cinética enzimática

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enzimas

conceptoLos seres vivos pueden considerarse fbricas bioqumicas formadas por constelaciones integradas de mquinas moleculares que operan con eficiencia. De todas las clases de mquinas moleculares, las enzimas son sin duda las ms importantes. Sin sus capacidades catalticas, la mayor parte de las miles de reacciones bioqumicas que sustentan los procesos vitales ocurriran a velocidades muy bajas.

En contraste, las reacciones catalizadas por enzimas suelen ocurrir en lapsos que van de los microsegundos a los milisegundos. De hecho, las enzimas son el medio por el cual los organismos canalizan el flujo de energa y materia. Por otro lado, el ambiente natural de las enzimas es un medio hacinado parecido a un gel

Propiedades de las enzimasPara que ocurran a una velocidad til, la mayora de las reacciones qumicas requieren un aporte inicial de energa. A temperaturas por encima del cero absoluto (-273.1 oC o O K), todas las molculas poseen energa vibratoria, que aumenta al calentar las molculas. Considrese la siguiente reaccin:

Al aumentar la temperatura, las molculas que vibran (A y B) tienen mayor probabilidad de chocar.

Las enzimas son catalizadores con varias propiedades notables. En primer lugar, las velocidades de las reacciones catalizadas por enzimas a menudo son extraordinariamente elevadas. Se han observado aumentos de la velocidad"de 107 a 1019 veces. En segundo lugar, en marcado contraste con los catalizadores inorgnicos, las enzimas son muy especficas para las reacciones que catalizan, y rara vez forman productos secundarios. Por ltimo, debido a sus estructuras relativamente grandes y complejas, las enzimas pueden regularse. Esto es muy importante en los seres vivos, que deben conservar energa y materias primas. En otras palabras, los catalizadores proporcionan una va de reaccin alternativa que requiere menos energa.

Clasificacin de enzimasLas enzimas solan llamarse aadiendo el sufijo -asa al nombre del sustrato. Por ejemplo, la ureasa cataliza la hidrlisis de la urea. Para eliminar la confusin, la Unin Internacional de Bioqumica (IUB) instituy un esquema de denominacin sistemtica para las enzimas. En la actualidad cada enzima se clasifica y se nombra segn la clase de reaccin que cataliza.

CINETICA ENZIMA (Anlisis cuantitativo de la cintica de enzimas de sustrato nico)

La tasa o velocidad de una reaccin bioqumica se define como el cambio de la concentracin de un reactante o producto por unidad de tiempo. La velocidad inicial Vo de la reaccin A ~ P, donde A y P son molculas de sustrato y de producto, respectivamente, es:

El estudio cuantitativo de la catlisis enzimtica, que se denomina cintica enzimtica, proporciona informacin sobre las velocidades de reaccin. Los estudios cinticos tambin miden la afinidad de las enzimas por los sustratos y por los inhibidores y dan indicios sobre los mecanismos de reaccin. A su vez, la cintica enzimtica ayuda a comprender las fuerzas que regulan las vas metablicas. La velocidad de la reaccin A ~ P es proporcional a la frecuencia con la que las molculas que reaccionan forman el producto. La velocidad de reaccin es:

La determinacin del orden de una reaccin permite a un experimentador obtener conclusiones especficas con relacin al mecanismo de la reaccin. Se dice que una reaccin sigue una cintica de primer orden cuando la velocidad depende del primer poder de la concentracin de un nico reactante y sugiere que el paso limitante de la velocidad es una reaccin unimolecular (Le. , no se requieren colisiones moleculares). En la reaccin A ~ P se supone que la ecuacin experimental de velocidad es:

En la reaccin A + B ~ P, si el orden de A y B es uno para cada cual, se dice que la reaccin es de segundo orden y A Y B deben colisionar para que se forme el producto (una reaccin biomolecular):

El agua participa en el paso rpido que no limita la velocidad en el mecanismo de reaccin.

Cuando la adicin de un reactante no altera la velocidad de reaccin, se dice que sta es de orden cero para dicho reactante. En la reaccin la expresin de velocidad determinada por medios experimentales.

El orden de reaccin tambin puede caracterizarse de otra manera. Es posible usar un trmino terico para caracterizar reacciones simples: la molecularidad se define como el nmero de molculas que colisionan en una reaccin de un solo paso. Una reaccin unimolecular A ~ B tiene molecularidad de uno, mientras que una reaccin biomolecular tiene molecularidad de dos.

Ecuacin de michaelis-menten

Labor de la ecuacinLa ecuacin de cintica de Michaelis-Menten sirve para realizar anlisis sobre la velocidad de catlisisNos ayuda a encontrar la velocidad mxima de la reaccin y la constante de michaelis de cada enzima.Tambin sirve para analizar los tipos de inhibicin

Velocidad de reaccinLa velocidadVindica el nmero de molculas del sustrato que se convierten en producto por segundo. Con concentraciones crecientes de sustrato[S], la enzima va acercndose asintticamente a su velocidad mximaVmax, pero nunca la alcanza. Por esta razn, no hay un valor de [S] determinado para laVmax. De todas formas, se puede definir un parmetro caracterstico de la enzima empleando la concentracin de sustrato a la cual se alcanza la mitad de la velocidad mxima (Vmax/2).

Significado de Vmax y k2Como su nombre lo indica, Vmax representa la mxima velocidad que puede alcanzarse.De acuerdo con la ecuacin, Vmax = k2[E]0, si se conoce la concentracin de enzima, se puede determinar tambin la constante k2.k2 es una constante de primer orden y tiene unidades de tiempo-1. En cintica enzimtica k2 se conoce tambin como nmero de recambio de la enzima constante cataltica, kcat.El nmero de recambio de una enzima se define como el nmero mximo de molculas (o moles) de sustrato que se converten a producto por unidad de tiempo. La mayora de las enzimas tienen nmeros de recambio entre 1 y 105 s-1 en condiciones fisiolgicas.

Constante de michaelisComo se acaba de mencionar, aunque es imposible medir exactamente la concentracin de sustrato que daVmax, las enzimas pueden caracterizarse mediante la concentracin de sustrato a la cual la velocidad de reaccin es la mitad de la velocidad mxima. Esta concentracin de sustrato se conoce como constante de Michaelis-Menten (KM)

Significado del KmKM Es un parmetro de afinidad con el sustrato. Mientras mayor sea KM la unin es ms dbil.Representa la concentracin de sustrato a la cual la mitad de los sitios activos de la enzima estn ocupados por molculas de sustrato.El valor de KM vara considerablemente de una enzima a otra.KM depende de la temperatura, la naturaleza del sustrato, pH, fuerza inica. Por lo tanto su valor sirve para caracterizar sistema enzima-sustrato en particular.

Magnitudes caractersticas de la ecuacinVmax.- Es la velocidad mxima que puede alcanzar la reaccin. En condiciones optimas.Km.- es la concentracin del sustrato que produce de la mitad de la Vmax

Que se debe saberEl complejo ES se encuentra en estado estacionarioEn el momento de saturacin toda la E --------- ESLa V max coincide con el momento de saturacion

Encontramos dos estructuras diferentes de la ecuacin:

representacin lineweaver-burk:

Donde V: es la velocidad de reaccin,

Km: es la constante de Michaelis-Menten,

Vmax: es la velocidad mxima

[S] es la concentracin de sustrato.

La representacin grfica de Lineweaver-Burk permite identificar el Km y Vmax; el punto de corte con el eje de ordenadas es el equivalente a la inversa de Vmax, y el de abscisas es el valor de -1/Km.

La obtencin de la Km y la Vmax de una enzima, es importante no slo porque son parmetros que la identifican, sino tambin por motivos que, en ocasiones, pueden ser de vital importancia. Por ejemplo, algunos tipos de leucemia (enfermedad en la que los glbulos blancos proliferan anormalmente) pueden evitarse por la administracin de una enzima, la Asparraginasa, que cataliza la reaccin de hidrlisis de la asparragina (Asn) a cido asprtico (Asp).

Asn + H2O Asp + NH+4

Representacion de Eadie-Hofstee

Es una representacin grfica de la funcin matemtica utilizada en bioqumica en el estudio de la cintica de las reacciones enzimticas, por la que se relaciona la velocidad de una reaccin con la concentracin del sustrato:el diagrama de Eadie-Hofstee permite visualizar rpidamente los parmetros cinticos importantes comoKmyvmax, pero est menos afectado por el margen de error que eldiagrama de Lineweaver-Burke, debido a que asigna el mismo peso a todos los puntos para cualquier concentracin del sustrato o velocidad de reaccin.Una de las consecuencias del planteamiento de Eadie-Hofstee es que las variables en laordenaday en laabscisano son independientes, sino que ambas dependen de la velocidad de reaccin. En consecuencia, cualquier error experimental se manifiesta en ambos ejes.

Representacion de Hanes-Woolfse emplea como herramienta grfica para calcular los parmetros cinticos de una enzima. En l se representa la relacin concentracin de sustrato/velocidad de reaccin frente a la concentracin de sustrato [S].

permite identificar el Km y Vmax; el punto de corte con el eje de ordenadas es el equivalente a Km/Vmax, y el de abscisas es el valor de Km.

REACCIONES MULTISUSTRATO

Importancia clnica de enzimas en diagnstico de patologas

Importancia clnica de enzimas en diagnstico de patologasCREATINFOSFOQUINASA:cataliza la transferencia de un fosfato de alta energa desde el fosfato de creatina.Se halla en:El tejido muscular esqueltico y cardaco (altas concentraciones) En clulas nerviosasy otros rganos. (menores concentraciones)

Valores Normales de CPK : 10-50 Ul/L a 30CLas personas con gran masa muscular, de raza negra o que realizan ejercicio severo pueden tener sus niveles de CPK total alto. Importancia clnica de enzimas en diagnstico de patologas

Medicaciones capaces de aumentar los niveles de CPKEntre la lnea de medicamentos se encuentran: Clozapina Isotretinona Colchicina Penicilamina Fenitona Beta Bloqueantes


Usoclnico

La CPK es considerada una enzima cardaca y permite la identificacin de una lesin en las fibras del miocardio.

Los niveles aumentados de CPK en la sangre pueden indicar:ConvulsionesDelirium tremensDermatomiosistisDistrofia muscularHipotiroidismoInfarto cardiacoInfarto pulmonarMiopata alcoholicaPericarditisPolimiositisTraumatismo del sistema nervioso central


AMILASA:Es una enzima que es producida principalmente por el pncreas y las glndulas salivales, y en mucha menor medida, aportan con su produccin, el hgado y las trompas de Falopio .Importancia clnica de enzimas en diagnstico de patologas

Amilasemia: valor de amilasa en la sangre Amilasuria: valor de amilasa encontrado en la orina.

En los ancianos y las mujeres en periodo de gestacin eleva la amilasa pancretica ligeramente.


Valores NormalesEl rango normal es de 23 a 85 unidades por litro (U/L). Algunos laboratorios dan un rango de 40 a 140 U/L.Importancia clnica de enzimas en diagnstico de patologas

Los medicamentos que pueden aumentar las mediciones de amilasa son, entre otros: - Asparaginasa - cido acetilsaliclico (Aspirina) - Pldoras anticonceptivas - Metildopa - Opiceos (codena y morfina)


Aumento de Amilasa Pancreatitis aguda Cncer del pncreas, ovarios o pulmonesInfeccin de las glndulas salivales (como paperas) o una obstruccin Oclusin intestinal Obstruccin de las vas biliares o pancreticas lcera perforada Embarazo ectpicoImportancia clnica de enzimas en diagnstico de patologas

Disminucin de Amilasa Cncer pancretico Dao al pncreas Nefropata Toxemia del embarazo Hepatopatas Carcinoma de pncreas


LACTATO DESHIDROGENASA La lactato deshidrogenasa o tambin llamada deshidrogenasa de cido lctico, es un tipo de enzima oxidorreductasa presente en la mayora de tejidos. Su funcin principal es catalizar una reaccin redox, donde mediante la oxidacin de NADH a NAD+, hay una reduccin de un piruvato a un lactato.Importancia clnica de enzimas en diagnstico de patologas

Se distinguen 5 isoenzimas que nos permiten diferenciar el rgano del cual proceden, stas son: - LDH-1: 1: en el corazn, msculos y eritrocitos. - LDH-2: 2: en el sistema retculo endotelial y leucocitos. - LDH-3: 3: en los pulmones. - LDH-4: 4: en los riones, placenta y pncreas. - LDH-5: 5: en el hgado y msculo esqueltico.Importancia clnica de enzimas en diagnstico de patologas

Valores Normales de LDH

El valor normal de la concentracin sangunea de LDH es: 105 - 333UI/l


Aumento de LDH


Disminucin de LDHLos niveles de LDH se reducen debido a la exposicin a radiacin tipo X. Uso clnico El anlisis de LDH nos asiste en la identificacin y ubicacin del origen de una lesin en tejidos y para monitorizar su progreso. En el caso de que se sospeche de una patologa sea esta crnica o aguda que afecte al nivel tisular, se recomienda realizarse este tipo de anlisis.


Las transaminasas Son enzimas transferasas que ayudan a catalizar la reaccin de transferencia del grupo amino (-NH2) de un aminocido a un NH2)-cetoglutarato. Importancia clnica de enzimas en diagnstico de patologas

Los valores normales de transaminasas pueden variar segn el laboratorio donde se realicen los anlisis de sangre, tambin esta sangre, pueden variar segn el sexo, la edad, la temperatura corporal y el ndice de masa corporal. Varan entre 6 y 60 UI/L.


GOT: Esta es tambin llamada aspartato aminotransferasa (AST). Est enzima se encuentra presente en casi todos los rganos dentro de las clulas, y que cuando se encuentran en sangre en niveles muy elevados significa que ha habido destruccin celular.


Valores Normales Hombre: 8 a 30 UI/L Mujer: 6 a 25 UI/L.La enzima GOT ayuda a catalizar la reaccin de oxalacetato mas glutamato partiendo de la suma del Aspartato y -Cetoglutarato. Cetoglutarato.


GPT: Esta enzima es tambin llamada alanina amino transferasa (ALT) y se localiza principalmente en el hgado y su misin principal es la fabricacin de glucosa, la mayora de veces se encuentra presente en concentraciones mucho ms elevadas en el hgado que en los dems tejidos.


Valores NormalesHombre: 8 a 30 UI/LMujer: 6 a 25 UI/LLa enzima GPT ayuda a catalizar la reaccin de piruvato ms glutamato partiendo de la suma del Alanina y -Cetoglutarato.


Uso ClnicoSe utilizan estas enzimas en la clnica para la confirmar el diagnstico del infarto agudo de miocardio y para el estudio de enfermedades hepticas o musculares. Es importante recalcar que la elevacin de aminotransferasas no siempre indica dao heptico. (ALT)Pueden encontrarse la mayora de veces en enfermedades musculares (miopatas, miositis) o en el infarto miocrdico. (AST)


FOSFATASAALCALINALa fosfatasa alcalina es un tipo de enzima hidrolasa ampliamente distribuida en el organismo, presente en la mayora de tejidos, aunque predomina en hgado, hueso, rin, intestinos y placenta.


sta es responsable de hidrolizar steres de fosfato de varios tipos de molculas tales como nucletidos, protenas y alcaloides, para alcanzar un pH ptimo ,alcalino.Valores Normales De ALP


Utilidad Clnica Es muy til en los siguientes casos: Detectar Enfermedad Obstructiva Heptica.Evaluacin de dao tisular en enfermedad hepatobiliar. Evaluacin del grado de actividad metablica en el hueso en enfermedades como osteomalacia, osteoporosis, etc. Diagnstico diferencial de rgano-especificidad en el caso de un resultado de fosfatasa alcalina elevado. Monitoreo de tratamiento con hormonas en pacientes con baja estatura.


Medicamentos que alteraran el nivel de ALP en la sangre. Entre ellos estn:

- Cortisona - Metildopa - Alopurinol - Propranolol - Clorpromazina - Tranquilizantes - Hormonas masculinas - Analgsicos narcticos - Pldoras anticonceptivas - Antidepresivos tricclicos 16- Medicamentos antinflamatorios, para artritis o diabetes. Importancia clnica de enzimas en diagnstico de patologas

Aumento de Fosfatasa Alcalina - Anemia - Cncer de huesos - Cncer de prstata - Enfermedades de los huesos - Hepatitis - Hiperparatiroidismo - Leucemia - Osteomalacia - ProstatitisDisminucin de Fosfatasa Alcalina - Hipotiroidismo -Escorbuto - Acondroplasia. - Dficit calrico proteico - Deficiencia de Magnesio - Enfermedad de Wilson - Hipofosfatasia familiar


FOSFATASA CIDALas fosfatasas cidas estn presentes en casi todos los tejidos del organismo, siendo particularmente altas sus cantidades en prstata, estmago, hgado, msculo, bazo, eritrocitos y plaquetas.Importancia clnica de enzimas en diagnstico de patologas

Valores Normales Total: menor de 11 U/l Prosttica: menor de 4 U/l 18

Uso clnicoLa fraccin prosttica se usa como test de ayuda para el diagnstico del carcinoma prosttico metasatizado y para el monitoreo del tratamiento.


Aumento de Fosfatasa cida: - Enfermedad de Gaucher - Enfermedad de Paget avanzada - Mieloma mltiple - Hiperparatiroidismo primario - Metstasis seas osteolticas - Leucemias linfoblsticas

Disminucin de Fosfatasa cidaEl dficit no tiene significado clnico


Gracias

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