enzimas ii
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UNIVERSIDAD NACIONAL JORGE BASADRE GHOHMANN
BIOQUIMICA
ENZIMASPARTE II
Mgr. SOLEDAD BORNAS ACOSTA
CINETICA QUIMICA
CINETICA QUIMICAParte de la química que estudia la velocidad (V) de una reacción química y todos los factores que pueden alterarla (merecen especial atención la concentración de los reaccionantes y la temperatura) en un determinado tiempo.
CINETICA QUIMICA
REACCION DE 1°ORDEN
Según la ley de Acción de Masas establecida por Guldberg y Waage (1867), es aquella reacción donde la velocidad de reacción es proporcional a la concentración del reaccionante.
A K BV ∞ [A]V=K [A]
Es decir conforme se aumenta [A] se aumenta la Velocidad
Vi
[A]
CINETICA QUIMICA
REACCION DE 2°ORDEN
Es aquella reacción donde la velocidad de reacción es proporcionalmente directa al cuadrado de la concentración del reaccionante.
A + B K C + DV ∞ [A] [B]
V = K[A] [B]V=K [A]2
Los reaccionantes se dan en forma definida [A]=[B]
Vi
[A]2
CINETICA QUIMICA
REACCION DE 3°ORDEN / CERO ORDEN
Es aquella reacción donde la velocidad de reacción es constante conforme se aumentala concentración del reaccionante.
A K BV=K
La reacción no cumple con la ley de Acción de Masas
Vi
[A]
CINETICA ENZIMATICA
En 1913 investigadores (alemanes) LEONOR MICHAELIS y MAUD MENTEN realizaron diversos estudios con respecto de cómo se afectaba las reacciones químicas catalizadas por enzimas, para ello desarrollaron todo un MODELO MATEMÁTICO.
En 1925 G. BRIGGS y J. HALDANE realizaron mayores investigaciones y análisis apoyando el modelo y estableciendo una HIPÓTESIS de validez mas general conocida como APROXIMACIÓN AL ESTADO ESTACIONARIO
CINETICA ENZIMATICA
CINETICA ENZIMATICA
PRINCIPIOS1. Las reacciones químicas catalizadas por
enzimas se dan en tiempos cortos y breves.
t = cortos y [P] ≈ 0
En tiempos cortos el [P] es tan pequeño que se desprecia; por lo tanto, se desprecia la cuarta reacción (K4)
CINETICA ENZIMATICA
2. Se genera un equilibrio entre el complejo [ES] alcanzando un Estado Estacionario.
ESTADO ESTACIONARIO [ES] = K V1 = V2 + V3
Siendo mas estable V1 = Formación del [ES]
V2 + V3 = Desaparición del [ES]
CINETICA ENZIMATICA
V1 ∞ [S] [E]
V1 = K1 [S] [E] [E] = [Et] - [ES]
V2 ∞ [ES]
V2 = K2 [ES]
V3 ∞ [ES]
V3 = K3 [ES]
V1 = V2 + V3
K1 [S] ([Et] - [ES]) = K2 [ES] + K3 [ES]
CINETICA ENZIMATICA
3. La cantidad de [P] se forma en un determinado tiempo.
Velocidad Inicial (Vi)Es cualquier velocidadque depende del paso 3
Vi = K3 [ES]
CINETICA ENZIMATICA
4. La constante de Michaelis (km)
Km se puede definir en términos de constantes
para la formación y ruptura del complejo [ES]
Km es la [S] que alcanza la mitad de la Vmáx
CINETICA ENZIMATICA
5. La enzima presenta velocidad máxima (Vmax) y se satura.
Vmax = k3 [Et]
La Vmax depende de la [E]
CINETICA ENZIMATICA
ECUACION DE MICHAELIS Y MENTEN
Ec. Hipérbola rectangular
La Ecuación tiene un defecto matemático y experimental, y es que nunca se llegará al 100% de la Vmax.
CINETICA ENZIMATICA
ProblemaA que Vi se alcanzará con una [S] = km
CINETICA ENZIMATICA
Significado de KmPermite ver la afinidad de la enzima con el sustrato.
Por lo tanto, las enzimas son mas activas cuando su km es menor o caso contrario son menos activas cuando su km es mayor.
CINETICA ENZIMATICA
ECUACION DE LINEWEAVER-BURK
Ecuación de RecíprocasDobles que considera las Inversas 1/Vi y 1/[S] nosda una línea recta, cuya Pendiente es km/Vmax.
Esta ecuación nos permitemedir con mayor precisiónla Vmax y Km. Ec. Línea recta
y = ax + b
CINETICA ENZIMATICA
Ec. de Woolf
[S] /V
1/Vmax
km /Vmax
[S]
Ec. de Eaddie-Hofstfe Vmax
Vi
-Km
Vmax/KmVi/ [S]
Ecuacion simple reciproca donde se multiplica la Ec. Lineweaver-Burk
Ecuación simple reciproca donde se multiplica la Ec. Michaelis-Menten
CINETICA ENZIMATICA
FACTORESQue afectan la velocidad de reacción.
1. EFECTO DE LA [S]Conforme se incrementa la [S] se incrementa la velocidad , pero llega un momento en que la velocidad se vuelve constante, entonces se dice que se ha alcanzado la Vmax.
CINETICA ENZIMATICA
2. EFECTO DEL pHConforme aumenta el pH la Velocidad también
aumenta, pero llega un momento en que la Velocidad disminuye.
Por lo tanto, la curva adopta una forma decampana y el punto mas alto de la velocidad sería el que indique el pH óptimo
CINETICA ENZIMATICA
CINETICA ENZIMATICA
3. EFECTO DE LA TEMPERATURAConforme aumenta la temperatura aumenta la velocidad, pero en un momento dado la temperatura afecta la estructura proteica de la enzima y altera la energía cinética. Por lo tanto, las enzimas empiezan a desnaturalizarse y pierden su actividad catalítica. La curva que se obtiene tiene forma de campana y la velocidad máxima nos indica que la enzima se encuentra en una temperatura óptima.
CINETICA ENZIMATICA
Todas las enzimas presentan una temperatura óptima:
Los animales de sangre caliente lo tienen entre los 30 – 40°C
Los experimentos en laboratorio se trabaja con con temperaturas de 25°C.
Los microorganismos termófilos sobreviven a temperaturas de 60 – 70°C y pueden llegar a 100°C.
CINETICA ENZIMATICA
4. EFECTO DE LA [E]La velocidad de reacción catalizada por una enzima es directamente proporcional a la [E] siempre y cuando la [S] se encuentre saturada. Gráficamente se obtiene una recta. Este factor es importante para dosificar una enzima en una preparación dada.
[S] = saturado
Vi
[E]
INHIBICION ENZIMATICA
Las enzimas pueden ser inhibidas por sustancias químicas conocidas como INHIBIDORES ENZIMATICOS, los cuales actúan sobre el tipo de grupos, mecanismo de acción, especificidad de sustrato, conformación específica de la enzima.
INHIBICION ENZIMATICA
1. INHIBICION IRREVERSIBLESe presenta en la naturaleza como producto de la intervención del hombre. Es decir generar sustancias artificiales creados por el hombre. Ej. Venenos, iones de metales pesados, insecticidas, productos químicos para la guerra química.Se caracteriza porque se une en forma irreversible al sitio activo de la enzima.
INHIBICION ENZIMATICAINHIBICION IRREVERSIBLE
Ej. DI-ISOPROPIL FLUOROFOSFATO (DFP)
Ser–OH DFP ESTER DI-ISO ENZIMA PROPIL FOSFORICO
DE ENZIMA
INHIBICION ENZIMATICA
INHIBICION IRREVERSIBLE
Ej. Cis-SH + Hg DERIVADOSENZIMA P-MERCURIO MERCURICO BENZOATO DE ENZIMA
Cis-SH + I DERIVADO ENZIMA MONOIODO COVALENTE ACETAMIDA DE ENZIMA
INHIBICION ENZIMATICA
2. INHIBICION REVERSIBLEBloquea la actividad de las Enzimas en forma reversible. Se caracteriza por encontrarse en la naturaleza y se los utiliza para regular la actividad de algunas enzimas que forman parte del metabolismo.Tipos: Inhibición competitiva
Inhibición no competitiva Inhibición acompetitiva
INHIBICION ENZIMATICA
a) INHIBICION COMPETITIVACaracterísticas:
El inhibidor se parece al sustrato y compite con el sustrato por unirse al centro activo de la enzima (mediante enlaces no covalentes) formando un complejo EI.
No genera producto Provoca disminución de la Vi Afecta km y Vmax permanece constante. Se supera aumentando la [S].
INHIBICION ENZIMATICA
INHIBICION COMPETITIVA
CH2- COO-
|
COO- EIMALONATO
INHIBICION ENZIMATICA
INHIBICION COMPETITIVA
ALLOPURINOL + ENZIMA EI
INHIBICION ENZIMATICA
INHIBICION COMPETITIVA
enzima
EI ACIDO FOLICO
INHIBICION ENZIMATICA
INHIBICION COMPETITIVA
Utilizado en quimioterapia
Importantepara la síntesis
de proteínas y ácidos nucleicos
METOTREXATO + E EI
INHIBICION ENZIMATICA
INHIBICION COMPETITIVA
INHIBICION ENZIMATICA
b) INHIBICION NO COMPETITIVACaracterísticas:
El inhibidor se une a un lugar diferente del sitio activo de la enzima mediante enlaces no covalentes.
El inhibidor puede unirse a la enzima libre o a la enzima del complejo ES formando un complejo EI o ESI
La Vmax se altera y la Km permanece constante
No se supera aumentando la [S].
INHIBICION ENZIMATICA
INHIBICION NO COMPETITIVA
INHIBICION ENZIMATICA
INHIBICION NO COMPETITIVACis-SH + Ag++ Cis-S-Ag + H+
ENZIMA ENZIMAMercáptidos de SH
Cianuro (CN-)Citocromo Oxidasa + Monoxido (CO)
EI Acido sulfidrico
INHIBICION ENZIMATICA
c) INHIBICION ACOMPETITIVA (INCOMPETITIVA)
Características: El inhibidor se une unicamente al complejo
ES mediante enlaces no covalentes. Se afecta tanto Km como Vmax. No se afecta la pendiente.
Poco común en sistemas enzimáticos con un solo sustrato pero común en sistemas de múltiples sustratos
INHIBICION ENZIMATICA
INHIBICION ACOMPETITIVA
ENZIMAS DE REGULACION
Para que la vida proceda de una manera ordenada, el flujo de metabolitos a través de las vías del metabolismo debe ser regulado.
Existe un grupo pequeño de enzimas que presentan mecanismos muy sensibles de regular su actividad y se da en base a modificadores del sustrato.
ENZIMAS DE REGULACION
Tipos de modulación:a) Modulación Allostérica
Las enzimas regulan su actividad mediante moduladores allostéricos que pueden aumentar o disminuir su actividad.
b) Modulación CovalenteLas enzimas a través de procesos de fosforilación y desfosforilación se produce un cambio en su actividad.
c) Modulación GenéticaConsiste en regular la expresión de los genes que codifica a este tipo de enzimas provocando un cambio en la cantidad de enzima.
ENZIMAS ALLOSTERICAS
Enzimas muy sensibles de regular su actividad.
Características:1. Presentan estructura cuaternaria, la
cual está constituida de subunidades. Ca subunidad presenta un sitio o centro activo.
2. Su peso molecular es mayor en comparación con otras enzimas.
3. La mayoría son inestables a 0°C.
ENZIMAS ALLOSTERICAS
4. Presenta una cinética de propia característica, donde al estudiar el efecto de la [S] se obtiene una curva sigmoidal y donde la Vmax y Km presentan el mismo significado. Su cinética es un tanto diferente a la de Michaelis-Menten, lo que llama la atención es el incremento rápido de la velocidad, lo que explica que estas enzimas tienen un MECANISMO DE COOPERATIVISMO.
ENZIMAS ALLOSTERICAS
TEORIA ALLOSTERICAEl término allostérico significa “OTRO
ESPACIO”(Allos = Otros).Cada subunidad presenta dos
conformaciones ó dos formas en el espacio, por lo tanto se llaman: “CONFORMACIÓN”
“ESTADO CONFORMACIONAL”
ENZIMAS ALLOSTERICAS
ENZIMAS ALLOSTERICAS
COOPERATIVISMOSe da por inducción donde el sustrato induce a una subunidad, esta a su vez induce simultáneamente a las otras subunidades, las cuales cooperan para ser activas. Es decir se activan en cooperativismo.
ENZIMAS ALLOSTERICAS
aSSS
+ -
+
+
+
+
-
-
-
-
ENZIMAS ALLOSTERICAS
5. Estas enzimas se unen a ciertas sustancias químicas llamadas moduladores allostéricos a nivel de su sitio allostérico por medio de enlaces no covalentes, provocando un cambio en la conformación de sus subunidades.Los moduladores son de dos tipos:a) M. POSITIVOS(ACTIVADORES) son sustancias capaces de aumentar la actividad de este tipo de enzima.b) M. NEGATIVOS (INHIBIDORES) Son sustancias capaces de inhibir la actividad de este tipo de enzimas.
ENZIMAS ALLOSTERICAS
La enzima puede ser MONOVALENTE cuando tiene un solo efector o puede ser POLIVALENTE cuando tiene varios efectores.según el tipo de efector las enzimas pueden ser:HETEROTROFICAS cuando las enzimas son activadas o inhibidas por un efector diferente al sustrato.HOMOTROPICAS cuando las enzimas son activadas o inhibidas por el sustrato como efector.MIXTO son la mayoría de las enzimas donde el sustrato como otras sustancias funcionan como efectores