Interacción alostérica

Las enzimas alostéricas operan mediante la unión reversible de compuestos reguladores conocidos como moduladores alostéricos o efectores alostéricos. Estos moduladores alostéricos suelen ser metabolitos celulares o pequeños cofactores. La interacción entre las enzimas y sus efectores alostéricos tiene un impacto significativo en la regulación de las vías metabólicas y los procesos celulares.

La unión de un efector alostérico a una enzima puede desencadenar cambios en la estructura de la proteína, lo que a su vez afecta su actividad catalítica, interviniendo en la afinidad de la enzima con su sustrato, lo que resulta en una regulación finamente ajustada de la velocidad de reacción en una vía metabólica.

Los efectores alostéricos pueden tener efectos positivos (activadores) o negativos (inhibidores) en la actividad enzimática y su acción puede depender de las condiciones específicas del entorno celular. Además, la cooperatividad alostérica puede influir en cómo la unión de un efector alostérico a una subunidad afecta a otras subunidades dentro de una proteína multimérica.

Las interacciones alostéricas son una forma de control enzimático, funcionan como el mecanismo regulador mediante el cual las enzimas pueden activarse o inactivarse en respuesta a las demandas de los procesos biológicos.

Las enzimas que reaccionan por interacción alostérica cuentan con dos sitios activos:

• A) es al que se une el sustrato y en donde se cumple la acción catalítica
• B) se denomina alostérico, aquí se unen sustancias que modifican la actividad enzimática las cuales son conocidas como efectores alostéricos que al cambiar la estructura de la enzima implica la posibilidad de activación o in activación de esa enzima.

Los efectores alostéricos pueden ser positivos o negativos. Los efectores positivos, también llamados activadores, al interactuar con la enzima permiten mayores velocidades de reacción con concentraciones de sustrato menores, ya que aumentan la acción de la enzima. El centro alostérico donde se une un efector positivo se conoce como centro activador.

Por otro lado, los efectores negativos o inhibidores, disminuyen la actividad enzimática cuando interactúan con la enzima. El centro alostérico al que se unen se denomina centro inhibidor. Los efectores alostéricos negativos, desplazan el equilibrio hacia la forma T (tensa) de la enzima, mientras que los positivos (activadores) favorecen la conformación R (relajada). Estos juegan un rol importante en la regulación del metabolismo. Se unen a un sitio diferente al sustrato. Pueden modificar la velocidad media de reacción (Vm) o la afinidad de la enzima por el sustrato

Existen dos tipos de enzimas alostéricas:

• Monoméricas: tienen una sola cadena polipeptídica y se regulan por la unión de un efector alostérico y un sustrato. Un ejemplo es la glucosamina-6-fosfato desaminasa.

• Oligoméricas: tienen varias cadenas polipeptídicas o subunidades y se regulan por la cooperatividad entre ellas. Un ejemplo es la aspartato-transcarbamilasa.

Por otro lado, según el tipo de efector alostérico que intervenga en la modulación de la enzima, se pueden clasificar en dos tipos: homotrópicas y heterotrópicas.

• Homotrópicas: son aquellas en las que el sustrato y el efector alostérico son la misma molécula. La unión de una molécula de sustrato a una subunidad de la enzima afecta la afinidad de las otras subunidades por el mismo sustrato. Esto se conoce como cooperatividad, y puede ser positiva o negativa. Un ejemplo de enzima alostérica homotrópica es la hemoglobina, que transporta oxígeno en la sangre.
• Heterotrópicas: son aquellas en las que el sustrato y el efector alostérico son moléculas diferentes. En estos casos la unión de una molécula reguladora a un sitio alostérico de la enzima modifica la afinidad del sitio activo por el sustrato. Esto se conoce como regulación alostérica, y puede ser positiva o negativa. Un ejemplo de enzima alostérica heterotrópica es la aspartato-transcarbamilasa, que cataliza la primera reacción de la síntesis de nucleótidos de pirimidina.

Existen dos estados conformacionales que se relacionan con la afinidad de la enzima por su sustrato:

• Sistemas R (Relajado)

En este estado, la enzima tiene una mayor afinidad por su sustrato o ligando, lo que significa que tiene una mayor capacidad para unirse a él y realizar su función. El estado R suele asociarse con la forma activa o funcional.

• Sistemas T (Tenso)

En este estado, la enzima tiene una menor afinidad por su sustrato o ligando, lo que significa que tiene una menor capacidad para unirse a él y realizar su función. El estado T suele asociarse con una forma inactiva o menos activa.

• Cooperatividad

En este modelo, la unión de un efector alostérico a un sitio alostérico en una subunidad de una enzima modifica la afinidad de las otras subunidades por su sustrato. Esto significa que, cuando una subunidad se une a un ligando, puede influir en la afinidad de otras subunidades en la misma enzima. La cooperatividad puede ser positiva (aumenta la afinidad) o negativa (disminuye la afinidad).

Los efectos farmacológicos se producen mediante la interacción del medicamento con los receptores. Es importante tener en cuenta dos propiedades clave en este contexto: la agonista y la antagonista. Aunque ambos tipos de compuestos pueden tener la misma afinidad por un receptor, un agonista es más eficaz que un antagonista en desencadenar la respuesta biológica.

Los fármacos en los sitios alostéricos pueden representan un blanco para la nueva droga que se administra, estos ocurren a distancia del receptor a se manifiestan a nivel de la configuración de la molécula. Hay ventajas al usar moduladores alostéricos como agentes terapéuticos ya que los mecanismos alostéricos producen grandes cambios en la actividad enzimática capaces de regular la actividad catalítica, procesos metabólicos y responder a cambios corporales como la temperatura y el pH, dependiendo también de la dosis que se es administrada ya que puede tanto forzar como inhibir la curva sigmoidea.

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