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 Un catalizador es una sustancia
ENZIMAS
que sirve para bajar la energía de
activación y aumentar la velocidad
de la reacción
Cómo realiza esta
acción una enzima?
 Los catalizadores de las reacciones
biológicas son proteínas llamadas
 Orienta los sustratos
enzimas con alta especificidad
 En una reacción catalizada por una  Agregan cargas a los
sustratos
enzima:
 Inducen la
deformación en el
E + S  E-S  E + P
sustrato
 Cambio de la forma
● La pequeña parte de la enzima a la de la enzima al unirse
que se une el sustrato se conoce
al sustrato
como centro activo de la enzima
ENZIMAS
NATURALEZA DE LAS ENZIMAS
Hay razones para afirmar que las enzimas son proteínas:
 Son
inactivadas
a
altas
temperaturas
y
su
desnaturalización térmica da resultados similares a las
proteínas
 Son activadas en zonas restringidas de pH y presentan un
punto óptimo donde su actividad es mayor
 Los agentes que desnaturalizan proteínas destruyen o
inactivan a las enzimas: calor, ácidos fuertes, metales que
se combinan con ellas
 Los problemas de solubilidad y precipitación son comunes
a ambas, son solubles en agua o soluciones salinas,
insolubles en alcohol, etc.
ESTRUCTURA DE
LAS ENZIMAS
● Se distinguen dos tipos de enzimas:
● Holoproteínas: están constituidas sólo por secuencias de
aminoácidos poco frecuentes (ribonucleasa, lisozima)
● Heteroproteínas: su molécula está formada por dos o más
componentes no proteicos llamados cofactores
● El cofactor puede ser un ión metálico (metaloproteínas) o
una molécula orgánica llamada coenzima o bien, ambos
● El complejo enzima–cofactor se llama holoenzima, activo
catalíticamente
● Cuando se separa el cofactor y queda la proteína inactiva
catalíticamente se llama apoenzima
● El ión metálico puede actuar:
1) en el centro catalítico primario,
2) como grupo puente para reunir sustrato y enzima,
3) como agente estabilizante de la conformación de la proteína
ESTRUCTURA DE
LAS ENZIMAS
● La Tabla reúne algunas de las enzimas que contienen iones
metálicos o los necesitan como cofactores
Zn2+
Alcohol-deshidrogenasa, carboxipepetidasa,
anhidrasa carbónica
Mg2+
Fosfohidrolasas, fosfotransferasas
Mn2+
Arginasa, Fosfotransferasas
Fe2+ o Fe3+
Citocromos, Peroxidasa, Catalasa, Ferredoxina
Cu2+ (Cu+)
Tirosinasa, Citocromo-oxidasa
K+
Na+
Piruvato-quinasa (también necesita Mg2+)
ATPasa de la membrana plasmática (necesita
también K+ y Mg2+)
ESTRUCTURA DE
●
LAS ENZIMAS
Coenzimas : contienen moléculas pequeñas orgánicas de alguna
vitamina que en general son incorporadas por la dieta (trazas).
Actúan como transportadores intermediarios de grupos funcionales,
átomos específicos o electrones que son transferidos en la reacción
enzimática global
Coenzima
Entidad
transferida
Nicotinamida.adenina.dinucleótido (NAD),
FNAD, Flavin-adenina-dinucleótido (FAD),
FM, Coenzima Q
Átomos de H
(electrones)
Pirofosfato de tiamina
Aldehídos
Coenzima A, Lipoamida
Grupos acilo
Coenzimas cobamídicas
Grupos alquilo
Biocitina
CO 2
Fosfato de piridoxal
Grupos amino
ESTRUCTURA DE
LAS ENZIMAS
● Los aminoácidos se clasifican en:
 No esenciales: no participan en el proceso catalítico
 Estructurales: mantienen la estructura terciaria de
la proteína enzimática e intervienen determinando la
posición del centro activo de la molécula
 De unión o fijación: sujetan a la apoenzima al
sustrato y orientan la molécula para aproximar la
parte que va a ser atacada por la enzima al sitio
catalítico
 Catalíticos: responsables directos de la actividad
enzimática que forman el sitio catalítico
● Los aminoácidos de fijación y los catalíticos forman el centro
activo de la enzima y ocupan una pequeña parte de la
molécula de la enzima
REACCION ENZIMATICA
CLASIFICACION DE
LAS ENZIMAS
GRUPO
ACCION
EJEMPLOS
OXIDO
REDUCTASAS
Catalizan reacciones de O-R
en cadenas metabólicas
respiración y fermentación
dehidrogenasas,
desaminasas, catalasas,
aminooxidasas
TRANSFERASAS
Transfieren grupos activos a
otros receptores
transaldolasas,
transcetolasas,
transaminasas
HIDROLASAS
Verifican reacciones de
hidrólisis con obtención de
monómeros
glucosidasas, lipasas,
peptidasas, fosfatasas
ISOMERASAS
Obtienen los isómeros de
posición o función
Epimerasas, mutasas,
isomerasas de azúcar
LIASAS
Realizan la degradación o la
síntesis de enlaces fuertes
sin alto valor energético
Decarboxilasas,
aldolasas
LIGASAS o
SINTETASAS
Forman diversos tipos de
enlaces aprovechando la
energía de la ruptura del ATP
Carboxilasas,
polimerasas
REGULACION DE LA
ACTIVIDAD ENZIMATICA
Está modulada por:
● Cambios de pH:hay un pH óptimo en
el cual la conformación será la más
adecuada
● Cambios de temperatura:hay una
temperatura óptima donde la actividad
enzimática es máxima
● Presencia de cofactores:
Apoenzima + grupo prostético =
holoenzima
●Presencia de inhibidores:
competitivos por semejanza
estructural y no competitivos que
alteran la conformación espacial de la
enzima impidiendo su unión al
sustrato
REGULACION DE LA ACTIVIDAD ENZIMATICA
•
Las cc de sustrato y de los productos finales: la
velocidad de una reacción depende de la cc de
sustrato y la presencia de productos finales que
hacen que la reacción sea más lenta o invierten el
sentido
●Modulación alostérica: hay enzimas que pueden
adoptar 2 conformaciones llamadas R (relajada) y
T (tensa), R es la forma más activa porque se une
al S con más afinidad. Las formas R y T se
encuentran en equilibrio
●Ciertas sustancias tienden a estabilizar la forma
R. Son los llamados moduladores positivos. Las
moléculas que favorecen la forma R pero que
actúan sobre una región distinta del centro activo
son los activadores alostéricos
REGULACION DE LA ACTIVIDAD ENZIMATICA
●Las sustancias que favorecen la forma T y
disminuyen la actividad enzimática son los
moduladores negativos. Si estos
moduladores actúan en lugares distintos del
centro activo se llaman inhibidores
alostéricos
●Modificación covalente: inactiva  activa
(agregan Pi o AMP) y activa  inactiva
(liberan algún grupo químico) En el
catabolismo la forma más activa es la
fosforilada y en el anabolismo la fosforilada
es la menos activa
●Activación por proteólisis: se sintetizan
como precursores y se activan liberando
péptidos por hidrólisis (proenzimas o
zimógenos)
ENZIMAS
Progreso de una reacción:
AP
donde los reactivos deben
ser activados primero
Los catalizadores como las
enzimas rebajan la energía
de activación requerida

Al combinarse con los
reactivos de modo
transitorio se produce un
estado de transición de
menor energía de activación
que el de la reacción no
catalizada

ENZIMAS
El
poder catalítico es enorme,
incrementan la velocidad de las
reacciones químicas entre 10 8
y 10 20 veces
En muchas reacciones la
velocidad de rn se duplica por
cada 10°C de aumento de
temperatura
 Ejemplo: la catalasa que
descompone el H2O2
Condiciones
AG# Kcal
mol -1
Sin catalizar
18
Catalizada con
platino coloidal
13
Catalizada por
catalasa
7
CINETICA ENZIMATICA
● En condiciones óptimas de pH, temp,
cofactores y cc saturantes de sustratos la
velocidad de rn observada es la velocidad
máxima (Vmax) que se puede medir ya sea
por aparición de productos o desaparición
de reactivos en función del tiempo
● A medida que la rn avanza la velocidad
de acumulación de producto disminuye
porque se consume el sustrato
● Para evitarlo se mide la velocidad inicial
(v0) que es igual a la pendiente de la curva
de avance a tiempo cero
● De esta forma la medida de v0 se realiza
antes que se consuma el 10% del total de
sustrato de modo que [S] se considera a
constante
CINETICA ENZIMATICA
● Para estudiar la cinética se mide el
efecto de la cc inicial de sustrato sobre
la velocidad inicial de la reacción
manteniendo la enzima constante
● Cuando [S0] es pequeña la velocidad
inicial es directamente proporcional a
la [S] por tanto la reacción es de
primer orden
● A altas [S0] la enzima se encuentra
saturada por el S y la velocidad ya no
depende [S] en este punto la reacción
es de orden cero y la velocidad es
máxima (Vmax)
MODELO DE MICHAELIS MENTEN
 Propusieron que las reacciones ocurren en dos etapas:
primero se forma el complejo ES y luego el complejo da
lugar a la formación del producto liberando la enzima libre
k1
k3
E + S  ES  E + P
k2
● En este esquema k1,k2 y k3 son las constantes cinéticas
del proceso siendo: v1=k1[E][S], v2=k2[ES],v3=k3[ES]
● La cc de enzima total (constante a lo largo de la reacción)
[Et]=[E]+[ES]
● Como [E]=[Et]-[ES], resulta que:
v1=k1 [S] [Et] – k1[S][ES]
MODELO DE MICHAELIS MENTEN
● Este modelo adopta la hipótesis del estado
estacionario, la [ES] es pequeña y constante
y la velocidad formación (v1) del complejo ES
es igual a la de su disociación (v2+v3)
● Como [ES] es constante la velocidad de
formación de P es constante V=v3=k3[ES]
●Como v1=v2+v3 :
k1 [S] [Et] – k1[S][ES]=k2[ES]+k3[ES]
despejando [ES]:
[ES] = [Et] [S]
KM+[S]
Siendo KM=(k2+k3)/k1 y se conoce como la
constante de Michaelis Menten
● Si se introduce Vmax en la ecuación
V= Vmax [S]
KM + [S]
MODELO DE MICHAELIS MENTEN
● La representación gráfica es una hipérbola, la
V max corresponde al valor máximo al que
tiende la curva y la KM a la [S] a la cual la
velocidad de la reacción es la mitad de la Vmax
● Para determinar gráficamente los valores de
KM y Vmax es mas sencillo usar la
representación doble recíproca (1/v0 frente a
1/[S0] ya que es una línea recta donde:
 La pendiente es KM/Vmax
 La abscisa en el origen (1/v0=0)es -1/kM
 La ordenada al origen (1/[S0]=0 es 1/Vmax
● De esta forma a partir de datos
experimentales se puede calcular los valores de
KM y Vmax para una enzima para distintos
sustratos
MODELO DE MICHAELIS MENTEN





La KM es importante por varias razones:
KM es la [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 < KM > afinidad de la enzima por el S y a > KM
< afinidad por el S
La KM del sustrato natural es < que la de los sustratos
análogos: si dos S de la misma enzima tiene distinta KM el
que presente > KM tiene < afinidad por la enzima y la
reacción trascurre a menor velocidad que con el S de
menor KM, salvo cuando la v=vmax
Los valores de KM de muchas enzimas son próximas a las
concentraciones fisiológicas de sus S, pequeñas
variaciones en la [S] supone grandes cambios en la
velocidad de la ruta metabólica
ESPECIFICIDAD Y MECANISMO DE ACCION
●Fisher enunció el principio que la molécula
del S se adapta al centro activo de la enzima
de mismo modo que una llave y una cerradura
● Hoy se sabe que la especificidad radica en la
naturaleza de los aminoácidos de fijación del
centro activo
● La especificidad del S se debe a dos rasgos
estructurales:
 un enlace químico susceptible de ser
atacado por la enzima
 una característica estructural llamada grupo
determinante de la posición necesaria para
efectuar su unión al centro activo
ACCION DE INHIBIDORES






Los inhibidores enzimáticos pueden impedir la entrada de un
sustrato al centro activo u obstaculizar que la enzima catalice la
reacción
La unión puede ser reversible (mediante uniones débiles no
covalentes) o irreversible (unión covalente)
Los inhibidores reversibles se unen a la enzima, al complejo
enzima-sustrato o bien a ambos
No experimentan reacciones químicas cuando se unen a la
enzima y pueden ser eliminados fácilmente por dilución o diálisis
Hay dos tipos de inhibición reversible y se clasifican en base
al efecto producido por la variación de la concentración del
sustrato de la enzima en el inhibidor en : competitivos, no
competitivos
La inhibición reversible se puede describir cuantitativamente en
base a sus efectos en las constantes cinéticas de la enzima
ACCION DE INHIBIDORES
Inhibición competitiva: el inhibidor puede combinarse con la
enzima libre compitiendo por el centro activo formando el
complejo enzima-inhibidor (EI)
 La presencia de un inhibidor competitivo incrementa la KM
aparente de la enzima por el sustrato, precisando cc superiores
de S para alcanzar la V máx.

E+I


EI
La constante del inhibidor:
K1 = [E] [I]
[EI]
ACCION DE INHIBIDORES

Inhibición no competitiva: se combina con el enzima libre o
bien con el complejo [ES] se unen a un centro distinto del activo
de modo que no se forme el complejo ES a su velocidad normal o
que no se descomponga a su velocidad habitual para liberar los
productos de reacción

Sus efectos no se anulan al aumentar la cc de S
E + I
ES + I
K1
K1
EI
EI
ESI
= [E] [I]
[EI]
ESI
= [ES] [I]
[ESI]
ACCION DE INHIBIDORES
Inhibición irreversible: algunas enzimas experimentan
inactivación irreversible cuando se tratan con agentes capaces de
unirse covalentemente y modifican de modo permanente a un
grupo funcional necesario para la catálisis
 Antagonismo metabólico: compuestos que presentan una
estructura similar al S y la inhibición se llama metabolitos a las
producidas o presentes en el metabolismo y antimetabolitos a
sustancias que compiten parecidas a los metabolitos naturales
(antibióticos)
 Inhibición alostérica: en las proteínas existen dos sitios, uno
el centro activo y el otro es el sitio alostérico donde puede
acomodarse de modo reversible un efector alostérico
produciendo una alteración discreta de la estructura de la
proteína


Inhibición por retroceso (feed back) o producto final
A
B
…
Z
Enzima inhibida por Z


La enzima que cataliza el primer paso de un proceso
biosintético es inhibida por el producto final del
proceso
Activación por Precursor
A
B
…
Z
En este caso el primer sustrato actúa como
modulador positivo de la E1 y se une al sitio
alostérico de E1 aumentando su actividad

Enzimas Alostéricas:
Cinética

No se define KM y sí V máx que es
el punto de saturación de la
enzima donde todos los sitios se
encuentran ocupados y la enzima
trabaja a su máxima velocidad
La curva tiene forma sigmoidea a
bajas concentraciones de S la
enzima alostérica actúa a menor
velocidad que la micheliana
En enzimas alostéricas hablamos
de moduladores positivos o
negativos que son usados por la
célula para regular la actividad
enzimática contribuyendo a
preservar la homeostasia

