clase 7 de bqe

REGULACIÓN REGULACIÓN

METABÓLICAMETABÓLICA

Prof. Italo Chiffelle G. Prof. Italo Chiffelle G.

Bioquímico, Dr.Bioquímico, Dr.

Fase Fase PreparatoriaPreparatoria

Dihidroxiacetona-P + Gliceraldehido-3P

1a)D- Glucosa

Glucosa-6P

Fructosa-6P

Fructosa-1,6 biP

HEXOQUINASA

ISOMERASA

FPK-1

ALDOLASAISOMERASA

ATP

ATP

Fase de Fase de BeneficiosBeneficios

(x 2)(x 2)

1,3-BiP Glicerato

3-P Glicerato

2-P Glicerato

Fosfoenolpiruvato

Piruvato

DESHIDROGENASA

FOSFO GLICERATO QUINASA

FOSFO GLICERATO MUTASA

ENOLASA

PIRUVATO QUINASA

ATP

ATP

1b)1b)EL ROL DEL FOSFATO EN LA GLICÓLISIS ES EL DE EL ROL DEL FOSFATO EN LA GLICÓLISIS ES EL DE MANTENER FOSFORILADOS CADA UNO DE LOS NUEVE MANTENER FOSFORILADOS CADA UNO DE LOS NUEVE INTERMEDIARIOS DE LA RUTA, PORQUE DE ESTA MANERA:INTERMEDIARIOS DE LA RUTA, PORQUE DE ESTA MANERA:

a)a) Se encuentran cargados negativamente y no podrán salir de la célula, Se encuentran cargados negativamente y no podrán salir de la célula, a pesar de las diferencias de concentración con el extracelular a pesar de las diferencias de concentración con el extracelular (permitiendo, por ejemplo, capturar más glucosa). De esta manera no (permitiendo, por ejemplo, capturar más glucosa). De esta manera no se gasta energía en retener los compuestos dentro de la célulase gasta energía en retener los compuestos dentro de la célula

b)b) Se conserva la energía de enlace anhidro-fosfórico de moléculas de Se conserva la energía de enlace anhidro-fosfórico de moléculas de ATP en la energía de enlaces ésteres-fosfato de moléculas, tales como, ATP en la energía de enlaces ésteres-fosfato de moléculas, tales como, Glucosa 6-PGlucosa 6-P

c)c) Muchas enzimas usan complejos en sus sitios activos, formados por Muchas enzimas usan complejos en sus sitios activos, formados por algunos grupos fosfato, lo que aumenta la energía de unión a la algunos grupos fosfato, lo que aumenta la energía de unión a la enzima y por ende, permite aumentar la velocidad de reacción y enzima y por ende, permite aumentar la velocidad de reacción y disminuir la energía de activación de la reacción en cuestión.disminuir la energía de activación de la reacción en cuestión.

2)

GLUCÓGENOGLUCÓGENO FOSFORILASAFOSFORILASA

FOSFOGLUCOMUTASAFOSFOGLUCOMUTASA

D- GlucosaD- Glucosa Glucosa-6PGlucosa-6P

Fructosa-6PFructosa-6P

Fructosa-1,6 diPFructosa-1,6 diP

Dihidroxiacetona-P Dihidroxiacetona-P

+ +

Gliceraldehído-3PGliceraldehído-3P

HEXOQUINASAHEXOQUINASA

ALDOLASAALDOLASA

FRUCTOFRUCTO QUINASAQUINASA HEPATICAHEPATICA

HIGADO HIGADO GlucógenoGlucógeno

Glucosa 1-PGlucosa 1-P

D- FructosaD- Fructosa

Lactosa Lactosa SacarosaSacarosa

Fructosa 1-PFructosa 1-P

GliceraldehídoGliceraldehído

**GalactosaGalactosa

Galactosa 1-PGalactosa 1-P** GalactosaGalactosa

UDP- galactosa + UDP- galactosa +


UDP- glucosaUDP- glucosa


UDP- gluUDP- glu

3) 3) Efecto PasteurEfecto Pasteur

Pasteur descubrió que la tasa y la cantidad total de glucosa Pasteur descubrió que la tasa y la cantidad total de glucosa consumida en condiciones anaeróbicas es 18 veces más consumida en condiciones anaeróbicas es 18 veces más grande que en condiciones aeróbicas. grande que en condiciones aeróbicas.

En condiciones anaeróbicas, la ausencia de oxígeno obliga a En condiciones anaeróbicas, la ausencia de oxígeno obliga a la célula a producir ATP sin utilizar la fosforilación oxidativa, la célula a producir ATP sin utilizar la fosforilación oxidativa, puesto que el último aceptor de electrones es esta molécula. puesto que el último aceptor de electrones es esta molécula. De esta manera, para producir ATP, el organismo estimula la De esta manera, para producir ATP, el organismo estimula la glicólisis, acumulándose Piruvato, el que formará lactato por glicólisis, acumulándose Piruvato, el que formará lactato por fermentación láctica.fermentación láctica.

Cuando un tejido en el que está ocurriendo glicólisis es Cuando un tejido en el que está ocurriendo glicólisis es expuesto a oxígeno, esta vía metabólica es inhibida. ¿Cuál es expuesto a oxígeno, esta vía metabólica es inhibida. ¿Cuál es la causa de esta inhibición?la causa de esta inhibición?

4) 4) La regulación de la glicólisis se efectua nivel de 4 enzimas: La regulación de la glicólisis se efectua nivel de 4 enzimas:



Fructosa- 1,6 diPFructosa- 1,6 diP

GlucógenoGlucógeno


FPK-1

FPK-2

FBPasa 1

FBPasa 2Fructosa- 2,6 diPFructosa- 2,6 diP

a) a) Fosfofructoquinasa 1Fosfofructoquinasa 1

(Mayoría Células)(Mayoría Células)

AMP, ADPAMP, ADP

AMP, ADP, Fru- 2,6 diPAMP, ADP, Fru- 2,6 diP ATP, ATP, CitratoCitrato

ATP, ATP, CitratoCitrato

GlucagónGlucagón



Fructosa- 1,6 biPFructosa- 1,6 biP



b) b) Piruvato QuinasaPiruvato Quinasa

(Mayoría Células)(Mayoría Células)

ATP, Acetil CoAATP, Acetil CoA

PEPPEP

PiruvatoPiruvato

Piruvato QuinasaPiruvato Quinasa

Glucosa-6PGlucosa-6P




c) c) Glucógeno FosforilasaGlucógeno Fosforilasa


PEPPEP

PiruvatoPiruvato

GF a (activa)GF a (activa)GF a (activa)GF a (activa)

MúsculoMúsculo HígadoHígado

AdrenalinaAdrenalina

AMPcAMPc

GF b (inactiva)GF b (inactiva)

Fosforilasa b Fosforilasa b quinasa quinasa (activa)(activa)

Fosforilasa b Fosforilasa b quinasa quinasa

(inactiva)(inactiva)

GF b inactivaGF b inactiva

GlucagónGlucagón

AMPcAMPc

Fosforilasa b Fosforilasa b quinasa quinasa

(inactiva)(inactiva)

Fosforilasa b Fosforilasa b quinasa quinasa (activa)(activa)

AMPAMP GlucosaGlucosa

Glucosa a la sangreGlucosa a la sangre

FosfatasaFosfatasa

Continúa oxidándoseContinúa oxidándose

Glucosa-6PGlucosa-6P


d) d) HexoquinasaHexoquinasa


PEPPEP

PiruvatoPiruvato

MúsculoMúsculo HígadoHígado

D- GlucosaD- Glucosa



D- GlucosaD- Glucosa Hexoquinasa Hexoquinasa (glucoquinasa)(glucoquinasa)

HexoquinasaHexoquinasa

Glucosa Glucosa sanguíneasanguínea

GlucosaGlucosa

Comparación de Hexoquinasa y Glucoquinasa en mamíferosComparación de Hexoquinasa y Glucoquinasa en mamíferos

CARACTERISTICACARACTERISTICAENZIMAENZIMA

HEXOQUINASAHEXOQUINASA GLUCOQUINASAGLUCOQUINASA

LocalizaciónLocalización La mayoria de los tejidoLa mayoria de los tejido (baja en Hígado)(baja en Hígado)

HígadoHígado

SustratoSustrato Muchas hexosasMuchas hexosas GlucosaGlucosa

KKMM para glucosa para glucosa 0,1 mM0,1 mM 10 mM10 mM

Producto de la reacción Producto de la reacción con Glucosacon Glucosa Glucosa-6PGlucosa-6P Glucosa-6PGlucosa-6P

Inhibida por Inhibida por Glucosa-6PGlucosa-6P SíSí NoNo

La concentración de glucosa en la sangre es 5 mM, valor que La concentración de glucosa en la sangre es 5 mM, valor que es regulado por el hígado.es regulado por el hígado.

11) Relación entre Fermentación lactica y Gluconeogénesis

MúsculoMúsculo: ATP producido por la: ATP producido por laglicolisis por la rápida contracciónglicolisis por la rápida contracción

HígadoHígado: ATP usado en síntesis de : ATP usado en síntesis de glucosa durante la recuperaciónglucosa durante la recuperación

LactatoLactato GlucosaGlucosa

LactatoLactato GlucosaGlucosaATPATP

LactatoLactato GlicogenoGlicogeno

ATPATP

SangreSangre

Fosfatos de Alta EnergíaFosfatos de Alta Energía

La necesidad de ATP en el músculo puede cambiar rápidamente.La necesidad de ATP en el músculo puede cambiar rápidamente.El músculo en actividad máxima usa 1.000 mmol / min kg y la El músculo en actividad máxima usa 1.000 mmol / min kg y la concentración de ATP es 3-5 mmol / kg de músculo, es la cantidadconcentración de ATP es 3-5 mmol / kg de músculo, es la cantidadpara 10 contracciones y se agotaría en 1 seg de actividad intensapara 10 contracciones y se agotaría en 1 seg de actividad intensa

Los músculos esqueléticos y cardíacos tienen altas Los músculos esqueléticos y cardíacos tienen altas cantidades de fosfato de creatina (25 mmol / kg). Esta sirve cantidades de fosfato de creatina (25 mmol / kg). Esta sirve para regenerar ATP, en la única reacción catalizada por la para regenerar ATP, en la única reacción catalizada por la creatina quinasacreatina quinasa

Creatina-P + ADP Creatina + ATP Creatina-P + ADP Creatina + ATP Gº´= -12 kJ/molGº´= -12 kJ/mol

En el músculo: [Creatina-P]/[ATP] = 5 En el músculo: [Creatina-P]/[ATP] = 5

Además el AMP es un activador de la fosfofructoquinasay por lo tanto promueve la glicólisis

Otra forma de regenerar ATP es a través de la reacción catalizadapor la adenilato quinasa

CreatinaCreatina

ATPATP ADP + PADP + P

Creatina-PCreatina-P

AMPAMP ADPADP

ATPATP ADPADP

ATPATP ADPADP

Creatina quinasaCreatina quinasa

Adenilato quinasaAdenilato quinasa

CONTRACCIÓNCONTRACCIÓNMiosina ATPasaMiosina ATPasa

2 ADP ATP + AMP Gº´= 0 (Reac. Isoergónica)

COMPARACIÓN DEL MÚSCULO ESTRIADO ROJO Y BLANCO

ROJO BLANCOCARACTERÍSTICAS

Tamaño Relativode la Fibra

Modo de contracción

Pequeño

Lenta

Grande

Rápida (5 veces más)

Principal combustiblealmacenado

Células Grasas Glucógeno delmúsculo

Principal fuente de ATP Oxidación deÁcidos Grasos

Glucólisis

Vascularización

Mioglobina

Intensa

Mucha

Más ligera

Poca

Mitocondrias Mucha Poca

La coloración del Músculo Rojo se debe a las altas concentracionesLa coloración del Músculo Rojo se debe a las altas concentraciones de mioglobina y citocromo mitocondrial. Importante Maratón (Aeróbico)de mioglobina y citocromo mitocondrial. Importante Maratón (Aeróbico)

Músculo Blanco importante carreras de velocidad (Anaeróbico)Músculo Blanco importante carreras de velocidad (Anaeróbico)

CINÉTICACINÉTICA

ENZIMATICAENZIMATICA

Prof. Italo Chiffelle G. Prof. Italo Chiffelle G.

Bioquímico, Dr.Bioquímico, Dr.

Las reacciones químicas catalizadas en las células suceden con una rápidez de 104 a 108 veces lo que esposible reproducirlas en el tubo de ensayo

Reacción: Sustrato Producto k directa

k inversa

Tubo de ensayo: S P K equilibrio = [P]/[S] = k directa

k inversa

k directak inversa

El valor de K equilibrio es igual sin o con enzima

Ecuación de Arrhenius:k = A e

-E/ RT

k: constante de velocidadR: constante de los gases idealesA: probabilidad que los choques den productoE: energía de activación

Factores que afectanlas enzimas

EE

Energía

Coordenada de reacción

S

P

[Complejo Activado]#

TIPOS DE ENZIMAS:

1- Enzimas Cooperativas o Alostéricas. Dan curvas de velocidad contra sustrato que son Sigmoidales más que hiperbólicas, se denominan enzimas de control o reguladoras y por lo general están situadas en elinicio o en los puntos de ramificación de una ruta metabólica.

La gráfica representa una curva sigmoidal.

[S]

Velocidad (P/t)

Lc 19:26. “Yo les digo que a todo el que produce se le dará más, pero al que no tiene, se le quitará aun lo que tiene”

KM

V máx/ 2

V máx

La curva representa una hipérbola rectangular. Es un comportamientotípico de una reacción de saturación

[S]

Velocidad (P/t)

Michaelis-Menten establecieron los siguientes equilibrios:K asociación

K disociaciónS + E [ES]# P + E

K catalítica

K disociación= [E] [S]/ [ES] = Ks

ES es un complejo activado con uniones no covalentey d[ES]/dt=0 (Estado estacionario).

Bases mecanísticas de la ecuación de Michaelis-MentenBases mecanísticas de la ecuación de Michaelis-Menten

2- Enzimas Michaelis-Menten. Dan curvas de velocidad contra sustrato que son hiperbólicas.

Velocidad = K catalítica [ES]

[E total] = [E libre] + [ES] [E libre] = [E total] - [ES]

Ks=[E total - ES] [S / [ES Ks [ES =[E total - ES] [S

Ks [ES =[E total] [S - [ES] [S

[ES Ks + [S = [E total] [S

[ES = [E total] [S/ Ks + [S

Velocidad = K catalítica {[E total] [S/ Ks + [S}

Por analogía: K catal [E total] = V máxima

Velocidad = V máx [S/ {KM + [S}

Metodología de Lineweaver-Burk:Se determina el recíproco de la ecuación anterior y se tiene una ecuación lineal

1/ V = KM / V máx [S + 1 / V máx

Pendiente= KM / V máx

1/V máx

- 1/KM

1/ [S]

1/ V

Velocidad = V máx [S/ {KM + [S}Ecuación de Michaelis-Menten

Metodología de Hanes-Woolf:Se multiplica la ecuación anterior por la concentración del sustrato, S. Se tiene una ecuación lineal y el error experimental se hace menor.

[S / V = KM / V máx + [S / V máx

Pendiente= 1/ V máx

KM/ V máx

- KM

[S]

[S] / V

Con cualquiera de las dos últimas metodologías (Ec. Lineales) se tienen valores más confiables de KM y V máx, que en la forma directa (Ec. de una hipérbola).

Inhibición Enzimática-Ecuaciones

Tipos de inhibidores reversibles: Competitivo (I + E) Acompetitivo (I + ES) No-competitivo (I + E + ES) Mixto

Inhibidor Competitivo:

S + E [ES]# P + E+I

EI

KEI

KEI= [E] [I]/ [EI] y

[Etotal] = [E]+[ES]+[EI]

[ES]= [Et] [S]/ KM’+[S] donde KM’= KM(1+[I]/ KEI)

V = V máx [S]/ KM’+ [S]

1/V máx

- 1/KM

1/ [S]

1/ V[I]= 0

[I]= KM

[I]= 4 KM

Inhibición Competitiva: RectasConvergentes en ORDENADA KM si [I]

Inhibidor Competitivo:Inhibidor Competitivo:

S + E [ES]# P + E+I

EI

KEI

KEI= [E] [I]/ [EI] y

[Etotal] = [E]+[ES]+[EI]

[ES]= [Et] [S]/ KM’+[S]donde KM’= KM(1+[I]/ KEI)

V = V máx [S]/ KM’+ [S]

- 1/KM

1/ [S]

1/ V[I]= 0

[I]= KM

[I]= 4 KM

Inhibición Acompetitiva:Rectas Paralelas KM y V máx si [I]

Inhibidor Acompetitivo:Inhibidor Acompetitivo:

S + E [ES]# P + E+I

ESI

KESI

KESI= [ES] [I]/ [ESI] y

[E total] = [E]+[ES]+[ESI]

V = V’ máx [S]/ KM’’+ [S]Donde V máx’= V máx/ (1+[I]/ KESI) y KM’’= KM(1+[I]/ KESI)

[E t] [S]/(1+[I]/ KESI)

KM /(1+[I]/KESI)+[S][ES]=

1/V máx

- 1/KM

1/ [S]

1/ V[I]= 0

[I]= KM

[I]= 4 KM

Inhibición No-competitiva:Rectas Convergentes en ABSCISA

Inhibidor No-competitivo:Inhibidor No-competitivo:

S + E [ES]# P + E+I

ESI

KESI

Si KI=KESI= KEI y

[E total] = [E]+[ES]+[EI]+ [ESI]

V = V’ máx [S]/ KM+ [S]

[E t] [S]/(1+[I]/ KI)

KM +[S][ES]=

+I

EI

KEI

Características de los Diferentes Tipos de Inhibidores

Tipo deinhibición

Inhibidor se combina con:

Efecto aparentesobre V máx.

Efecto aparentesobre KM

Efecto sobre lasgráficas 1/V v/s 1/ [S]

E Ninguno CONVERGENTE EN el eje de la ORDENADA

ES Rectas PARALELAS

Competitiva

Acompetitiva

No-competitiva:a) Simple (KESI =KEI)

b) Mixta 1 (KESI KEI)

c) Mixta 2 (KESI KEI)

E y ES

Ninguno CONVERGENTE EN el eje de la ABSCISA

CONVERGENTE por ENCIMA de la ABSCISA

CONVERGENTE por DEBAJO de la ABSCISA

Se investigó el efecto de un inhibidor I sobre la velocidad de una Se investigó el efecto de un inhibidor I sobre la velocidad de una reacción catalizada enzimaticamente sobre un solo sustrato, reacción catalizada enzimaticamente sobre un solo sustrato, obteniéndose los siguientes resultados:obteniéndose los siguientes resultados:

Concentración de Concentración de sustrato [S] (mM)sustrato [S] (mM)

Concentración del Inhibidor [I] (mM)Concentración del Inhibidor [I] (mM)

00 0,50,5 1,01,0

0,330,33 0,200,20 0,140,14

0,500,50 0,330,33 0,250,25

0,670,67 0,500,50 0,400,40

0,800,80 0,670,67 0,570,57

0,830,83 0,710,71 0,630,63

0,050,05

0,100,10

0,200,20

0,400,40

0,800,80

Velocidad de reacción (Velocidad de reacción (M/ min)M/ min)

a) Determine Ka) Determine KM y V máxima de la enzima y V máxima de la enzima

b) Qué tipo de inhibidor está presenteb) Qué tipo de inhibidor está presente

Solución) Solución)

a) Primero se determina las constantes a través del método de los a) Primero se determina las constantes a través del método de los recíprocos.recíprocos.

2020

1010

55

2,52,5

1,251,25

1/ [S]1/ [S]

33

22

1,51,5

1,31,3

1,21,2

1/ v1/ v

[I]= 0[I]= 0 0,50,5 1,01,0 55

33

11

1,51,5

1,41,4

77

44

2,52,5

1,81,8

1,61,6

100-5-10

10

5

20

Intersección:-1/KM= -10KM=0,1

Intersección:1/Vmáx= 0,93V máx=1,08

1/ v

1/ [S]

[I]= 0

[I]= 0,5

[I]= 1

Del gráfico se ve que V máxima no varia pero si KM con la presencia del inhibidor, luego el tipo de inhibición es competitiva

Características de los Diferentes Tipos de Inhibidores

Tipo deinhibición

Inhibidor se combina con:

Efecto aparentesobre V máx.

Efecto aparentesobre KM

Efecto sobre lasgráficas 1/V v/s 1/ [S]

E Ninguno CONVERGENTE EN el eje de la ORDENADA

ES Rectas PARALELAS

Competitiva

Acompetitiva

No-competitiva:a) Simple (KESI =KEI)

b) Mixta 1 (KESI KEI)

c) Mixta 2 (KESI KEI)

E y ES

Ninguno CONVERGENTE EN el eje de la ABSCISA

CONVERGENTE por ENCIMA de la ABSCISA

CONVERGENTE por DEBAJO de la ABSCISA

clase 7 de bqe

Travel