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Lehninger Principles of Biochemistry

Fifth Edition

Capítulo 6:

Enzimas

Copyright © 2004 by W. H. Freeman & Company

David L. Nelson and Michael M. Cox

6.1 Introducción a

las enzimas

INTRODUCCION

Historia:

1700: estudios de la digestión de carnes mediante secreciones del estómago.

1800: convertir almidón en azúcar mediante la saliva.

1810: comienzan estudios sobre fermentación.

1850: Louis Pasteur concluyó estudios sobre fermentación de azúcares en alcoholes por levadura y catalizado por fermentos.

INTRODUCCION

Historia:

1897: Buchner descubrió que los extractos de levadura podían convertir el azúcar en alcohol. Fermentación se llevaba a cabo por la presencia de moléculas.

Kühne llamó las moléculas enzimas.

1926: ureasa fue aislada y cristalizada.

1930: pepsina, tripsina, y otras enzimas digestivas fueron cristalizadas.

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Propiedades generales

Las enzimas son los agentes catalíticos de los sistemas biológicos.

Todas las enzimas son proteínas excepto las riboenzimas.

Funcionan bajo condiciones moderadas.

Aumentan la velocidad de una reacción hasta por un factor de 1014 .

Son altamente específicas.

La acción enzimática es regulada.

Apoenzyme

(amino acid portion)

metals coenzymes prosthetic group

Cofactor

Chemical component

(non-amino acid portion)

ENZYMES

(holoenzyme)

Ejemplos de metales usados

como cofactores

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Nomenclatura

Nomenclatura

De acuerdo al número de la Comisión Enzimática (Enzyme Commission number)

Primer #: tipo de reacción catalizada.

Segundo #: indica la subclase; dice el tipo de sustrato o el enlace que se rompe en forma mas precisa.

Tercer #: indica la sub-subclase; nos dice el tipo de aceptador de electrones (oxidoreductasas) o el tipo de grupo que se remueve (liasas), etc.

Cuarto #: indica el número de serie de la enzima en su sub-subclase.

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6.2 Como trabajan

las enzimas

ESPECIFICIDAD

ENZIMATICA

La especificidad enzimática puede

variar.

Pasos que ocurren durante la acción

enzimática:

Sustrato se enlaza a la enzima.

Ocurren alteraciones químicas que

incluyen rompimiento y formación de

enlaces.

La enzima libera el producto de la

reacción.

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Teorías que explican la

actividad enzimática:

Llave y cerradura: específica; un sustrato y

una enzima.

Adaptación inducida: menos específica, el

centro activo se ajusta al sustrato que

interviene.

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Mecanismos de acción

Estado de transición: forma activa de una

molécula en la cual la molécula realiza una

reacción química parcial.

Energía libre: componente de la energía

total de un sistema que puede realizar

trabajo a temperatura y presión constante.

G reacción = G productos – G reactivos

Reacción exergónica: ΔG es negativo

G = H - T S

Mecanismos de acción

Energía de activación: cantidad de energía necesaria para convertir todas las moléculas de un mol de sustancia reaccionando de su estado raso a su estado de transición.

Las enzimas aumentan la velocidad de la reacción disminuyendo la energía de activación, pero no afectan los aspectos termodinámicos de las reacciones.

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6.3 Cinética química

Cinética química

Reacciones elementales

A P

A I1 I2 P

Ordenes de reacción

Constante de rapidez

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La ecuación describe el

progreso de una reacción

como función del tiempo. La

pendiente nos da la constante

de velocidad.

Cinética de enzimas

Ecuación Michaelis-Menten

Paso #1

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Ecuación Michaelis-Menten

Paso #2

Ecuación Michaelis-Menten

Paso #3

Ecuación Michaelis-Menten

Paso #4

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Significado Km y Vmax

KM es igual a la concentración de sustrato cuando 50% de los centros activos de la enzima están ocupados. También representa cuán fuerte la enzima se enlaza al sustrato.

VMAX está relacionado con el turnover number: número de moles de sustrato transformado en producto por mol de enzima por segundo. Mayor el “turnover number” mayor la

eficiencia.

Equivale a: Vmax/[Et]

Turnover number

Constante catalítica equivale al

“turnover number”

La razón de kcat/Km representa una

medida de la eficiencia catalítica.

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Gráfica Lineweaver-Burk

Reacciones de dos sustratos

Reacciones secuenciales: reacciones

de desplazamiento sencillo

Ordenado

Al azar

Reacciones Ping-pong: reacciones de

desplazamiento doble

Mecanismos para reacciones

con más de un sustrato

Al azar: no importa el orden de añadir un sustrato.

Ordenado: el orden en que se añaden los sustratos está definido.

Ping-pong: desplazamiento doble, no hay formación de compuesto ternario.

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Tipos de inhibición

Inhibidores reversibles

• Competitivo: Compite con el sustrato por

el centro activo. Se parecen al sustrato.

• No competitivo: el inhibidor no compite

con el sustrato. Inhibidor tiene un punto

diferente de enlace. Puede enlazar la E o

el complejo ES.

• De incompetencia: el inhibidor se enlaza

directamente al complejo enzima-sustrato

y no a la enzima libre.

Inhibidor competitivo Inhibidor competitivo

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Aumenta el

Km y el Vmax

permanece

constante.

Inhibidor no-competitivo

Inhibidor no-competitivo

Disminuye Vmax

y Km permanece

constante

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Disminuye Km y

Vmax

Disminuye Vmax y

Km puede

aumentar o

disminuir

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Tipos de inhibición

Inhibidores irreversibles

Se combina con o destruye un grupo

funcional necesario para la actividad

enzimática. Se forma un enlace covalente.

• Ejemplo: Inhibidores de acetilcolinesterasa.

Interfiere con la secuencia del impulso nervioso.

• Diisopropylphosphofluoridate, tabun y sarin

(nerve gases)

• Parathion and malathion

Actividad enzimática depende

del pH

6.5 Enzimas reguladoras

Modificación alostérica

Enlace de un efector positivo o negativo.

Enzimas alostéricas

Sufren cambios conformacionales en

respuesta a enlace de efectores o

moduladores.

Ejemplos:

• inhibidores

• activadores

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Regulación actividad

enzimática

Mecanismos de retroalimentación

Una enzima actúa sobre un paso

determinado.

Modificación covalente

Formación o rompimiento de un

enlace covalente.

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Regulación mediante

rompimiento proteolítico