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Tema 6. ENZIMAS. Clasificación. Principios de la catálisis
enzimática. Energía de activación. Velocidad de reacción y
equilibrio de reacción. Cinética enzimática: ecuación de MichaelisMenten. Ecuación de los dobles recíprocos. Inhibición enzimática.
Tipos de inhibición. Mecanismos de regulación de la actividad
enzimática: alosterismo, modificación covalente, proenzimas.
Isoenzimas
BIOQUÍMICA-1º de Medicina
Dpto. Biología Molecular
Jesús Navas
ENZIMAS
• Catalizadores de las reacciones biológicas.
• La mayoría son proteínas aunque hay moléculas de RNA
con actividad catalítica (ribozimas)
• Gran poder catalítico
• Alto grado de especificidad
• Actúan en soluciones acuosas a 37ºC y pH neutro
• Su actividad puede regularse
• El 25% de los genes humanos codifican enzimas que
catalizan reacciones metabólicas.
TEMA 6
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( ”Lehninger Principles of Biochemistry” 3th.ed.
Nelson, DL and Cox, M.M. Worth Publishers, 2000.)
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TEMA 6
IMPORTANCIA DE LOS ENZIMAS
• Cada paso de una vía metabólica está catalizado por un
enzima.
• La medida de la actividad enzimática en fluidos
biológicos o tejidos es importante para el diagnóstico de
muchas enfermedades.
• Muchas fármacos son inhibidores de la actividad
enzimática
• Importancia en la industria de alimentación y agricultura.
TEMA 6
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TEMA 6
ENZIMAS: RESEÑA HISTORICA
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TEMA 6
Primera descripción (finales del siglo XVIII)
1850. Estudios de Pasteur
1897. Buchner
1926. Summer cristaliza la ureasa
Segunda mitad del siglo XX: se purifican y
caracterizan millares de enzimas, lo que ha
permitido conocer su mecanismo de acción.
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Enzimas. Definiciones:
- Cofactor: necesario para la actividad enzimática. Pueden ser iones
metálicos o una molécula orgánica, denominada coenzima. Si el
cofactor está unido fuertemente al enzima se denomina grupo
prostético.
- Apoenzima: parte proteica del enzima (no activa)
- Holoenzima: apoenzima + cofactor
Nomenclatura de los enzimas:
SUSTRATO + TIPO DE REACCION + ASA
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TEMA 6
Un tercio de los enzimas requieren algún ión metálico para catalizar
( ”Lehninger Principles of Biochemistry” 3th.ed.
Nelson, DL and Cox, M.M. Worth Publishers, 2000.)33
TEMA 6
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TEMA 6
Muchas vitaminas son cofactores o precursores
de cofactores de enzimas
( ”Lehninger Principles of Biochemistry” 3th.ed.
Nelson, DL and Cox, M.M. Worth Publishers, 2000.)
TEMA 6
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CLASES DE ENZIMAS
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TEMA 6
Los enzimas aceleran las reacciones
disminuyendo la energía de activación
E + S = ES = E + P
( ”Lehninger Principles of Biochemistry” 3th.ed.
Nelson, DL and Cox, M.M. Worth Publishers, 2000.)
TEMA 6
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Los enzimas son estereoespecíficas porque forman
varias interacciones entre aminoácidos del centro
activo y los distintos grupos del sustrato
TEMA 6
(“Bioquímica”, Mathews and van Holde
McGraw-Hill, 1998)
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El centro activo de los enzimas es complementario al estado
de transición de la reacción catalizada
Progreso de la reacción
TEMA 6
( ”Lehninger Principles of Biochemistry” 3th.ed.
Nelson, DL and Cox, M.M. Worth Publishers, 2000.)
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Encaje
inducido
Cambio conformacional inducido por glucosa en la hexoquinasa
(Hexoquinasa = ATP:glucosa fosfotransferasa = 2.7.1.1 )
D-Glucosa
TEMA 6
TEMA 6
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( ”Lehninger Principles of Biochemistry” 3th.ed.
Nelson, DL and Cox, M.M. Worth Publishers, 2000.)
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Velocidad inicial
La Vmax se alcanza cuando todos los centros
activos están ocupados con sustrato
1/2 Vmax
Vmax (S)
=Vo
Km + (S)
Km
Concentración de sustrato [S]
("Biochemistry" 2nd ed. Garrett, R.H. and Grisham,
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C.M. Saunders College Publishing. 1999.)
TEMA 6
Relación entre Vo y [E]
Vo
[E]
TEMA 6
La velocidad inicial es función lineal de la concentración de
enzima siempre que la concentración de sustrato sea alta
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Ecuación de Michaelis-Menten
Vo =
Vmax (S)
Km + (S)
K1
E+S
K2
ES
P
K-1
Km =
K2 + K-1
K1
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TEMA 6
Velocidad inicial
La Vmax se alcanza cuando todos los centros
activos están ocupados con sustrato
1/2 Vmax
Km
TEMA 6
Concentración de sustrato [S]
("Biochemistry" 2nd ed. Garrett, R.H. and Grisham,
C.M. Saunders College Publishing. 1999.)
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Calculo de Km y Vmax por la representación de Lineweaver-Burk
TEMA 6
("Biochemistry" 2nd ed. Garrett, R.H. and Grisham,
C.M. Saunders College Publishing. 1999.)
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Parámetros enzimáticos
1. Km (constante para cada enzima) = concentración de S a la que la Vo es 1/2
Vmax. Es una medida de la afinidad del enzima por S. Cuanto menor es Km, mayor
es la afinidad del enzima por S
2. Kcat (constante para cada enzima) = número de recambio = número de moléculas
de sustrato convertidas en producto por molécula de enzima y unidad de tiempo, en
condiciones de saturación de sustrato.
3. Vmax = velocidad máxima teórica = la velocidad cuando todos los centros activos
están ocupados con sustrato (nunca alcanzada en la realidad)
4. Unidad de enzima = cantidad de enzima que transforma 1 µmol de sustrato por
min = una forma común de expresar la velocidad
5. Actividad específica = unidades por mg de proteína total de la preparación
enzimática. En el caso de enzimas en suero: unidades/L
TEMA 6
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( ”Lehninger Principles of Biochemistry” 3th.ed.
Nelson, DL and Cox, M.M. Worth Publishers, 2000.)
TEMA 6
Inhibición competitiva
+ Inhibidor
Unión del Inhibidor al centro
activo, compitiendo con S
• Aumenta Km
• No cambia Vmax
Sustrato
TEMA 6
Inhibidor
competitivo
(Adaptado de: ”Lehninger Principles of Biochemistry” 3th.ed.
Nelson, DL and Cox, M.M. Worth Publishers, 2000.)
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Inhibición no competitiva
+ Inhibidor
Unión del Inhibidor a un sitio
del enzima distinto del centro
activo: no compite con S
• No cambia Km
• Disminuye Vmax
Sustrato
Inhibidor
Sustrato
no competitivo
(Adaptado de: ”Lehninger Principles of Biochemistry” 3th.ed.
Nelson, DL and Cox, M.M. Worth Publishers, 2000.)
TEMA 6
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Inhibición acompetitiva
+ Inhibidor
Unión del Inhibidor a enzima-S,
estabilizando el complejo
enzima-S pero impidiendo la
formación de producto:
• Disminuye Km
• Disminuye Vmax
Sustrato
TEMA 6
Inhibidor
acompetitivo
(Adaptado de: ”Lehninger Principles of Biochemistry” 3th.ed.
Nelson, DL and Cox, M.M. Worth Publishers, 2000.)
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Inhibidor
competitivo
Sustrato
Sustrato
Sustrato
Inhibidor
acompetitivo
Inhibidor
no competitivo
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("Biochemistry" 5th ed. Berg, Tymoczko
and Stryer. Freeman and Co. 2002)
TEMA 6
INHIBICION COMPETITIVA
TEMA 6
INHIBICION NO COMPETITIVA
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Efecto del pH sobre la actividad enzimática
(Garret and Grisham)
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TEMA 6
MECANISMOS DE REGULACIÓN ENZIMÁTICA
• Regulación de la cantidad de enzima presente en las células
• Inhibición reversible por productos
• Interacción con moduladores (proteínas u otros)
- Activacion/inhibición alostérica
- El modulador alostérico se une a un sitio distinto del centro activo
- La unión del modulador es reversible e implica cambio conformacional
- Suelen ser enzimas multiméricas
- Tienen cinética sigmoidea
- Modificación covalente:
- fosforilación
- ADP-ribosilación
- metilación
TEMA 6
• Activación proteolítica de pro-enzimas
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Efectos alostéricos de moduladores positivo y negativo
+ Modulador alostérico
positivo: favorece la forma R
El sustrato es
modulador positivo
+ Modulador alostérico
negativo: favorece la forma T
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( ”Lehninger Principles of Biochemistry” 3th.ed.
Nelson, DL and Cox, M.M. Worth Publishers, 2000.)
TEMA 6
Activación/inactivación de enzimas por fosforilación
Ejemplo: glucógeno fosforilasa
TEMA 6
( ”Lehninger Principles of Biochemistry” 3th.ed. 32
Nelson, DL and Cox, M.M. Worth Publishers, 2000.)
Una enzima puede tener varios mecanismos de regulación
TEMA 6
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("Biochemistry" 2nd ed. Garrett, R.H. and Grisham,
C.M. Saunders College Publishing. 1999.)
Activación de proenzimas por proteolisis
Auto-activación
de quimotripsina
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( ”Lehninger Principles of Biochemistry” 3th.ed.
Nelson, DL and Cox, M.M. Worth Publishers, 2000.)