Una enzima reguladora es una enzima de una vía bioquímica que, a través de sus respuestas a la presencia de otras biomoléculas determinadas , regula la actividad de la vía. Esto se hace generalmente para vías cuyos productos pueden ser necesarios en diferentes cantidades en diferentes momentos, como la producción de hormonas . Las enzimas reguladoras existen en altas concentraciones (Vmax baja), por lo que su actividad puede aumentar o disminuir con cambios en las concentraciones de sustrato.
Las enzimas que catalizan reacciones químicas una y otra vez se denominan enzimas reguladoras.
Generalmente, se considera que una proteína de estructura hiperbólica en condiciones específicas del medio está lista para realizar su tarea, es activa, pero algunas desactivaciones específicas son responsables de la regulación de algunas vías metabólicas. Las enzimas reguladoras son comúnmente la primera enzima en un sistema multienzimático: el producto de la reacción catalizada por la primera enzima es el sustrato de la segunda enzima, por lo que la célula puede controlar la cantidad de producto resultante regulando la actividad de la primera enzima de la vía.
Existen muchas estrategias de activación y desactivación de enzimas reguladoras. Las enzimas reguladoras requieren un proceso de activación extra y necesitan pasar por algunas modificaciones en su 3D para poder volverse funcionales, por ejemplo, las enzimas catalizadoras (enzimas reguladoras). La regulación de la activación de estas enzimas catalizadoras es necesaria para regular la velocidad total de la reacción, de modo que sea posible obtener la cantidad de producto requerida en cada momento, lo que hace que las enzimas reguladoras tengan una importancia biológica . Por lo tanto, las enzimas reguladoras, por su activación controlada, son de dos tipos: enzimas alostéricas y enzimas moduladas covalentemente; sin embargo, una enzima puede combinar ambos tipos de regulación.
Este tipo de enzimas presenta dos sitios de unión: el sustrato de la enzima y los efectores . Los efectores son pequeñas moléculas que modulan la actividad enzimática; funcionan a través de la unión reversible, no covalente, de un metabolito regulador en el sitio alostérico (que no es el sitio activo). Cuando se unen, estos metabolitos no participan directamente en la catálisis , pero aún así son esenciales: conducen a cambios conformacionales en una parte concreta de la enzima. Estos cambios afectan la conformación global del sitio activo, provocando modificaciones en la actividad de la reacción . [1]
Propiedades
Las enzimas alostéricas suelen tener una masa mayor que otras enzimas. A diferencia de las enzimas que tienen una sola subunidad, en este caso están compuestas por múltiples subunidades, que contienen sitios activos y sitios de unión de moléculas reguladoras.
Presentan una cinética especial: la cooperación . En ella, los cambios de configuración en cada cadena de la proteína potencian los cambios en las otras cadenas. Estos cambios se producen en los niveles terciario y cuaternario de organización.
Según la modulación se pueden clasificar en dos grupos diferentes:
En algunos sistemas multienzimáticos, la enzima es inhibida por el producto final siempre que su concentración sea superior a los requerimientos de la célula. Por lo tanto, la velocidad de la reacción puede ser controlada por la cantidad de producto que necesita la célula (cuanto menor sea el requerimiento, más lenta será la reacción).
La inhibición por retroalimentación es una de las funciones más importantes de las proteínas. Gracias a ella, una célula es capaz de saber si la cantidad de un producto es suficiente para su subsistencia o si hay una carencia de producto (o si hay demasiado producto). La célula es capaz de reaccionar a este tipo de situaciones de forma mecánica y resolver el problema de la cantidad de un producto. Un ejemplo de inhibición por retroalimentación en las células humanas es la proteína aconitasa (una enzima que cataliza la isomerización del citrato a isocitrato). Cuando la célula necesita hierro, esta enzima pierde la molécula de hierro y su forma cambia. Cuando esto sucede, la aconitasa se convierte en IRPF1, un represor de la traducción o estabilizador del ARNm que reprime la formación de proteínas que se unen al hierro y favorece la formación de proteínas que pueden obtener hierro de las reservas de la célula [1] [2]
Aquí, la forma activa e inactiva de las enzimas se altera debido a la modificación covalente de sus estructuras que es catalizada por otras enzimas. Este tipo de regulación consiste en la adición o eliminación de algunas moléculas que pueden unirse a la proteína enzimática. Los grupos más importantes que funcionan como modificadores son fosfato, metilo, uridina, adenina y adenosina difosfato ribosilo. Estos grupos se unen o eliminan de la proteína por otras enzimas. La modificación covalente más notable es la fosforilación . La serina, la treonina y la tirosina son aminoácidos comunes que participan en las modificaciones covalentes y se utilizan para controlar las actividades catalíticas de las enzimas. Las quinasas y las fosfatasas son enzimas comúnmente conocidas que afectan a estas modificaciones, que resultan en el cambio de los estados conformacionales de la afinidad de unión al sustrato.
La fosforilación es la adición de grupos fosfato a las proteínas, siendo el mecanismo de modificación regulatoria más frecuente en nuestras células. Este proceso tiene lugar tanto en células procariotas como eucariotas (en este tipo de células, un tercio o la mitad de las proteínas experimentan fosforilación). Debido a su frecuencia, la fosforilación tiene mucha importancia en las vías regulatorias de las células.
La adición de un grupo fosforilo a una enzima es catalizada por enzimas quinasas , mientras que la eliminación de este grupo es catalizada por enzimas fosfatasas . La frecuencia de la fosforilación como mecanismo regulador se debe a la facilidad de cambio de la forma fosforilada a la forma desfosforilada.
La fosforilación o desfosforilación hacen que la enzima sea funcional en el momento en que la célula necesita que se produzca la reacción. Los efectos que produce la adición de grupos fosforilo que regulan la cinética de una reacción se pueden dividir en dos grupos:
La fosforilación y desfosforilación pueden tener lugar como resultado de la respuesta a señales que advierten sobre un cambio en el estado celular. Esto significa que algunas vías donde participan enzimas reguladoras se regulan por fosforilación tras una señal específica: un cambio en la célula.
Algunas enzimas pueden fosforilarse en múltiples sitios. La presencia de un grupo fosforilo en una parte de una proteína puede depender del plegamiento de la enzima (que puede hacer que la proteína sea más o menos accesible a las proteínas quinasas) y de la proximidad de otros grupos fosforilo. [1] [3] [4]
.jpg/1280px-Chymotrypsin_(reverse).jpg)
Algunas enzimas necesitan pasar por un proceso de maduración para ser activadas. Primero se sintetiza un precursor (estado inactivo, más conocido como zimógeno ) y luego, mediante el corte de algunos enlaces peptídicos específicos (catálisis enzimática por división selectiva hidrolítica), se modifica fuertemente su conformación 3D hasta un estado funcional catalítico, obteniéndose la enzima activa.
La proteólisis es un proceso irreversible y normalmente no específico. Un mismo activador puede modular diferentes enzimas reguladoras: una vez activada la tripsina , activa muchas otras enzimas hidrolíticas. La proteólisis también puede ser rápida y sencilla, de modo que la hidrólisis de un único enlace peptídico puede ser suficiente para cambiar la conformación de la proteína y crear una zona activa, permitiendo la interacción entre la enzima y el sustrato, por ejemplo, la activación de la quimotripsina (como se puede ver en las imágenes).
Muchos tipos diferentes de proteínas con diferentes funciones en el metabolismo se activan mediante proteólisis por grandes razones:
La proteólisis es irreversible, lo que implica la necesidad de un proceso de desactivación enzimática. Inhibidores específicos, análogos al sustrato, se unirán fuertemente a la enzima, impidiendo que el sustrato se una a la enzima. Esta unión puede durar meses. [1] [5]