INHIBICIÓN DE LA INHIBICIÓN DE LA ACTIVIDAD ENZIMÁTICAACTIVIDAD ENZIMÁTICA

Esteban Osorio Cadavid, PhD.Esteban Osorio Cadavid, PhD.

Curso de Biología Celular y Curso de Biología Celular y Bioquímica IBioquímica I

La inhibición de la actividad La inhibición de la actividad enzimáticaenzimática

1.1. Inhibición irreversible:Inhibición irreversible: El inhibidor El inhibidor

queda covalentemente unido al queda covalentemente unido al

enzima o ligado tan fuertemente a enzima o ligado tan fuertemente a

él, que su disociación es muy lenta.él, que su disociación es muy lenta.

Inhibición Inhibición irreversible irreversible mediante la mediante la formación de formación de un aducto un aducto covalente covalente entre DFP y entre DFP y serinaserina

2. Inhibición reversible:2. Inhibición reversible: se caracteriza por un se caracteriza por un rápido equilibrio entre el inhibidor y la rápido equilibrio entre el inhibidor y la enzima, puede ser de dos tipos: enzima, puede ser de dos tipos:

2.1 Inhibición reversible competitiva:2.1 Inhibición reversible competitiva: El El inhibidor se parece al sustrato y se une al inhibidor se parece al sustrato y se une al centro activo de la enzima. La unión del centro activo de la enzima. La unión del sustrato y el inhibidor competitivo son sustrato y el inhibidor competitivo son acontecimientos mutuamente excluyentes. acontecimientos mutuamente excluyentes. Un inhibidor competitivo disminuye la Un inhibidor competitivo disminuye la velocidad de catálisis reduciendo la velocidad de catálisis reduciendo la proporción de moléculas de enzima que proporción de moléculas de enzima que quedan ligadas al sustrato. quedan ligadas al sustrato.

Es frecuente que el producto final de Es frecuente que el producto final de una serie de reacciones enzimáticas, una serie de reacciones enzimáticas, en una vía metabólica, sea un en una vía metabólica, sea un inhibidor del sustrato a causa de su inhibidor del sustrato a causa de su semejanza estructural. Principio de la semejanza estructural. Principio de la Inhibición por retroalimentación o Inhibición por retroalimentación o “feed back”. “feed back”.

2.2 Inhibición reversible no 2.2 Inhibición reversible no competitivacompetitiva: tanto el inhibidor como : tanto el inhibidor como el sustrato pueden unirse el sustrato pueden unirse simultáneamente a una molécula de simultáneamente a una molécula de enzima. Sus sitios de unión no se enzima. Sus sitios de unión no se solapan. solapan.

Un inhibidor no competitivo actúa Un inhibidor no competitivo actúa disminuyendo el número de recambio disminuyendo el número de recambio del enzima, en vez de disminuir la del enzima, en vez de disminuir la proporción de moléculas enzimáticas proporción de moléculas enzimáticas que se han ligado al sustrato. que se han ligado al sustrato.

La inhibición competitiva y no La inhibición competitiva y no competitiva son distinguibles competitiva son distinguibles

cinéticamente. cinéticamente.

Las medidas de velocidad de Las medidas de velocidad de catálisis, a diferentes catálisis, a diferentes concentraciones de sustrato e concentraciones de sustrato e inhibidor, sirven para distinguir entre inhibidor, sirven para distinguir entre la inhibición competitiva y la no la inhibición competitiva y la no competitiva. competitiva.

En la En la inhibición competitivainhibición competitiva, , la la intersección de la representación de intersección de la representación de 1/V frente a 1/S es la misma, en 1/V frente a 1/S es la misma, en presencia y en ausencia del presencia y en ausencia del inhibidor, aunque la pendiente sea inhibidor, aunque la pendiente sea distinta. distinta.

VVmáximamáxima no se no se altera por el altera por el inhibidor inhibidor competitivo. competitivo.

La característica fundamental de la La característica fundamental de la inhibición competitiva, es que ésta inhibición competitiva, es que ésta puede ser superada a puede ser superada a concentraciones altas de sustrato. concentraciones altas de sustrato.

El aumento en la pendiente de 1/V El aumento en la pendiente de 1/V frente a 1/[S] indica la fuerza de frente a 1/[S] indica la fuerza de unión del inhibidor competitivo. unión del inhibidor competitivo.

En presencia de un inhibidor En presencia de un inhibidor competitivo, la ecuación (16) puede competitivo, la ecuación (16) puede reemplazarse por: reemplazarse por:

SKI

VK

VV i

M 11

11

maxmax

donde donde [I] = concentración del inhibidor y [I] = concentración del inhibidor y KKii = constante de disociación del = constante de disociación del

complejo:complejo:

EI

IEK i

E + I EI

La pendiente de la gráfica está La pendiente de la gráfica está

aumentada por el factor en aumentada por el factor en

presencia de un inhibidor presencia de un inhibidor

competitivo. competitivo.

iK

I1

En la En la inhibición no competitiva: Linhibición no competitiva: La velocidad a velocidad máxima disminuye y la intersección con el máxima disminuye y la intersección con el eje Y está aumentada. La pendiente, que es eje Y está aumentada. La pendiente, que es igual a está aumentada por el mismo igual a está aumentada por el mismo factor. En contraste con la velocidad factor. En contraste con la velocidad máxima (Vmax), Kmáxima (Vmax), KMM no está afectada por no está afectada por

esta clase de inhibición. esta clase de inhibición.

La inhibición no competitiva no puede La inhibición no competitiva no puede superarse aumentando la concentración del superarse aumentando la concentración del sustrato.sustrato.

maxV

KM

La velocidad máxima en presencia La velocidad máxima en presencia de un inhibidor no competitivo de un inhibidor no competitivo (Vmax) , viene dada por (Vmax) , viene dada por

ii

M

KI

VSKI

VK

V1

111

1

maxmax

Tratamiento del Tratamiento del envenenamiento por envenenamiento por

EtilenglicolEtilenglicol El etilenglicol es un constituyente de los El etilenglicol es un constituyente de los

anticongelantes para automóviles. El anticongelantes para automóviles. El perjuicio es debido al ácido oxálico, un perjuicio es debido al ácido oxálico, un producto de oxidación del etilenglicol por producto de oxidación del etilenglicol por alcohol deshidrogenasa. alcohol deshidrogenasa.

El etanol es un sustrato competitivo y así El etanol es un sustrato competitivo y así bloquea la oxidación del etilenglicol hasta bloquea la oxidación del etilenglicol hasta productos de tipo aldehido . El etilenglicol productos de tipo aldehido . El etilenglicol se excreta. se excreta.

FALTAFALTA

Distinción entre inhibidores Distinción entre inhibidores competitivos y no competitivos competitivos y no competitivos Complejo enzima – sustratoComplejo enzima – sustrato

El inhibidor competitivo se une al sitio El inhibidor competitivo se une al sitio catalítico de la enzima impidiendo la unión catalítico de la enzima impidiendo la unión del sustrato.del sustrato.

El inhibidor no competitivo se une a un sitio El inhibidor no competitivo se une a un sitio diferente, permitiendo que el sustrato se una diferente, permitiendo que el sustrato se una a la enzima; sin embargo, esta unión no a la enzima; sin embargo, esta unión no culmina en la transformación del sustrato en culmina en la transformación del sustrato en producto. producto.

Curvas de Curvas de actividad en actividad en función del función del

pH de pH de algunas algunas enzimasenzimas

Efectos de la temperatura Efectos de la temperatura sobre la actividad de las sobre la actividad de las

enzimas enzimas Las enzimas varían con respecto a su Las enzimas varían con respecto a su

estabilidad térmicaestabilidad térmica

La porción descendiente de la curva La porción descendiente de la curva se debe a la desnaturalización se debe a la desnaturalización térmica.térmica.

Enzimas alostéricasEnzimas alostéricas

Está formada por varias subunidades Está formada por varias subunidades polipeptídicas y cada una de ellas polipeptídicas y cada una de ellas tiene un sitio activo. Su gráfica de V tiene un sitio activo. Su gráfica de V vs. [S] esvs. [S] es

Enzimas alostéricasEnzimas alostéricas

1.1. La actividad de estas enzimas no La actividad de estas enzimas no sigue la cinética clasica de sigue la cinética clasica de Michaelis-MentenMichaelis-Menten, en lugar de dar , en lugar de dar curvas hiperbólicas de saturación curvas hiperbólicas de saturación de V frente a [S], dan curvas de V frente a [S], dan curvas sigmoides. sigmoides.

Los activadores y los inhibidores de Los activadores y los inhibidores de las enzimas alostéricas se las enzimas alostéricas se denominan moduladores o efectores.denominan moduladores o efectores.

Un inhibidor de la actividad Un inhibidor de la actividad enzimática se conoce como enzimática se conoce como modulador negativo y un activador modulador negativo y un activador se conoce como modulador positivo. se conoce como modulador positivo.

2.2. En las enzimas alostéricas, un centro En las enzimas alostéricas, un centro en una molécula enzimática puede en una molécula enzimática puede efectuar a otro centro activo de la efectuar a otro centro activo de la mismamisma moléculamolécula de enzima, de enzima, resultando de ésta interacción entre resultando de ésta interacción entre subunidades que la unión del sustrato subunidades que la unión del sustrato se transforma en cooperativa, lo que se transforma en cooperativa, lo que daría una representación sigmoidea daría una representación sigmoidea de V frente a [S]. de V frente a [S].

3.3. Además, Además, la actividad de las enzimas la actividad de las enzimas alostéricas puede ser alterada por alostéricas puede ser alterada por moléculas reguladorasmoléculas reguladoras que están que están ligadas a centros diferentes a los ligadas a centros diferentes a los catalíticos. catalíticos.

Modelo concertado de Modelo concertado de Interacciones alostéricas:Interacciones alostéricas:

Jacques Manod, Jeffries Wyman y Jacques Manod, Jeffries Wyman y Jean –Pierre Changeux. Jean –Pierre Changeux.

Enzima Alostérica compuesta de dos Enzima Alostérica compuesta de dos subunidades idénticas, cada una con subunidades idénticas, cada una con un centro activo. Cada subunidad un centro activo. Cada subunidad puede exístir en cualquiera de las puede exístir en cualquiera de las dos conformaciones, llamadas R y T. dos conformaciones, llamadas R y T.

La forma R (relajada) tiene elevada La forma R (relajada) tiene elevada afinidad por el sustrato, la forma T (tensa afinidad por el sustrato, la forma T (tensa o contraída) tiene afinidad baja. o contraída) tiene afinidad baja.

Una suposición importante de este modelo Una suposición importante de este modelo

es la de que ambas subunidades deben es la de que ambas subunidades deben esta en el mismo estado conformacional, esta en el mismo estado conformacional, de modo que se mantenga la simetría del de modo que se mantenga la simetría del dimero. dimero.

RR y TT son conformaciones RR y TT son conformaciones permitidas; RT no es permitida permitidas; RT no es permitida

Supongamos que el sustrato no se Supongamos que el sustrato no se une al estado T. el estado T del une al estado T. el estado T del dímero puede unir una o dos dímero puede unir una o dos moléculas de sustrato, que vienen moléculas de sustrato, que vienen representadas por Rrepresentadas por R11 y R y R22 respectivamente. respectivamente.

FALTAFALTA

Constante de disociación Constante de disociación para un único sitiopara un único sitio

En este modelo, la constante de disociación En este modelo, la constante de disociación microscópica (KR) es igual, para el enlace de microscópica (KR) es igual, para el enlace de la primera y segunda molécula del sustrato a la primera y segunda molécula del sustrato a la forma R de la molécula enzimática la forma R de la molécula enzimática dimérica. dimérica.

La fracción de Saturación (Y): o la fracción de La fracción de Saturación (Y): o la fracción de centros activos, que tienen sustratos ligados centros activos, que tienen sustratos ligados en función de la concentración de sustrato. en función de la concentración de sustrato.

Sustituyendo las ecuaciones desde Sustituyendo las ecuaciones desde (1) a (5) en la ecuación (6) se (1) a (5) en la ecuación (6) se obtiene la expresión deseada para Y:obtiene la expresión deseada para Y:

2)/1(

/1

R

R

R KSL

KS

K

SY

Si el número de recambio de un Si el número de recambio de un centro activo es el mismo para los centro activo es el mismo para los complejos ES en Rcomplejos ES en R11 y R y R22 entonces la entonces la gráfica de reacción de V vs. [S] será gráfica de reacción de V vs. [S] será también sigmoidal? también sigmoidal?

En ausencia de sustrato, casi todas las En ausencia de sustrato, casi todas las moléculas de la enzima están en la forma moléculas de la enzima están en la forma T. la adicción de sustrato cambia este T. la adicción de sustrato cambia este equilibrio conformación o favor de la equilibrio conformación o favor de la forma R (el sustrato se una únicamente a forma R (el sustrato se una únicamente a la forma R). La proporción de moléculas la forma R). La proporción de moléculas enzimáticas en la forma R aumenta enzimáticas en la forma R aumenta progresivamente cada vez que se añade progresivamente cada vez que se añade más sustrato y por ello la unión del más sustrato y por ello la unión del sustrato es cooperativa. sustrato es cooperativa. Cuando los Cuando los centros activos están completamente centros activos están completamente saturados, toda la enzima está en la forma saturados, toda la enzima está en la forma RR..

Un inhibidor alostéricoUn inhibidor alostérico se une preferentemente a se une preferentemente a la forma T. la forma T.

Un activador alostéricoUn activador alostérico se une con preferencia a se une con preferencia a la forma R. la forma R.

Un inhibidor alostérrico cambia el equilibrio Un inhibidor alostérrico cambia el equilibrio conformacional R ---T hacia T, mientras que un conformacional R ---T hacia T, mientras que un activado alostérico lo cambia hacia R. activado alostérico lo cambia hacia R.

L = constante alostérica de equilibrio L = constante alostérica de equilibrio

Un inhibidor alostérico aumenta L, un Un inhibidor alostérico aumenta L, un activador alostérico hace decrecer L. activador alostérico hace decrecer L. La fracción de saturación Y a La fracción de saturación Y a cualquier valor del sustrato cualquier valor del sustrato disminuye por la presencia del disminuye por la presencia del inhibidor y aumenta por la presencia inhibidor y aumenta por la presencia del activador.del activador.

Efectos homotrópicos:Efectos homotrópicos: Se refieren a Se refieren a aquellas interaciones alostéricas aquellas interaciones alostéricas entre ligandos idénticos (moléculas o entre ligandos idénticos (moléculas o iones enlazados). iones enlazados).

Ej. Unión cooperativa del sustrato a Ej. Unión cooperativa del sustrato a la enzima. la enzima.

Efectos heterotrópicos:Efectos heterotrópicos: Se refieren a las Se refieren a las interacciones entre ligandos diferentes. interacciones entre ligandos diferentes.

Ej. El efecto de un activador o inhibidor Ej. El efecto de un activador o inhibidor sobre la unión del sustrato porque sobre la unión del sustrato porque supone las interacciones entre supone las interacciones entre diferentes clases de moléculas. diferentes clases de moléculas.

En el modelo concentrado de En el modelo concentrado de interacciones alostéricas, los efectos interacciones alostéricas, los efectos homotrópicos son mas (cooperativos) y homotrópicos son mas (cooperativos) y los heterotrópicos (+ ó -). los heterotrópicos (+ ó -).

Modelo Secuencial de Modelo Secuencial de interacciones alostéricasinteracciones alostéricas. .

1.1. Hay solamente dos estados Hay solamente dos estados conformacionales (R y T) accesibles a conformacionales (R y T) accesibles a cada una de las subunidades. cada una de las subunidades.

2.2. La unión del sustrato cambia la La unión del sustrato cambia la forma de la subunidad a la que está forma de la subunidad a la que está ligado. Sin embargo, la conformación ligado. Sin embargo, la conformación de la otra subunidad no queda de la otra subunidad no queda alterada de forma apreciable. alterada de forma apreciable.

3.3. El cambio conformacional producido El cambio conformacional producido por la unión del sustrato en una por la unión del sustrato en una subunidad puede aumentar o subunidad puede aumentar o disminuir la afinidad de unión al disminuir la afinidad de unión al sustrato de las otras subunidades en sustrato de las otras subunidades en la misma molécula enzimática. la misma molécula enzimática.

El modelo secuencial simple El modelo secuencial simple difiere del modelo concertado difiere del modelo concertado

en varios aspectos:en varios aspectos: 1.1. No se supone un equilibrio entre las No se supone un equilibrio entre las

formas R y T en ausencia del sustrato. La formas R y T en ausencia del sustrato. La transición conformacional desde T hasta transición conformacional desde T hasta R está inducida por la unión del sustrato. R está inducida por la unión del sustrato.

2.2. El cambio conformacional de T hasta R en El cambio conformacional de T hasta R en las diferentes subunidades de una las diferentes subunidades de una molécula enzimática es secuencial, no molécula enzimática es secuencial, no concertado la especie hibrida RT es concertado la especie hibrida RT es importante en el modelo secuencial, pero importante en el modelo secuencial, pero está excluida en el modelo concertado. está excluida en el modelo concertado.

3.3. El modelo concertado supone que la El modelo concertado supone que la simetría es esencial para la interacción de simetría es esencial para la interacción de las unidades en proteínas oligoméricas y las unidades en proteínas oligoméricas y por ello requiere que sea conservada en por ello requiere que sea conservada en las transiciones alostéricas. El modelo las transiciones alostéricas. El modelo secuencial admite la interacción entre las secuencial admite la interacción entre las subunidades aún cuando estén en subunidades aún cuando estén en diferente estado conformacional. diferente estado conformacional.

4.4. Las interacciones homotrópicas son Las interacciones homotrópicas son necesariamente positivas en el modelo necesariamente positivas en el modelo concertado, pero pueden ser positivas o concertado, pero pueden ser positivas o negativas en el modelo secuencial. negativas en el modelo secuencial.

Enlaces electrostáticos de Enlaces electrostáticos de Hidrógeno y de Van der Hidrógeno y de Van der Waals en los complejos Waals en los complejos

Enzima-Sustrato.Enzima-Sustrato. Las interacciones moleculares Las interacciones moleculares

reversibles en los sistemas reversibles en los sistemas biológicos vienen condicionadas por biológicos vienen condicionadas por 3 clases de fuerzas diferentes:3 clases de fuerzas diferentes:

1.1. Enlaces electrostáticos Enlaces electrostáticos 2.2. Enlaces de Hidrógeno Enlaces de Hidrógeno 3.3. Enlaces de Van der Waals. Enlaces de Van der Waals.

1.1. Los sustratos cargados pueden Los sustratos cargados pueden unirse a los grupos con cargas de unirse a los grupos con cargas de

signo opuesto de las enzimas: signo opuesto de las enzimas:

La fuerza de tal interacción La fuerza de tal interacción electrostática viene dada por la electrostática viene dada por la Ley Ley de Coulombde Coulomb::

Dr

qqF

221

q1, q2, cargas de los dos grupos

r distancia entre ellas D constante dielectrica del

medio

Una interacción electrostática es Una interacción electrostática es mayor en el vacío (D=1) y es más mayor en el vacío (D=1) y es más débil en un medio como agua (D= débil en un medio como agua (D= 80). 80).

**Un sustrato Un sustrato Cadena lateral de lisina y Cadena lateral de lisina y arginina.arginina.

cargado cargado Grupo imidazol de una histidina. Grupo imidazol de una histidina. NegativamenteNegativamente Grupo amino terminal de la Grupo amino terminal de la

cadena.cadena.

**Un sustrato Un sustrato Grupos carboxílicos del aspártico yGrupos carboxílicos del aspártico ycargado cargado glutámicoglutámicoPositivamentePositivamente Grupo carboxido terminal de la Grupo carboxido terminal de la

cadenacadena

2. Los sustratos se unen a las enzimas 2. Los sustratos se unen a las enzimas mediante enlaces de hidrógeno mediante enlaces de hidrógeno dirigidos muy precisamente.dirigidos muy precisamente.

Muchos sustratos no están cargados, Muchos sustratos no están cargados, sin embargo se unen a las enzimas sin embargo se unen a las enzimas con una con una alta afinidad y especificidad alta afinidad y especificidad mediante puentes de Hidrogenomediante puentes de Hidrogeno..

En un puente de hidrógeno, un átomo de En un puente de hidrógeno, un átomo de hidrogeno queda compartido por otros dos hidrogeno queda compartido por otros dos átomos: donador de Hidrógeno, al cual el átomos: donador de Hidrógeno, al cual el hidrogeno está unido más fuertemente hidrogeno está unido más fuertemente (covalentemente) y aceptor de hidrogeno (covalentemente) y aceptor de hidrogeno el otro. el otro.

Los enlaces de hidrógeno son más Los enlaces de hidrógeno son más fuertes que los enlaces de Van der fuertes que los enlaces de Van der Waals, pero mucho más débiles que Waals, pero mucho más débiles que los enlaces covalentes. los enlaces covalentes.

La longitud de un enlace de La longitud de un enlace de hidrógeno es intermedia entre la de hidrógeno es intermedia entre la de un enlace covalente y la de un un enlace covalente y la de un enlace de Van der Waals. enlace de Van der Waals.

Un importante aspecto es que Un importante aspecto es que los enlaces de H son altamente los enlaces de H son altamente

direccionales.direccionales.

Interacciones de los puentes de hidrógeno en Interacciones de los puentes de hidrógeno en la unión de un sustrato a la ribonucleasa. la unión de un sustrato a la ribonucleasa.

Las proteínas son ricas en Las proteínas son ricas en potencialidad para formar puentes potencialidad para formar puentes de Hidrógeno. de Hidrógeno.

11 de los 20 aminoácidos 11 de los 20 aminoácidos fundamentales pueden formar fundamentales pueden formar enlaces de Hidrógeno a través de sus enlaces de Hidrógeno a través de sus cadenas laterales. cadenas laterales.

Las cadenas laterales de Las cadenas laterales de Triptófano y ArgininaTriptófano y Arginina pueden pueden servir solamente como dadores de servir solamente como dadores de Hidrógeno para el enlace. Hidrógeno para el enlace.

1.1. La cadena lateral de la Asparragina, La cadena lateral de la Asparragina, Glutamina, Serina y Treonina pueden Glutamina, Serina y Treonina pueden servir a la vez como donadores y servir a la vez como donadores y aceptores de enlaces. Lo mismo ocurre aceptores de enlaces. Lo mismo ocurre en el grupo peptídico.en el grupo peptídico.

Las capacidades para formar puente Las capacidades para formar puente de Hidrógeno de la lisina (y el grupo de Hidrógeno de la lisina (y el grupo amino terminal), del aspártico y amino terminal), del aspártico y glutámico (y el grupo carboxilo glutámico (y el grupo carboxilo terminal), la tirosina y la histidina terminal), la tirosina y la histidina varían con el pH. varían con el pH.

La manera de enlazar hidrogeno de La manera de enlazar hidrogeno de estos residuos ionizables es estos residuos ionizables es dependiente del pH.dependiente del pH.

1.1. Las interacciones de Van der Waals Las interacciones de Van der Waals son importantes cuando existe son importantes cuando existe complementariedad estérica.complementariedad estérica.

Fuerza de atracción no específica Fuerza de atracción no específica entre dos átomos cualesquiera cuando entre dos átomos cualesquiera cuando se encuentran separados alrededor de se encuentran separados alrededor de

3-4 A (enlace de Van der Waals). 3-4 A (enlace de Van der Waals). a.a. La atracción de un par de átomos aumenta La atracción de un par de átomos aumenta

a medida que se acercan, hasta que están a medida que se acercan, hasta que están separados por una distancia de contacto de separados por una distancia de contacto de Van der Waals.Van der Waals.

b.b. A distancia menor, las fuerzas fuertemente A distancia menor, las fuerzas fuertemente repulsivas se hacen dominantes a causa repulsivas se hacen dominantes a causa que las nubes electrónicas se solapan. que las nubes electrónicas se solapan.

La energía del enlace de Van der Waals para La energía del enlace de Van der Waals para un par de átomos, es de aproximadamente un par de átomos, es de aproximadamente 1Kcal/mol.1Kcal/mol.

Radios de contacto de Van der Radios de contacto de Van der Waals de los átomos.Waals de los átomos.

ATOMO ATOMO RADIO (A)RADIO (A)

HH 1.21.2

CC 2.02.0

NN 1.51.5

OO 1.41.4

SS 1.851.85

PP 1.9 1.9

Las fuerzas de Van der Waals Las fuerzas de Van der Waals desaparecen rápidamente cuando la desaparecen rápidamente cuando la distancia de un par de átomos es mas distancia de un par de átomos es mas grande que sus distancia de contacto. grande que sus distancia de contacto.

Las fuerzas de Van der Waals se hacen Las fuerzas de Van der Waals se hacen significativas en los enlaces, sólo cuando significativas en los enlaces, sólo cuando numerosos átomos de sustrato pueden numerosos átomos de sustrato pueden acercarse simultánemente a numerosos acercarse simultánemente a numerosos átomos de la enzima. átomos de la enzima.

Numerosos átomos de sustrato Numerosos átomos de sustrato pueden interaccionar con muchos pueden interaccionar con muchos átomos del enzima solamente si sus átomos del enzima solamente si sus formas son adecuadas. Una formas son adecuadas. Una interacción efectiva de Van der interacción efectiva de Van der Waals entre el sustrato y un enzima Waals entre el sustrato y un enzima puede darse solamente si son puede darse solamente si son estéricamente complementarias estéricamente complementarias

Aunque no existe virtualmente Aunque no existe virtualmente especificidad en una sola interacción especificidad en una sola interacción dede Van der Waals, Van der Waals, la especificidad se la especificidad se produce cuando existe la produce cuando existe la oportunidad de producir un gran oportunidad de producir un gran número de enlacesnúmero de enlaces de de Van der Waals Van der Waals de manera simultánea. de manera simultánea.

Cuál es el efecto del agua Cuál es el efecto del agua sobre las tres clases sobre las tres clases

fundamentales de enlace?. fundamentales de enlace?. Dos propiedades del agua son Dos propiedades del agua son

especialmente importantes a este especialmente importantes a este respecto:respecto:

1.1. El agua es una molécula polar. El agua es una molécula polar.

2.2. Las moléculas de agua poseen Las moléculas de agua poseen entre si una alta afinidad. El agua entre si una alta afinidad. El agua es una molécula altamente es una molécula altamente cohesiva.cohesiva.

Por su polaridad y su capacidad de Por su polaridad y su capacidad de formar puentes de hidrógeno, el formar puentes de hidrógeno, el agua es una molécula altamente agua es una molécula altamente reactiva. reactiva.

El agua debilita las interacciones El agua debilita las interacciones electrostáticas y los enlaces de H, electrostáticas y los enlaces de H, entre otras moléculas. entre otras moléculas.

Una interacción fuerte de enlaces de hidrógeno entre el Una interacción fuerte de enlaces de hidrógeno entre el grupo CO y NH grupo CO y NH sucede solamente si se excluye el agua.sucede solamente si se excluye el agua.

El agua disminuye la fuerza de las El agua disminuye la fuerza de las interacciones electrostáticas unas 80 interacciones electrostáticas unas 80 veces, respecto al vacío, debido a veces, respecto al vacío, debido a que el valor de su constante que el valor de su constante dieléctrica es 80. dieléctrica es 80.

Las moléculas o grupos apolares Las moléculas o grupos apolares tienden a agruparse en el seno del tienden a agruparse en el seno del agua. Las moléculas Apolares se agua. Las moléculas Apolares se reúnen conjuntamente en el seno del reúnen conjuntamente en el seno del agua, no precisamente porque agua, no precisamente porque manifiesten una gran afinidad entre manifiesten una gran afinidad entre ellas mismas, sino porque las ellas mismas, sino porque las moléculas de agua se enlazan moléculas de agua se enlazan mutuamente con fuerza. mutuamente con fuerza.

Las interacciones hidrofóbicas Las interacciones hidrofóbicas son la son la fuerzafuerza principal que dirige:principal que dirige:

el plegado de las macromoléculas, la el plegado de las macromoléculas, la unión de sustratos a las enzimas y unión de sustratos a las enzimas y muchas mas interacciones moleculares en muchas mas interacciones moleculares en sistemas biológicos.sistemas biológicos.

La base de la interacción hidrofóbica La base de la interacción hidrofóbica radica en el aumento de entropía que radica en el aumento de entropía que resulta del incremento de libertad de las resulta del incremento de libertad de las moléculas de agua libradas. moléculas de agua libradas.

Consideremos la disolución de Consideremos la disolución de una sola molécula apolar, una sola molécula apolar, como el hexano En aguacomo el hexano En agua

1.1. Se crea una cavidad que Se crea una cavidad que transitivamente interrumpe algunos transitivamente interrumpe algunos enlaces de hidrógeno entre molécula enlaces de hidrógeno entre molécula de agua.de agua.

2.2. Las moléculas de agua dispersadas se Las moléculas de agua dispersadas se reorientan y tienden a formar el reorientan y tienden a formar el máximo de nuevos enlaces de máximo de nuevos enlaces de Hidrógeno.Hidrógeno.

3.3. Las posibilidades de formación de enlaces Las posibilidades de formación de enlaces de Hidrógeno favorables en la cavidad de de Hidrógeno favorables en la cavidad de acuosa que rodea la molécula de hexano acuosa que rodea la molécula de hexano son mucho menores que en el agua pura. son mucho menores que en el agua pura.

4.4. Las moléculas de agua que rodean al Las moléculas de agua que rodean al hexano están mucho más ordenadas que hexano están mucho más ordenadas que en el resto de la disolución. La entropía en el resto de la disolución. La entropía de la disolución diminuye.de la disolución diminuye.

Consideremos la ordenación de Consideremos la ordenación de dos moléculas de hexano en dos moléculas de hexano en

agua.agua. Se situarán en dos cavidades Se situarán en dos cavidades

pequeñas o en una sola cavidad pequeñas o en una sola cavidad mayor? Las moléculas se reúnen y mayor? Las moléculas se reúnen y ocupan una cavidad mayor. ocupan una cavidad mayor.

1.1. Asociación favorecida por la Asociación favorecida por la liberación de parte de las moléculas liberación de parte de las moléculas de agua que rodeaban a los de agua que rodeaban a los hexanos separados. hexanos separados.

2-2- De este modo, la base de la De este modo, la base de la interacción hidrofóbica radica en el interacción hidrofóbica radica en el aumento de entropía queaumento de entropía que resulta del resulta del incremento de libertad de la incremento de libertad de la moléculas de agua liberadas. moléculas de agua liberadas.

FALTA DIAGRAMAFALTA DIAGRAMA