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ENZIMAS
DIRECTRICES Y ORIENTACIONES GENERALES PARA LAS PRUEBAS
DE ACCESO A LA UNIVERSIDAD
BLOQUE I. ¿CUÁL ES LA COMPOSICIÓN DE LOS SERES VIVOS? LAS MOLÉCULAS
DE LA VIDA
I. PRINCIPALES TEMAS DEL CURRICULUM
Base físico-química
6. Enzimas.
6.1. Concepto y estructura.
6.2. Mecanismo de acción y cinética enzimática.
6.3. Regulación de la actividad enzimática: temperatura, pH, inhibidores.
II. ORIENTACIONES
19. Explicar el concepto de enzima y describir el papel que desempeñan los cofactores y
coenzimas en su actividad. Describir el centro activo y resaltar su importancia en relación
con la especificidad enzimática.
20. Reconocer que la velocidad de una reacción enzimática es función de la cantidad de
enzima y de la concentración de sustrato.
21. Conocer el papel de la energía de activación y de la formación del complejo enzimasustrato en el mecanismo de acción enzimático.
22. Comprender cómo afectan la temperatura, pH e inhibidores a la actividad enzimática.
Definir la inhibición reversible y la irreversible.
ENZIMAS: BIOCATALIZADORES
• Los enzimas son biocatalizadores que catalizan, es decir,
facilitan y aceleran las reacciones químicas que tienen lugar en
los seres vivos, ya que disminuyen la energía de activación que
se necesita para que tengan lugar dichas reacciones,
permitiendo que se produzcan a velocidades y temperatura
adecuadas.
ENZIMAS: BIOCATALIZADORES
• La energía que necesitan adquirir las moléculas del sustrato para
alcanzar el estado de transición constituye la energía de activación, y
supone una barrera energética que deben superar todas las moléculas
de los sustratos para que transcurra la reacción y se produzca su
transformación en productos.
• Cuanto más alta sea la energía de activación, mayor será la barrera que
han de franquear las moléculas de los sustratos y más difícil será
alcanzar el estado de transición por lo que la velocidad de la reacción
será más lenta.
http://www.bionova.org.es/biocast/tema14.htm
http://www.bionova.org.es/biocast/tema14.htm
ENZIMAS: BIOCATALIZADORES
El mecanismo de acción de las enzimas consiste en acelerar
las reacciones químicas disminuyendo la energía de
activación.
Se necesita menos energía y la reacción va más rápida.
ENZIMAS: COMPOSICIÓN Y ESTRUCTURA
• Proteínas enzimáticas: Enzimas estrictamente proteicos.
• Holoenzimas: composición mixta se pueden distinguir:
- fracción proteica: APOENZIMA
- fracción no proteica: COFACTOR.
Holoenzima = Apoenzima + cofactor
El COFACTOR puede ser de dos tipos:
• De naturaleza orgánica:
– Si se une al apoenzima mediante enlaces débiles, se denomina
coenzima, como el NAD+, FAD. Muchas vitaminas, especialmente las
hidrosolubles, son coenzimas o precursores de coenzimas.
– Si se une al apoenzima mediante enlaces covalentes, recibe el nombre
de grupo prostético, como los grupos hemo de la hemoglobina.
• De naturaleza inorgánica: Determinados oligoelementos iónicos como Mg2+,
Zn2+, Cu2+, etc.
MECANISMO DE ACCIÓN ENZIMÁTICA
El enzima se combina transitoriamente con el sustrato para formar
un complejo enzima-sustrato en el cual se alcanza más fácilmente
el estado de transición de la reacción catalizada.
MECANISMO DE ACCIÓN ENZIMÁTICA
MECANISMO DE ACCIÓN ENZIMÁTICA: MODELOS
Modelo de llave - cerradura
Modelo del acoplamiento
inducido
CINÉTICA ENZIMÁTICA
CINÉTICA ENZIMÁTICA
• Ecuación de Michaelis-Menten
Mediante esta ecuación se
puede calcular la constante de
Michaelis (KM) que es un
parámetro característico de
cada enzima: Se define como la
concentración de sustrato a la
cual la velocidad de reacción
es la mitad de la velocidad
máxima y hace referencia a la
afinidad de la enzima por el
sustrato.
• Una enzima con un valor de KM
bajo significa que consigue una
alta eficacia catalítica aún a
bajas concentraciones de
sustrato.
-
Concentración de sustrato
Concentración del enzima
Temperatura
pH
FACTORES QUE AFECTAN A LA ACTIVIDAD ENZIMÁTICA
 Influencia de la concentración de sustrato
Saturación
por
Sustrato: En general, a
medida que aumenta la
cantidad de sustrato la
velocidad aumenta en
forma lineal, después la
velocidad cae un poco
hasta que finalmente la
reacción alcanza una
velocidad máxima que
es
constante
e
independiente de la
cantidad de sustrato.
FACTORES QUE AFECTAN A LA ACTIVIDAD ENZIMÁTICA
 Influencia de la concentración de enzima
Si aumentamos la concentración de
enzima, también se produce un
aumento de la velocidad, en este
caso de forma lineal o proporcional.
Fisiológicamente esta situación no
suele darse ya que las enzimas
actúan a concentraciones bajas y
constantes.
FACTORES QUE AFECTAN A LA ACTIVIDAD ENZIMÁTICA
 Influencia de la temperatura
La Tª influye en la actividad enzimática.
En general por cada 10ºC que aumente
la temperatura la velocidad de la
reacción aumenta de 2 a 4 veces. Esta
regla se cumple hasta
que la
temperatura alcanza un valor máximo,
, donde la actividad es
máxima.
Esto se debe a que al aumentar la Tª
aumenta el movimiento de las
moléculas y, por tanto aumenta la
probabilidad de encuentro entre el S y
el E. Si la Tª aumenta por encima de la
Tª óptima, disminuye e incluso cesa la
actividad enzimática debido a que la
enzima se desnaturaliza.
Cada enzima posee una Tª óptima, en
las enzimas humanas suele estar
alrededor de 37ºC.
FACTORES QUE AFECTAN A LA ACTIVIDAD ENZIMÁTICA
 Influencia del pH
El pH es otro factor que influye en la
actividad enzimática, debido a que el pH
influye en la ionización de los grupos
funcionales de los aminoácidos que
forman la proteína enzimática. Cada
enzima realiza su acción dentro de un
determinado intervalo de pH, dentro de
este intervalo habrá un
donde la actividad enzimática será
máxima. Por debajo del pH mínimo o
por encima del pH máximo el enzima se
inactiva ya que se desnaturaliza. En la
mayoría de las enzimas el pH óptimo
está próximo a la neutralidad, aunque
hay excepciones.
INHIBICIÓN DE LA ACTIVIDAD ENZIMÁTICA
Existen una serie de sustancias, llamadas inhibidores, que inhiben o anulan la acción de
los enzimas sin ser transformados por ellos. Su estudio resulta de gran utilidad a la hora de
comprender los mecanismos de catálisis, la especificidad de los enzimas y otros aspectos
de la actividad enzimática.
La inhibición enzimática puede ser irreversible o reversible, esta última comprende a su vez
tres tipos: inhibición competitiva, acompetitiva y no competitiva.
1. INHIBIDORES IRREVERSIBLES O VENENOS
Algunos inhibidores se combinan de modo permanente con el enzima uniéndose
covalentemente a algún grupo funcional esencial para la catálisis con lo que el enzima
queda inactivado irreversiblemente. Este tipo de inhibición se conoce también como
"envenenamiento" del enzima.
INHIBICIÓN DE LA ACTIVIDAD ENZIMÁTICA
2. INHIBIDORES REVERSIBLES
La unión de la enzima y el inhibidor es temporal. Impide el normal
funcionamiento de la enzima, solo mientras dura la unión. A su vez estos
inhibidores pueden ser de tres tipos:
2.1. Inhibición reversible COMPETITIVA
El inhibidor es una molécula con una
conformación espacial muy similar a la del
sustrato con el que compite para alojarse en
el centro activo, impidiendo así la unión y
posterior transformación del sustrato.
INHIBICIÓN DE LA ACTIVIDAD ENZIMÁTICA
2.2. Inhibición reversible NO COMPETITIVA
El inhibidor se une en otra región distinta del
centro activo y provoca un cambio en la
conformación de la enzima que da lugar a una
disminución de su actividad.
INHIBICIÓN DE LA ACTIVIDAD ENZIMÁTICA
2.3. Inhibición reversible ACOMPETITIVA
El inhibidor no se combina con el enzima libre ni
afecta a su unión al sustrato, sino que lo hace con el
complejo enzima-sustrato dando lugar a un complejo
inactivo enzima-sustrato-inhibidor, que no se
descompone posteriormente para dar lugar a los
productos. El inhibidor se coloca próximo al centro
activo situado de tal manera que impide físicamente
la salida de los productos.
ACTIVADORES DE LA ACTIVIDAD ENZIMÁTICA
Los activadores pueden ser cationes como Ca2+, Mg2+, moléculas
orgánicas o incluso el propio sustrato, en este último caso las enzimas solo
se encontrarán activas en caso de que en el medio aparezca el sustrato.
No debemos confundir los activadores con los cofactores ya que estos
últimos actúan a nivel del centro activo, completándolo, mientras que los
activadores lo hacen en una región diferente al centro activo provocando un
cambio conformacional en el enzima.
Nota: No confundir
con un cofactor, el
activador no se une
al centro activo.
La velocidad de reacción aumenta linealmente conforme se incrementa la
concentración de sustrato, pero solo hasta que se alcanza la velocidad máxima, a
partir de este punto se mantiene constante.
ALOSTERISMO: REGULACIÓN
PROBLEMAS DE CINÉTICA ENZIMÁTICA
PROBLEMAS DE CINÉTICA ENZIMÁTICA
PROBLEMAS DE CINÉTICA ENZIMÁTICA
PROBLEMAS DE CINÉTICA ENZIMÁTICA