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ENZIMAS
PALABRA GRIEGA ; ZYME
“ EN FERMENTO “
ENZIMAS
POLIMEROS BIOLOGICOS

Catalizadores; aceleran la velocidad
de las reacciones bioquímicas y no se
altera de forma permanente por la
reacción

Reacción bioquímica; cuando las
moléculas que chocan poseen una
cantidad mínima de energía (energía
de activación ( Ea) o energía libre de
activación AG)

Energía de activación (AG): cantidad
de energía que se requiere para
convertir 1 mol de moléculas (sustrato
o reactante) desde el estado basal (la
forma basal de baja energía) al estado
de transición

Estado de transición: intermediario
transitorio en el que no existe sustrato
libre ni producto
ENZIMAS
AUMENTO DE LA VELOCIDAD DE REACCION

Depende:
1.
Moléculas con energía cinética suficiente
2.
Orientación correcta para reaccionar (aproximación
entre si a la distancia de formación de enlace)
3.
Concentración de los reactivos
4.
Las enzimas
ENZIMAS

Sustratos (reactante) ; moléculas sobre las
cuales actúan las enzimas

Productos ; las moléculas resultantes

Complejo enzima-sustrato ( ES); conformación
intermedia y transitoria que se da como
resultado de la interacción enzima (E) con su
sustrato (S )
E+S
ES
E+P
ENZIMAS
CONSTANTE DE EQUILIBRIO (Keq)




Es igual al producto de las
concentraciones de los
productos de la reacción ,
dividido entre el producto de
los sustratos
En el equilibrio las
concentraciones globales de
reactivos y productos
permanecen constantes
La velocidad de conversión de
sustratos en productos es igual
a la velocidad a la que los
productos se convierten en
sustratos
Relación constantes de
velocidad
A+B
P+Q
Keq = [ P ] [ Q ]
[A][B]
A+A
Keq = [ P ]
[A]2
Keq = K1
K2
P
ENZIMAS
PROPIEDADES
A.
Velocidades de las reacciones que catalizan
extraordinariamente elevadas ( aumento de la
velocidad 10 a la 6 veces mayor)
B.
Muy especificas para las reacciones que catalizan
( extremadamente selectivos ; tipo de reacción, sustrato
o conjunto pequeños de sustratos), poco habitual
productos secundarios
C.
Estructuras complejas
D.
Pueden regularse
ENZIMAS
CATALIZADORES

Lugar activo; superficie de
unión de forma enrevesada y
única
Función del lugar activo:
1.
Es el sito de unión del sustrato
a la enzima (pequeña
hendidura o grieta)
2.
Los aminoácidos presentes
participan activamente en el
proceso catalítico
3.
La información dentro del lugar
activo; su forma y distribución
de carga se utiliza para orientar
de forma optima al sustrato
4.
Reduce la energía necesaria
para que se produzca la
reacción hasta el producto
ENZIMAS
CATALIZADORES

Proporcionan una ruta de reacción que requiere
de menos energía de activación que la reacción
sin catalizar

No altera el equilibrio si no que aumenta la
velocidad hacia el equilibrio

El equilibrio se alcanza en segundos o minutos
en lugar de horas o días
ENZIMAS
ESPECIFICIDAD



Característica de mayor relevancia
Determinante en la regulación del metabolismo celular
Reduce la variedad de sustratos sobre los que una
enzima puede actuar

Tipos de especificidad:
a)
La especificidad óptica; solo sobre isomeros de la
serie L (catabolismo de aminoácidos), sobre los de la
serie D ( metabolismo de carbohidratos)
b)
Especificidad de grupo; sobre un grupo determinado
de moléculas
ENZIMAS
ESPECIFICIDAD
1.
Modelo llave-cerradura ( Emil Fischer)
2.
Modelo de ajuste inducido
(Daniel Koshland)
ENZIMAS
ESPECIFICIDAD
Modelo llave-cerradura
(lugar activo rígido);



Cada enzima se une a un
único tipo de sustrato
El lugar activo de la
enzima y el sustrato
poseen estructuras
complementarias
El sustrato entra e
interacciona con el lugar
activo (forma global y
distribución de carga)
ENZIMAS
ESPECIFICIDAD
Modelo de ajuste inducido
(estructura flexible de las
proteínas):

El sustrato no se ajusta con
precisión a un lugar activo
rígido

Las interacciones no
covalentes entre la enzima y el
sustrato modifican la
estructura tridimensional del
lugar activo

Conforman la forma del lugar
activo con la forma del sustrato
en la conformación del estado
de transición
ENZIMAS
MODELO DE AJUSTE INDUCIDO

La enzima y el sustrato
sufren cambos
conformacionales en el
estado de transición

El sitio catalítico no es un
lugar estático y rígido,
dinámico y transitorio

Al final de la reacción la
enzima recupera su
estructura original
ENZIMAS
ACTIVIDAD ENZIMATICA
Depende :
1.
Interacción entre los aminoácidos del lugar activo y el sustrato
2.
Componentes no proteicos; (cofactores enzimáticos)
apoenzima : componente proteico de una enzima que carece de
un cofactor esencial
holoenzima: enzimas intactas con sus cofactores unidos
a)
b)
c)
Iones; Mg, Zn, Fe , K, Co, Cu, Se,(métaloenzimas)
Coenzimas; moléculas orgánicas complejas presentes en el medio
enzimático con enlaces transitorios y disociables a la enzima o a un
sustrato
Grupos prostéticos; incorporación de la cofactor fuerte y estable a la
estructura proteica
COENZIMAS Y VITAMINAS DE
PROCEDENCIA
ENZIMAS
ACTIVIDAD ENZIMATICA
3.
Control directo del organismo a través de
la unión de activadores o inhibidores
4.
Modificación covalente de la molécula
enzimática
5.
Regulación genética (síntesis proteica)
CLASIFICACION
UNION INTERNACIONAL DE BIOQUIMICA
(UIB)
ESQUEMA DE DENOMINACION SISTEMATICA
Categorías; reacción que catalizan
Oxidoreductasas
Catalizan reacciones de
oxidación reducción
Deshidrogenasas,oxidas
as,oxigenasas,
reductasas, peroxidasas
hidrolasas
Transferasas
prefijo.;Trans
Catalizan reacciones en Transcarboxilasas
las que hay transferencia transmetilasas
de grupos de una
transaminasas
molécula a
otra(metilo,fosforilo y
acilo)
Hidrolasas
Catalizan reacciones en
las que se produce la
rotura de enlaces por
adición de agua
Esterasas, fosfatasa y
peptidasas
CLASIFICACION
UNION INTERNACIONAL DE BIOQUIMICA
(UIB)
CATEGORIA : REACCION QUE CATALIZAN
Liasas
Catalizan reacciones en las
que se eliminan
grupos(H2O,C02,NH3),
para formar un doble enlace
o se añade a un doble
enlace
Isomerasas
Catalizan varios tipos de
reordenamiento molecular
Inversión de átomos de
carbono asimétricos
Transferencia
intramolecular de grupos
funcionales
a)
Epimerasas
b)
Mutasas
Ligasas
Catalizan la formación de
un enlace entre dos
moléculas de sustrato
Descarboxilasas,
hidratasas,
deshidratasas
desaminasas
Desaminasas
sintasas
Los nombres incluyen los
términos:
Sintetasas,carboxilasas
ENZIMAS
CINETICA ENZIMATICA
Relacionada con:




Determinación cuantitativa de las reacciones que catalizan las
enzimas
Estudio sistemático de los factores que afectan dichas velocidades
Miden la afinidad de las enzimas por los sustratos y los inhibidores
Mecanismos de reacción
Velocidad de una reacción bioquímica;
El cambio de la concentración de un reactante o producto por
unidad de tiempo
ENZIMAS
CINETICA ENZIMATICA
Orden de la reacción:

Relaciona la concentración del reactante, la
saturación de la enzima con la velocidad de la
reacción
A.
Cinética de primer orden
Cinética de segundo orden
Cinética de cero orden
B.
C.
ENZIMAS
CINETICA DE PRIMER ORDEN

Cuando la velocidad depende de la
primera potencia de la concentración
de un único reactante y sugiere que el
paso limitante de la velocidad es una
reacción uní molecular (no se
requieren colisiones moleculares)
A
P

La velocidad de la reacción es
directamente proporcional a la
concentración del sustrato, solo
cuando la concentración del sustrato
es baja

La concentración del reactante es
función del tiempo ( t ½ ; se consume
la mitad del reactante)
ENZIMAS
CINETICA DE SEGUNDO ORDEN
o
o
o
la velocidad de la reacción depende de la
concentración de los dos reactantes
A+B
P
Las moléculas A y B deben de chocar
para que se forme el producto (reacción
biomolecular )
La velocidad de la reacción depende de
las concentraciones de los dos reactantes
ENZIMAS
CINETICA PSEUDOPRIMER ORDEN

En ocasiones las reacciones de segundo orden
implican reactantes como el agua, que están
presentes en exceso
A + H20
P
o
Como el agua se encuentra en exceso, la
reacción parece de primer orden
o
Las reacciones de hidrólisis
ENZIMAS
CINETICA DE ORDEN CERO

Cuando la adición de un
reactante no altera la
velocidad de la reacción

La velocidad es constante
debido a que la concentración
del reactante es lo
suficientemente elevada para
saturar todos los lugares
catalíticos en la molécula de la
enzima

Cuando la concentración del
sustrato se hace lo
suficientemente elevada de
forma que la enzima se satura
ENZIMAS
CINETICA DE MICHAELIS-MENTEN

Cuando se une el sustrato S en el
lugar activo de una enzima E se
forma un complejo intermediario ( ES)

Durante el estado de transición, el
sustrato se convierte en el producto

Tras un breve espacio de tiempo , el
producto se disocia de la enzima
Constantes de velocidad:
K1 : constante de velocidad de
formación de ES
K2 : constante de velocidad de
disociación ES
K3: constante de velocidad de
la formación y liberación del producto
del lugar activo
ENZIMAS
MODELO DE MICHAELIS -MENTEN

K2 es despreciable en comparación
con K1

La velocidad de formación de ES es
igual a la velocidad de su degradación
durante la mayor parte del curso de la
reacción (suposición del estado
estacionario)

La velocidad de formación de ES es
igual a K1 [E] [S]

La velocidad de disociación de ES es
igual a (K2 + K3)

La suposición del estado estacionario
iguala estas dos velocidades
ENZIMAS
CONSTANTE DE MICHAELIS Y MENTEN (Km)

Define algunos aspectos del
comportamiento enzimático
( constante de afinidad)

Se considera una constante
que es característica de la
enzima y del sustrato en
condiciones especificas

Cuando menor es la Km,
mayor es la afinidad de la
enzima por la formación del
complejo ES
Km =
K2 + K3
K1
ENZIMAS
CONSTANTE Km
Km :indicador de la afinidad de la
enzima por el sustrato
concentración de sustrato a la que
la enzima tiene la mitad de la
velocidad máxima
Km grande: se necesitara una
concentración mayor de sustrato
para alcanzar la mitad de la
velocidad máxima
Km pequeña: es menor la
cantidad del sustrato para
alcanzar la mitad de la velocidad
máxima de la enzima ( enzima
mas afín a su sustrato)
ENZIMAS
VELOCIDAD MAXIMA DE REACCION
Vmax: punto de la reacción en
el que no importa con cuanto
sustrato se realice la medición
de la actividad enzimático ,
pues la velocidad de la
reacción no aumenta mas
Vmax ; corresponde al punto
de saturación de la enzima
Punto de saturación; todos los
sitios catalíticos de las
enzimas están ocupados y por
lo tanto no pueden interactuar
con mas moléculas de sustrato
ENZIMAS
ECUACION DE MICHAELIS-MENTEN
V= Vmax [ S ]
[ S ] +Km
Grafica hiperbólica

Vmax : velocidad que
puede alcanzar la
reacción
o
Km : cada enzima
tiene un valor de Km
característico en
condiciones
especificas
ENZIMAS
ECUACION DE MICHAELIS-MENTEN
Condición;
•
•
Cuando [ s ] es mucho menor que
Km ( condiciones fisiológicas)
El termino Km + [ s] es
esencialmente igual que Km
Vi = Vmax [ S ] = Vmax [ S ]
Km + [ S ]
Km
Vi = ( Vmax)[ S ]
Km
Cuando [ S ] es menor que Km ; la
velocidad inicial de la reacción es
directamente proporcional a la
concentración del sustrato
ENZIMAS
ECUACION DE MICHAELIS-MENTEN
condición;
•
•
•
Cuando [ S] es mucho mayor que Km
El termino Km + [ S] es igual a [ S ]
Al sustituir Km +[ S ] por [ S ]
Vi = Vmax [ S ] = Vi = Vmax [ S ]
Km + [ S ]
[S]
Vi= Vmax
la velocidad de la reacción es máxima
( Vmax) y es invariable con los incrementos
adicionales con La [ S ]
cuando menor es el valor de Km mayor es
la afinidad de la enzima por La formación
del complejo ES
ENZIMAS
ECUACION DE MICHALIS- MENTEN
Condición:
Cuando la [ S ] = Vmax
Vi = Vmax [ S ] = V max [ S ]
Km + [ S ]
2 [S ]
Vi = Vmax
2
la velocidad inicial es igual
a la mitad de la Vmax
ENZIMAS
PROPIEDADES CINETICAS
NUMERO DE RECAMBIO (TRANSFERENCIA))
K cat = Vmax
[ ET ]
Kcat = numero de moléculas de sustrato
convertidas en producto por unidad de tiempo
por una molécula enzimática en condiciones
optimas ( saturada por el sustrato)
[ ET ] = concentración total de la enzima
ENZIMAS
PROPIEDADES CINETICAS
NUMERO DE RECAMBIO
EFICACIA CATALITICA
Vmax = Kcat [ ET ]
V = Kcat [ET ] [ S]
Km + [ S ]
Cuando la [ S ] es menor que Km : ET = E
V = ( Kcat/ Km) [ E ] [ S ]
( Kcat/ Km ) = constante de velocidad para una reacción
donde la [ S ] es < que Km ( constante de especificidad)
ENZIMAS
EFICACIA CATALITICA
Perfección catalítica:
cuando las enzimas convierten el
difunde en el lugar activo
sustrato en producto cada vez que el sustrato
Complejos multienzimaticos ;
organización de las enzimas en los seres vivos para alcanzar este grado elevado de
eficacia
Actividad enzimática:
se mide en unidades internacionales ( UI)
1 UI la cantidad de la enzima que produce 1 micromol de producto por minuto
Actividad especifica de una enzima : numero de UI por mg de proteína
1 Katal ( Kat ) ; cantidad de enzima que transforma 1 mol de sustrato por segundo
( 6 por 10 a la 7 UI )
ENZIMAS
REPRESENTACIONES DOBLES INVERSAS DE
LINEWEAVER-BURK
La ecuación de Michaelis –Menten
puede ordenarse obteniendo su
inversa o reciproca
1 = Km
1 + 1
V Vmax [ S ] Vmax





Inversa de las velocidades
iniciales frente a las inversa de
las concentraciones del sustrato
Grafica de línea recta
La pendiente de la línea es
Km/Vmax
La intersección en el eje vertical
es 1 / Vmax
La intersección en el eje
horizontal es – 1 / Km
ENZIMAS
ECUACION DE HILL
COMPORTAMIENTO COOPERATIVO

Enzimas multimericas; se
unen al sustrato en varios
sitios.

Cooperatividad positiva en la
unión del sustrato

La forma de la curva es una
recta
La grafica determina la
concentración de sustrato que
produce la mitad de la
velocidad máxima y el grado
de cooperatividad
