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TEMA 6
ENZIMAS
Antes de realizar la Guía deberá revisar:
1. Función de las enzimas.
2. Características estructurales de las proteínas.
3. Generalidades del mecanismo de acción enzimática.
Evaluación:
1. ¿Porqué las enzimas son calificadas como biocatalizadores?
2. De una enzima "tipo" indique ¿qué ordenamientos espaciales presenta su molécula?
3. Explique la reacción representada abajo.
E+S
E+P
GUIA DE CLASE
SITIO ACTIVO
1. En la figura se representa la estructura de una enzima y el detalle de su sitio activo.
Los –R His 94, 96 y 119 de la enzima están próximos en un lugar de la molécula: el sitio
activo.
a. ¿Cómo explica que aminoácidos distantes en la estructura primaria estén espacialmente tan
cercanos en el espacio?
b. ¿Qué funciones cumplen en la reacción los –R del sitio activo?
c. Resuma las características estructurales del sitio activo.
2. Es frecuente que las enzimas requieran moléculas orgánicas (vitaminas, por ejemplo) o
metales como Mg++, Fe++ para catalizar reacciones.
a. ¿Cómo se denominan genéricamente esas moléculas no proteicas?.
b. Identifique el metal en la enzima de la figura anterior.
3. La actividad de una enzima corresponde a la velocidad con que transcurre la reacción. A
continuación se esquematiza la reacción catalizada por la enzima lactato deshidrogenasa que
tiene como cofactor al NAD/NADH. Analice las moléculas que participan en la reacción y
proponga cómo puede medir la velocidad.
CH3
NADHH+
NAD
C=O
COOH
CH3
CHOH
NADHH+
NAD
COOH
4. Las enzimas se agrupan según el tipo de reacción que catalizan. En los ejemplos que figuran
a continuación, reconozca cuándo actúa una hidrolasa, una isomerasa y una ligasa.
maltosa
5. Las gráfica A muestra la variación de la actividad de dos enzimas medida a distintos pH. La
gráfica B muestra la actividad de una misma enzima a distintas temperaturas luego de ser
sometida a distintos tratamientos
B
vo
vo
A
a
b
3
5
7
9
11
pH
10
30
50
60 Temp (ºC)
enzima 1
a. enzima en condiciones normales.
enzima 2
b. enzima luego de ser sometida a ebullición.
a. ¿Qué conclusiones puede sacar respecto al efecto del pH sobre la actividad de las enzimas 1
y 2 del gráfico A?
b. ¿Por qué una misma enzima tiene distinta actividad a 30ºC en el gráfico b?
c. Considerando los enlaces que estabilizan las enzimas, explique los gráficos A y B.
CINETICA ENZIMATICA
6. La velocidad con la que un sustrato (S) se convierte en producto (P), en una reacción
catalizada por una enzima, se mide en los primeros minutos de reacción y se llama velocidad
inicial (vo).
Estudiando la reacción catalizada por la sacarasa, Michaelis y Menten encontraron que, cuando
la concentración de enzima era constante y no limitante, la variación de vo con respecto a la [S]
se ajustaba a una curva hiperbólica.
a. Represente gráficamente el resultado obtenido.
b. Identifique en la representación gráfica realizada en a:
• etapas sustrato-dependiente y sustrato-independiente,
• la velocidad máxima de la enzima (Vmáx).
• la [S] necesaria para logra Vmáx/2, es decir la KM
c. Relacione las distintas situaciones que se representan en el cuadro que aparece a
continuación con las regiones de la gráfica que realizó en a.
E
+
S
E +S
E
+
+
+
+
+
P
+
+
+
+
d. ¿Por qué cuando se alcanzó la Vmáx, la velocidad no varía aunque aumente la [S]?
Ecuación de Michaelis-Menten
La velocidad con la que se forma el complejo ES es proporcional a la constante de velocidad k1
y la velocidad de disociación del complejo es proporcional a las dos constantes de velocidad k2
y k3 correspondientes a las reacciones en las que se disocia ES.
La ecuación de Michaelis-Menten es la expresión matemática de la curva hiperbólica que indica
la variación de vo en función de [S] para una [E], a temperatura y presión constantes.
7. Utilizando la ecuación de Michaelis Menten:
a. Calcule el valor de KM cuando la velocidad de la reacción es la mitad de la velocidad
máxima alcanzada. Sustituya en la ecuación vo por Vmáx/2 y despeje [S].
b. Defina KM a partir del resultado que obtuvo en el punto anterior.
c. Marque en la gráfica el valor de KM y observe las unidades en las que se expresa.
8. En la gráfica se representa la actividad de una enzima con dos sustratos distintos.
a. Indique en el gráfico la KM de la enzima para cada sustrato.
b. ¿Cómo relaciona la KM con la afinidad de la enzima por los sustratos?
S2
vo
S1
[S]
9. Muchas veces es conveniente transformar la ecuación de Michaelis-Menten, en otra que
representada gráficamente resulta en una recta, ecuación que viene dada por:
1
vo
=
KM . 1 +
Vmáx [S]
1
Vmáx
La representación de 1/Vmáx. frente a 1/[S] es conocida como representación Lineweaver-Burk.
a. ¿A que corresponden los puntos de corte de la recta con los ejes?
b. ¿Cómo calcula KM y Vmáx a partir de la gráfica de este tipo?
INHIBICIÓN
Las constantes cinéticas (Vmáx y KM) de una enzima para su sustrato pueden variar en presencia
de otros compuestos, los inhibidores.
10. La siguiente reacción es catalizada por la succinato deshidrogenasa, una oxido-reductasa:
COOH
FAD
FADH2
CH
CH2
CH2
COOH
COOH
FAD
FADH2
CH
HOOC
a. En la figura siguiente, la curva 2 representa la velocidad de la enzima de la reacción anterior
en presencia de su sustrato y la curva 1 cuando además del sustrato, está el oxalacetato.
Indique el KM en cada caso y plantee cómo actuó el oxalacetato.
b. La presencia de ácido malónico tiene, sobre la actividad de la enzima, una acción similar al
oxalacético (curva 1), sin embargo la presencia de palmítico o tirosina no tienen efecto sobre la
actividad de la enzima. Las fórmulas de los compuestos se presentan abajo, en función de
estos datos explique los resultados.
OH
COOH
COOH
COOH
(CH2)14
C=O
CH2
CH3
CH2
COOH
CH2
COOH
H2NCH
COOH
tirosina
palmítico
oxalacético
malónico
c. A partir de las constantes cinéticas de la succinato deshidrogenasa en presencia de
oxalacético, identifique el tipo de inhibición que produce.
11. Se observó que una enzima que cataliza la transferencia de un grupo fosfato a otro
compuesto es inhibida por el ATP. En la tabla se presentan los valores de [S] y vo de la reacción
en ausencia (A) y en presencia (B) de ATP.
a. Calcule el valor de KM en cada caso a partir de la representación gráfica adecuada.
b. Indique el tipo de inhibición que produce el ATP en la enzima.
c. Defina inhibición competitiva y no competitiva y, a partir de su definición, identifique el tipo de
inhibición planteado en el problema.
ALOSTERISMO
12. El siguiente es un ejemplo de regulación de una vía metabólica donde:
E1, E2, E3, E4 y E5 son enzimas que catalizan las reacciones individuales de la vía y A, B, C y D
son los compuestos intermediarios. E1 es una enzima reguladora de la vía.
Observe que A es el producto de la reacción catalizada por E1 y el sustrato de la reacción
catalizada por E2, y así sucesivamente.
COO+
H3N C H
COOE1
A
E2
B E3
C E4
D
E5
H C OH treonina
deshidratasa
CH3
L-treonina
+
H3N C
H
H C OH
CH2
CH3
L- isoleucina
a. La L-isoleucina regula negativamente la actividad de la treonina deshidratasa, primer enzima
de la vía. Según esta característica, ¿qué tipo de enzima es la treonina deshidratasa?
b ¿Qué entiende por modulador positivo y negativo?
c. Haga una representación gráfica de la actividad de la treonina deshidratasa (vo con respecto
a [S]) en ausencia y presencia de isoleucina?
d. ¿Cuál es entonces el efecto de la L-isoleucina sobre la L-treonina deshidratasa?
Modificaciones covalentes
13. a. ¿Qué entiende por zimógenos y qué importancia tienen?
b. Explique el proceso representado en la figura
13. a. En la figura que aparece a continuación se representa la activación e inactivación de una
enzima por modificación covalente. A partir de la figura explique este proceso.
b. ¿Por qué a los procesos de activación de estas moléculas se les denomina modificación
covalente?
14. Con respecto a las siguientes afirmaciones explique si son verdaderas o falsas:
a. En la inhibición competitiva el inhibidor se une al sitio alostérico de la enzima.
b. La especificidad está determinada por el sitio activo.
c. Los inhibidores competitivos pueden ser desplazados cuando se aumenta la concentración
de sustrato.