Post on 21-Nov-2019
Integración y regulación metabólica
Dra. Sobeida Sánchez Nieto Lab 102, Departamento de Bioquímica,
Facultad de Química Email: sobeida@unam.mx
Temario 1. Regulación e integración metabólica
Enzimas irreversibles
índice ATP/ADP
Metabolitos encrucijada (nodos)
Compartimentación
Localización subcelular aislada
Localización subcelular supercomplejos
Expresión genética
Cambios postraduccionales
2. Técnicas de estudio de los flujos metabólicos
Metabolómica
Análisis de flujo 13-C
3. Casos especiales
Ayuno-Diabetes
Estudio global del metabolismo en la germinación
Producción de compuestos novedosos. Ingeniería biosintética
Hexosa
Feng et al., 2015
Tabla 1. Sustratos de la HXK y sus
respectivas Km. Claeyssen y Rivoal,
2007
Vía metabólica:
Glucólisis
Catabólica
Metabolismo
Muchas enzimas, cofactores, metabolitos involucrados en el metabolismo
Vía metabólicas
Catabolismo-Anabolismo
• Antagónicas
• Complementarias
• Algunas vías tienen pasos comunes
• Siempre hay alguna parte de la vía que es responsable de regular el flujo de la vía
Gluconeogénesis 6 enzimas
idénticas a la glucólisis
4 enzimas adicionales
Regulación metabólica
EFECTOS DE METABOLITOS EN LAS ENZIMAS
Cambios alostéricos en las enzimas o llevar a cabo la regulación por acumulación de productos
Inhibición por producto(s)
Regular la función celular puede llevarse a cabo por modificación postraduccionales
LAS MONEDAS ENERGÉTICAS ATP, ACETIL COENZIMA A, NADH Y NADPH CONTROLAN EL METABOLISMO
Las monedas energéticas ATP, acetil coenzima A (AcCoA), NADH y NADPH
controlan el metabolismo
Por ejemplo: 1. Los miocitos cardiacos no proliferan pero tienen una alta demana de ATP, por
lo que estas células dependen grandemente de la eficiencia de la fosforilación oxidativa para generar ATP (Khairallah et al., 2004).
2. En bajas [Glu] algunas células disminuyen la oxidación de Glu y utilizan los aminoácidos, ácidos grasos u otras moléculas para que la respiración mitocondrial lleve a la producción de ATP (Cahill et al., 1972; Krebs, 1966; Ruderman, 1975).
La glucosa se oxida produciendo CO2 y en el camino ATP y NADH
13
1. Enzimas que catalizan reacciones irreversibles generalmente son el paso limitante de la vía
metabólica
ATP + ½ ADP
Carga energética = -------------------------
ATP + ADP + AMP
Limits are 0 and 1.0
If all is ATP, the energy charge = 1
If all is AMP, the energy charge = 0
ATP can be regenerated using adenylate kinase
(this is a nucleoside monophosphate kinase):
2 ADP <===> ATP + AMP
Índice ATP/ADP o carga energética
Rate vs Energy Charge
-43 KJ/mol
Reservorio de fosfato en un enlace de alta energía
Reacciones de transferencia de fosforilo
Reservorio de enlaces de alta energía en la creatinina tanto citosólica como mitocondrial
Balance de ATP durante la contracción muscular
La energía libre de la hidrólisis de ATP
CONCENTRACIONES DE ALGUNAS MOLÉCULAS DE
ALTA ENERGÍA
Resolución del problema
A) G= Gº + RT ln [C][D] [A][B]
Gº= 30.5 KJ/mol ATP [C]= 3.5 mM ADP [A]= 1.5 mM Fosfato[B]= 5mM T= 37C=37+273.15= 310.15K R=8.31 J/mol K
G=? KJ/mol
14.66 KJ/mol
8,360 kJ = 4180 kJ
2
1mol ATP 14.66 kJ
X 4180 kJ
285.11 mol ATP
ATP 507.18 g 1 mol
X 285.11
144605.9 g = 145 kg
213%
• En un organismo hay aproximadamente 50 g de ATP. Entonces si se necesitan 145000 g al día, los 50 g de ATP se tiene que hidrolizar y sintetizar alrededor de 3000 veces al día.
• En 50 g hay aproximadamente 6 X1022 moléculas de ATP. • Cada molécula de ATP se tiene que reciclar (remover el
fosfato terminal y volver a formar el enlace con el tercer fosfato) alrededor de 2 a 3 veces por minuto.
Usos del ATP
Importancia de la
producción de ATP
Uso de inhibidor de la
síntesis de ATP por la
ATPasa
No hay cambio significativo en
los niveles de ATP, debido a la
edad y a la ingesta calórica
GASTO METABÓLICO
Producción de ATP
EL FLUJO DE LA VÍA NO SOLO DEPENDE DE LA CAPACIDAD CATALÍTICA DE SUS ENZIMAS O SU
IRREVERSIBILIDAD.
1. METABOLITOS CLAVE O ENCRUCIJADA
2. COMPARTIMENTACIÓN
3. CANALIZACIÓN O “CHANNELING”
4. REGULACIÓN POR “FEEDBACK”
5. EXPRESIÓN GENÉTICA
6. CAMBIOS POSTRADUCCIONALES
METABOLITOS CLAVE O ENCRUCIJADA
Los productos de una vía metabólica pueden estar compartidos por otras vías distintas
Conexión entre vías metabólicas. Entrecuzamiento en metabolitos clave
The Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes (KEGG) database
• Repositorio de los más completos
• Base de datos curada manualmente
• Contiene 15 principales bases de datos que categoriza los datos biológicos en tres niveles: información genómica, información bioquímica e información de sistemas.
The update…
Enorme cantidad de metabolitos y reacciones que los producen en la
célula Biochemistry ATLAS >130,000 possible enzymatic reactions between known biological compounds. We need the development of such tools that will enable us to identify all possible metabolic capabilities and regulatory interactions.
COMPARTIMENTACIÓN
La accesibilidad de sustratos y productos puede estar restringida a un compartimento en especial: Localización subcelular, formación de complejos multienzimáticos (channeling) y localización tejido específica
Las vías se encuentran en compartimentos subcelulares particulares
TOPOLOGÍA DE LAS VÍAS METABÓLICAS
Incrementa varias veces el grado de complejidad del metabolismo y su flexibilidad para adaptarse a varios ambientes.
Una reacción compartimentada o formación de complejos multienzimáticos
En solución el/los producto(s) de una enzima tienen un tiempo más largo para encontrarse en el sitio activo de la siguiente enzima dentro de la vía metabólico. Contrario al “channeling” o reacción compartimentada
Ejemplos
CAMBIOS EN LOS NIVELES DE TRANSCRIPCIÓN
Genes que codifican diferentes isoformas o factores de regulación permiten respuestas celular o tejido específicas
La abundancia de las proteínas también es controlada por la transcripción, splicing, estabilidad y la traducción