ENZIMS

Els enzims són proteïnes que actúen com a catalitzador biològics. Són els encarregats de dur a terme transformacions químiques. S´ha de pensar als enzims de la fotosíntesi, durant la contracció muscular de les ATPases, en el transport a través de membrana o canals iònics... Actúen com a catalitzadors perquè proporcionen un microambient adequat per a que tingui lloc aquella reacció química. Col·loquen el substrat en una orientació adequada, que facilitat la reacció eliminant l´aigua.

CARACTERÍSTIQUES GENERALS

· Són catalitzadors molt eficaços. Acceleren les seves reaccions fins a millions de vegades. P. Ex: Anhidrasa carbònica.

CO₂ + H₂O --> H₂ C O₃

Contribueix a la respiració. Accelera la velocitat de reacció 10⁷ vegades. El potencial d´oxidació és capaç de convertir 10⁵ molècules de CO₂ a la vegada.

· Tenen gran especificitat de substracte: són capaces d´activar una molècula, però una lleugera variació no funciona. P.ex: isòmers. Hi ha enzims molt poc específics (p.ex: subtilisina, que trenca gairebé qualsevol proteïna que tingui davant). En canvi hi ha d´altres que són molt específiques (la trypsina només trenca el costat Carboxi de lysina i arginina. Hi ha proteases molt més específiques (trombina). És un component que trenca l´enllaç Arginina-Glycina d´uns determinats enllaços, d´un determinat substrat, envoltats d´unes seqüències especials....

· Tenen posibilitat de regulació. Tots estan sota el control de molts factors. Hi ha regulació al·lostèrica (fenòmen pel qual altres molècules dels factors al·lostèrics regulen possitivament o negativament la funció d´un enzim). També existeixen proteïnes reguladores que interaccionen amb altres proteïnes i les activen o inhibeixen. La regulació per modificació covalent consisteix sobretot en la fosfoliració de proteïnes. Són molt importants al control del metabolits.

També és important l´existència d´enzims que es sintetitzen com a proenzims inactius que mitjançant una regulació proteolítica controlada es transformen en enzims actius. P.ex: enzims digestius, que es formen més llargs del normal, després es trenquen i donen lloc als enzims digestius.

Gairebé tots els enzims són proteïnes, però també hi ha alguns tipus de RNA que tenen certa capacitat enzimàtica al procés de síntesi, mitjançant una reacció autocatalítica.

Molts enzims necessiten algun factor per ser activats. Aquests factors són els cofactors. Els cofactors poden ser ions inorgànics (Fe, Cu...) o altres molècules orgàniques més petites (moltes deshidrogenases necessiten NAD per funcionar). Si el cofactor està unit de manera molt estable i permanent a la proteïna, se li dóna el nom de grup prostètic. Quan es parla de proteïnes que tenen grup prostètic (P.ex: citocroms de la cadena respiratòria), es parla de apoenzims (referint-se només a la proteïna) i holoenzims (proteïna + grup prostètic).

FUNCIÓ QUÍMICA DELS ENZIMS

Actúen com a veritables catalitzadors biològics, acceleren la velocitat de la reacció, però no modifiquen l´estat d´equilibri de la reacció.

K_eq = La velocitat de la reacció directa e inversa són iguals. És la concentració de productes en relació amb els substractes.

Els enzims no modifiquen l´equilibri de la reacció, només s´arribarà més ràpid a l´equilibri.

Els enzims afavoreixen la velocitat de la reacció perquè disminueixen l´energia d´activació. Cada reacció química té un diagrama energètic:

Els substrats i productes tenen una energia química. Durant la reacció es passa per una etapa de transició a on es passa per una energia més alta.

Aquesta diferència d´energia entre el substracte i l´estat de transició és l´energia lliure d´activació.

Aquests disgrames defineixen els conceptes de que es dongui una reacció millor i més ràpida.

El concepte termodinàmic ve definint si una reacció és espontània o no. Està relacionat amb l´energia lliure del substrat i dels productes. Serà possible quan l´increment de l´energia lliure de Gibbs de la reacció sigui menor que 0.

L´energia lliure de Gibbs del producte és menor que l´energialliure de Gibbs dels substractes. Una reacció pot ser espontània però molt lenta i que no es pugui veure.

El component cinètic (velocitat de reacció) ve definida per l´energia lliure d´activació. És ràpida si l´energia és petita perquè a les molècules de substrat no els costarà gaire arribar a l´estat de transició.

Els enzims disminueixen l´energia llire d´activació i faciliten que a les molècules els sigui més fàcil passar la barrera de l´estat de transició.

Els enzims col·loquen al substrat en una orientació adequada per a que tingui lloc la reacció. El lloc on es col·loca l´ezim per a que tingui lloc la reacció és el centre actiu de l´enzim. Sempre és un lloc concret.

El centre actiu estabilitza el complexe enzim-substrat, per a que necessiti menys energia que sense enzims.

Ho fa perquè disminueix l´entropia del sistema (mobilitat energètica del centre actiu), la molècula de substrat elimina l´envolta de sulbatació de l´aigua, col·loca al substracte en la manera adequada (els grups funcionals s´orienten adequadament, si és necessari, obliga al substrat a distorsionar-se per a facilitar la reacció.

Hi ha complexes enzim-substrat perquè si representem la velocitat en funció de la concentració de substrat, ens dóna una gràfica igual que a la mioglobina:

Aquest comportament és el que cal esperar quan observem la interacció entre la mioglobina i el seu substrat, fins que arriba a un moment en el que els llocs estan saturats.

Aquestes modificacions van originar la teoría del centre actiu dels enzims.

Característiques dels centres actius

Són regions petites de la molècula i l´enzim . Normalment són forats o solcs de caràcter apolar, de manera que del centre actiu s´eliminen les molècules d´aigua i faciliten la interacció i la reacció.

Sovint hi ha aminoàcids apolars amb un paper relevant al mecanisme de reacció i adquireixen característiques físico-químiques especials que fan possible la reacció.

Les interaccions entre Enzim i Substracte són de tipus no covalent i relativament febles. De forma que el centre actiu del Enzim i el Substracte han de tenir unes geometries complementàries.

Això ha donat l´orígen a 2 models:

· Clau i pany: presuposa que el centre actiu de l´enzim és complementari tridimensionalment a la molècula de substrat, de forma que interaccionen formant el complexe enzim-substrat.

· Ajustament induït: el centre actiu del Enzim no té una geometria complementària per la molècula, sinó que s´indueix un canvi conformacional al centre actiu de l´enzim. El centre actiu és complementari a la conformació del substrat de l´estat de transició. Per això ajuda a la seva síntesi. Són interaccions iòniques químiques que ajuden a que s´arribi a l´estat de transició més fàcilment. El centre actiu de l´enzim participa directament al mecanisme de la reacció. Segons el paper de l´enzim hi ha diferents tipus de catàlisi:

1. Catàlisi àcid-base: són reaccions on hi ha una transferència de H⁺ ( de l´H₂O al substracte o al revés). Residus dels aminoàcids participen a la transferència de H⁺. P.ex: Lisozima.

2. Catàlisi covalent: en un determinat moment de la reacció es forma un enllaç covalent entre l´enzim i el substracte. Ex: carboxipeptidasa A.

CINÈTICA ENZIMÀTICA

Un cop s´han acabat els reactius, ja no apareix cap producte.

Aquesta velocitat és diferent de les concentracions de producte; mentre que la representació és lineal, sempre serà constant. La velocitat inicial es dóna quan les concentracions de producte són molt elevades.

La majoria del enzims, quan es representen així, tenen un comportament en el que la velocitat segueix una hipèrbola. Aquesta representació s´anomena representació de Michaelis-Menten. Són enzims micaelians. Hi ha enzims que tenen un comportament sigmoide, que són els que tenen una cooperativitat (enzims alostèrics).

Els enzims micaelians són els monomèrics. La velocitat màxima és la velocitat a la qual encara que incrementem la concentració de substracte, la velocitat no incrementa. Els comportaments saturables (no augmenten més la velocitat), corresponen a que mentre hi ha enzims lliures, la reacció funciona més ràpid, fins que totes les molècules d´enzim estan saturades.

La constant de velocitat K₁ és la velocitat de complexació. La constant de dissociació és k₂. La reacció de formació de producte és definida per k₃. Existeix k₄ sempre que la concentració de productes sigui molt baixa. Això significa que la concentració de substractes és constant i es defineix com un estat estacionari. La concentració enzim-substracte és constant.

Es va arribar a l´expressió:

Aquesta és l´equació de Michaellis-Menten. Aquesta és l´equació d´una hipèrbola i permeten saber la velocitat a la que passarà una reacció si coneixem les dades.

La constant de Michaellis (K_m) es defineix com la relació que hi ha entre K₂ i K₃ respecte a K_i.

K₂ i K₃ són les constants de dissociació i de formació de producte.

La K_m és la concentració de substrat a la qual la velocitat de la reacció és la meitat de la velocitat màxima. Es mesura en unitats de concentració.

Només es pot fer quan K₂>>>K₃ i la K_m és la relació entre K₂/K₁.

La K_m dóna aleshores l´afinitat de l´enzim pel substracte (facilitat de l´enzim per formar complexitat).

1. Quan la concentració de substracte és molt més gran que la K_m, la velocitat de la reacció és la velocitat màxima.

2. Quan la concentració de substracte és igual a la K_m, la velocitat de la reacció és la meitat de la velocitat màxima.

3. Quan la concentració de substracte és molt més petita que la K_m, la velocitat és igual a la velocitat màxima entre la K_m per la concentració de producte. La velocitat màxima entre la K_m és constant (K). La velocitat és proporcional a la concentració de sbstracte.

A partir de la representació de Michaellis-Menten és difícil d´obtenit la velocitat màxima i la K_m. S´han fet més equacions que linearitzen la hipèrbola. S´utilitza la representació de Lineweaver-Burk (representació dels inversos).

FACTORS QUE AFECTEN L´ACTIVITAT ENZIMÀTICA

1. La concentració de substracte: Per mesurar l´activitat d´un enzim en una mostra mitjançant un sèrum, normalment no es determina la quantitat d´enzims que hi ha, sinó l´activitat de l´enzim. Per determinar l´activitat d´un enzim o sèrum, per quantificar-lo s´ha de fer a concentracions de substracte molt elevades, per a que totes les molècules d´enzims actives estiguin funcionant.

2. La concentració de l´enzim: la concentració de l´enzim canvia la velocitat. La velocitat màxima canvia, però la K_m no.

3. El PH: El PH òptim és el PH al que l´activitat és màxima. Es troba a la vora del PH fisiològic.

4. La temperatura: la velocitat d´una reacció enzimàtica augmenta amb la temperatura, però al ser una proteïna, si l´augmentem excessivament , la desnaturalitzem.

UNITATS D´ACTIVITAT ENZIMÀTICA

L´activitat d´un enzim s´expresa en unitats d´activitat enzimàtica. Una unitat d´activitat enzimàtica és la quantitat d´energia que transforma un micromol de substracte per minut.

U. A. E. = 1 mmol de S / min

Normalment es dóna la concentració de l´enzim en una determinada mostra.

Segons el sistema internacional, un katal és la quantitat d´un enzim que catalitza la transformació d´un mol de substracte per segon.

Katal = 1 mol de S / s

Les unitats també es refereixen a la quantitat de la teva mostra. Donen l´activitat específica d´un enzim. Donen la puresa de l´enzim en un lloc.

Activitat específica: U / mg proteïna.

El nombre de recanvi d´un enzim és la quantitat de molècules de substart que són transformades per una molècula d´enzim per segon. Dóna una idea de l´eficiència catalítica d´un enzim. També es coneix com a turnover number o K cat (constant catalítica).

CLASSIFICACIÓ

Hi ha molts enzims i es classifiquen segons el tipus de reacció que catalitzen en :

1. Oxireductases: transfereixen electrons.

2. Transferases: Transfereixen grups.

3. Hidrolases: realitzen reaccions d´hidròlisi.

4. Liases: Realitzen l´adició a dobles enllaços.

5. Isomerases: transfereixen grups dins d´una mateixa molècula per formar isòmers.

6. Ligases: formen enllaços covalents amb l´aport energètic donat pel ATP.

A cada enzim li correspon un codi enzimàtic (E.C). Aquest codi està format per quatres xifres.

Exemple:

Hexoquinasa -> 2.7.1.1 = E.C.

Així s´aconsegueix eliminar l´ambigüetat de la nomenclatura.

L´hexoquinasa realitza:

Glc + ATP -> G6P + ADP

INHIBICIÓ ENZIMÀTICA

L´ús dels inhibidors poden donar molta informació sobre els enzims (sobretot mecanismes)

Si un dels inhibidors bloqueja el centre actiu d´un enzim, podem saber quin és el centre actiu.

També es pot conéixer quina és la via metabòlica.

Molts fàrmacs són inhibidors del mecanisme enzimàtic.

Hi ha 2 tipus:

· Inhibició irreversible: són inhibidors fortament units a l´enzim i no es poden dissociar, o la dissociació és molt lenta. Molts cops, l´unió és covalent. Els inhibidors que actúen així són la penicilina, enzim inhibidor de la paret bacteriana; la glicopeptidtranspeptalasa estableix unions a la xarxa de la paret celular dels bacteris. La penicilina té una conformació tridimensional que cap perfectament al centre actiu de la proteïna i forma un enllaç de forma que queda bloquejada l´activitat de l´enzim. Molts tòxics també actúen com a inhibidors irreversibles perquè són com neurotòxics pels insectes. Són inhibidors de l´acetilcolinesterasa, que és responsable de la transmissió nerviosa. L´aceltilcolinesterasa té un residu de serina al centre actiu que permet formar un enllaç covalent. És irreversible.

· Inhibició reversible: són inhibidors que s´associen a l´enzim, formant un complexe enzim-inhibidor, però es poden dissociar. Hi ha varis tipus:

1. Inhibició competitiva: s´estableix una competència entre substracte i inhibidor per unir-se a l´enzim. Normalment l´inhibidor i el substracte s´uneixen a la mateixa regió del centre actiu de l´enzim, impedint que es col·loqui l´altre. Es pot revertir augmentant la concentració de substracte. No es modifica la velocitat màxima, però es necessita més concentració de substracte per arribar a la velocitat màxima. La K_m es modifica.

L´inhibidor se sap que actúa competitivament mitjançant la representació. A la representació dels inversos, un inhibidor de tipus competitiu, donarà una recta de més pendent, però com tenen la mateixa velocitat màxima, passa pel mateix punt de tall d´Y.

La K_i és la constant de dissociació del complexe enzim-inhibidor.

L´equació de la recta amb presència d´inhibidor:

El pendent de la recta es veu modificat per un factor que depén de la concentració d´inhibidors i de l´afinitat de l´enzim per l´inhibidor.

2. Inhibició no competitiva: no hi ha competició entre substracte i inhibidor perquè s´uneixen a diferents llocs de l´enzim i es poden unir els 2 als¡ mateix temps.

Quan l´inhibidor s´uneix fa canviar la conformació del centre actiu i ja no és tan perfecte. La velocitat màxima és més lenta. La k_m no varía perquè el substracte s´enganxa igual a l´enzim amb inhibidor o sense.

No es pot revertir perquè el substracte ja està enganxat a l´enzim.

A la representació inversa es creuarà només a l´eix X, perquè només es modifica la velocitat màxima.

3. Inhibició mixta: Varia la K_m i la velocitat màxima (són diferents).

4. Inhibició acompetitiva: varia la velocitat màxima (descendeix) i augmenta la K_m, però s´obtenen rectes paral·leles a la representació inversa.

L´inhibidor és capaç d´unir-se al complexe enzim-substracte, però no a l´enzim sol.

Els anticongelants contenen un etilenglicol (metabolitzat per l´alcohol deshidrogenasa) que és un inhibidor competitiu de les cèl·lules del pàncrees. Es converteix en acetaldehid, que és tòxic quan és metabolitzat al fetge.

El metanol és convertit en l´aldehid corresponent, que és tòxic. Per tractar les intoxicacions s´emborratxa al pacient perquè l´etanol és un inhibidor competitiu de l´alcohol deshidrogensas, de manera que amb dosis molt elevades d´etanol, es bloqueja l´acció de l´alcohol deshidrogensas. Això s´ha de mantenir fins que s´elimini.

ENZIMS ALOSTÈRICS

Els enzims alostèrics són enzims que quan es representen s´obté una corba sigmoide. També tenen una velocitat màxima, però enlloc de K_m, tenen S_0,5. La S_0,5 és la concentració de substracte que dóna la meitat de la velocitat màxima.

Presenten fenòmens de cooperativitat (fenòmen pel qual la unió d´una molècula de substracte influirà sobre les altres molècules de substracte. Pot ser possitiva o, molt rarament, negativa) i alosterisme (la unió d´altres molècules també afecta la unió del substracte (efectors alostèrics). La seva unió modifica l´afinitat de l´enzim pel substracte possitivament (activadors) o negativament (inhibidors).

Hi ha dos models per explicar la cooperativitat, que segueixen el model de l´hemoglobina. La forma tensa (desoxihemoglobina) i la forma relaxada (oxihemoglobina). Pels enzims s´ha elaborat 2 models:

· seqüencial: elaborat per Koshlad. Els enzims estan formant complexes dobles. La unió de la molècula de substracte canvia l´altre subunitat d´ezim. El canvi de conformació d´una molècula de substracte es propaga a altres.

· Concertat: el canvi de conformació de les subunitats es dóna alhora. Va ser descobert per Monod, Wyman, Chanjeux. La unió d´una molècula de substrat fa canviar la conformació de totes les molècules del complex de l´enzim.

Tots dos models són certs.

MECANISMES D´ACCIÓ ENZIMÀTICA

1. Catàlisi àcid-base: P. Ex: lisozima. La lisozima és un enzim que va descobrir Flemming i li va atribuir propietats antibiòtiques. Va descobrir que el moc contenia lisozima. La lisozima és un enzim que trenca. Els microorganismes sensibles a la lisozima tenen una paret celular composata per polisacàrids i formada per residus de N-acetilglucosamida (NAG) i N-acetilmurànic (NAM). Té per radical, enlloc d´hidrògen, un derivat de l´àcid làctic.

Els residus es troben units mitjançant un enllaç O-glucosídic entre el C₁ i el C₄. És un enllaç b (1ñ4). La lisozima és una glicosidasa que trenca els enllaços glucídics. Fa l´hidròlisi amb l´entrada de molècules d´aigua. Trenca els enllaços b (1ñ4) formats entre el C₁ del NAM i el C₄ del NAG.

La lisozim és un enzim petit amb 129 aminoàcids. És una molècula molt compacta amb un solc a on es troba el centre actiu. Es van utilitzar substrats sintètics i van aprofitat el fet que només pot hidrolitzar polímers de NAG. Van utilitzar substrats sintètics de polímers de NAG ( NAG₃, NAG₄, NAG₅, NAG₆).

L´hexanag és trencat per la lisozima i dóna NAG₂ i NAG₄. El NAG₄ i el NAG₅ són poc efectius.

El NAG₃ és un inhibidor competitiu perquè es col·loca al centre actiu i no permet que es col·loqui la bona molècula de substrat. No pot ser hidrolitzat perquè és molt petit.

Al solc del centre actiu hi caben 6 NAG₃, que ocupen completament el centre actiu. Es va definir 6 posicions al solc del centre actiu.

El NAG₃ ocupa la meitat del solc i evitava que la molècula de veritable substrat es col·loqués. Lénllaç que es trenca és el 4^rt i 5^è del NAG₆. Dels 6 anells del NAG, 5 ocupen un lloc perfecte, però 1 hauria de girar una mica la seva cadira. El que gira és el 4^rt. Amb aquesta distorsió, els enllaços són més febles i es trenca més fàcilment la molècula.

Es va conéixer com encaixava el substracte de la zona D i E al centre actiu. El centre actiu interacciona mitjançant un àcid glutàmic i un àcid aspàrtic. Quan es mira la reacció en presència d´aigua radiactiva, es veu que l´O₂¹⁸ es queda a l´anell D.

Es trencava l´enllaç entre l´anell D i l´oxígen. El glutàmic i l´aspàrtic són molt semblants. El Pk del seu radical en solució aquosa és el mateix. Dins del centre actiu, les seves propietats canvien. El glutàmic està protonat i l´aspàrtic està inonitzat i no protonat. L´ambient i entorn que protagonitza el centre actiu canvia els enllaços bàsics del PH. El Pk de l´àcid glutàmic és més baix que el de l´àcid aspàrtic.

Etapes de la catàlisi

1. Transferència del protó del glutàmic³⁵ a l´oxígen de l´enllaç glucosídic que s´ha de trencar. Es comporta com àcid (cedeix protons). Aquesta transferència és suficient per trencar l´enllaç. L´anell E i F ja formen un producte de la reacció.

2. Estabilització del carbocatió: quan es trenca l´enllaç, l´anell D queda amb tres valències i, per tant, càrrega possitiva. Els intermediaris de la reacció on hi ha un carboni carregat possitivament es diu carbocatió. Aquests intermediaris són molt inestables, però en canvi, la lisozima facilita aquest mecanisme de reacció perquè li dóna més estabilitat (li fa tenir menys energia). L´aspàrtic⁵² està estabilitzant la càrrega possitiva del carbocatió perquè té càrrega negativa.

3. L´aigua entra com a molècula d´aigua ionitzada HO^- + H⁺ , i el H⁺ va a protonar el glutàmic (que queda al principi) i l´OH^- va a formar l´hidroxil de l´anell D.

La lisozima té un Ph semblant a 5 i la campana està molt poc ample. En un medi més àcid on es protonarà l´aspàrtic, l´activitat baixa. A PH>5 l´àcid glutàmic es protona i no és possible el mecanisme de reacció.

2. Catàlisi covalent: Es dóna a la carboxipeptidasa A. És un enzim proteolític que trenca l´extrem carboxi (últim aminoàcid de la proteïna de l´extrem carboni terminal). La carboxipeptidasa A té una capacitat de substrat determinada, només quan l´últim aminoàcid és aromàtic o alifàtic (apolar voluminós).

Altres carboxipeptidases tenen una altra especificitat de substracte. La carboxipeptidasa B hidrolitza l´enllaç peptídic quan hi ha una arginina o lysina.

Aquesta especificitat és perquè són metaloenzims (contenen un àtom de Zn essencial per a l´activitat enzimàtica). Tenen un solc on es sitúa el Zn. Al costat tenen una altra butxaca on es col·loca el substrat. Les característiques d´aquest substrat defineixen les característiques de l´enzim. A la carboxipeptidasa B, la butxaca conté un apàrtic i per això, trenca pèptids quan l´últim aminoàcid és possitiu. Les característiques de la butxaca defineixen l´especificitat de substrat de la carboxipeptidasa.

Altres aminoàcids ajuden a dicar el substracte a la seva posició (són una tyroxina i una arginina), que interaccionen amb el grup carboxi terminal.

La cua del pèptid substrat queda perfectament encaixada a la butxaca del centre actiu.

L´àtom de Zn queda molt proper a l´enllaç que s´ha de trencar. Al costat hi ha el glutàmic.

Els electrons del grup carboxi es desplacen cap a l´oxígen i el carreguen negativament degut a la influència del Zn, l´oxígen és encara més electronegatiu i el desplaça més cap a l´oxígen. Fa que l´oxígen quedi amb una densitat electrònica possitiva més marcada i el glutàmic que hi ha enfront, carregat negativament, provoca un atac nucleofílic buscant càrregues possitives sobre el carboni. Això condueix a la formació d´un intermediari covalent entre el glutàmic del centre actiu i el carboni del substracte. Es forma un enllaç peptídic entre l´enzim i el substrat.

Aquest enllaç suposa que la càrrega negativa quedi sobre l´oxígen, que queda carregat negativament. Són molt inestables i queda estabilitzada pel Zn o Arginina. Sobre l´intermediari covalent entra l´aigua ionitzada i es trenca l´enllaç peptídic i el protó de l´aigua completa l´aminoàcid i el OH^- completa la cadena peptídica.

MECANISMES DE REGULACIÓ DELS ENZIMS

L´activitat dels enzims es pot regular mitjançant:

1. Regulació alostèrica: els enzims alostèrics són susceptibles de ser activats pels efectors alostèrics possitius o inhibits pels efectors alostèrics negatius. És un tipus de regulació de vies metabòliques. Ex: via de síntesi dels nucleótids de pirimidina. La seva via de síntesi comença a una condensació d´àcid aspàrtic i carbonilfosfat. El producte és l´N-carbonilaspàrtic. El producte final és el CTP.

L´enzim que ho regula és l´aspartat transcarbamilasa. El primer enzim de la via és el que porta el control de la via. Si els reguladors es troben a la meitat, s´acumularien uns intermediaris. L´aspartat transcarbamilasa està format per subunitats. Un inhibidor alostèric de l´enzim és el CTP. El producte regula la via metabòlica de l´enzim. Aquesta forma és la retroinhibició, feed-back negatiu, retroalimentació negativa. L´enzim també és activat de manera alostèrica per l´ATP. Si hi ha molts ATP, s´indica que la situació de la cèl·lula és favorable. Quan la cèl·lula té molta energia, està a punt de dividir-se. És un mecanisme de regulació ràpida i reversible. Un efector alostèric sempre s´uneix a un lloc diferent del centre actiu.

Regulació per modificació covalent: és una modificació a la molècula d´enzim mitjançant la introducció d´una molècula mitjançant un enllaç covalent. La més important és la fosforilasa i es dóna en grups hidroxil (serina, threonina, tyroxina). Quan es fosforila es transfereix un grup fosforil i queda ionitzat.Ve de l´ATP que transfereix un grup substracte a l´enzim.

Són catalitzades per les proteïnes quinases. També és reversible mitjançant les fosfatases. Aquests mecanismes de regulació són també molt freqüents i importants a la vida de la cèl·lula. Molts processos es regulen per fosforilació i desfosforilació.

Això succeeix perquè s´afegeix un grup fortament carregat. És bastant ràpid.

2. Regulació per interacció amb proteïnes reguladores: També és un tipus de mecanisme de regulació molt freqüent. Ex: PKA (proteïna Kinasa A). Està formada per 4 subunitats. Té d´estructura R₂C₂, que no funciona. R és la subunitat reguladora i C són les unitats catalítiques. La PKA normalment està inactiva. La molècula que la pot activar és l´AMP cíclic, que es forma dins la cèl·lula en resposta a hormones. L´AMPc fa dissociar el complexe:

L´AMPc s´uneix a les proteïnes reguladores i canvien la seva conformació, perdent afinitat per les subunitats catalítiques que es troben actives. Aquests sistemes també són reversibles.

3. Activació proteolítica: la cèl·lula sintetitza aquell enzim en forma d´activador inactiu. Se li diu proenzim o zinàgen ( que són inactius). A la proteòlisi es converteix en actiu i ja és un enzim. Aquests mecanismes d´activació són a sistemes en que són necessaris èr fabricar molècules. Són irreversibles, l´enllaç peptídic que es trenqui no es podrà refer. Ex: enzims digestius (proteases) i coagulació sanguínea. Els principals enzims digestius proteolítics són la quimiotripsina perquè es genera en forma de quimiotripsògen. La tripsina també es sintetitza en tripsinògen. El pepsinògen també es transforma pepsina.

El quimiotripsinògen i el tripsinògen són sintetitzats al pàncrees. El pepsinògen és sintetitzat a l´estòmac. El quimiotripsinògen és una única proteïna formada per una única cadena amb 246 aminoàcids. Hi ha varis ponts disulfurs. És inactiu. L´activació consisteix en el trencament d´un únic enllaç actiu. És l´enllaç que uneix els aminoàcids 15 i 16. Encara queden units per pomts disulfurs que hi havia a la molècula.

Al producte que surt del trencament, se l´anomena p-quimiotripsina. Està formada per 2 cadenes (1-15 i 16-30). Al procés fisiològic també es trenquen altres enllaços i es dóna la a-quimiotripsina de 3 cadenes unides per ponts disulfurs. La tripsina és qui trenca els enllaços. Al trencar els enllaços es suposa que es forma un grup carbonil i un grup amí. Sobretot el grup amí terminal. La nova conformació de la proteïna fa canviar alguns aminoàcids de lloc i fa que es formi un centre actiu. La tripsina també prové d´un precursosr inactiu que és el tripsinògen. El tripsinògen mitjançant l´enteropeptidasa és suficient per activar i modificar el tripsinògen i transformar-lo en tripsina. Quan ja hi ha unes quantes molècules de tripsina és capaç d´activar-se a ella mateixa i a la quimiotripsina i s´engega la cascada de l´activació deñs emzims digestius.

La pepsina actúa a l´estòmac, actúa en un medi àcid. El seu PH òptim és de 2. Un fragment de la cadena d´aminoàcids està bloquejant el centre actiu.

Degut al PH, els àcids aspàrtics, que estaven ionitzats, es protonen i les interaccions es debiliten i la molècula es desplega i deixa lliure el centre actiu. Es tracta d´una activació química no mediada mitjançant enzims. Totes aquestes propietats han d´estar regulades. Es poden contrarestar perquè hi ha inhibidors específics. Els inhibidors formen complexes que són molt estables. Els inhibidors bloquegen al centre actiu. La importancia queda resaltada mitjançant l´enfisema pulmonar: dèficit del pulmó de a-1-antitripsina (proteïna que es troba al plasma). Fisiològicament actúa com a inhibidor. L´elastasa és una proteasa produïda per leucocits. Sobretot participa a la regeneració de teixits. La a-1-antitripsina funciona com a inhibidor, té una deficiència i es dóna una destrucció dels alveols, que provoca una deficiència respiratòria. Es dóna només pel canvi d´una lysina per àcid glutàmic.

Els heterozigots desenvolupen amb molta facilitat l´enfisema pulmonar si fumen.

4. Control de l´expresió gènica: no es canvia l´activitat de l´enzim, sino que es canvia la concentració de l´enzim.

COAGULACIÓ SANGUÍNEA

És un exemple d´un procés que s´activa per proteòlisi. Es dóna per l´acció de les proteases, que són sintetitzades com a components inactius i es van activant els uns als altres.

La formació de la coagulació de fibrina es dóna mitjançant diferents pasos:

· extrínseca.

· Intrínseca: s´activa per l´exposició dels teixit subendotelial. Aquest teixit té moltes càrregues negatives que comencen la cascada d´activació. Comença amb l´activació del factor XII, que es proteolitza i es converteix en el factor XIIa. Es fa mitjançant una proteasa (kalikreina). La kalikreina també està formada com a precursor inactiu (prekalikreina). Les càrregues negatives intervenen a l´activació de les primeres molècules, Activen unes quantes molècules de factor XII i les converteixen en factors XIIa per un canvi de conformació que fan convertir a la prekalikreina en kalikreina. Després la kalikreina converteix totes les molècules de factor XII a factor XIIa.

El factor XI es proteolitza i es converteix en factor XIa.

El factor IX es proteolitza i es converteix en factor IXa.

El factor X es proteolitza i es converteix en factor Xa.

El factor VIII és un cofactor del factor IX (l´ajuda a proteolitzar el factor X).

El factor VIII s´ha convertit en factor VIIIa per proteòlisi. És el factor antihemofílic.

Quan s´arriba al punt Xa, convergeixen les 2 vies.

La via extrínseca comença amb l´activació del factor XII que es converteix en VIIa. El factor VIIa ja proteolitza i activa el factor X i el converteix en Xa. S´activa mitjançant altres mecanismes. Participen factor tisular o tromboplastina.

A partir del factor Xa comença la via comuna. El factor Xa activa la protrombina. Aquesta activació necessita la presència del factor Va. No és una proteasa.

La trombina també és una proteasa que actúa sobre el fibrinògen, que es converteix en fibrina i forma coàguls.

Totes les etapes d´activació són fenòmens de proteòlisi (XIIa, Xia, Xa, IX ).

Tenen una gran capacitat d´amplificació. En algunes proteases es troba l´aminoàcid g-carboxiglutàmic, derivat de l´àcid glutàmic, però amb 2 carbonils al grup O. Hi ha varis factors de la cascada d´activació que són factor IX, factor X i factor VII. És necessari per la coagulació perquè degut a la coagulació sanguínea és necessari el Ca²⁺, que interacciona amnb les càrregues negatives que interaccionen amb els factors pels residus d´aminoàcids g-carboxiglutàmics.

La formació d´un g-carboxi no es col·loca com a tal dins la síntesi, sino que un cop s´ha format, es modifica en g-carboxi (és una modificació posttraduccional). Aquesta transformació és catlitzada per la carboxilasa. Per ser activa necessita la presència de vitamina K, que actúa com a cofactor de la carboxilasa, que converteix els àcids glutàmics en àcids g-carboxiglutàmics.

L´efecte d´un antagonista de la vitamina K, en presència d´ells, no es formaria àcid g-carboxiglutàmic i s´impediria la formació del coàgul.

Hi ha antagonistes de la vitamina K (dicumarol), sobretot en els matarrates, que produeix hemorràgies internes a les rates i ratolins.

L´activació de la protrombina a trombina pel factor Xa amb l´ajuda del factor Va, ajuda a que l´enzim i el seu substrat es trobin.

Aquestes reaccions tenen lloc sobre superfícies lipídiques. Probablement es donen sobre la superfície de les plaquetes. Els fosfolípids tenen càrrega negativa. El factor Va es col·loca sobre la membrana i té un lloc d´unió amb el factor Xa i amb la protrombina.

Quan es col·loquen, l´enzim i el substracte queden junts i és més fàcil que es doni la reacció. A aquesta reacció també intervé el Ca i els residus d´àcid g-carboxiglutàmic a l´extrem amino terminal. Aquesta presència de residus ofereix una càrrega negativa a la proteïna, que interacciona amb el Ca, que al mateix temps, interacciona amb els fosfolípids de la membrana, que són negatius. Hi ha dos mecanismes: factor Va i residus g-carboxiglutàmics més Ca^2+.

També passa a l´activació d´altres factors.

La trombina també és una semiproteasa i converteix el fibrinògen en fibrina.

La protrombina és una molècula formada per 1 única molècula. Quan passa a trombina es dóna el trencament de 2 enllaços peptídics. La protrombina queda partida en tres. El fragment N terminal s´allibera i no serveix per res. Els altres 2 troços tenen un pont disulfur. La subunitat B és la que manté el centre actiu i s´assembla a la tripsina. La trombina només pot trencar enllaços arginina-glycina.

La tripsina trenca enllaços pel costat carboxil de la arginina. El centre actiu de trombina i tripsina són semblants.

La trombina, a la molècula de fibrinògen, és una molècula molt abundant al citoplasma, bastant gran i està formada per tres tipus de subunitats (A-a, B-b i g) per dos unitats de cada; aquestes subunitats estan col·locades de manera que la molècula de fibrinògen és allargasa i té 3 dominis globulars ( 1 central i 2 laterals), units per unes regions allargades en forma de paret. és una molècula soluble perquè els 3 dominis globulars estan carregats negativament. La càrrega del domini central és -8 i la dels laterals -4. Així es repeteixen entre elles i no tenen tendència a agregar-se.

Quan la trombina s´ha activat, trenca determinats enllaços peptídics i allibera els fibrinopèptids A i B (de les subunitats A-a i B-b), trenca una i deixa l´altra.

La fibrina té una estructura (a-b-g)₂. L´estructura global de la fibrina no canvia molt, però sí la càrrega elèctrica del domini globular central, que passa de -8 a +5 i els laterals a -4. Els monòmers de fibrina tendiràn a agregar-se, de manera ordenada, perquè es tendiran a agregar-se de la manera en la que els glòbuls laterals d´una molècula interaccionant amb les molècules de la veïna, fant una estructura ordenada i regular.

L´estabilització del coàgul es forma mitjançant enllaços covalents entre les molècules del coàgul. Aquesta formació d´enllaços covalents està catalitzada per un enzim (factor XIII), que es troba en forma inactiva i s´ha d´activar a factor XIIIa mitjançant una activitat proteolítica. L´enzim que l´activa és la trombina.

El factor XIIIa és un enzim que forma enllaços covalents (transglutaminasa perquè utilitza un glutàmic i una lisina i forma l´enllaç covalent).

De tota la cascada de coagulació hi ha 7 que serien proteases, hi ha 4 factors que contenen residus d´àcid g-carboxiglutàmic i necessiten vitamina K per ser funcionals.

El factor VIII és el factor antihemofílic (factor de Von Willebrandt) i la seva manca genètica causa l´hemofilia. Es tracta mitjançant transfussions.

Els inhibidors de la coagulació són plasmàtics circulants. El més conegut és l´antitrombina III. És plasmàtic i forma complexes molt estables amb la trombina.

Altres molècules que actúen com inhibidors són l´heparina, que funciona com anticoagulant i forma un complexe amb l´antitrombina que augmenta l´afinitat per la trombina.

La degradació del coàgul es fa mitjançant la degradació de la fibrina en pèptids, és un procés proteolític catalitzat per la plasmina (enzim). Es troba en 1 precursor inactiu que és el plasminògen.

L´enzim que activa el plasminògen és l´activador del plasminògen (TPA: activador del plastinògen tissular).

Actualizado el Viernes, 12 Julio, 2002 19:25

Inicio.

VETERINARIOS@OLE.COM