Enzimas: conceptos bsicos y cinticos

ENZIMASCATALIZADOR BIOLGICOS + E ES E + P

S= SustratoP= ProductoES= Complejo enzima-sustratoPoder catalticoEspecificidad

Abbreviations: OMP, orotidine monophosphate; AMP, adenosine monophosphate. Source: After A. Radzicka and R. Wofenden. Science 267 (1995):90-93

EnzymeNonenzymatic half-lifeUncatalyzed rate (kun, s-1)Catalyzed rate (kcat, s-1)Rate enhancement (kcat/kun)OMP decarboxylase78,000,000 years2.8 10-16 391.4 1017 Staphylococcal nuclease130,000 years1.7 10-13 955.6 1014 AMP nucleosidase69,000 years1.0 10-11 606.0 1012 Carboxypeptidase A7.3 years3.0 10-9 5781.9 1011 Ketosteroid isomerase7 weeks1.7 10-7 66,0003.9 1011 Triose phosphate isomerase1.9 days4.3 10-6 4,3001.0 109 Chorismate mutase7.4 hours2.6 10-5 501.9 106 Carbonic anhydrase5 seconds1.3 10-1 1 106 7.7 106

1. Anhidrasa carbnicaTransporte de CO2 14% es transportada unida a la Hemoglobina Como bicarbonato (HCO3-) en la sangre.A pesar que est reaccin ocurre a velocidad razonable en ausencia de catlisis, existe la enzima anhidrasa carbnica que cataliza este proceso. La enzima es requerida ya que la hidratacin de CO2 y deshidratacin de HCO3-, est asociada a procesos rpidos. Particularmente de transporte, donde el HCO3- debe deshidratada en el pulmn. CO2 debe ser convertido en HCO3- para la generacin del humor acuoso y de otras secreciones. CO2 y HCO3- son sustratos y productos de varias enzimas.

2.Enzimas proteolticasTripsina (enzima digestiva) Trombina (coagulacin sanguinea)

La especificidad de una enzima se debe a la precisa interaccin del sustrato con la enzima. Esta precisin es el resultado de la intrincada estructura tridimensional de la enzima (protena).

Clasificacin

ClassType of reactionExample1. OxidoreductasesOxidation-reductionLactate dehydrogenase2. TransferasesGroup transferNucleoside monophosphate kinase (NMP kinase)3. HydrolasesHydrolysis reactions (transfer of functional groups to water)Chymotrypsin4. LyasesAddition or removal of groups to form double bondsFumarase5. IsomerasesIsomerization (intramolecular group transfer)Triose phosphate isomerase6. LigasesLigation of two substrates at the expense of ATP hydrolysisAminoacyl-tRNA synthetase

EnzimasSitio activo: lugar en la enzima donde ocurre la catlisis.Sitio catalticoSitio de Unin

Cofactores

CofactorEnzymeCoenzymeThiamine pyrophosphatePyruvate dehydrogenaseFlavin adenine nucleotideMonoamine oxidaseNicotinamide adenine dinucleotideLactate dehydrogenasePyridoxal phosphateGlycogen phosphorylaseCoenzyme A (CoA)Acetyl CoA carboxylaseBiotinPyruvate carboxylase-Deoxyadenosyl cobalaminMethylmalonyl mutaseTetrahydrofolateThymidylate synthaseMetalZn2+ Carbonic anhydraseZn2+ CarboxypeptidaseMg2+ EcoRVMg2+ HexokinaseNi2+ UreaseMoNitrate reductaseSeGlutathione peroxidaseMn2+ Superoxide dismutaseK+ Propionyl CoA carboxylase

COFACTORES

1.- GRUPOS PROSTTICOS: i.- Estn fuertemente unidos a la Eii.- Forman parte del sitio activo.

2.- COENZIMAS.i.- Pequeas molculas orgnicas consideradas co-sustratos que no estn permanentemente unidas al sitio activo. Muchas derivan de vitaminas.ii.- Debe reaccionar con la E.iii.- Debe unirse al sitio activo.iv.- Cambia qumicamente y se separa del sitio activo.

Vitaminas

Sustratos Productos

Formacin complejo enzima-sustratoGrupos catalticos

Puentes de H, refuerza la especificidad

Modelos del complejo Enzima-sustrato

Nociones de Cintica Qumica(Recordatorio)BA

Cintica Enzimtica

Estado Estacionario

Ecuacin de Michaelis-MentenTiene unidades de concentracinKM es una importante caracterstica de la interaccin E-S y es independiente de las concentraciones de enzima y sustrato

[S] = KM, entonces V0 = Vmax/2 [S] > > KM, entonces V0 = Vmax [S] < < KM, entonces V0 = (Vmax/ KM) [S] Por lo tanto, la KM es igual a la concentracin de sustrato a la cual la velocidad de reaccin es la mitad de su velocidad mxima.O dicho de otra forma, la concentracin de sustrato a la que la mitad de los sitios activos de la Enz estn ocupados.

KM para algunas Enz y sustratos

Enzyme Substrate KM(mM)ChymotrypsinAcetyl-l-tryptophanamide5000LysozymeHexa-N-acetylglucosamine6b-GalactosidaseLactose4000Threonine deaminaseThreonine5000Carbonic anhydraseCO2 8000PenicillinaseBenzylpenicillin50Pyruvate carboxylasePyruvate400HCO3- 1000ATP60Arginine-tRNA synthetaseArginine3tRNA0.4ATP300

ResumenRepresentacin de la Ecuacin de Michaelis-Menten

Linearizacin de la Ecuacin de Michaelis-Menten

Significados de la KM

Significados de Vmax y de k2 (kcat)

Ejemplo:Una solucin 10-6 M de anhidrasa carbnica cataliza la formacin de 0,6 M H2CO3 por segundo cuando est saturada con sustrato. Por lo tanto, k2 es 6 x 105 s-1. Este nmero de recambio es uno de los mas grandes conocidos. Cada reaccin catalizada toma lugar en un tiempo igual a 1/k2, lo cual es 1.7 ms

Eficiencia Cataltica (kcat/KM)

Eficiencia Cataltica (kcat/KM)kcat/KM est determinada por la velocidad de formacin del complejo ES.Lmite de k1 est dada por la difusin (108 y 109 s-1M-1)Source: After A. Fersht, Structure and Mechanism in Protein Science: A Guide to Enzyme Catalysis and Protein Folding (W. H. Freeman and Company, 1999), Table 4.5.

Enzymekcat/KM (s-1M-1)Acetylcholinesterase1.6 108 Carbonic anhydrase8.3 107 Catalase4 107 Crotonase2.8 108 Fumarase1.6 108 Triose phosphate isomerase2.4 108 b-Lactamase1 108 Superoxide dismutase7 109

Complejos multienzimticosProtenas andamio (scafolding)Microdominios de membrana

Sustratos Mltiples Desplazamiento secuencial. Doble desplazamiento (Ping-Pong).Lactato deshidrogenasa

Enzimas AlostricasEnzimas que no responden a la cintica de Michaelis-Menten.

Efecto Temperatura y pH

Inhibicin Enzimtica

Inhibicin Reversible Competitiva

Inhibicin Reversible Competitiva

Inhibicin Reversible No Competitiva

Inhibicin Reversible No Competitiva

Anlisis de las Inhibiciones

Mecanismos moleculares de la regulacin enzimtica1.2.3.4.

1. Isoenzimas

2. Vida Media y disponibilidad de la Enzima

3. Control Alostrico

4. Modificacin covalente

Enzimas Alostricas

Enzimas AlostricasAspartato Transcarbamoilasa

Sustrato

Unin cooperativa de Oxgeno a la Hemoglobina.(OJO que no es enzima, slo es un ejemplo de alosterismo)Protena Alostricas

Grupo prosttico Hem de la Hemoglobina.

Grupo prosttico Hem de la Hemoglobina.

Estructura de la Hemoglobina y transicin estado T a R.

Efecto del pH y CO2 en la liberacin de Oxgeno: Efecto Bohr

Efecto del pH y CO2 en la liberacin de Oxgeno: Efecto BohrEstabiliza la estructura de la deoxihemoglobina, favoreciendo la liberacin de O2