++
Inhibición por retroacción se refiere al proceso mediante el cual el producto terminal de una vía biosintética de múltiples pasos se une a, e inhibe, una enzima que cataliza uno de los primeros pasos de esa vía. En el ejemplo que sigue, para la biosíntesis de D a partir de A, catalizada por las enzimas Enz1 a Enz3:
+
++
la concentración alta de D inhibe la conversión de A en B. En este ejemplo, el inhibidor por retroacción D actúa como un efector alostérico negativo de Enz1. Sobreviene inhibición, no por el “respaldo” de intermediarios, sino por la capacidad de D para unirse a Enz1 e inhibirla. Por lo general D se une en un sitio alostérico, distinto desde el punto de vista espacial del sitio catalítico de la enzima blanco. Así, los inhibidores por retroacción típicamente tienen poca o ninguna similitud estructural con los sustratos de las enzimas que inhiben, por ejemplo, el NAD+ y 3-fosfoglicerato, los sustratos para la 3-fosfoglicerato deshidrogenasa, que cataliza el primer paso comprometido de la biosíntesis de serina, no se parecen al inhibidor por retroacción serina. En vías biosintéticas ramificadas, como las que se encargan de la biosíntesis de nucleótidos (cap. 33), las reacciones iniciales proporcionan intermediarios requeridos para la síntesis de múltiples productos terminales. En la figura 9-4 se muestra una vía biosintética ramificada hipotética en la cual las flechas curvas van desde los inhibidores por retroacción hacia las enzimas cuya actividad inhiben. Las secuencias S3 → A, S4 → B, S4 → C y S3 → → D, representan, cada una, secuencias de reacción lineal que son inhibidas por retroacción por sus productos finales. Así, las enzimas de punto de ramificación pueden direccionarse para dirigir el flujo de metabolitos.
++
++
Los inhibidores por retroacción típicamente inhiben el primer paso comprometido en una secuencia biosintética particular. La cinética de inhibición por retroacción puede ser competitiva, no competitiva, parcialmente competitiva, o mixta. La actividad escalonada de múltiples asas de retroacción puede proporcionar control fino adicional. Por ejemplo, la presencia de producto B excesivo disminuye el requerimiento del sustrato S2 (figura 9-5). Sin embargo, S2 también se requiere para la síntesis de A, C y D. De este modo, para esta vía, el exceso de B restringe la síntesis de los cuatro productos terminales, al margen de la necesidad de los otros tres. Para sortear esta dificultad potencial, cada producto terminal sólo puede inhibir de manera parcial la actividad catalítica. El efecto de un exceso de dos o más productos terminales puede ser estrictamente aditivo o, de modo alternativo, mayor que su efecto individual (inhibición por retroacción cooperativa).
++
+++
La aspartato transcarbamoilasa (ATCasa) es una enzima alostérica modelo
++
La ATCasa, el catalítico para la primera reacción singular para la biosíntesis de pirimidina (figura 33-9), es un blanco de regulación por retroacción por dos nucleótidos trifosfato de citidina (CTP) y trifosfato de adenosina (ATP). El CTP, un producto terminal de la vía biosintética de pirimidina, inhibe la ATCasa, mientras que el nucleótido de purina ATP la activa. Además, las concentraciones altas de ATP pueden superar la inhibición por CTP, lo que permite que la síntesis de nucleótidos pirimidina proceda cuando las concentraciones de nucleótido purina están altas.
+++
Los sitios alostérico y catalítico están separados espacialmente
++
Jacques Monod propuso la existencia de sitios alostéricos que son físicamente distintos del sitio catalítico. Razonó que la falta de similitud estructural entre un inhibidor por retroacción y el o los sustratos para la enzima cuya actividad regula indicó que estos efectores no son isostéricos con un sustrato, sino alostéricos (“ocupan otro espacio”). Así, las enzimas alostéricas son aquellas para las cuales la catálisis en el sitio activo puede modularse mediante la presencia de efectores en un sitio alostérico. Desde entonces, la existencia de sitios activo y alostérico separados espacialmente se ha verificado en varias enzimas usando muchas líneas de evidencia. Por ejemplo, la cristalografía con rayos X reveló que la ATCasa de E. coli consta de seis subunidades catalíticas y seis subunidades reguladoras, de las cuales estas últimas se unen a los nucleótido trifosfatos que modulan la actividad. En general, la unión de un regulador alostérico induce un cambio conformacional en la enzima que abarca el sitio activo.
+++
Los efectos alostéricos pueden ocurrir sobre Km o sobre Vmáx
++
Hacer referencia a la cinética de la inhibición alostérica como “competitiva” o “no competitiva” con sustrato conlleva implicaciones mecanicistas desorientadoras. En lugar de eso se hace referencia a dos clases de enzimas reguladas alostéricamente: de la serie K y de la serie V. Para las enzimas alostéricas de la serie K, la cinética de saturación de sustrato es competitiva en el sentido de que Km está incrementada sin un efecto sobre Vmáx. Para enzimas alostéricas de la serie V, el inhibidor alostérico disminuye Vmáx sin afectar la Km. Las alteraciones de Km o Vmáx a menudo se producen por cambios conformacionales en el sitio catalítico inducidos por unión del efector alostérico en su sitio. Para una enzima alostérica de la serie K, este cambio conformacional puede debilitar los enlaces entre sustrato y residuos de unión a sustrato. Para una enzima alostérica de la serie V, el efecto primario puede ser alterar la orientación o la carga de residuos catalíticos, lo que genera un decremento de la Vmáx. Aun así, como consecuencia de estos cambios conformacionales, pueden observarse efectos intermedios sobre Km y Vmáx.