sem i enzimas

Universidad de Concepción Unidad 3: Enzimas y MetabolismoFacultad de Ciencias Biológicas Seminario I: Enzimología

Seminario I:ENZIMOLOGÍA

Profesor Coordinador: Nelson Carvajal

1.- Relacione la energía de activación con la velocidad de una reacción química

Para que una reacción se produzca espontáneamente es necesario que el cambio de energía libre sea negativo, es decir, (∆G) negativo.

De la misma manera si una reacción tiene una alta energía libre, será más dificultoso que la reacción se produzca y por ende llegar a los productos.

La cantidad de energía necesaria para alcanzar el nivel de energía libre del sistema y por lo tanto para producir la reacción se denomina energía de activación (nivel mínimo de energía para reaccionar).

Se desprende de lo anterior que aquella reacción en que la energía libre sea menor y por lo tanto su energía de activación también lo sea, se producirá de alguna manera “mas espontáneamente” que una que tenga una energía de activación mayor, de la misma manera una reacción con una energía libre y una energía de activación alta, será bastante difícil llevarla a cabo a menos que se pueda entregar energía por otra vía, o se pueda disminuir la energía de activación.

La energía de activación se relaciona íntimamente con la velocidad de reacción al determinar el punto en que los reactantes pasan a productos. Mientras mayor sea la energía de activación, menor será la velocidad de reacción, pues implicará más tiempo pasar la barrera de transformación de reactantes a productos.

2.-En base al concepto de energía de activación, discuta el efecto del calor y los catalizadores en la velocidad de una reacción química. Porque los sistemas biológicos emplean catalizadores.

Las moléculas en los organismos, antes de reaccionar y formar sus productos se encuentran en un estado de relativa estabilidad, y no pueden pasar a un estado de menor energía sin adicionarles una cantidad de energía, esta es la energía de activación, un empuje sobre una barrera energética, después de este “empuje” se produce la reacción que llevara a la formación de los productos.

Para las moléculas en solución acuosa dentro de la célula, el empuje se logra gracias a las colisiones entre las moléculas, colisiones que se vuelven mas violentas a medida que se aumenta la temperatura.

Ahora, en los organismos no se puede usar solamente la temperatura para lograr el “empuje” de la energía de activación, porque además de esto ser un gasto energético enorme, un aumento excesivo en la temperatura aumentaría de en gran medida el grado de desorden dentro del

1

Energía de activación: energía requerida para alcanzar el punto en que la estabilidad de los sustratos sea vencida y sea posible llevar a cabo una reacción química completamente, en palabras simples la energía requerida para pasar la barrera que nos impone el equilibrio energético.

Universidad de Concepción Unidad 3: Enzimas y MetabolismoFacultad de Ciencias Biológicas Seminario I: Enzimología organismo, y así arruinando el orden en el que se logra mantener a las moléculas gracias a la energía que se obtiene del catabolismo. Sumándole a esto, que los sistemas biológicos, en general, son isotérmicos esto quiere decir que todas sus partes se encuentran a la amisma temperatura. Por lo tanto un aumento en la Tª, para lograr una velocidad de reacción más rápida significaría provocar daños en el organismo.Por lo anteriormente expuesto, se deduce que los sistemas biológicos utilizan otro sistema para aumentar la velocidad de una reacción química vital. Esto es en base a catalizadores.

La mayor parte de los catalizadores biológicos son proteínas que se denominan enzimas. Los sistemas biológicos utilizan enzimas para llevar reacciones por otro camino que tiene menor energía d activación, sin afectar el equilibrio de la reacción.

3.- Establezca una clasificación de las enzimas, en base al tipo de reacción catalizada

En un comienzo, la clasificación y denominación de enzimas se realizó con nombres propios, pero al ir pasando los años, ya no fue posible conocer todas las enzimas por sus nombres comunes (debido a que se encontró que un sustrato podía ser catalizado por más de una enzima) y por lo tanto se comenzaron a clasificar respecto al tipo de reacción que catalizan.

Clasificación Tipo de Reacción que catalizanÓxidoReductasas

Participan en reacciones de oxido reducción. Ej. : C. Transp. Electrones.

Tranferasas Participan en reacciones en que se deben transferir grupos funcionales.Hidrolasas Hidrólisis de grupos funcionalesLiasas Agrega grupos a los doble enlaces saturando la cadena respectiva o remueve

grupos formando doble enlacesIsomerasas Reacciones de racemizacion, una que es inespecífica para configuraciones

absolutas ( L o D )Ligazas Unión de dos o mas sustratos, utilizando ATP

4.- Discuta y defina las características más sobresalientes de las enzimas

Las enzimas, son en su mayoría proteínas, esto les confiere características especiales como carga eléctrica, estructura terciaria y cuaternaria especifica, solubilidad especial, su síntesis esta relacionada directamente con la información del ADN, veremos que muchas de estas características se aplican de formas particulares a las enzimas.

Las enzimas son catalizadores biológicos por lo que su característica principal es que catalizan reacciones dentro del organismo, la manera en que lo hacen es utilizando vías alternativas de las reacciones para lograr disminuir la energía de activación

Las enzimas son altamente especificas, la especificidad es por sobre todo con el tipo de reacción que catalizan y no tanto con el sustrato. Esta especificidad esta dada sobretodo por características físicas estructurales mas que únicamente químicas, que se van a configurar en el sitio activo de una enzima

Las enzimas son eficaces, ya que aun en pequeñas concentraciones pueden catalizar concentraciones de hasta mil veces más sustrato, además de que transforman un gran numero de moléculas de sustrato en poco tiempo.

Son reutilizables, característica fundamental, ya que si no tuvieran esa cualidad, sería energéticamente poco funcional para la célula. Esta característica puede ser observada fácilmente en mediciones de concentraciones enzimáticas antes y después de una reacción catalizada biológicamente.

Son regulables. Es posible regular las velocidades de los procesos metabólicos mediante cambios en la eficacia catalítica de las enzimas específicas.

2

Un catalizador reduce la barrera de energía para una reacción con lo que aumenta la fracción de moléculas que tienen la energía suficiente para alcanzar el estado de transición y hacer que las reacciones vayan más rápido en ambas direcciones.


No alteran el equilibrio de las reacciones, solo alteran la velocidad en que este equilibrio se produce

Su funcionamiento óptimo esta determinado por un pH y temperaturas determinadas.

5.-En un modelo del sitio activo de una enzima, analice la unión del sustrato y su posterior transformación en los productos de la reacción. Haga el mismo análisis para una reacción con dos sustratos.

Las enzimas se unen temporalmente a uno o más reactantes de la reacción que catalizan. En esta unión disminuyen la energía de activación necesaria para la reacción .

Para esta unión enzima-sustrato, los enlaces formados son no covalentes: Puentes Hidrogeno Interacciones Iónicas Interacciones Hidrofobicas

Ahora, para que una reacción química tenga lugar, las moléculas de los reactantes deben chocar con una energía y una orientación adecuadas. La actuación del enzima permite que los reactantes (sustratos) se unan a su sitio activo con una orientación óptima para que la reacción se produzca y modifica las propiedades químicas del sustrato unido a su sitio activo, debilitando los enlaces existentes y facilitando la formación de otros nuevos

Cuando existen dos sustratos va existir un sitio activo para cada uno en la enzima y reaccionaran de manera independiente, o los dos sustratos ocuparán el mismo sitio activo y competirán por éste.

6.- Discuta el concepto de complementariedad enzima-sustrato.

Durante una reacción química catalizada por enzimas, la interacción principal se produce entre el sustrato y una porción altamente especifica de la enzima denominada “sitio activo”, esta interacción se produce para alcanzar un estado denominado “complejo enzima sustrato o ES” , la afinidad entre una enzima determinada y su sustrato esta dirigida por una complementariedad mayoritariamente física, es decir, el sustrato tiene una distribución espacial que es afín con la forma del sitio activo ( esta forma del sitio esta previamente determinada por el correcto plegamiento de la proteína y por su estructura ya sea terciaria o cuaternaria ), la interacción se lleva a cabo mediante una serie de enlaces débiles (no covalentes) que se producen en los aminoácidos que forman parte de la estructura del sitio activo y las moléculas de sustrato que calzan de forma precisa en esos aminoácidos, es por ello también que las enzimas son específicas para determinadas

3

Universidad de Concepción Unidad 3: Enzimas y MetabolismoFacultad de Ciencias Biológicas Seminario I: Enzimología configuraciones espaciales, los sitios activos tienen además determinadas cargas eléctricas por los aminoácidos que los forman por lo que las interacciones iónicas también toman importancia.

Dado que la complementariedad está dada casi absolutamente por el sitio activo nombraremos algunas características de él:

Corresponde a una porción relativamente pequeña de la enzima Es de forma tridimensional y modificable Tiene forma de surco o hendidura La especificidad depende de la disposición de los esqueletos aminoaciditos y de la estructura

de los átomos del sustrato. Sus componentes básicos son los residuos encargados de la unión de sustratos (residuos

catalíticos) y de la transformación de los sustratos en los productos de la reacción (residuos catalíticos).

La función del sitio activo y, por lo tanto, la actividad catalítica de la enzima, depende de la posición y tipo de grupos laterales de los aminoácidos que conforman el sitio. En él, los reactantes se mantienen en una orientación tal que la reacción puede ocurrir por una vía alternativa, con una menor energía de activación. La energía del estado de transición disminuye porque este interacciona favorablemente con los residuos del sitio activo, mediante enlaces de hidrógeno, uniones electroestáticas, interacciones hidrofóbicas. En consecuencia, la conformación global de la molécula de proteína es crítica para su funcionamiento eficiente como enzima.

7.-Discuta los modelos de la llave-cerradura y encaje inducido en la interaccion enzima sustrato

El modelo llave-cerradura supone que la estructura del sustrato y la del centro activo son complementarias, de la misma forma que una llave encaja en una cerradura. Este modelo es válido en muchos casos, pero no es siempre correcto.

En algunos casos, el centro activo adopta la conformación idónea sólo en presencia del sustrato. La unión del sustrato al centro activo del enzima desencadena un cambio conformacional que da lugar a la formación del producto. Este es el modelo del ajuste inducido. Sería algo así como un cascanueces, que se adapta al contorno de la nuez.

4

Universidad de Concepción Unidad 3: Enzimas y MetabolismoFacultad de Ciencias Biológicas Seminario I: Enzimología 8.- Analice el progreso de una reacción enzimático en el tiempo y discuta el concepto de velocidad inicial.

En el inicio de una reacción catalizada por enzimas, se observa que el aumento de la velocidad de la reacción es directamente proporcional a la concentración de sustrato, esto fundamentalmente porque la mayoría de las enzimas y sus sitios activos están libres y puede realizar la acción catalítica a todas las moléculas de sustrato que son ingresadas al sistema. A medida que la concentración de sustrato se ve aumentada, la velocidad de la reacción comienza a aumentar de manera menos significativa, tomando la curva una forma de hipérbola, la explicación a esto es que, existen menos moléculas de enzimas libres y por tanto es mas difícil que una molécula de sustrato se una a una enzima para formar el complejo ES. Por último, en las cercanías de la velocidad máxima

representada por la línea punteada, la variación de la velocidad a través del tiempo es casi imperceptible y se vuelve INDEPENDIENTE DE LA CONCETRACION DE SUSTRATO, ya que se produce porque todas o casi todas las enzimas del sistema están formando parte de un complejo ES y aunque haya un aumento de sustrato, el aumento real en la formación de productos es casi 0.

La velocidad de una reacción se mide por la cantidad de producto que es producido o al revés por la desaparición del sustrato, la Vi (velocidad inicial) se utiliza porque es una medida real de la capacidad de las enzimas de transformar sustrato en productos, sin ser saturadas ni verse afectadas por variaciones del equilibrio entre sustrato y producto. La concentración de productos es tan poca, que no alcanza a ser suficiente para revertir la situación). Está representada en el inicio de la reacción catalizada, cuando el aumento de la velocidad de reacción es directamente proporcional a la concentración del sustrato.

9.-Analice el efecto de la concentración de sustrato y de la enzima en la velocidad de una reacción enzimática. Aplique la ecuación de Michaelis-Menten para los efectos del sustrato e indique los métodos gráficos que puede emplear para calcular los parámetros cinéticos contemplados en esta ecuación.

La ecuación de Michaelis Menten tiene la misma forma de una hipérbola rectangular:

Ec. De Michaelis Menten

V = V0 máx [S] Km + [S]

Concentración de sustrato versus Velocidad de la reacción.

5


Las reacciones enzimáticas se caracterizan porque aunque se aumente la concentración de sustrato la velocidad no aumenta linealmente, aparece un efecto de saturación. La saturación se debe a que todos los centros activos están ocupados. La velocidad depende de la cantidad de enzima con sustrato suficiente. Consideraremos sólo la velocidad inicial de las reacciones para cada concentración de sustrato cuando se construya una gráfica, evitando el error introducido por el deterioro del enzima. Como en el primer momento no hay producto no consideraremos la reacción contraria.

S + E ES E + P

Si la concentración de sustrato es muy pequeña (Km > [S]), podemos despreciarla en el denominador.

Si la concentración de sustrato es grande (Km < [S]), Km es despreciable:

V = Vmax

Si la concentración del sustrato es igual a la Km (Km = [S]):

V0 = Vmáx 2

La velocidad es independiente respecto a la concentración de sustrato. Es lo que ocurre en el tramo final de la gráfica que tiende asintóticamente a V. Es la ecuación de una hipérbola.

La enzima presenta saturación de velocidad respecto a la concentración de sustrato. La enzima no seguirá la cinética de Michaelis – Menten, si tiene cooperatividad en la unión del sustrato por lo que la curva será sigmoidea. La V será igual y la saturación dependerá de la concentración de enzima. La saturación se alcanza para determinada concentración de enzima, si la concentración de enzima es el doble la velocidad será el doble. La velocidad y n son dos formas de expresar la actividad de una proteína.

Lineweaver-Burk Eadie-Hosftee

El diagrama de Lineweaver-Burk se emplea como herramienta gráfica para calcular los parámetros cinéticos de una enzima. Su utilidad consiste en que el recíproco de la cinética de Michaelis-Menten es fácilmente representable y que de él emanan mucha información de interés.

Es una representación grafica de la cinética de la enzimas en la cual la velocidad de relación se analiza en función de la concentración de sustrato:

6

Universidad de Concepción Unidad 3: Enzimas y MetabolismoFacultad de Ciencias Biológicas Seminario I: Enzimología 10.- Analice el efecto del pH y la Temperatura sobre la velocidad de una reacción enzimático.

Cada enzima tiene un pH o rango de pH óptimo en el que su actividad es máxima. En un pH más alto o más bajo que el óptimo, la actividad decrece.

Esto se debe a que las cadenas laterales de los aminoácidos del sitio activo de la enzima pueden actuar como ácidos o bases débiles y necesitan encontrarse y mantenerse dentro de cierto estado de ionización para que sus interacciones sean efectivas.

La existencia de este pH óptimo sirve como mecanismo de regulación de la actividad (velocidad) enzimático. Si se pone la enzima a un pH fisiológico, siendo su pH óptimo 9, la enzima trabaja más lento y se puede regular (aumentar) su actividad cambiando el pH. En cambio, si se la tuviera siempre a su pH óptimo la actividad sería siempre la máxima y no se podría regular. Ej.: La enzimas hidrolíticas del peroxisoma mantienen su funcionamiento solo en un pH más bajo al fisiológico.

En cuanto a la variación de Tº, la enzima también es especifica y se verá afectada morfológicamente si la temperatura aumenta, incluso con posibilidades de llegar a la denaturación de la proteína, procesos fundamentales para el ser humano como la espermatogénesis requieren una temperatura óptima que no puede variar en un rango demasiado grande. Aunque lo anterior es muy importante por el riesgo de destrucción de la enzima, debe recordarse también que la velocidad de una reacción química depende también de la energía cinética de un sistema manifestada por su temperatura, así si nos encontramos a temperaturas muy bajas existirá un problema cinético en que el movimiento de partículas se vera disminuido y con ello la velocidad de la reacción.

11.-Analice la ecuación de Michaelis-Menten. Discuta el significado de los siguientes parámetros:- Km- Vmáx- Kcat- Vmáx/ Km

V= Kcat [E]t[S]/ Km+[S] = Vmax [S]/Km+[S]

En una típica reacción catalizada por una enzima, las concentraciones de reactantes y productos son normalmente cientos o miles de veces mayor que las concentraciones de enzima. Entonces, cada molécula de enzima cataliza la conversión a producto de muchos sustratos. El evento catalítico que convierte el sustrato a producto involucra la formación de un estado de transición y ocurre mas fácilmente en un lugar especifico de la enzima. El complejo que se forma cuando el sustrato y la enzima se combinan se llama enzima sustrato complejo.

La serie de eventos que llevan a la formación de productos serían:

E + S <---> ES <---> ES* <---> EP <---> E + P

7


Esta reacciones fueron estudiadas por los bioquímicas Michaelis y Menten y desarrollaron la Ecuación Michaelis-Menten, esta ecuación es una descripción cuántica de la relación entre la velocidad de reacción y la concentración de sustrato, y además dos constantes, la Vmax

y Km ([s] a la cual la V = Vmax /2)

La ecuación de Michaelis – Menten puede ser usada para demostrar que la concentración de sustrato que produce exactamente una V = Vmax /2 es igual a Km.

Este hecho proporciona una herramienta poderosa para el análisis de enzimas normales y alteradas.

Km Suele asociarse con la afinidad de la enzima por el sustrato. La constante de Michaelis es la concentración de sustrato a la que se obtiene la mitad de la velocidad máxima. No depende de la concentración de la enzima.Vmax Velocidad máxima que alcanza la reacción, la cual se produce cuando la enzima se encuentra saturad (todas las enzimas forman parte del complejo enzima sustrato).Kcat (Número de recambio) Mide la velocidad del proceso catalítico. Constituye una medida directa de la producción catalítica de producto en condiciones óptimas (enzima saturada). Las unidades de Kcat son s-1 por lo que se puede interpretar como el número de moléculas de sustrato recambiadas por molécula de enzima por segundo.Kcat/Km Medida de la eficacia enzimática. Por lo tanto una enzima muy eficiente tendrá un valor de Kcat/KM grande, ya que esto indicará un valor de Kcat elevado (que significa un recambio rápido) y un valor de KM pequeño (que significa una afinidad elevada por el sustrato).Vmax/ Km el sustrato es mucho menor que la Km, entonces, se obvia la [S] del denominador de la ecuación, obteniendo una ecuación lineal. Esto indica que Vm/Km es la pendiente de la ecuación descrita. Por lo tanto, a concentraciones muy inferiores a Km, la ecuación tiende a comportarse como una ecuación lineal.

12-. Discuta los diferentes tipos de inhibidores enzimáticos, considerando aspectos estructurales y cinéticos. Incluya, además los métodos usados para definir el tipo de inhibición producido por un compuesto particular.

Tipo de inhibidor

Sitio de unión en la enzima (Estructural) Efecto cinético

Inhibidor competitivo

Especifico para el sitio activo, donde compite con el sustrato por un unirse a la enzima en un equilibrio dinámico. Este tipo de inhibición es reversible por el sustrato. Las uniones del sustrato y el inhibidor a la enzima son excluyentes.La unión del inhibidor impide la unión del sustrato por los siguientes mecanismos:

Análogo al sustrato Cambio conformacional Impedimento estérico

Vmax inalterada; Km (definida como la [S] requerida para la mitad de la actividad enzimática máxima) se ve aumentada.

Inhibidor Se une a la E o al complejo ES en un sitio Km inalterada; Vmax

8


no competitivo

distinto al sitio activo, la unión del sustrato con la enzima queda inalterada pero el complejo ESI no es capaz de formar productos. Esta inhibición no puede ser reversible por el sustrato. Al unirse, ya sea a la enzima libre o al CES, el inhibidor provoca un cambio conformacional. Esto no impide la unión al sustrato, pero altera la posición del grupo catalítico con respecto al enlace susceptible del sustrato.

disminuye en relación a la concentración del inhibidor.

No competitivo

Se une solo al complejo ES en otro sitio que el activo, causa modificaciones en la conformacion de la enzima que hace aparecer un sitio para un inhibidor.

Vmax disminuye Km, disminuye

Para analizar la inhibición de un compuesto en particular se observan las acumulaciones de sustancias químicas en un experimento o también como en los exámenes médicos en la sangre. Se analiza la reacción enzimática por lo que hace, no por lo que es.

13.- Analice los conceptos de cooperatividad y alosterismo en la acción enzimática. En su análisis incluya los aspectos cinéticos y estructurales.

Alosterismo Tal como su nombre lo indica “alosterico”(otro sitio ) la regulación alosterica de una enzima

se produce por unión de una sustancia que en este caso de denomina efector en un sitio diferente al sitio activo, alterando la conformación de la enzima, aumentando o disminuyendo la afinidad de la enzima por el sustrato. Así, podemos clasificar a los efectores en positivos si aumentan la afinidad de a enzima por el sustrato o negativos si disminuyen la afinidad por el sustrato, regulando así el funcionamiento de la enzima. Estos efectores generalmente son productos de las vías metabólicas a la cual pertenece una determinada enzima, y funcionan alternando vías, es decir activando una vía metabólica e inhibiendo otra.

Aquellas enzimas que son inhibidas por su mismo sustrato se denominan homotrópicas y la inhibición depende de cuantos sitios activos estén ocupados.

Las que son inhibidas por efectores distintos a sus sustratos se denominan heterotrópica.

Cooperatividad Este tipo de regulación, descubierto recientemente, plantea que aquellas enzimas que

tienen más de una parte proteica pueden ir alternando secuencialmente su afinidad por el sustrato, logrando una alta velocidad de transformación pero a concentraciones mayores, esto porque al principio la afinidad se ve bastante disminuida. La unión de este efector puede también disminuir la afinidad de las otras partes de la enzima por el sustrato, siendo un efector negativo.

Un ejemplo conocido con este tipo de funcionamiento aunque no es una enzima es la hemoglobina.

9

Universidad de Concepción Unidad 3: Enzimas y MetabolismoFacultad de Ciencias Biológicas Seminario I: Enzimología 14.- Discuta los conceptos de enzimología en medicina.

Las enzimas son polímeros biológicos que catalizan múltiples procesos dinámicos, los cuales hacen posible la vida tal como se le conoce. Como determinantes de la velocidad a la cual tienen lugar los eventos fisiológicos, las enzimas tienen participación importante en lo que es salud y enfermedad. Gracias a sus acciones cuidadosamente coordinadas, se logra la degradación de alimentos para suministrar energía y bloques estructurales, el ensamble de estos bloques en proteínas, membrana y ADN codificante de la información genética, así como el encauzar la energía para producir el movimiento celular. Mientras que en la salud todos los procesos fisiológicos acontecen de manera regulada y ordenada, y se conserva la homeostasis, en los estados patológicos ésta puede sufrir importantes trastornos. Por ejemplo, la lesión tisular grave, característica de la cirrosis hepática, puede deteriorar profundamente la capacidad de las células para formar las enzimas catalizadoras de procesos metabólicos tan importantes como la síntesis de urea. Diversas enfermedades genéticas, poco frecuentes pero a menudo debilitantes y mortales, proporcionan impresionantes ejemplos adicionales sobre las consecuencias fisiológicas drásticas que pueden seguir al deterioro d ela actividad, incluso de 1 sola enzima.

Después de una lesión tisular grave (infarto cardíaco o pulmonar, aplastamiento d euna extremidad) o cáncer, se liberan a la sangre las enzimas propias de tejidos específicos. Por lo tanto, la medición de dichas enzimas en el suero sanguíneo proporcionan una información diagnóstica y pronóstica invaluable a los médicos.

Los factores principales que afectan la velocidad de las reacciones catalizadas por enzimas (concentraciones enzima y sustrato, Tº, pH, presencia de inhibidores) resultan de interés clínico. Por el principio de homeostasia, la buena salud necesita de cientos de reacciones catalizadas por enzimas y que éstas se desarrollen a las velocidades adecuadas. La insuficiencia para alcanzar estos objetivos, turba el equilibrio homeostático de los tejidos, con profundas consecuencias potenciales. Un médico debe conocer la manera en que el pH, las concentraciones de las enzimas y sustrato, y los inhibidores influyen en la velocidad de las reacciones catalizadas por enzimas.

La velocidad de ciertas reacciones catalizadas por enzimas responde a variaciones ustiles en el pH intracelular que caracterizan la acidosis y alcalosis metabólicas. Debido a que la velocidad de la catálisis enzimática aumenta o disminuye en respuesta a las fluctuaciones correspondientes de la Tº, fiebre e hipotermia trastornan la homeostasis, al momento de modificar la velocidad d emuchas reacciones catalizadas por enximas. Sin embargo, estos cambios sutiles pueden volverse una ventaja para el médico. Por ejemplo, es posible explotar la disminución de la actividad de todas las enzimas que acompaña a la disminución de la Tº corporal (hipotermia), para disminuir la demanda metabólica global durante la cirugía de corazón abierto, o el transporte de órganos en los transplantes.

Muchos fármacos de importancia terapeútica actúan al disminuir la velocidad de reacciones metabólicas, por competir con el sustrato natural de una enzima metabólica fundamental. Estos fármacos, a menudo, semejan los sustratos naturales.

15.-Use la ecuación de Michaelis-Menten para demostrar lo siguiente:

a) “v” tiende a hacerse independiente de [S] cuando [S]>>Kmb) La reacción es de primer orden con respecto a S cuando [S] << Kmc) [S]=Km cuando “v” es igual a la mitad de la Vmáx.

10


En un dibujo donde aparezcan moléculas de sustrato, de enzima y de complejo enzima-sustrato, describa las situaciones correspondientes a los puntos (a) y (c).

A altas concentraciones de sustrato la velocidad representada por el punto C es casi igual a la velocidad máxima y la diferencia entre estas es casi despreciable, la velocidad máxima se alcanzara solo cuando todas las moléculas de enzimas estén formando el complejo ES.A concentraciones bajas de sustrato, como en el punto B y A, las bajas velocidades de reacción indican que en ese momento solo una parte de las moléculas de enzimas están unidas a sustratos. De hecho, en la concentración de sustrato en el punto B, exactamente la mitad de las moléculas de enzimas están formando el complejo ES.

a) Si la concentración de sustrato es mayor que Km, la cual recordemos es el punto de referencia para saber si las concentraciones de sustrato son muy altas o muy bajas, tendríamos que la enzima se saturaría de sustrato. Razón por la cual la velocidad tendería a acercarse a la Vmáx., lo que no significa que la enzima trabajará a un 100%, puesto que la gráfica de v versus [S] es una hipérbole que tiende asintóticamente al valor máximo, lo que significa que lo alcanzará cuando la [S] llegue al infinito, lo que en la práctica nunca ocurrirá. La interpretación se basa en el siguiente hecho, si el 100% de los complejos enzima-sustrato estuvieran acoplados, no se soltaría producto por lo tanto la reacción se detendría, lo que ocurre en realidad es que si la enzima se encuentra saturada esta trabajará a una velocidad del 99.9% de su Vmáx, cabe destacar que estamos hablando de [S] 100 veces Km.

b) Si Km es mucho mayor que [S], tenemos que la velocidad es proporcional a la [S]. Es decir que en valores de concentración bajo Km, la velocidad es mas proporcional: “si la [S] aumenta al doble, la velocidad de reacción también se duplica” y esta es la única zona en la cual ocurre esto. Por lo tanto, como ya dijimos en (a), Km es un punto de referencia para concentraciones muy altas o muy bajas.

c) Cuando la [S] es igual a Km, la velocidad es igual a la mitad de la Vmáx, lo que nos dice que la Km es la concentración de sustrato necesaria para tener una velocidad igual a la mitad de la velocidad máxima. Si la Vmáx, significa que la enzima está saturada, la mitad de la Vmáx significa que la mitad de sustrato está con la enzima y la otra mitad está libre.

11


16.- Por qué la velocidad de una reacción enzimática se aproxima a un límite a alta concentración de sustrato.

En las cercanías de la velocidad máxima representada por la línea punteada, la variación de la velocidad a través del tiempo es casi imperceptible y se vuelve INDEPENDIENTE DE LA CONCETRACION DE SUSTRATO, ya que se produce porque todas o casi todas las enzimas del sistema están formando parte de un complejo ES y aunque haya un aumento de sustrato, las enzimas no dan abasto para catalizar todo el sustrato presente en el sistema el aumento real en la formación de productos es casi 0.Así puede seguir acercándose sin llegar a la velocidad máxima.

17.- Una enzima que sigue la cinética de Michaelis- Menten tiene una Km de 1µM para su sustrato. La velocidad inicial es 0.1 µM por min a una concentración de sustrato a 100 µM. ¿Cuál es la velocidad inicial cuando [S] es igual a:

a.- 1mM ( 103 µM)b.- 1 µMc.-2 µM

V = Vmax * [S] 0.1 = Vmax * 100 Km + [S] 1 + 100

Vmax = 0, 101

a.- V = 0.101* 103 = 0,100899 µM/min 1 + 103 b.- V = 0,101 * 1 = 0.0505 µM/ min

1 + 1

12


c.- V = 0.101 * 2 = 0,06733333… µM/ min 1 + 2

18.- Para una reacción enzimática que sigue una cinética de Michaelis-Menten, dibuje un grafico v0 versus [S].a) en ausencia de un inhibidorb) en presencia de un inhibidorc) en presencia de un inhibidor no competitivoHaga los mismo empleando una grafica de dobles recíprocos de Linewever-Burk.

13


19-. Algunos exámenes de laboratorio que solicita un médico contemplan mediciones enzimáticas. ¿Cómo explica esto? ¿Cómo se expresan los resultados que entrega el laboratorio?

Un inmunoanálisis ligado a enzimas le permite al médico analizar la sangre del paciente con un antígeno (ej., virus o bacterias) para ver si su sistema inmunológico lo reconoce como algo que ha visto antes. Y también analizar la sangre del paciente para ver si una sustancia particular como una hormona (un antígeno) está presente en su organismo. Los resultados de estos exámenes son

14

a) en ausencia de inhibidor

b) en presencia de inhibidor competitivo

c) en presencia de un inhibidor no competivo ccompeticompetitivo

Michaelis-Menten Linewever-Burk

Universidad de Concepción Unidad 3: Enzimas y MetabolismoFacultad de Ciencias Biológicas Seminario I: Enzimología expresados en función de la compatibilidad de un anticuerpo o antígeno con una enzima, es decir, si se unen o no.

20.-En el tratamiento de la leucemia se emplea la enzima asparaginasa, que hidroliza la asparagina generando amonio y ácido aspártico. Si un paciente suyo tiene un nivel sanguíneo de asparagina igual a 1μM y usted dispone de dos asparaginasas, con las propiedades cinéticas que se indica ¿Cuál de ellas elegiría para el tratamiento?

Asparaginasa 1 Km = 1μM; Vmax = 100 μM/segAsparaginasa 2 Km = 0.5 μM ; Vmax = 60 μM/seg

No todas las asparaginasas son eficaces. Sucede que las asparaginasas de diferentes fuentes: animales, vegetales, bacterias; tienen distinto Km. Como la concentración de asparagina en la sangre es muy baja, la asparaginasa solo será efectiva si su Km es lo suficientemente bajo como para hidrolizar la asparagina rápidamente, dada su pequeña concentración en sangre. Es decir debemos buscar la Asparaginasa con mayor eficiencia enzimática.

Entonces, según esto último y de acuerdo a la ecuación de Michaelis-Menten:

Asparaginasa 1: Eficiencia = 100μM/seg = 100 1 μM

Asparaginasa 2: Eficiencia = 60 μM/seg = 120 0.5 μM

Considerando estos resultados, sería más conveniente utilizar la asparaginasa 2, ya que su efecto sería más rápido.

15

sem i enzimas

Documents