¡Descarga Regulación y control de rutas metabólicas: Factores clave y características - Prof. Carrió y más Ejercicios en PDF de Bioquímica solo en Docsity! Tema 2: Regulación y control de las rutas metabólicas Como hemos hablado en el tema anterior, los seres vivos son sistemas abiertos que se mantienen altamente ordenados en un estado estacionario dinámico, alejados del equilibrio. El estado estacionario de un sistema abierto es su estado de máxima eficiencia termodinámica, y también es análogo al estado de equilibrio de un sistema aislado (ambos son estables). Por tanto podemos afirmar que el mantenimiento de la homeostasis o estado estacionario conlleva a la regulación metabólica. 1.Factores importantes en la regulación metabólica -Distribución adecuada de nutrientes y sustratos metabólicos entre tejidos y órganos de acuer- do a las necesidades metabólicas: ▪Expresión de proteínas particulares o enzimas que imparten propiedades metabólicas es- pecíficas a esos tejidos. ▪Expresión de isoenzimas con propiedades regulatorias diferentes. ▪Expresión de transportadores concretos, receptores hormonales, etc. -Alteración del flujo de sustratos a través del torrente sanguíneo. -Cambio de las velocidades de los flujos metabólicos a través de las diferentes rutas metabóli- cas de acuerdo a las necesidades: ▪Cambios rápidos (seg, min., horas): presencia de sustratos, inhibidores, efectores alosté- ricos, modificaciones covalentes reversibles, translocaciones, interacciones con proteínas reguladoras. ▪Cambios a largo plazo (días o más tiempo): cambio en la cantidad de enzimas o pro- teínas. Finalmente podemos afirmar que habrá tanta diversidad de rutas metabólicas en un organis- mo cuanto mayor sea la heterogeneidad celular y ambiental de éste. 2. Rutas metabólicas Las rutas metabólicas son una sucesión de pasos catalizados por enzimas donde el sustrato de la reacción es el producto de la anterior reacción, existiendo intermediarios metabólicos du- rante las rutas. Existen diferentes tipos de rutas metabólicas en cuanto a su forma: -Lineales -Circulares -Espirales Además las rutas pueden ser de carácter: -Anapleróticas -Anabólicas (divergentes) -Catabólicas (convergentes) -Anfibólicas (anabólicas+catabólicas) -Dextoficadoras (formadoras de intermediarios) 2.1. Características de las rutas metabólicas -Las rutas metabólicas son irreversibles: las reacciones altamente exergónicas (con ∆G<<0) son irreversibles, es decir, llegan a completarse. Si esta reacción es parte de una vía de varios pasos, le confiere direccionalidad a la vía, por tanto hace que la vía completa sea irreversible. -Cada vía metabólica tiene un primer paso comprometido: a pesar de que la mayoría de las reacciones de una vía metabólica funcionan cerca del equilibrio, en general hay una reacción irreversible (exergónica), cercana al comienzo de la vía, que compromete su producto para que continúe hacia delante la vía. -Las vías catabólicas y anabólicas difieren entre sí: si un metabolito se convierte en otro por medio de un proceso exergónico, debe suministrarse energía libre para convertir al segundo metabolito nuevamente en el primero. -Todos los caminos metabólicos están regulados: los flujos metabólicos tienen que ser controlados por una ruta. ▪Equilibrar el abastecimiento y la demanda de metabolitos, permitiendo la adaptación a las diferentes situaciones metabólicas cambiantes con el tiempo. ▪Mantener dentro de un rango estrecho las concentraciones del estado estacionario de los Intermediarios de la vía. Los mecanismos para regular los flujos metabólicos podrían dividirse en: ▪Específicos de tejidos individuales, frecuentemente asociados a la expresión de determi- nadas isoenzimas, transportadores o receptores hormonales. ▪Respecto al tiempo de respuesta existen mecanismos que actúan a corto plazo en perío dos de minutos u horas, y otros que actúan a largo plazo (días).Esto generalmente implica cambio en la cantidad de proteínas presentes. -La rutas metabólicas ocurren en localizaciones celulares específicas en células eucariotas: La compartimentación de la célula eucariota permite generar diferentes rutas metabólicas para operar 2.2. Control de las rutas metabólicas El control de las velocidades de los flujos metabólicos a través de las diferentes rutas meta- bólicas es fundamental. Los flujos metabólicos a través de una ruta tienen que ser controlados: -Equilibrar el abastecimiento y la demanda de metabolitos y permitir la adaptación a las dife- rentes situaciones metabólicas cambiantes con el tiempo. -Mantener dentro de un rango estrecho las concentraciones del estado estacionario de los intermediarios de la vía (homeostasis). El control de los flujos metabólicos se lleva a cabo modulando la actividad de los enzimas que forman parte de la ruta, a través de diferentes mecanismos, alguno de los cuales son: -Específicos de tejidos individuales, frecuentemente asociados a la expresión de determinadas enzimas, isoenzimas, transportadores, receptores hormonales, etc. (La activación de enzimas se realiza por la fosforilación y desfosforilación que realizan las quinasas y fosfatasas respecti- vamente. Las proteínas pueden estar incluso plurifosforilada). -Respecto al tiempo de respuesta existen mecanismos que actúan a corto plazo en períodos de minutos u horas y otros que actúan a largo plazo (días). Éstos generalmente implican cambios en la cantidad de proteínas presentes. El flujo es el traspaso de metabolitos a través de una ruta metabólica. El flujo se define con la siguiente fórmula: Vf: dirección hacia el flujo Vr: dirección hacia atrás El flujo de un conjunto de reacciones en una ruta siempre es constante aunque las velocidades de cada reacción pueden variar, estando algunas en el equilibrio y otras muy alejadas del equilibrio. Existen enzimas muy alejadas del equilibrio y otras muchas que están cerca del equilibrio, a pesar de que la ruta esté en desequilibrio. Las enzimas más alejadas del equilibrio son aquellas que tienen un papel muy importante en el equilibrio del flujo. Las enzimas muy alejadas del equilibrio deben tomar mucho sustrato para
