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ENZIMAS:
CONCEPTOS BÁSICOS
Y CINÉTICA
Enzimas: catalizadores
de naturaleza proteica
Seis clases de enzimas
Clase
Tipo de reacción
Ejemplo
1. Oxidoreductasas
Oxidación-Reducción
Lactato deshidrogenasa
2. Transferasas
Transferencia de Grupo
Nucleósido monofosfato quinasa
(NMP quinasa)
quinasa)
3. Hidrolasas
Reacciones de Hidrólisis
(transferencia de un grupo
funcional al agua)
agua)
Quimotripsina
4. Liasas
Adición o remoción de grupos Fumarasa
para formar dobles enlaces
5. Isomerasas
Isomerisación
Triosa fosfato isomerasa
(transferencia intramolecular
de un grupo funcional)
funcional)
6. Ligasas
Ligación de dos substratos
a expensas de la hidrólisis
de ATP
Aminoacil-tRNA sintetasa
Las enzimas requieren de cofactores
enzimáticos
Cofactores Enzimáticos
-----------------------------------------------------------------------Cofactor
Enzima
-----------------------------------------------------------------------Coenzima
Tiamina pirofosato
Flavina adenina nucleótido
Nicotinamida adenina dinucleotido
Pyridoxal fosfato
Coenzima A (CoA
(CoA))
Biotina
5’-Deoxyadenosil cobalamina
Tetrahidrofolate
Piruvato deshidrogenasa
Monoamino oxidasa
Lactato dehydrogenasa
Glicogeno fosforilasa
Acetil CoA carboxilasa
Pyruvato carboxilasa
Methylmalonil mutasa
Timidilato sintetasa
Metal
Zn2+
Anhidrasa carbónica
Zn2+
Carboxipeptidasa
Mg2+
EcoRV
EcoRV
Mg2+
Hexoquinasa
2+
Ni
Ureasa
Mo
Nitrato reductasa
Se
Glutatión peroxidasa
Mn2+
Superoxido dismutasa
K+
Propionil CoA carboxilasa
------------------------------------------------------------------------
Cinética enzimática:
Formación de un complejo entre la enzima y
el sustrato (complejo ES).
Dihidrofolato reductasa
Reacción catalizada:
dihidrofolato + NADPH + H+ tetrahidrofolato + NADP+
Las enzimas no modifican la
posición del equilibrio de la
reacción química.
Aceleran la velocidad de la reacción
debido a que modifican el mecanismo
de la reacción.
Dos posibles mecanismos para la misma reacción
1) reacción no catalizada:
SP
2) reacción catalizada por una enzima:
S + E ES EP E + P
Modelos de unión de una enzima al sustrato:
a) Llave-cerradura
b) Encaje inducido
llave-cerradura
encaje inducido
Cinética enzimática
CURVA DE PROGRESO
[P]
V2
Vequilibrio= 0
catalizada
V1
Vo = Vinicial
V = P
t
no catalizada
tiempo
Curva de Progreso
[P]
[P]
Vo
tiempo
tiempo
Curva de progreso a diferentes concentraciones de sustrato
[Et] = cte
[P]
S4
S3
Vo4
Vo3
Vo2
Vo1
S2
S1
tiempo
Velocidad inicial, Vo
Curva de velocidad inicial (Vo) versus concentración de sustrato (S)
Vo4
Vo3
Vo2
Vo1
S1
S2
S3
S4
concentración de sustrato, [S]
Análisis de Estado Estacionario
Mecanismo Michaeliano (Michaelis y Menten)
k1
k3
E+S
k2
ES
k4
E+P
[P] 0, k4 no se considera para el análisis
k1
y escribimos: E + S
k2
ES
k3
E + P
donde k3 es la constante de velocidad de la etapa
limitante o lenta
Teoría del estado estacionario
Permite deducir una ecuación de velocidad en
función de la concentración de sustrato.
Si k3 es la etapa limitante,
Vo = k3[ES]
Si suponemos que la [ES] es constante, entonces:
velocidad de formación de ES = velocidad de disociación de ES
Substituyendo en:
Vo = k3[ES]
Vo=
k3[Et][S]
[S] + (k2 + k3)/k1
donde
k2 + k3
k1
= Km, ó constante de Michaelis
Entonces:
Vo = k3[Et][S]
Km + [S]
Si la [Et] = [ ES ] entonces
Vo= k3[Et] = Vmax
Ecuación de Michaelis y Menten
Vo = Vmax [S]
Km + [S]
SIGNIFICADO DE LA Km
k1
E+S
k2
ES
k3
Km = (k2 + k3 )/k1
Si k3 es la etapa lenta, entonces:
k2 + k3 k2, de donde Km = k2/k1
E + P
Operacionalmente Km = [S] con la que se obtiene Vmax/2
En estas condiciones Km es una medida de la afinidad
de la enzima por el sustrato
Km para algunas enzimas y sustratos
Enzima
Sustrato
Km (mM)
Catalasa
Hexoquinasa (cerebro)
H2O2
ATP
D-glucosa
D-fructosa
D-manosa
D-glucosa
HCO3Gliciltirosinilglicina
N-Benzoiltirosinamida
D-lactosa
L-treonina
25
0,4
0,05
0,9
0,06
10
26
108
2,5
4,0
5.0
Glucoquinasa (hepática)
Anhidrasa carbónica
Quimotripsina
-galactosidada
Treonina deshidratasa
Velocidad inicial, % de Vmax
Km glucosa
Hexoquinasa
Glucoquinasa
0,05mM
10 mM
En forma general, para una enzima Vmax es función de
la etapa limitante y por tanto
Vmax = kcat[Et], de donde
kcat = Vmax
[Et]
número de recambio (tiempo-1)
SIGNIFICADO DEL NÚMERO DE
RECAMBIO ó kcat:
número de moléculas de sustrato
convertidas a producto por unidad
de tiempo y por molécula de enzima
Determinación experimental de Km y Vmax
Determinación experimental de Km y Vmax
¿Cuál es la importancia de la razón
kcat/Km ó eficiencia catalítica?
Quimotripsina
Sitio activo y mecanismo de catálisis
Quimotripsina
Sitio activo de la quimotripsina
Efecto de Inhibidores
Competitive Inhibition
No inhibitor
I1
Km1
Km2
I2
Inhibición no competitiva
Vo
No inhibidor
Vmax
Vmax1
I1
Vmax2
I2
Km
[S]
1/Vo
[I]
sin inhibidor
-1/Km
1/[S]
Los inhibidores pueden ser utilizados como
agentes farmacológicos.
Drogas anticancerígenas: quimioterapia.
Inhibición irreversible o Inactivación
Quimotripsina
di-isopropil-fluorfosfato
Efecto del pH y la temperatura sobre la
actividad enzimática
Efecto de la Temperatura sobre la actividad enzimática
Vo
desnaturación por calor
ToC
Regulación de la actividad enzimática
Alosterismo
Enzimas alostéricas
Enzimas con sitios de unión
para moléculas reguladoras
de la actividad enzimática en
sitios distintos al del sustrato
Ejemplo: Biosíntesis de nucleótidos de pirimidina
Aspartato transcarbamilasa
presenta un sitio alosterico
para la unión del CTP o
producto final de la vía
metabólica
Estas enzimas presentan
cinéticas diferentes a la
Michaeliana:
Cinética Sigmoide
Modelo Concertado
Ejemplo: Fosfofuctoquinasa
Regulador alostérico: activador
Fosfofructoquinasa: tetramero
Aspartato transcarbamilasa: seis subunidades
catalíticas y seis reguladoras
CTP:inhibidor alostérico
L-aspartato favorece
el estado R
CTP favorece el
estado T
Regulación de la actividad de una
enzima por modificación covalente
fosforilación-desfosforilación
activación por digestión proteolítica
Regulación de la actividad enzimática
por modificación de su
concentración
Inducción Enzimática
FIN