Teoría del Control Metabólico

El análisis del control metabólico (ACM o MCA en inglés) es un desarrollo matemático para la descripción de vías metabólicas, de señalización y genéticas. ACM cuantifica como las variables, como los flujos o las concentraciones de metabolitos, dependen de los parámetros de la red en que está inmersa(véase nálisis del control metabólico), en particular, es capaz de describir cómo las propiedades que dependen de la red, (descritos por los coeficientes de control) dependen de las propiedades locales, (descritos por los coeficientes de elasticidad) [Kacser & Burns 1973; Heinrich & Rapoport 1974; Kacser 1983;Fell & Sauro 1985]. Por lo tanto en estudios del ACM, uno estudia el control relativo ejercido por cada uno de los pasos (reacciones enzimáticas) en las variables del sistema (flujos y las concentraciones de metabolitos). Este control se mide mediante la aplicación de una perturbación mientras se mide o estudia el efecto en la variable de interés después de que el sistema ha alcanzado un nuevo estado estacionario. El problema inverso, es decir el cálculo de los coeficientes de elasticidad como función de los coeficientes de control, ha sido también estudiado como parte de una disciplina denominada Diseño del Control Metabólico (DCM) .

Este tipo de disciplinas (tanto el ACM como el DCM) están inmersos en una "nueva" disciplina denominada biología de sistemas.

El coeficiente de elasticidad es un constructo matemático adimensional que cuantifica la capacidad de respuesta de una reacción enzimática a cambios en un parámetro (e.g. concentración de sustrato, producto, efectores, temperatura, etc.) mientras los demás parámetros permanecen constantes. Operativamente se define como el cociente entre el cambio relativo en la velocidad enzimática (v) y el cambio relativo en el parámetro (P). El valor del coeficiente de elasticidad nos proporciona, por lo tanto, una idea de la capacidad de respuesta de una reacción enzimática al cambio en un determinado parámetro, de manera más explícita, un valor alto nos dice que el sistema posee una mayor sensibilidad y una baja sensibilidad en caso contrario.

El coeficiente de control mide el cambio relativo en estado estacionario en un sistema variable (e.g. flujos o concentraciones) en respuesta a un cambio relativo en un parámetro (e.g. actividad enzimática). Los dos principales coeficientes de control son los de flujo y concentración.

Es fácil demostrar que existe una relación entre el coeficiente de elasticidad, el coeficiente de control y el coeficiente de respuesta.

Coeficientes de Respuesta. Ellos nos dicen que tan sensible es un flujo o la concentración de un metabolito a cambios de un efector de carácter externo (I) y se define como el cociente entre el cambio relativo en el flujo (o concentración de metabolito) y el cambio relativo del parámetro externo.

Referencias:

Fell, D. A. & Sauro, H. M. (1985). Metabolic control and its análisis: additional relationships between elasticities and control coefficients. Eur. J. Biochem. 148, 555-561.

Heinrich, R. & Rapoport. T. A. (1974). A linear steady-state tratment of enzymatic chains. Eur. J. Biochem. 42, 89-102. Kacser, H. & Burns, J. (1973). The control of flux. Symp. Soc. Exp. Biol. 27,65-104.

Kacser, H. (1983). The control of enzyme system in vivo: elasticity of the steady state. Biochem. Soc. Trans. 11, 35-40.