enzimas q.b.p. karla díaz. enzimas son catalizadores de gran eficiencia y especificidad. aceleran...

EnzimasEnzimas

Q.B.P. Karla Díaz

EnzimasEnzimas

Son catalizadores de gran eficiencia y especificidad. Aceleran la aproximación de una reacción a su equilibrio. Son muy específicas para los reactantes o sustratos,

sobre los cuales actúan. El grado de especificidad del sustrato varía.

Las enzimas son proteínas, o bien proteínas + cofactores.

Ciertas moléculas de RNA también presentan actividad enzimática.

Las moléculas de sustrato se unen a la enzima en su sitio activo.

El sitio activo es una hendidura un poco hidrofóbica.

NomenclaturaNomenclatura Las enzimas reciben su nombre de acuerdo a la reacción que

catalizan.

Su nombre se forma añadiendo el sufijo –asa al nombre del sustrato sobre el que actúan o bien al término que describe las reacciones que catalizan.

Algunas enzimas como la tripsina y la quimotripsina aún se conocen por sus nombres históricos.

ClasificaciónClasificación

Un comité de la Unión Internacional de Bioquímica publicó un esquema de clasificación que asigna un número a cada enzima y clasifica a las enzimas en 6 grupos de acuerdo a la clase general de reacciones químicas que catalizan.

-Las óxidorreductasas catalizan reacciónes de oxidación – reducción. La mayor parte de estas enzimas se conocen como deshidrogenasas, pero algunas de ellas son oxidasas, peroxidasa, oxigenasas o reductasas.

-Las transferasas catalizan reacciones de transferencia de grupos. Muchas de ellas requieren la existencia de coenzimas. Estas enzimas o sus coenzimas son sustituídas en forma covalente por una porción de la molécula de sustrato.

-Las hidrolasas catalizan la hidrólisis. Son una clase especial de transferasas, el agua les sirve como un receptor del grupo transferido.

ClasificaciónClasificación

-Las liasas catalizan reacciones de eliminación no hidrolítica, no oxidante, o la lisis de un sustrato en reacciones que generan un enlace doble. En dirección inversa, las liasas catalizan la adición de un sustrato a un doble enlace de un segundo sustrato. Una liasa que cataliza una reacción de adición en las células se denomina sintasa.

-Las isomerasas catalizan reacciones de isomerización. Debido a que estas reacciones tienen un solo sustrato y un producto, son por lo regular reacciones enzimáticas más sencillas.

-Las ligasas catalizan la ligadura o unión de dos sustratos en reacciones sintéticas que requieren el ingreso de la energía química potencial de un nucleósido trifosfato, como el ATP. A las ligasas se les da el nombre de sintetasas.

IsoenzimasIsoenzimas

Las isoenzimas son distintas formas moleculares de una misma enzima.

La principal característica de las isoenzimas es que deben tener la misma especificidad de sustrato.

CofactoresCofactores A veces, un enzima requiere para su función la presencia de

sustancias no proteicas que colaboran en la catálisis: los cofactores.

Los cofactores pueden ser iones inorgánicos como el Fe++,

Mg++, Mn++, Zn++ etc.

Casi un tercio de los enzimas conocidos requieren cofactores.

Cuando el cofactor es una molécula orgánica se llama coenzima. Muchos de estos coenzimas se sintetizan a partir de vitaminas.

Grupos prostéticosGrupos prostéticos Cuando los cofactores y las coenzimas se encuentran

unidos covalentemente a la enzima se llaman grupos prostéticos.

La forma catalíticamente activa de la enzima, es decir, la enzima unida a su grupo prostético, se llama holoenzima.

La parte proteica de una holoenzima (inactiva) se llama apoenzima, de forma que:

apoenzima + grupo prostético= holoenzima

Cinética enzimática

Michaelis-Menten

La tasa o velocidad de reacción de una enzima está La tasa o velocidad de reacción de una enzima está dada por: dada por:

V = -dS

dt=

dP

dt

Con respecto al tiempo…Con respecto al tiempo…

Tiempo de reacción (min.)Tiempo de reacción (min.)

Pro

duct

o fo

rmad

o (m

g/m

L)

Pro

duct

o fo

rmad

o (m

g/m

L)

Cinética de Michaelis-MentenCinética de Michaelis-Menten

SS (Concentración de sustrato) X 10 (Concentración de sustrato) X 1033, mol/L, mol/L

VV (

Tas

a d

e re

acci

ón)

X 1

0 (

Tas

a d

e re

acci

ón)

X 1

033 , m

ol/(

L-s

ec)

, mol

/(L

-sec

)

max = k2eo

= max / 2

S1/2 = Km

Para este comportamiento enzimático, se propuso la siguiente fórmula:

=maxS

Km + Smax = eo

= max / 2 cuando S es igual a la Km

S es la concentración de sustrato libre

eo es la concentración de la enzima total (libre y combinada)

Como punto inicial, se asume que la enzima Como punto inicial, se asume que la enzima EE y el sustrato y el sustrato SS se se combinan para formar un complejo combinan para formar un complejo ESES que posteriormente se que posteriormente se disocia en el producto disocia en el producto PP y enzima libre y enzima libre EE: :

S + ES + E ESESKK11

KK-1-1

ESES P + EP + EKK22

¨Constante de Michaelis” o de disociación. ¨Constante de Michaelis” o de disociación.

sese

(es)=

KK-1-1

K1

= Km

Se asume que la descomposición del complejo ES al producto y Se asume que la descomposición del complejo ES al producto y la enzima libre es una reacción irreversible. la enzima libre es una reacción irreversible.

=dPdP

dt= KK2 2 ((eses))

ee + ( + (eses) = ) = eeooeeoo es la concentración total de enzima es la concentración total de enzima

Parámetros cinéticosParámetros cinéticos

maxmax = Velocidad máxima o limitante = Velocidad máxima o limitante

KKmm = constante de Michaelis= constante de Michaelis

=max [S]

Km + [S]

Parámetros cinéticosParámetros cinéticos

maxmax = Velocidad máxima o limitante = Velocidad máxima o limitante

KKmm = constante de Michaelis= constante de Michaelis

Con la expresión de Michaelis-Menten, el tiempo de reacción Con la expresión de Michaelis-Menten, el tiempo de reacción

puede ser estimado analíticamente integrando:puede ser estimado analíticamente integrando:

=-max[S]

Km + [S]

dS

dt

Obteniendo:Obteniendo:

maxt = So – S + Km lnSo

S

Ecuación de Lineweaver-BurkEcuación de Lineweaver-Burk

Y = b + mX

1

=

Km

max

+1

max

1

S

Obtención de los parámetros cinéticos Km y Vmax

Lineweaver-Burk modificada (Hanes)Lineweaver-Burk modificada (Hanes)

Y = b + mX

S

=

1

max

+Km

max

S

Estimación de la Km sujeta a erroresEstimación de la Km sujeta a errores

Eadie-HofsteeEadie-Hofstee

Y = b + mX

=

S

_max Km

Estimación deEstimación de sujeta a errores sujeta a errores

Problem.Problem. The reaction rate at different substrate concentrations for The reaction rate at different substrate concentrations for the enzyme fumarase are reported in Table 1. Using the information the enzyme fumarase are reported in Table 1. Using the information reported, estimate the kinetics parameters reported, estimate the kinetics parameters maxmax and and KKmm..

S(g/L)S(g/L) Rate (g/L-min)Rate (g/L-min)

0.50.5 0.020.02

1.51.5 0.040.04

3.53.5 0.060.06

5.55.5 0.070.07

8.08.0 0.070.07

10.010.0 0.080.08

Possible solution to the problemPossible solution to the problem

S(g/L)S(g/L) (g/L-min)(g/L-min) 1/S (L/g)1/S (L/g) 1/ 1/ (L-min/g) (L-min/g)

0.50.5 0.020.02 2.02.0 5050

1.51.5 0.040.04 0.670.67 23.823.8

3.53.5 0.060.06 0.300.30 17.217.2

5.55.5 0.070.07 0.180.18 14.514.5

8.08.0 0.070.07 0.180.18 14.514.5

10.010.0 0.080.08 0.100.10 12.212.2

Kinetics parameters Kinetics parameters maxmax = 0.105 g/L-min = 0.105 g/L-min

KKmm = 2.0 g/L= 2.0 g/L

Inhibición enzimática

Un esquema general

E ES

EI EIS

+S

-S

+S

-S

+I -I +I -I

E + P

Inhibición competitiva

E ES

EI

+S

-S

+I -I

E + P

KM*=KM(1+[I]/KI)

Inhibición no competitiva

E ES

EIS

+S

-S

+I -I

E + P

vmax*=vmax/(1+[I]/KI)

Inhibición acompetitiva

E ES

EI EIS

+S

-S

+S

-S

+I -I +I -I

E + P

vmax*=vmax/(1+[I]/KI)

KM*=KM/(1+[I]/KI)

Inhibición mixta

E ES

EI EIS

+S

-S

+S

-S

+I -I +I -I

E + P

¿Cómo saber que tipo de inhibición?

¿Cómo saber que tipo de inhibición?

No Competitiva Competitiva Acompetitiva

vmax*=vmax/(1+[I]/KI)

KM*=KM/(1+[I]/KI)

KM*=KM(1+[I]/KI)vmax*=vmax/(1+[I]/KI)

¿Cómo saber que tipo de inhibición?

No Competitiva Competitiva Acompetitiva

vmax*=vmax/(1+[I]/KI)

KM*=KM/(1+[I]/KI)

KM*=KM(1+[I]/KI)vmax*=vmax/(1+[I]/KI)

¿Cómo saber que tipo de inhibición?

No Competitiva Competitiva Acompetitiva

vmax*=vmax/(1+[I]/KI)

KM*=KM/(1+[I]/KI)

KM*=KM(1+[I]/KI)vmax*=vmax/(1+[I]/KI)

No Competitiva Competitiva Acompetitiva

vmax*=vmax/(1+[I]/KI)

KM*=KM/(1+[I]/KI)

KM*=KM(1+[I]/KI)vmax*=vmax/(1+[I]/KI)

¿Cómo saber que tipo de inhibición?

No Competitiva Competitiva Acompetitiva

vmax*=vmax/(1+[I]/KI)

KM*=KM/(1+[I]/KI)

KM*=KM(1+[I]/KI)vmax*=vmax/(1+[I]/KI)

¿Cómo saber que tipo de inhibición?

Regulación de la actividad enzimática

Mecanismos alostéricos

Modificaciones covalentes

Mecanismos alostéricos

Hay enzimas que pueden adoptar 2 conformaciones interconvertibles llamadas R (relajada) y T (tensa).

R es la forma más activa porque se une al sustrato con más afinidad. Las formas R y T se encuentran en equilibrio R <==> T.

Ciertas sustancias tienden a estabilizar la forma R. Son los llamados moduladores positivos. El propio sustrato es a menudo un modulador positivo.

Las moléculas que favorecen la forma R pero que actúan sobre una región del enzima distinta del centro activo son los activadores alostéricos

Las sustancias que favorecen la forma T y disminuyen la actividad enzimática son los moduladores negativos. Si estos moduladores actúan en lugares distintos del centro activo del enzima se llaman inhibidores alostéricos.

Modificaciones covalentes Otras enzimas pasan de una forma menos activa a

otra más activa uniéndose covalentemente a un grupo químico de pequeño tamaño como el Pi o el AMP.

También se da el caso inverso, en el que un enzima muy activo se desactiva al liberar algún grupo químico.

En las enzimas de las vías degradativas del metabolismo, la forma fosforilada es más activa que la no fosforilada, mientras que en las vías biosintéticas ocurre lo contrario.

Enzima no fosforilada

(Inactiva)

Enzima fosforilada

(Activa)

ACTIVACIÓN DE ZIMÓGENOS

Algunas enzimas no se sintetizan como tales, sino como proteínas precursoras sin actividad enzimática.

Estas proteínas se llaman proenzimas o zimógenos.

Para activarse, los zimógenos sufren un ataque hidrolítico que origina la liberación de uno o varios péptidos. El resto de la molécula protéica adopta la conformación y las propiedades de la enzima activa.

Muchas enzimas digestivas se secretan en forma de zimógenos y en el tubo digestivo se convierten en la forma activa.

Es el caso de la -quimotripsina, que se sintetiza en forma de quimotripsinógeno

Si estas enzimas se sintetizaran directamente en forma activa destruirían la propia célula que las produce.

Así, la tripsina pancreática (una proteasa) se sintetiza como tripsinógeno (inactivo). Si por alguna razón se activa en el propio páncreas, la glándula sufre un proceso de autodestrucción (pancreatitis aguda), a menudo mortal.

Proteínas de la coagulación

Coenzimas Son compuestos orgánicos requeridos por las

enzimas para realizar su actividad catalítica.

Actúan como reactivos de transferencia de grupos.

Son específicas para los grupos químicos, a los que se les llama grupos metabólicos móviles, que ellas aceptan y donan.

Los grupos metabólicos móviles son fijados al centro reactivo de la coenzima.

Algunas coenzimas se sintetizan a partir de metabolitos comunes y nos referimos a ellas como coenzimas metabolitos.

El ATP es la más familiar y la más abundante de estas coenzimas.

Algunas vitaminas son necesarias para la actuación de determinados enzimas, ya que funcionan como coenzimas que intervienen en distintas rutas metabslicas y , por ello, una deficiencia en una vitamina puede originar importantes defectos metabólicos.

En los animales, muchas coenzimas se derivan de

las vitaminas B.

VITAMINAS FUNCIONESEnfermedades

carenciales

C (ácido ascsrbico)

Coenzima de algunas peptidasas. Interviene en la síntesis de colágeno

Escorbuto

B1 (tiamina)Coenzima de las descarboxilasas y de las enzimas que transfieren grupos aldehidos

Beriberi

B2 (riboflavina)

Constituyente de los coenzimas FAD y FMNDermatitis y

lesiones en las mucosas

B3 (ácido pantotinico)

Constituyente de la CoAFatiga y trastornos

del sueño

B5 (niacina)Constituyente de las coenzimas NAD y NADP Pelagra

B6 (piridoxina)

Interviene en las reacciones de transferencia de grupos amino.

Depresión, anemia

B12 (cobalamina)

Coenzima en la transferencia de grupos metilo. Anemia perniciosa

BiotinaCoenzima de las enzimas que transfieren grupos carboxilo, en metabolismo de aminoácidos.

Fatiga, dermatitis...

Escorbuto Beriberi Pelagra

Anemia Perniciosa

Coenzima Q (CoQ) Esta coenzima es sintetizada a partir de farnesil

pirofosfato.

La CoQ es capaz de aceptar y donar uno o dos electrones porque su forma semiquinona es estable.

A su forma oxidada se le conoce como ubiquinona o quinona. A su forma reducida se le conoce como QH2, ubiquinol o hidroquinona.

BiotinaLa biotina consiste de un anillo imidazol que está unido en forma cis a la cadena lateral tetrahidrotiofeno del valerato.

La enzima holocarboxilasa sintetasa (HCS) cataliza la activación, mediante biotinilación, de cinco carboxilasas en células humanas.

NAD y NADP

Derivados de la niacina.

Fueron las primeras coenzimas que se reconocieron.

Participan en gran cantidad de reacciones metabólicas.