clase nº 3 enzimas
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UNIVERSIDAD DE CARABOBO FACULTAD DE CIENCIAS DE LA SALUD
ESCUELA DE MEDICINA DEPARTAMENTO DE BIOQUIMICA
UNIDAD II
ENZIMAS
TEORÍA DE LAS COLISIONES:
La teoría cinética molecular establece que las moléculas de los gases chocan
frecuentemente unas con otras.
V α nº colisiones s
Dependencia de la reacción con la [R]
Las reacciones químicas ocurren como resultado de los choques entre
moléculas de los reactivos
Energía cinética > ENERGÍA ACTIVACIÓN
“Para que haya una reacción química, las moléculas
que chocan deben tener una energía cinética total de
gran magnitud que las conlleve a superar la barrera
energética que les impida fraccionarse”
Teoría De Colisiones
Energía De Activación:
Mínima cantidad de energía que
deben adquirir las moléculas
para alcanzar el estado de
transición.
Estado de Transición:
Momento molecular fugaz.
Reordenamiento de cargas,
uniones inestables, etc.
Estado De Transición Y Velocidad De La Reacción
S P
Compuesto químico
que REDUCE la energía
de activación,
ACELERANDO la
velocidad de la
reacción.
NOTA: NO tienen efecto alguno
sobre la constante de equilibrio
CATALIZADOR
Los catalizadores pueden unir
dos moléculas de reactantes
en la orientación mutua
adecuada aumentando su
reactividad.
Los catalizadores reducen la energía de
activación forzando a las moléculas de
reactantes a un estado intermediario que se
parezca al estado de transición pero de
MENOR ENERGÍA
ORGÁNICO INORGÁNICO
Proteínas Globulares. Se desnaturalizan
Ácidos, bases o metales estables
Alta especificidad de sustrato y de reacción
Baja especificidad
Alta velocidad de catálisis
Baja velocidad de Catálisis
Sujetas a Inhibición No se inhiben
Son regulables No son regulables
No se modifican con la catálisis
Se consumen durante la catálisis
enzimas
Son proteínas que aceleran la
velocidad de las reaccione biológicas.
(CATALIZADORES)
Concepto.
Mantienen su configuración una vez
realizada la reacción.
Pueden ser regulables.
Actúan en secuencias organizadas :
Sistemas multienzimáticos.
CARACTERÍSTICAS GENERALES.
Disminuyen la energía de activación.
Poseen alta especificidad.
No alteran el equilibrio de la reacción
enzimas
Lugar de unión de la enzima al sustrato.
Puede poseen mas de un sitio activo.
Determina la especificidad de la enzima
Sitio activo
1. Modelo llave cerradura
Modelo de interacción enzima-
sustrato
propuesto por Emil Fisher en 1894.
Rigidez del sitio catalítico; Sustrato se adapta de manera exacta.
Modelo de interacción enzima-
sustrato
1. Modelo Ajuste Inducido
Propuesto por Daniel Koshland.
El sustrato induce un cambio conformacional en la enzima y viceversa.
La enzima y el sustrato sufren una distorsión al unirse.
Enzimas.
“ son moléculas que contribuyen con
la actividad catalítica de la enzima”
Estabilizan la estructura tridimensional de
la enzima.
Facilitan la interacción E-S.
Participa como segundo sustrato.
Pueden ser de 2 tipos: Orgánicos e
Inorgánicos
FUNCIONES DE LOS COFACTORES
Cofactores Orgánicos
Apoenzima + Grupo Prostético = Holoenzima
Apoenzima: Parte proteica de la
holoenzima
Grupo Prostético: molécula unida
covalentemente a la enzima
Se denominan Coenzimas. Son
derivados de las vitaminas. Se
unen de manera covalente a la
enzima.
Enzimas.
Cofactores Inorgánicos
Suelen ser algunos metales: hierro,
magnesio, manganeso, etc. Se unen de
manera no covalente a la enzima.
Las enzimas que los presentan Se
denominan metaloproteinas.
Enzimas.
Variación de entropía
Capa de solvatación
Distorsión de los sustratos.
Alineamiento inadecuado de los grupos funcionales.
ENZIMAS. FACTORES FÍSICOS Y TERMODINÁMICOS
QUE DESFAVORECEN UNA REACCION:
ENZIMAS. Factores Que Contribuyen A La
Actividad Catalítica:
1. Proximidad, Orientación Y Tensión Del Sustrato En Relación Al
Grupo Catalítico:
La tensión generada ayuda a
llevar al complejo ES al estado
de transición
ORIENTACION Desfavorable Desfavorable Favorable
PROXIMIDAD Desfavorable Favorable Favorable
2. Distorsión Del Enlace Susceptible Del Sustrato Por Ajuste
Inducido De La Enzima.
ENZIMAS. Factores Que Contribuyen A La
Actividad Catalítica:
Enzimas Líticas: Las enzimas unen al
sustrato en una conformación
desfavorable para el enlace,
debilitándolo y haciéndolo mas
vulnerable a la ruptura.
ENZIMAS. Factores Que Contribuyen A La
Actividad Catalítica:
Mecanismo basado en la transferencia
de electrones o protones entre dos
moléculas durante la interacción E-S, el
cual propicia que se forme un
intermediario que se descompone más
fácilmente en productos que en
reactivos.
3. Catálisis Ácido - Básica:
Catálisis ácido – básica
específica:
catálisis que tan solo utiliza
protones o hidroxilos del medio
Catálisis ácido – básica
general:
Catálisis utiliza los protones o
hidroxilos provenientes de otras
moléculas
En las rx químicas existen 2:
ENZIMAS. Factores Que Contribuyen A La
Actividad Catalítica:
4. Catálisis Covalente.
Mecanismo de interacción E-S, que implica la formación entre ellos de un enlace
covalente transitorio.
Reacción no enzimática
A-B A + B
Reacción Enzimática
A-B + :X A-X + B A + :X + B
H2O
1) Efecto De La Temperatura
velo
cid
ad
temperatura
Temperatura óptima
Coeficiente de
temperatura o Q10: es el
factor mediante el que se
aumenta la velocidad de un
proceso biológico para un
incremento de temperatura de
10ºC
La Vo se incrementa con el
aumento de temperatura.
2) Efecto Del Ph
velo
cid
ad
pH
pH óptimo
El pH afecta el estado iónico
del sitio activo. Igualmente
puede conducir a la
desnaturalización de la enzima
3) Efecto De La Concentración De Enzima [E]
velo
cid
ad
Concentración [E]
La velocidad inicial de una
Reacción enzimática siempre es
proporcional a la [E]
4) Efecto De La Concentración De
Sustrato [S]
La Vo es proporcional a la
concentración de sustrato,
hasta llegar a una Vmax
(enzima saturada)
Expresión matemática de la
hipérbola rectangular:
ECUACIÓN DE MICHAELIS-
MENTEN
Vo = Vmáx[S] Km + [S]
Nota: esta ecuación no hace
NINGUNA consideración sobre
el mecanismo de la Rx
enzimática
Ecuación De Michaelis- Menten
Vo = Vmáx[S] Km + [S]
Vmáx Velocidad inicial máxima de la reacción catalizada por una enzima y es el valor límite al que se aproxima Vo cuando la [S] → ∞
Km Constante de Michaelis. Es igual al valor de [S] en que Vo = ½ V máx. Se suele asociar con la AFINIDAD de la enzima por el sustrato. A menor Km mayor afinidad.
Hipérbola Rectangular
Característica
• A [sustrato], muy bajas, la
Rx es de primer orden,
Vo= K[S]
• A [sustrato], muy altas, Vo
tiene una Vmáx, y la Rx es de
orden cero,
Vo= K
• [sustrato] < Km, la Vo depende de la [S]
• [sustrato] > Km, la Vo se hace máxima (Vmáx)
• [sustrato] = Km, la Vo = ½ Vmáx
Ecuación De Michaelis- Menten
Linealización de la Ecuación de Michaelis - Menten
Ecuación De Lineweaver-Burk
1 = Km . 1 + 1 _ Vo Vmáx[S] Vmáx
Y = mx + b
Ecuación de una línea recta
Inhibición Reversible Competitiva:
El inhibidor se une al sitio activo de
la enzima.
Inhibidor molecularmente similar al
sustrato.
Se forma el complejo EI
El efecto inhibitorio se revierte
aumentando la [sustrato]
El valor de Km aumenta pero la Vmáx es la misma
Inhibición Reversible Competitiva:
El inhibidor NO se une al
sitio activo de la enzima,
sino a un sitio diferente.
Inhibidor molecularmente
diferente al sustrato.
Se forma el complejo EI y
EIS
Inhibición Reversible NO Competitiva:
El valor de Km no se modifica, mientras que la Vmax disminuye.
Inhibición Reversible NO Competitiva:
El inhibidor se combina de forma
covalente con la enzimas y la inactiva.
Inhibición Ireversible
Se combinan con grupos funcionales del sitio
activo produciendo inactividad.
Iones metales pesados (Pb, Hg)
Yodactamida Insecticidas
REDUCEN LA ACTIVIDAD ENZIMÁTICA
“Conjunto de enzimas que actúan en secuencia catalizando Reacciones
consecutivas de una ruta metabólica”
Tipos:
2) No disociados o complejos:
Enzimas asociadas físicamente
1) Disociados o simples:
Enzimas separadas físicamente.
3) Asociados a estructuras supramoleculares:
Enzimas no unidas entre sí
físicamente pero localizadas en
la misma estructura ej. Cadena
transportadora de electrones
Características Generales:
La velocidad de cada reaccion viene determinada por la [S] y [E] individual
Existe por lo menos una enzima reguladora o alostérica
Presentan alto grado de organización
Los intermediarios deben difundir distancias cortas entre una enzima y otra.
Cada enzima tiene su propio Km y su propia Vmáx
La velocidad de cada secuencia es ajustada minuto a minuto
Regulación de la actividad enzimática (a corto plazo):
enzima
sustrato
Grupo
Fosfato
enzima Grupo
Fosfato
1) Disponibilidad De Sustrato.
Interconversión reversible entre sus
formas activas e inactivas:
a) Fosforilación y desfosforilación de residuos.
b) Metilación, acetilación y la nucleotidilación
Fosforilación y desfosforilación de
residuos.
Regulación de la actividad enzimática (a corto plazo):
2) Modificación Covalente.
Interconversión Irreversible entre sus formas activas e inactivas:
a) Ruptura proteolítica de zimogenos o proenzimas
3) Regulación Alostérica:
Regulación producida por efectores alostéricos de PM bajo
Regulación de la actividad enzimática (a corto plazo):
ENZIMAS ALOSTERICAS. Son
proteínas que funcionan a través de la
unión reversible, no covalente, de
compuestos reguladores denominados
reguladores alostéricos.
ALOSTERISMO. Cambios
conformacionales y funcionales
de la enzima por fijación de una
molécula en un sitio de la
superficie de la enzima
Poseen múltiples subunidades y
varios sitios reguladores
Controlan la velocidad de una
ruta metabólica
Cuando el propio sustrato es un
modulador, éste se denomina
modulador HOMOtrópico
Cuando una molécula diferente del
sustrato es un modulador, éste se
denomina modulador HETEROtrópico
Los moduladores alostéricos pueden ser: Activadores o Inhibidores.
Mecanismo de
RETROINHIBICIÓN
Propiedades
SITIO ALOSTÉRICO
Cinética Enzimática En Reacciones Catalizadas Por Enzimas
Alostéricas
Enzimas Homotrópicas
No siguen la relación
hiperbólica de la Ecuación de
Michaelis-Menten
Curva de saturación sigmoidea
Pequeños cambios en la
[Modulador] se pueden
asociar a grandes rasgos en la
actividad
Enzimas Heterotrópicas
Es difícil generalizar sobre una
forma característica
Un activador puede hacer que
la curva sea más próxima a un
hipérbola
Un inhibidor puede producir
una curva de saturación
sigmoidea
Cinética Enzimática En Reacciones Catalizadas Por Enzimas
Alostéricas
1) Control Genético:
Procesos genéticos y moleculares de
Inducción ↔ Represión
Regulación de la actividad enzimática (a Largo plazo):
“Enzimas que difieren estructuralmente entre sí pero posen la
misma actividad catalítica”
Características Generales:
Son codificadas por genes distintos pero estructuralmente relacionados.
Tiene valores de pH y punto isoeléctrico distintos
Poseen diferencias en la composición y secuenciación de Aminoácidos.
Sus valores de Km y Vmáx son distintos.
Según Su Composición Química:
• SIMPLES
Por si solas tienen efecto
catalítico
• CONJUGADAS
Requieren de un componente
químico adicional llamado COFACTOR
Según La Rx Que Catalizan:
1. Oxidorreductasas. Catalizan reacciones de oxido reducción
de todo tipo
1. Oxidasas.
2. Deshidrogenasas
3. Oxigenasas
4. Peroxidasas
5. Catalasas
Tipos de oxidoreductsas
Oxidorreductasas:
1.- Oxidasas. Transfieren electrones de la molécula donadora al O2
AH2 + ½O2 → A(ox) + H2O
2.- Deshidrogenasas. Transfieren electrones de un sustrato a otro
AH2 + NAD+ → A (ox) + NADH + H+
3.- Oxigenasas. Catalizan la incorporación de 2 átomos de oxígeno
a un sustrato libre
4.- Peroxidasas. Reducen los peróxidos, usando varios aceptores de electrones
H2O2 + AH2 → 2H2O + A
Oxidorreductasas:
A + O2 AO2 →
5.- Catalasas: Utilizan el peróxido de hidrógeno como donador y aceptor
de electrones
H2O2 + H2O2 → 2H2O + O2
Oxidorreductasas:
2.- Transferasas. Catalizan la transferencia de un grupo de átomos intacto de una molécula donadora a un aceptor
•Transaldolasas
• Transcetolasas
• Aciltransferasas
• Metiltransferasas
•Fosfomutasas
•Kinasas
• Aminotransferasas
3.- Hidrolasas: Catalizan el rompimiento hidrolítico de enlaces mediante la adición de agua
• Esterasas
• Glucosidasas
• Peptidasas
• Fosfatasas
•Thiolasas
•Fosfolipasas
Desaminasas: Catalizan la desaminación de un
sustrato con la participación del agua
H2N – C – NH2 + H2O → 2NH3 + CO2
= O
Urea Ureasa
• Descarboxilasas.
• Aldolasas
• cetolasas
• Hidratasa
Deshidratasas: Catalizan la deshidratación de un sustrato
4.- Liasas: Catalizan reacciones en las que se eliminan grupos
para formar un doble enlace o se añaden a un doble enlace
Epimerasas o racemasas: Catalizan
cambios de localización de grupos
alrededor de un carbono asimétrico
Mutasas: Catalizan transferencias intramoleculares de grupos
2- fosfoglicerato ↔ 3-fosfoglicerato
5.- Isomerasas: Catalizan varios tipos de reordenamientos intramoleculares
↔
6.- Ligasas. Catalizan la formación de un enlace entre dos moléculas de sustrato
• Sintetasas • Carboxilasas: Catalizan la síntesis de un
compuesto a partir de la condensación de un sustrato con CO2
+ ATP + CO2 → + ADP + Pi
Citrato Oxaloacetato