Catalyst increases the rate of reaction by providing alternative energy pathway usually increasing&hellip

Author: William Anderson (Schoolworkhelper Editorial Team)

Tutor and Freelance Writer. Science Teacher and Lover of Essays. Article last reviewed: 2020 | St. Rosemary Institution © 2010-2021 | Creative Commons 4.0


Control of Metabolism Through Enzyme Regulation

It would seem ideal to have a scenario in which all of the enzymes encoded in an organism’s genome existed in abundant supply and functioned optimally under all cellular conditions, in all cells, at all times. In reality, this is far from the case. A variety of mechanisms ensure that this does not happen. Cellular needs and conditions vary from cell to cell, and change within individual cells over time. The required enzymes and energetic demands of stomach cells are different from those of fat storage cells, skin cells, blood cells, and nerve cells. Furthermore, a digestive cell works much harder to process and break down nutrients during the time that closely follows a meal compared with many hours after a meal. As these cellular demands and conditions vary, so do the amounts and functionality of different enzymes.

Since the rates of biochemical reactions are controlled by activation energy, and enzymes lower and determine activation energies for chemical reactions, the relative amounts and functioning of the variety of enzymes within a cell ultimately determine which reactions will proceed and at which rates. This determination is tightly controlled. In certain cellular environments, enzyme activity is partly controlled by environmental factors, like pH and temperature. There are other mechanisms through which cells control the activity of enzymes and determine the rates at which various biochemical reactions will occur.


Bioquímica. 5ª edición.

Glycogen is a readily mobilized storage form of glucose. It is a very large, branched polymer of glucose residues (Figure 21.1) that can be broken down to yield glucose molecules when energy is needed. Most of the glucose residues in glycogen are linked by α-1,4-glycosidic bonds. Branches at about every tenth residue are created by α-1,6-glycosidic bonds. Recall that α-glycosidic linkages form open helical polymers, whereas β linkages produce nearly straight strands that form structural fibrils, as in cellulose (Section 11.2.3).

Figure 21.1

Glycogen Structure. In this structure of two outer branches of a glycogen molecule, the residues at the nonreducing ends are shown in red and residue that starts a branch is shown in green. The rest of the glycogen molecule is represented by R.

Glycogen is not as reduced as fatty acids are and consequently not as energy rich. Why do animals store any energy as glycogen? Why not convert all excess fuel into fatty acids? Glycogen is an important fuel reserve for several reasons. The controlled breakdown of glycogen and release of glucose increase the amount of glucose that is available between meals. Hence, glycogen serves as a buffer to maintain blood-glucose levels. Glycogen's role in maintaining blood-glucose levels is especially important because glucose is virtually the only fuel used by the brain, except during prolonged starvation. Moreover, the glucose from glycogen is readily mobilized and is therefore a good source of energy for sudden, strenuous activity. Unlike fatty acids, the released glucose can provide energy in the absence of oxygen and can thus supply energy for anaerobic activity.

The two major sites of glycogen storage are the liver and skeletal muscle. The concentration of glycogen is higher in the liver than in muscle (10% versus 2% by weight), but more glycogen is stored in skeletal muscle overall because of its much greater mass. Glycogen is present in the cytosol in the form of granules ranging in diameter from 10 to 40 nm (Figure 21.2). In the liver, glycogen synthesis and degradation are regulated to maintain blood-glucose levels as required to meet the needs of the organism as a whole. In contrast, in muscle, these processes are regulated to meet the energy needs of the muscle itself.

Figure 21.2

Electron Micrograph of a Liver Cell. The dense particles in the cytoplasm are glycogen granules. [Courtesy of Dr. George Palade.]

21.0.1. An Overview of Glycogen Metabolism:

Glycogen degradation and synthesis are relatively simple biochemical processes. Glycogen degradation consists of three steps: (1) the release of glucose 1-phosphate from glycogen, (2) the remodeling of the glycogen substrate to permit further degradation, and (3) the conversion of glucose 1-phosphate into glucose 6-phosphate for further metabolism. The glucose 6-phosphate derived from the breakdown of glycogen has three fates (Figure 21.3): (1) It is the initial substrate for glycolysis, (2) it can be processed by the pentose phosphate pathway to yield NADPH and ribose derivatives and (3) it can be converted into free glucose for release into the bloodstream. This conversion takes place mainly in the liver and to a lesser extent in the intestines and kidneys.

Figure 21.3

Fates of Glucose 6-Phosphate. Glucose 6-phosphate derived from glycogen can (1) be used as a fuel for anaerobic or aerobic metabolism as in, for instance, muscle (2) be converted into free glucose in the liver and subsequently released into the blood (more. )

Glycogen synthesis requires an activated form of glucose, uridine diphosphate glucose (UDP-glucose), which is formed by the reaction of UTP and glucose 1-phosphate. UDP-glucose is added to the nonreducing end of glycogen molecules. As is the case for glycogen degradation, the glycogen molecule must be remodeled for continued synthesis.

The regulation of these processes is quite complex. Several enzymes taking part in glycogen metabolism allosterically respond to metabolites that signal the energy needs of the cell. These allosteric responses allow the adjustment of enzyme activity to meet the needs of the cell in which the enzymes are expressed. Glycogen metabolism is also regulated by hormonally stimulated cascades that lead to the reversible phosphorylation of enzymes, which alters their kinetic properties. Regulation by hormones allows glygogen metabolism to adjust to the needs of the entire organism. By both these mechanisms, glycogen degradation is integrated with glycogen synthesis. We will first examine the metabolism, followed by enzyme regulation and then the elaborate integration of control mechanisms.

Figura

Signal cascades lead to the mobilization of glycogen to produce glucose, an energy source for runners. [(Left) Mike Powell/Allsport.]

  • 21.1. Glycogen Breakdown Requires the Interplay of Several Enzymes
  • 21.2. Phosphorylase Is Regulated by Allosteric Interactions and Reversible Phosphorylation
  • 21.3. Epinephrine and Glucagon Signal the Need for Glycogen Breakdown
  • 21.4. Glycogen Is Synthesized and Degraded by Different Pathways
  • 21.5. Glycogen Breakdown and Synthesis Are Reciprocally Regulated
  • Resumen
  • Problemas
  • Selected Readings

De acuerdo con el editor, se puede acceder a este libro mediante la función de búsqueda, pero no se puede navegar.


Regulation of Blood Glucose Levels by Thyroid Hormones

The basal metabolic rate, which is the amount of calories required by the body at rest, is determined by two hormones produced by the thyroid gland: thyroxine, also known as tetraiodothyronine or T4, y triiodothyronine, also known as T3. These hormones affect nearly every cell in the body except for the adult brain, uterus, testes, blood cells, and spleen. They are transported across the plasma membrane of target cells and bind to receptors on the mitochondria resulting in increased ATP production. In the nucleus, T3 y T4activate genes involved in energy production and glucose oxidation. This results in increased rates of metabolism and body heat production, which is known as the hormone’s calorigenic effect.

T3 y T4 release from the thyroid gland is stimulated by hormona estimulante de la tiroides (TSH), which is produced by the anterior pituitary. TSH binding at the receptors of the follicle of the thyroid triggers the production of T3 y T4 from a glycoprotein called thyroglobulin. Thyroglobulin is present in the follicles of the thyroid, and is converted into thyroid hormones with the addition of iodine. Iodine is formed from iodide ions that are actively transported into the thyroid follicle from the bloodstream. A peroxidase enzyme then attaches the iodine to the tyrosine amino acid found in thyroglobulin. T3 has three iodine ions attached, while T4 has four iodine ions attached. T3 y T4 are then released into the bloodstream, with T4 being released in much greater amounts than T3. As T3is more active than T4 and is responsible for most of the effects of thyroid hormones, tissues of the body convert T4 a T3 by the removal of an iodine ion. Most of the released T3 y T4 becomes attached to transport proteins in the bloodstream and is unable to cross the plasma membrane of cells. These protein-bound molecules are only released when blood levels of the unattached hormone begin to decline. In this way, a week’s worth of reserve hormone is maintained in the blood. Increased T3 y T4 levels in the blood inhibit the release of TSH, which results in lower T3 y T4 release from the thyroid.

The follicular cells of the thyroid require iodides (anions of iodine) in order to synthesize T3 y T4. Iodides obtained from the diet are actively transported into follicle cells resulting in a concentration that is approximately 30 times higher than in blood. The typical diet in North America provides more iodine than required due to the addition of iodide to table salt. Inadequate iodine intake, which occurs in many developing countries, results in an inability to synthesize T3 y T4 hormonas. The thyroid gland enlarges in a condition called goiter, which is caused by overproduction of TSH without the formation of thyroid hormone. Thyroglobulin is contained in a fluid called colloid, and TSH stimulation results in higher levels of colloid accumulation in the thyroid. In the absence of iodine, this is not converted to thyroid hormone, and colloid begins to accumulate more and more in the thyroid gland, leading to goiter.

Disorders can arise from both the underproduction and overproduction of thyroid hormones. Hypothyroidism, underproduction of the thyroid hormones, can cause a low metabolic rate leading to weight gain, sensitivity to cold, and reduced mental activity, among other symptoms. In children, hypothyroidism can cause cretinism, which can lead to mental retardation and growth defects. Hyperthyroidism, the overproduction of thyroid hormones, can lead to an increased metabolic rate and its effects: weight loss, excess heat production, sweating, and an increased heart rate. Graves’ disease is one example of a hyperthyroid condition.

In Summary: Hormonal Regulation of Metabolism

Insulin is produced by the pancreas in response to rising blood glucose levels and allows cells to utilize blood glucose and store excess glucose for later use. Diabetes mellitus is caused by reduced insulin activity and causes high blood glucose levels, or hyperglycemia. Glucagon is released by the pancreas in response to low blood glucose levels and stimulates the breakdown of glycogen into glucose, which can be used by the body. The body’s basal metabolic rate is controlled by the thyroid hormones thyroxine (T4) and triiodothyronine (T3). The anterior pituitary produces thyroid stimulating hormone (TSH), which controls the release of T3 y T4 from the thyroid gland. Iodine is necessary in the production of thyroid hormone, and the lack of iodine can lead to a condition called goiter.


2.7.1: Control of Metabolism Through Enzyme Regulation - Biology

Regulación y control del metabolismo en bacterias (página 1)

Adaptación bacteriana al entorno físico y nutricional

A diferencia de las células vegetales y animales, la mayoría de las bacterias están expuestas a un entorno físico y químico en constante cambio. Dentro de ciertos límites, las bacterias pueden reaccionar a los cambios en su entorno a través de cambios en los patrones de proteínas estructurales, proteínas transportadoras, toxinas, enzimas, etc., que las adaptan a una situación ecológica particular. Por ejemplo, E. coli no produce fimbrias con fines de colonización cuando vive en un entorno planctónico (flotando libremente o nadando). Vibrio cholerae no produce la toxina del cólera que causa la diarrea a menos que se encuentre en el tracto intestinal humano. Bacillus subtilis no produce las enzimas para la biosíntesis de triptófano si puede encontrar triptófano preexistente en su entorno. Si E. coli se alimenta con glucosa y lactosa juntas, utilizará la glucosa primero porque se necesitan dos enzimas menos para utilizar la glucosa que para utilizar la lactosa. The bacterium Neisseria gonorrhoeae desarrollará un sofisticado sistema de recolección y transporte de hierro si detecta que hay escasez de hierro en su entorno.

Las bacterias han desarrollado mecanismos sofisticados para la regulación de vías catabólicas y anabólicas. Generalmente, las bacterias no sintetizan enzimas degradantes (catabólicas) a menos que los sustratos de estas enzimas estén presentes en su entorno. Por ejemplo, la síntesis de enzimas que degradan la lactosa sería un desperdicio a menos que el sustrato para estas enzimas (lactosa) esté disponible en el medio ambiente. De manera similar, las bacterias han desarrollado diversos mecanismos para el control de las vías biosintéticas (anabólicas). Las células bacterianas cierran las vías biosintéticas cuando el producto final de la vía no es necesario o se obtiene fácilmente por absorción del medio ambiente. Por ejemplo, si una bacteria pudiera encontrar un aminoácido preformado como el triptófano en su entorno, tendría sentido cerrar su propia vía de biosíntesis de triptófano y así conservar energía. Sin embargo, en la vida bacteriana real, los mecanismos de control de todas estas vías metabólicas deben ser reversibles, ya que el entorno puede cambiar rápida y drásticamente.

En este capítulo se analizan algunos de los mecanismos comunes mediante los cuales las células bacterianas regulan y controlan sus actividades metabólicas. Es importante que el lector se dé cuenta de que la mayoría de estos mecanismos se han observado o descrito en la bacteria, Escherichia coli, y en su mayoría no se han probado ni se ha demostrado que existan en muchas otras bacterias o procariotas (aunque, siempre que se buscan, a menudo se encuentran). El lector perspicaz apreciará que los orígenes de la ciencia moderna de la biología molecular se encuentran en los experimentos que explicaron estos procesos reguladores en E. coli.

Condiciones que afectan la formación de enzimas en bacterias

Como se indicó anteriormente, las células bacterianas pueden cambiar los patrones de enzimas para adaptarlas a su entorno específico. A menudo, la concentración de una enzima en una célula bacteriana depende de la presencia del sustrato para la enzima. Enzimas constitutivas siempre son producidos por células independientemente de la composición del medio en el que se cultivan las células. Las enzimas que operan durante la glucólisis y el ciclo del TCA son generalmente constitutivas: están presentes en más o menos la misma concentración en las células en todo momento. Enzimas inducibles se producen ("encienden") en las células en respuesta a un sustrato particular, se producen sólo cuando se necesitan. En el proceso de inducción, el sustrato, o un compuesto estructuralmente similar al sustrato, evoca la formación de la enzima y a veces se denomina inductor. A enzima reprimible es aquella cuya síntesis está regulada a la baja o "apagada" por la presencia de (por ejemplo) el producto final de una vía en la que la enzima participa normalmente. En este caso, el producto final se denomina copresor de la enzima.

Regulación de las reacciones enzimáticas

No todas las reacciones enzimáticas ocurren en una célula en la misma medida. Algunas sustancias son necesarias en grandes cantidades y, por tanto, las reacciones implicadas en su síntesis deben producirse en grandes cantidades. Se necesitan otras sustancias en pequeñas cantidades y las reacciones correspondientes involucradas en su síntesis solo necesitan ocurrir en pequeñas cantidades.

En las células bacterianas, las reacciones enzimáticas pueden estar reguladas por dos modos no relacionados: (1) control o regulación de la actividad enzimática (inhibición por retroalimentación o inhibición del producto final), que opera principalmente para regular las vías biosintéticas y (2) controlar o regulación de la síntesis de enzimas, incluyendo represión del producto final, que funciona en la regulación de las vías biosintéticas, y inducción enzimática y represión catabolítica, que regulan principalmente vías degradativas. El proceso de inhibición por retroalimentación regula la actividad de enzimas preexistentes en las células. Los procesos de represión del producto final, inducción de enzimas y represión de catabolitos están involucrados en el control de la síntesis de enzimas. Los procesos que regulan la síntesis de enzimas pueden ser una forma de control positivo o de control negativo. La represión del producto final y la inducción enzimática son mecanismos de control negativo porque conducen a un disminución de la tasa de transcripción de proteínas. La represión de catabolitos se considera una forma de control positivo porque afecta a un aumento en las tasas de transcripción de proteínas.

Tabla 1. Puntos de regulación de varios procesos metabólicos. Las bacterias ejercen control sobre su metabolismo en todas las etapas posibles, comenzando en el nivel del gen que codifica una proteína y terminando con la alteración o modificaciones en la proteína después de su producción. Por ejemplo, la variación en la estructura genética puede variar la actividad o producción de una proteína, al igual que las modificaciones de una proteína después de su producción pueden alterar o cambiar su actividad. Uno de los sitios más importantes para el control del metabolismo a nivel genético es la regulación de la transcripción. En este nivel, en los mecanismos de control positivo (p. Ej., Represión de catabolitos), una proteína reguladora tiene el efecto de aumentar la tasa de transcripción de un gen, mientras que en los mecanismos de control negativo (p. Ej., Inducción enzimática o represión del producto final), una proteína reguladora tiene la efecto para disminuir la tasa de transcripción de un gen. A veces, esta nomenclatura puede parecer contraria a la intuición, pero los biólogos moleculares nos la han atrapado.

Aunque hay ejemplos de procesos reguladores que ocurren en todas las etapas de la biología molecular de las células bacterianas (ver la Tabla 1 anterior), los puntos de regulación más comunes se encuentran en el nivel de transcripción (p. Ej., Inducción y represión enzimática) y cambio de la actividad de proteínas preexistentes. A su vez, estos niveles de control suelen estar modulados por proteínas con la propiedad de allostery.

Un proteína alostérica es uno que tiene un sitio activo (catalítico) and an sitio alostérico (efector). En una enzima alostérica, el sitio activo se une al sustrato de la enzima y lo convierte en un producto. El sitio alostérico está ocupado por una pequeña molécula que no es un sustrato. Sin embargo, cuando el sitio alostérico está ocupado por la molécula efectora, la configuración del sitio activo cambia de modo que ahora es incapaz de reconocer y unirse a su sustrato (Figura 1). If the protein is an enzyme, when the allosteric site is occupied, the enzyme is inactive, i.e., the effector molecule decreases the activity of the enzyme. There is an alternative situation, however. The effector molecule of certain allosteric enzymes binds to its allosteric site and consequently transforms the enzyme from an inactive to an active state (Figure 2). Some multicomponent allosteric enzymes have several sites occupied by various effector molecules that modulate enzyme activity over a range of conditions.

Figure 1. Example of an allosteric enzyme with a negative effector site. When the effector molecule binds to the allosteric site, substrate binding and catalytic activity of the enzyme are inactivated. When the effector is detached from the allosteric site the enzyme is active.


Figure 2. Example of an allosteric enzyme with a positive effector site. The effector molecule binds to the allosteric site resulting in alteration of the active site that stimulates substrate binding and catalytic activity.

Some allosteric proteins are not enzymes, but nonetheless have an active site and an allosteric site. The regulatory proteins that control metabolic pathways involving end product repression, enzyme induction and catabolite repression are allosteric proteins. In their case, the active site is a DNA binding site, which, when active, binds to a specific sequence of DNA, and which, when inactive, does not bind to DNA. The allosteric or effector molecule is a small molecule which can occupy the allosteric site and affect the active site. In the case of enzyme repression, a positive effector molecule (called a copresor) binds to the allosteric regulatory protein and activates its ability to bind to DNA. In the case of enzyme induction a negative effector molecule (called an inductor) binds to the allosteric site, causing the active site to change conformation thereby detaching the protein from its DNA binding site.


Regulatory Enzymes:

A regulatory enzyme is an enzyme in a biochemical pathway which through its responses to certain signals, regulates the pathway’s activity.

cellular metabolism

For example- In cellular metabolism, groups of enzymes work together in sequential pathways to carry out a given metabolic process. The activities of metabolic pathways in cells are regulated by the control of the activities of regulatory enzymes.


Abstracto

Fungi produce a multitude of low-molecular-mass compounds known as secondary metabolites, which have roles in a range of cellular processes such as transcription, development and intercellular communication. In addition, many of these compounds now have important applications, for instance, as antibiotics or immunosuppressants. Genome mining efforts indicate that the capability of fungi to produce secondary metabolites has been substantially underestimated because many of the fungal secondary metabolite biosynthesis gene clusters are silent under standard cultivation conditions. In this Review, I describe our current understanding of the regulatory elements that modulate the transcription of genes involved in secondary metabolism. I also discuss how an improved knowledge of these regulatory elements will ultimately lead to a better understanding of the physiological and ecological functions of these important compounds and will pave the way for a novel avenue to drug discovery through targeted activation of silent gene clusters.


Role of enzymes in metabolism

Some enzymes help to break down large nutrient molecules, such as proteins, fats, and carbohydrates, into smaller molecules. This process occurs during the digestion of foodstuffs in the stomach and intestines of animals. Other enzymes guide the smaller, broken-down molecules through the intestinal wall into the bloodstream. Still other enzymes promote the formation of large, complex molecules from the small, simple ones to produce cellular constituents. Enzymes are also responsible for numerous other functions, which include the storage and release of energy, the course of reproduction, the processes of respiration, and vision. They are indispensable to life.

Each enzyme is able to promote only one type of chemical reaction. The compounds on which the enzyme acts are called substrates. Enzymes operate in tightly organized metabolic systems called pathways. A seemingly simple biological phenomenon—the contraction of a muscle, for example, or the transmission of a nerve impulse—actually involves a large number of chemical steps in which one or more chemical compounds (substrates) are converted to substances called products the product of one step in a metabolic pathway serves as the substrate for the succeeding step in the pathway.

The role of enzymes in metabolic pathways can be illustrated diagrammatically. The chemical compound represented by A (see diagram below) is converted to product mi in a series of enzyme-catalyzed steps, in which intermediate compounds represented by B, C, y D are formed in succession. They act as substrates for enzymes represented by 2, 3, and 4. Compound A may also be converted by another series of steps, some of which are the same as those in the pathway for the formation of mi, to products represented by GRAMO y H.

The letters represent chemical compounds numbers represent enzymes that catalyze individual reactions. The relative heights represent the thermodynamic energy of the compounds (e.g., compound A is more energy-rich than B, B more energy-rich than C). Compuestos A, B, etc., change very slowly in the absence of a catalyst but do so rapidly in the presence of catalysts 1, 2, 3, etc.

The regulatory role of enzymes in metabolic pathways can be clarified by using a simple analogy: that between the compounds, represented by letters in the diagram, and a series of connected water reservoirs on a slope. Similarly, the enzymes represented by the numbers are analogous to the valves of the reservoir system. The valves control the flow of water in the reservoir that is, if only valves 1, 2, 3, and 4 are open, the water in A flows only to mi, but, if valves 1, 2, 5, and 6 are open, the water in A flows to GRAMO. In a similar manner, if enzymes 1, 2, 3, and 4 in the metabolic pathway are active, product mi is formed, and, if enzymes 1, 2, 5, and 6 are active, product GRAMO se forma. The activity or lack of activity of the enzymes in the pathway therefore determines the fate of compound A i.e., it either remains unchanged or is converted to one or more products. In addition, if products are formed, the activity of enzymes 3 and 4 relative to that of enzymes 5 and 6 determines the quantity of product mi formed compared with product GRAMO.

Both the flow of water and the activity of enzymes obey the laws of thermodynamics hence, water in reservoir F cannot flow freely to H by opening valve 7, because water cannot flow uphill. If, however, valves 1, 2, 5, and 7 are open, water flows from F para H, because the energy conserved during the downhill flow of water through valves 1, 2, and 5 is sufficient to allow it to force the water up through valve 7. In a similar way, enzymes in the metabolic pathway cannot convert compound F directly to H unless energy is available enzymes are able to utilize energy from energy-conserving reactions in order to catalyze reactions that require energy. During the enzyme-catalyzed oxidation of carbohydrates to carbon dioxide and water, energy is conserved in the form of an energy-rich compound, adenosine triphosphate (ATP). The energy in ATP is utilized during an energy-consuming process such as the enzyme-catalyzed contraction of muscle.

Because the needs of cells and organisms vary, not only the activity but also the synthesis of enzymes must be regulated e.g., the enzymes responsible for muscular activity in a leg muscle must be activated and inhibited at appropriate times. Some cells do not need certain enzymes a liver cell, for example, does not need a muscle enzyme. A bacterium does not need enzymes to metabolize substances that are not present in its growth medium. Some enzymes, therefore, are not formed in certain cells, others are synthesized only when required, and still others are found in all cells. The formation and activity of enzymes are regulated not only by genetic mechanisms but also by organic secretions (hormones) from endocrine glands and by nerve impulses. Small molecules also play an important role (vea abajo Enzyme flexibility and allosteric control).

If an enzyme is defective in some respect, disease may occur. The enzymes represented by the numbers 1 to 4 in the diagram must function during the conversion of the starting substance A to the product mi. If one step is blocked because an enzyme is unable to function, product mi may not be formed if mi is necessary for some vital function, disease results. Many inherited diseases and conditions of humans result from a deficiency of one enzyme. Some of these are listed in the table. Albinism, for example, results from an inherited lack of ability to synthesize the enzyme tyrosinase, which catalyzes one step in the pathway by which the pigment for hair and eye colour is formed.


Ver el vídeo: 50- Biología celular. Regulación de la actividad enzimática (Julio 2022).


Comentarios:

  1. Aethelberht

    Absolutamente de acuerdo contigo. En ese algo es que creo que es la buena idea.



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