Download enzimas
Document related concepts
Transcript
Introducción En los seres vivos Reacciones químicas Eficiencia y Velocidad Catalizadores Las ENZIMAS son catalizadores biológicos Aceleran una reacción No se consumen en el proceso No forman parte del producto Son específicas Su acción se realiza porque disminuyen la energía de activación de las reacciones Disminuyen la energía de activación de las reacciones Enzima Sustrato Producto Nombre del sustrato + sufijo asa (ureasa, amilasa, lipasa, etc) Designación en función del tipo de reacción catalizada (deshidrogenasas, descarboxilasas, etc.) Nombres arbitrarios (ptialina salival, tripsina, etc.) Unión Internacional de Bioquímica y Biología Molecular → Criterios de Clasificación y Nomenclatura 6 Clases de Enzimas → tipo de reacción catalizada Cada clase se divide en Subclases y Subsubclases → naturaleza de los grupos de átomos involucrados en las reacciones Orden de aparición de Enzimas → tipo de reacción catalizada Clases 1. Oxidoreductasas 2. Transferasas 3. Hidrolasas 4. Liasas 5. Isomerasas 6. Ligasas Requieren coenzimas!!!! Deshidrogenasas: el sustrato es donante de hidrógenos Oxidasas: cuando el aceptor de hidrógenos es el O2 Peroxidasas: cuando el H2O2 oxida a otro sustrato Oxigenasas: incorporan oxígeno al sustrato Requieren coenzimas Lactato Piruvato 1.1.1.27 2.6.1.1 Hidrolasas: cortan uniones entre: C-S, C-O, C-N y O-P Liasas: cortan uniones entre: C-C, C-S y C-N (no uniones peptídicas) Isomerasas : interconvierten isómeros También llamadas SINTASAS Catalizan la formación de enlaces entre C y O,N,S y otros átomos Requiere de energía Estructura de una enzima Los aminoácidos (AA) constituyentes cumplen funciones diferenciadas: •Los AA no esenciales pueden ser reemplazados y, en algunos casos, eliminados sin pérdida significativa en la función o conformación de una enzima. •Los AA estructurales = conformación de la enzima, "forman su esqueleto". •Los AA de unión = asociación entre la enzima y el sustrato. •Los AA catalíticos = transformación del sustrato. un sitio de unión formado por los aminoácidos que están en contacto directo con el sustrato y un sitio catalítico, formado por los aminoácidos directamente implicados en el mecanismo de la reacción Centro activo: Es el sitio donde están los AA de unión al S y los AA que median el efecto catalítico de la enzima. (uniones intermoleculares de la enzima c/el S en una orientación tal que encajan correctamente, como las piezas en un rompecabezas). Sitio de unión: es el que le da la especificidad a la enzima Sitio catalítico Dos modelos sobre la forma en que el sustrato se une al centro activo del enzima: el modelo llave-cerradura el modelo del ajuste inducido La estructura del sustrato y la del centro activo son complementarias Este modelo es válido en muchos casos, pero no es siempre correcto el centro activo adopta la conformación idónea sólo en presencia del sustrato. La unión del sustrato al centro activo de la enzima desencadena un cambio conformacional que da lugar a la formación del producto. A veces, una enzima requiere p/su función la presencia de sustancias no proteicas que colaboran en la catálisis: Los cofactores. Pueden ser iones inorgánicos como el Fe++, Mg++, Mn++, Zn++ etc. Casi un tercio de las enzimas conocidos requieren cofactores. Cuando el cofactor es una molécula orgánica se llama coenzima. Muchas de estas coenzimas se sintetizan a partir de vitaminas. Cuando los cofactores y las coenzimas se encuentran unidos covalentemente a la enzima se llaman grupos prostéticos. La forma catalíticamente activa de la enzima = holoenzima. La parte proteica de una holoenzima se llama apoenzima (inactiva), de forma que: apoenzima + coenzima = holoenzima Deriva de la Vitamina B5 (ácido nicotínico) Es grupo prostético Deriva de la Vitamina B2 (flavina) FAD forma oxidada FADH2 forma reducida La cinética enzimática estudia la velocidad de las reacciones catalizadas por enzimas. La velocidad de una reacción catalizada por una enzima puede medirse con relativa facilidad, ya que en muchos casos no es necesario purificar o aislar la enzima. Estos estudios proporcionan información directa acerca del mecanismo de la reacción catalítica y de la especificidad de la enzima. MODELO CINÉTICO DE MICHAELIS-MENTEN Finales del siglo XIX: estudios sistemáticos del efecto de la concentración inicial del sustrato s/la actividad enzimática. En 1882 se introdujo el concepto del complejo enzima-sustrato como intermediario del proceso de catálisis enzimática. En 1913, Leonor Michaelis y Maud Menten desarrollaron esta teoría y propusieron una ecuación de velocidad que explica el comportamiento cinético de las enzimas. La medida se realiza siempre en: Condiciones óptimas de pH, temperatura, presencia de cofactores, etc, C/concentraciones saturantes de sustrato. En estas condiciones, la velocidad de reacción observada es la velocidad máxima (Vmax). Se expresa en aparición de los productos o la desaparición de los reactivos La representación gráfica de la ecuación de Michaelis-Menten es una hipérbola . La Vmax corresponde al valor máximo al que tiende la curva experimental, y la KM corresponde a la concentración de sustrato a la cual la velocidad de la reacción es la mitad de la Vmax. KM = [S] para la cual la velocidad de reacción es la mitad de la velocidad máxima. El valor de KM da idea de la afinidad de la enzima por el sustrato: › a menor KM, mayor afinidad del enzima por el sustrato, y › a mayor KM, menor afinidad. Hay enzimas que no obedecen la ecuación de MichaelisMenten. Se dice que su cinética no es Michaeliana. Esto ocurre con las enzimas alostéricas, cuya gráfica de v frente a [S] no es una hipérbola, sino una sigmoide En la cinética sigmoidea, pequeñas variaciones en la [S] en una zona crítica (cercana a la KM) se traduce en grandes variaciones en la velocidad de reacción. Como ocurre con toda proteína, la actividad de una enzima depende de factores tales como: la temperatura, el pH, las disoluciones salinas, los solventes, los activadores y los inhibidores, el tiempo de reacción. La actividad puede estar afectada por: pH - Temperatura - Fuerza iónica - Inhibidores La mayoría de las enzimas son muy sensibles a los cambios de pH. Desviaciones de pocas décimas del pH óptimo pueden afectar drásticamente su actividad. Por ello, los seres vivos han desarrollado sistemas más o menos complejos para mantener estable el pH intracelular Variaciones del pH del medio producen cambios en el estado de ionización de algunos grupos de una enzima, afectando su estructura tridimensional y su actividad. El cambio en la ionización de grupos químicos del sitio activo puede alterar el reconocimiento del sustrato o la reactividad de los AA del sitio activo. Todas las enzimas tienen dos valores límites de pH entre los cuales son efectivas, más allá se desnaturaliza y deja de actuar. Factor temperatura Si aumenta la temperatura, aumenta la energía cinética de las partículas y su movilidad produciéndose un aumento en el número de colisiones y la velocidad de la transformación. Si la temperatura continúa aumentando, se comienzan a romper uniones intermoleculares (responsables de la conformación) y, así, comienza a disminuir su actividad. Si la TºC es excesiva, la enzima se desnaturaliza perdiendo totalmente sus propiedades catalíticas. Ciertas moléculas pueden inhibir la acción catalítica de una enzima: son los inhibidores. Irreversibles E + I EI se unen fuertemente a la E y el complejo no se disocia Reversibles E + I ⇄ EI Pueden actuar de 3 modos: ocupan temporalmente el centro activo por semejanza estructural con el S original: inhibidor competitivo Se unen a otro sitio en la Enz y alteran su conformación espacial, impidiendo su unión al S: inhibidor no competitivo Se unen al complejo E-S impidiendo la catálisis del sustrato: inhibidor acompetitivo P S S P las concentraciones del sustrato y de los productos finales presencia de inhibidores modulación alostérica modificación covalente activación por proteolisis (zimógenos) isoenzimas Hay enzimas que pueden adoptar 2 conformaciones interconvertibles llamadas R (relajada) y T (tensa). R es la forma más activa porque se une al sustrato con más afinidad. Las formas R y T se encuentran en equilibrio R <==> T Ciertas sustancias tienden a estabilizar la forma R actuando s/una región de la Enz distinta del centro activo. Son los llamados moduladores positivos ó activadores alostéricos. El propio S es a menudo un modulador positivo. Las sustancias que favorecen la forma T y actúan en lugares distintos del centro activo de la enzima y disminuyen la actividad enzimática: son los moduladores alostéricos negativos. Hay enzimas que pasan de la forma inactiva a la activa por unión covalente a un grupo químico de pequeño tamaño como el Pi o el AMP. También se da el caso inverso (E activa -> E inactiva) El enzima no fosforilado es inactivo El enzima fosforilado es activo Algunos enzimas no se sintetizan como E activa, sino como proteínas precursoras sin actividad enzimática. Estas proteínas se llaman proenzimas o zimógenos. Para activarse, los zimógenos sufren hidrólisis que origina la liberación de uno o varios péptidos. El resto de la molécula proteica adopta la conformación y las propiedades de la enzima activa. Ej.: enzimas digestivas se secretan en forma de zimógenos y en el tubo digestivo se convierten en la forma activa. Es el caso de la quimotripsina, que se sintetiza en forma de quimotripsinógeno Algunos enzimas tienen distinta estructura molecular aunque su función biológica es similar. Se llaman isozimas o isoenzimas. Estas diferencias de estructura se traducen en ligeros cambios en sus propiedades, de forma que cada isozima se adapta perfectamente a la función que debe realizar. Así, podemos observar la existencia de isoenzimas en función de: › el tipo de tejido: Por ejemplo, la lactato deshidrogenasa presenta isoezimas distintas en músculo y corazón. › el compartimento celular donde actúa: Por ejemplo, la malato deshidrogenasa del citoplasma es distinta de la de la mitocondria. › el momento concreto del desarrollo del individuo. Ej: algunos enzimas de la glicolisis del feto son diferentes de los mismos enzimas en el adulto. BLANCO, A.: Química Biológica, 7ma. ed., El Ateneo, Buenos Aires, 2000. BOREL, J.P.; RANDOUX, A.; MAQUART, F.X.; LE PEUCH, C. & VALEIRE, J.: Bioquímica Dinámica, 1ra. ed. en español, Ed. Médica Panamericana, Buenos Aires, 1989. MURRAY, R; GRANNER, D; MAYES, P & RODWEL, V: Bioquímica de Harper, 15ta. ed., El Manual Moderno, México, 2000. VOET, D; VOET, JG & PRATT, ChW. Fundamentos de Bioquímica. La vida a nivel molecular. 2º ed., Ed. Médica Panamericana, Buenos Aires, 2007. www.medicapanamericana.com