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ENZIMAS
DRA. GONZALEZ
CELULAR & MOLECULAR
Ejercicio en grupo: Conocer y explicar los conceptos de las enzimas
3) estructura de las enzimas
+
(a) sitio activo
(b) grupos prostéticos
(c) sitios de regulación
c. Mecanismo de acción de las enzimas
1) cinética
2) activación del sustrato
(a) sustitución nucleofílica
(b) sustitución electrofílica
3) pasos en reacciones catalíticas
d. Mecanismos de regulación enzimática
1) inhibición irreversible
2) reversible competitivo
3) reversible no-competitivo
4) alostérica
5) modificación covalente
+
3
Enzimas y Ribozimas
Una
reacción espontánea no es
necesariamente una reacción rápida
Catalizador
- un agente que acelera la velocidad
de una reacción química sin ser consumido
durante la reacción
Enzimas
- proteínas catalizadoras en células
vivas. Catalizadores orgánicos.
ribozimas
catalíticas
- moléculas de ARN con propiedades
+ Energia de Activación
 Entrada

inicial de energía para iniciar la reacción
Permite que las moléculas se acerquen lo suficiente
para causar reordenación de enlaces
 Ahora
se puede alcanzar el estado de transición donde
se estiran los enlaces
 Las
formas más comunes para superar la energía de
activación

grandes cantidades de calor

uso de enzimas para reducir la energía de activación
4
+
ATP
5
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Reactant molecules
Glucose
Enzyme
Transition state
Free energy (G)
Activation energy (EA)
without enzyme
Activation energy (EA)
with enzyme
Reactants
Change
in free
energy
(G)
Products
Progress of an exergonic reaction
+
Cómo enzimas reducen energía de
activación
Tuercen enlaces de reactivos para que sea más
fácil de alcanzar el estado de transición
Posicionamiento de reactivos juntos para
facilitar la unión
Cambiar entorno local
• participación directa a través de enlaces temporales
6
+
7
Terminología (enzimas)
El
sitio activo - lugar donde la reacción se
lleva a cabo
Sustratos
- reactivos que se unen al sitio
activo
Complejo
enzima-sustrato - que se forma
cuando la enzima y el sustrato se unen
+
8
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Glucose
ATP
Active site
Hexokinase
1
Substrates (ATP and
glucose) bind to the
enzyme (hexokinase).
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ADP
Glucose
ATP
Active site
Glucose-6phosphate
Enzyme-substrate complex
Hexokinase
1
Substrates (ATP and
glucose) bind to the
enzyme (hexokinase).
2 Enzyme undergoes conformational
change that binds the substrates more
tightly. This induced fit strains
chemical bonds within the substrates
and/or brings them closer together.
3
Substrates are
converted to products.
4 Products (ADP and
glucose-6-phosphate)
are released. Enzyme
is ready to be reused.
9
+
10
Enlace substrato
Las
enzimas tienen una alta
especificidad para el sustrato
Candado
y llave - sustrato y la enzima
Fenómeno
acomodo Inducido interacción también implica cambios
conformacionales
Figure 6-5
Figure 6-2
+
Cofactores
Algunas enzimas contienen cofactores
proteicos necesarios para la actividad
catalítica, a menudo debido a que
funcionan como aceptadores de
electrones
Estos
se llaman grupos prostéticos y
son iones metálicos o pequeñas
moléculas orgánicas llamadas
coenzimas
coenzimas
= de vitaminas
Nomenclatura
nombres se han dado a las enzimas a
base de sustrato (proteasa,
ribonucleasa, amilasa), o función
(tripsina, catalasa)

enzimas
se dividen en seis grandes
clases basada en la función general
6 clases
Oxidorreductasas
Transferasas
Hidrolasas
Lisasas
Isomerasas
Ligasas
Table 6-1
Temperatura optima
Human
= max. 37oC (optima)
Inactivadas
a 50–55oC la mayoría
Sensitividad a pH
pH = 3–4
units
Presenca aa
cargados
Destruye
enlaces ionicos
y puentes de H
Figure 6-4B
activación del sustrato
El
papel del centro activo es de reconocer y
unirse al sustrato adecuado y también
activarlo, proporcionando el ambiente
adecuado para la catálisis
Esto
se llama la activación del sustrato, que
transcurre a través de varios mecanismos
Activacion de sustrato
Distorsión de enlace, haciéndolo
más susceptible al ataque catalítico
Transferencia de protones, lo que
aumenta la reactividad del sustrato
transferencia de electrones, dando
lugar a enlaces covalentes
temporales entre enzima, sustrato
+Evento catalitico
1. Colisión
de sustrato con
sitio activo
2.enlace
de sustrato – cambio
conformacional facilita
conversion a producto
+Evento catalitico (cont.)
3. Los
productos son entonces
liberados del sitio activo
4. La enzima vuelve a la
conformación original con el
sitio activo disponible para
otra molécula de sustrato
Figure 6-7
+
Cinetica de enzimas
La
cinética enzimática describen los
aspectos cuantitativos de la catálisis
enzimática y la tasa de conversión de sustrato
en productos
Las
velocidades de reacción están
influenciadas por factores tales como las
concentraciones de sustratos, productos, y
los inhibidores
The Michaelis–Menten Equation

 Modelo
en equilibrio
 Michaelis–Menten
equation

 Km (Michaelis
constant) = concentracion de
sustrato que da la mitad de la velocidad maxima
+
27
Reacciones enzimáticas
 Saturación
 Plateau
casi todos sitios activos son ocupados por el
sustrato
 Vmax = la velocidad de reacción cerca de la razón máxima
 Michaelis
 La
constant, KM
concentración de sustrato, donde la velocidad es la
mitad del valor máximo
 Alto KM de Enzima necesita alta concentración de sustrato
 Inversamente relacionada con la afinidad entre la enzima
y el sustrato
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Vmax
D
Velocity
(product/second)
C
Vmax
2
B
A
0
Tube
A
B
C
D
Amount of
enzyme
1 g
1 g
1 g
1 g
Incubation
time
60 sec
60 sec
60 sec
60 sec
Low
Substrate
concentration
KM
Moderate High
Very
high
[Substrate]
Reaction velocity in the absence of inhibitors
28
+
Video explicativo de Michaelis y
Menten

https://www.youtube.com/watch?v=6cGdWi_DSGk

7:10
+
30
Inhibición
Inhibición
competitiva
Molécula
se une al sitio activo
Inhibe la capacidad de sustrato para
enlazarse
Km aparente Aumenta - más sustrato necesario
Inhibición
no competitiva
Reduce Vmax
sin afectar Km
Inhibidor se une al sitio alostérico, no sitio
activo
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Velocity
(product/second)
Vmax
Plus competitive inhibitor
Substrate
Enzyme
Inhibitor
0
KM
KM with inhibitor
[Substrate]
Competitive inhibition
Velocity
(product/second)
Vmax
V max with inhibitor
Plus noncompetitive
inhibitor
Enzyme
Allosteric site
Substrate
Inhibitor
0
KM
[Substrate]
Noncompetitive inhibition
31
Porque estos conceptos de cinetica son
importantes en Biología?
 Cuanto
menor sea el valor de Km para la enzima
y un sustrato dado, menor es [S] en el que la
enzima es eficaz
Vmax es importante, como una medida de la tasa
máxima potencial de la reacción
Al conocer Vmax, Km, y la concentración de
sustrato in vivo, se puede estimar la tasa probable
de la reacción en condiciones celulares
Inhibidores pueden ser reversibles o
irreversibles
 enzimas
son influenciadas (principalmente inhibida)
por los productos, sustratos alternativos, análogos de
sustratos, drogas, toxinas, y efectores alostéricos

inhibición de la actividad de la enzima juega un
papel vital como un mecanismo de control en las
células
 drogas
y venenos con frecuencia ejercen sus efectos
mediante la inhibición de enzimas específicas
Inhibicion Reversible e irreversible
 inhibidores
irreversibles, se unen a la enzima de
forma covalente, causan la pérdida permanente
de la actividad catalítica y son generalmente
tóxicos para las células
 Por
ejemplo, iones de metales pesados, venenos
de gases nerviosos, algunos insecticidas
 Inhibidores
reversibles no se unen
covalentemente a enzimas y pueden disociarse
Reversible (cont.)
La
fracción de enzima disponible para el uso
en una célula depende de la concentración
del inhibidor y la facilidad de enlace con la
enzima y como el inhibidor puede
disociarse
Las
dos formas de inhibidores reversibles
son inhibidores competitivos e inhibidores
no competitivos
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Velocity
(product/second)
Vmax
Plus competitive inhibitor
Substrate
Enzyme
Inhibitor
0
KM
KM with inhibitor
[Substrate]
Competitive inhibition
Velocity
(product/second)
Vmax
V max with inhibitor
Plus noncompetitive
inhibitor
Enzyme
Allosteric site
Substrate
Inhibitor
0
KM
[Substrate]
Noncompetitive inhibition
36
INHIBICION COMPETITIVA
Los
inhibidores competitivos se unen al
sitio activo de una enzima y compiten
con el sustrato por el sitio activo
actividad
enzimática es inhibida
directamente, ya que los sitios activos
están unidos a los inhibidores, evitando
que el sustrato se una
Figure 6-14A
INHIBICION NO COMPETITIVA
Inhibidores no competitivos se unen a
enzima fuera del sitio activo
inhiben
la actividad indirectamente al
causar un cambio de conformación en
la enzima
Inhibe
la unión del sustrato en el sitio
activo
Reduce
activo
la actividad catalítica en el sitio
Figure 6-14B
+
REGULACION ENZIMATICA
Las VELOCIDAD
ENZIMATICA debe
ajustarse según las necesidades de la célula
interacción
de sustratos y productos con una
enzima se llama regulación a nivel de
sustrato
aumentos
en los niveles de sustrato resultan
en un aumento de las tasas de reacción,
mientras que el aumento de los niveles de
producto llevan a reducir las velocidades de
la enzima
Regulacion alosterica y modificacion
covalente
 Las
células pueden activar o desactivar enzimas
según sea necesario por dos mecanismos:
regulación alostérica y modificación covalente
Por lo general, las enzimas reguladas de esta
manera catalizan la primera etapa de una
secuencia de múltiples pasos
Mediante la regulación de la primera etapa de un
procedimiento, las células son capaces de regular
todo el proceso
Figure 6-15
Figure 6-16A
Figure 6-16B
Regulacion covalente
Modificacion
Adicion
covalente
o remocion de
grupos como fosfatos, metil,
acetil
+
Fosforilacion y desfosforilacion
Adicion
reversible de fosfato
Fosforilacion
– transfiere grupo fosfato
de ATP a grupo hidroxido de Ser, Thr o
Tyr
Kinasas
de proteinas – catalizan la
fosforilacion de otras proteinas
Figure 6-17A