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U.T.I. Biología Celular
Enzimas
Departamento de BioquímicaNoviembre de 2005
Enzimas
A.A. Propiedades generales de las enzimasPropiedades generales de las enzimas
B. Principios fundamentales de su acción catalítica
C. Introducción a la cinética enzimática
D. Mecanismos de acción enzimáticos
E. Enzimas reguladores
A. Propiedades generales de las enzimas (I)
1. Son los catalizadores de las reacciones químicas de los sistemas biológicos
2. Tienen gran poder catalítico
3. Poseen un elevado grado de especificidad de sustrato
4. Funcionan en soluciones acuosas en condiciones suaves de pH y temperatura
A. Propiedades generales de las enzimas (II)
5. La mayoría de las enzimas son proteínas:
• La función depende de la integridad de la conformación proteica nativa
• Existen enzimas que son proteínas simples y otras que requieren componentes químicos adicionales:
- Cofactores: - iones inorgánicos- complejos orgánicos
coenzimasgrupos prostéticos
• Holoenzima / Apoenzima
A. Propiedades generales de las enzimas (III)
6. Las enzimas se clasifican según la reacción catalizada:
• Nomenclatura:- Número clasificatorio de 4 dígitos (E.C.)- Nombre sistemático- Nombre trivial
ATP + D-Glucosa ADP + D-Glucosa-fosfato
Número clasificatorio: E.C. 2.7.1.1.2. Clase: Transferasa
7. Subclase: Fosfotransferasa1. Fosfotransferasas con OH como aceptor
1. D-glucosa como aceptor del fosfatoNombre sistemático: ATP:glucosa fosfotransferasaNombre trivial: hexoquinasa
Enzimas
A. Propiedades generales de las enzimas
B.B. Principios fundamentales de su acción catalíticaPrincipios fundamentales de su acción catalítica
C. Introducción a la cinética enzimática
D. Mecanismos de acción enzimáticos
E. Enzimas reguladores
B. Principios fundamentales de la acción catalítica de las enzimas
¿ cómo funcionan las enzimas ?
• En condiciones fisiológicas las reacciones sin catalizar tienden a ser lentas (estabilidad de biomoléculas)
• Muchas reacciones bioquímicas suponen situaciones poco probables
• Una enzima soluciona estos problemas proporcionando un ambiente tridimensional favorable a la reacción (sitio activo)
Las enzimas alteran las velocidades de reacción pero no los equilibrios
(A) S P
(B) E + S ES EP E + P
(A) (B)
Las velocidades de reacción y los equilibrios tienen definiciones termodinámicas precisas
• Equilibrio de reacción depende ∆G’o• Velocidad de reacción depende de ∆G‡
S P Keq’ = [P]
[S]∆G’o = - RT ln Keq’
KTe - ∆G‡ / RTk = V = k [S]
h K = constante de Boltzmannh = constante de Planck
Las interacciones débiles entre enzima y sustrato son óptimas en el estado de transición
En el estado de transición las interacciones entre la enzima y el sustrato son óptimas
La energía de fijación entre enzima y sustrato proporciona especificidad de reacción y catálisis
Grupos catalíticos específicos contribuyen a la catálisis
Enzimas
A. Propiedades generales de las enzimas
B. Principios fundamentales de su acción catalítica
C.C. Introducción a la cinética Introducción a la cinética enzimáticaenzimática
D. Mecanismos de acción enzimáticos
E. Enzimas reguladores
El modelo de Michaelis-Menten (1913)
Leonor Leonor MichaelisMichaelis MaudMaud MentenMenten
La concentración de sustrato afecta la velocidad de reacción catalizada por enzimas
Cinética del estado estacionario
Cinética del estado estacionario
La relación entre concentración de sustrato y velocidad de reacción enzimática puede
expresarse de manera cuantitativa
Ecuación de Ecuación de MichaelisMichaelis -- MentenMenten
Ecuación de Lineweaver -Burk
El significado de Km y Vmax es único para cada enzima
• El significado real de Km depende del mecanismo de reacción
Si k2 es la limitante de reacción entonces KmKm = k= k--1/k1 = 1/k1 = KsKs (o K(o KDD de ES)de ES)
• La Vmax de enzimas michaelianas es equivalente a k2 [ET]
Si k2 es la limitante de reacción entonces k2 = k2 = kcatkcat o No de recambio
El Nº de recambio se define para una unidad de tiempo definida, como el número de moléculas de sustrato convertidas en producto por una molécula de enzima, cuando esta enzima
está saturada
Muchas enzimas catalizan reacciones con dos o más sustratos
Inhibición competitiva
Inhibición no-competitiva
Inhibición acompetitiva
Efecto del pH sobre la actividad enzimática
Enzimas
A. Propiedades generales de las enzimas
B. Principios fundamentales de su acción catalítica
C. Introducción a la cinética enzimática
D.D. Mecanismos de acción enzimáticosMecanismos de acción enzimáticos
E. Enzimas reguladores
Mecanismo de acción de la quimotripsina
Cambio conformacional de la hexoquinasa
Enzimas
A. Propiedades generales de las enzimas
B. Principios fundamentales de su acción catalítica
C. Introducción a la cinética enzimática
D. Mecanismos de acción enzimáticos
E.E. Enzimas reguladorasEnzimas reguladoras
Enzimas reguladoras
1. Enzimas alostéricas
• Son reguladas por unión no-covalente de moduladores
• Constituyen excepciones a muchas reglas generales- efecto homotrópico (positivo o negativo)- efecto heterotrópico (positivo o negativo)
• Hay dos modelos que explican el comportamiento cinético de las enzimas alostéricas- modelo simétrico (Monod)- Modelo secuencial (Koshland)
Enzimas reguladoras
2. Modulación covalente reversible
• Fosforilación
• Adenililación
• Uridililación
• ADP-ribosilación
• Metilación
Fosforilación / defosforilación
Activación de zimógenos