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Metabolismo
celular I
Reacciones enzimáticas
Reacciones químicas: Son transformaciones, por medio de las
cuales unas sustancias se convierten en otras. Podemos distinguir
dos grupos:
1) reacciones químicas sin transferencia de electrones. Por
ejemplo, si mezclamos una solución de cloruro de sodio (NaCl)
con otra solución de nitrato de plata (AgNO3), se forma un
precipitado blanco, de cloruro de plata (AgCl), que es insoluble en
agua:
Ag+ +NO3- + Na+ + Cl- AgCl + Na+ + NO3
-
2) reacciones químicas con transferencia de electrones. Estas
reacciones se llaman reacciones de óxidorreducción, o redox. Un
ejemplo de estas, es la combinación de Na y de Cl para formar NaCl,
que podríamos representar así:
Hay una transferencia de un electrón, del átomo de Na al de Cl.
Niv
el de e
nerg
ía
Camino de la reacción
Nivel de
energía de los
reactivos
Nivel de
energía del
producto
Energía de
activación
• Para que una
reacción ocurra,
hay que darle un
poco de energía.
Podemos
representar una
reacción
química,así:
• Esa energía que hay que dar, se emplea en superar
la barrera de activación.
Barrera de
activación
• En una reacción
exergónica, se
libra energía
Niv
el d
e en
erg
ía
Camino de la reacción
Nivel de energía de los reactivos
Nivel de energía del producto
Energía de activación
Barrera de activación
Energía liberada
• En una reacción
endergónica, hay
que suministrar
energía para esa
reacción que
suceda
Niv
el d
e en
erg
ía
Camino de la reacción
Nivel de energía de los reactivos
Nivel de energía del producto
Barrera de activación
Energía de activación
Energía que hay que
suministrar
Las células existen en un rango limitado de temperaturas
(entre 0°C y 100°C); en este rango, muy pocas reacciones
químicas van a ocurrir con velocidad sificiente como para
permitir la vida de las células.
Las células están formadas por un conjunto organizado de
macromoléculas, cada una de las cuales tiene una estructura
altamente específica. Hace falta energía para sintetizar
macromoléculas a partir de sustancias simples.
Aquí es donde aparecen las enzimas, que aceleran las
reacciones químicas.
Las enzimas son proteínas.
• Las enzimas reducen la barrera de activación de las reacciones químicas que catalizan. Podríamos graficarlo como:
N
ivel
de
ene
rgía
Camino de la reacción
Nivel de energía del sustrato
Nivel de energía del producto
Energía de activación c/enzima
Barrera de activación
Las enzimas son catalizadores biológicos: aceleran las reacciones, pero no se consumen en la reacción
Propiedades de las enzimas • Especificidad: una
sola sustancia (el
sustrato), o un
grupo reducido de
sustancias
relacionadas
químicamente con
el sustrato, pueden
unirse a la enzima y
participar de una
reacción.
Las enzimas se unen con su sustrato en un lugar llamado sitio activo. El sitio activo es el lugar de la enzima donde ocurre la reacción.
The ATP-binding pocket in
myosin is formed by three
loops: the phosphate-binding
loop (P-loop), the Switch-1
loop, and the Switch-2 loop
. Only the closed Switch-1 /
closed Switch-2 (C/C)
conformation (shown here) is
catalytically active. The arrow
shows the attack of the water
onto the gamma-
phosphate. The connection
between Ser237 and the
Mg(2+) (green) coordination
sphere keeps Switch-1 closed
in presence of ATP. The paths
show that immediately after
hydrolysis, this connection is
broken, preparing for the
subsequent opening of
Switch-1.
Modelo de la llave y la cerradura
Propiedades de las enzimas
Vel
oci
dad
de
rea
cció
n
Concentración de sustrato [S]
Saturación: Con bajas
concentraciones de
sustrato, la velocidad de
reacción, v, es
proporcional a [S]
Pero a medida que se
aumenta [S], el aumento
de la velocidad deja de
ser proporcional a [S]
Llega un punto en el que
v se vuelve totalmente
independiente de [S] y v
no crece más: se llegó a
la saturación.
Vel
oci
dad
de
rea
cció
n
Concentración de sustrato [S]
La ecuación de Michaelis y Menten describe la velocidad de reacción en función de la concentración de sustrato :
Esta ecuación describe una hipérbola rectangular, con límites Vmax y -KM
Vmax
KM
½Vmax
Propiedades de las enzimas
• Dependencia de la temperatura: Las reacciones
químicas ocurren más rápidamente cuando
aumentamos la temperatura. Hasta cierto punto, las
reacciones catalizadas por las enzimas se comportan de
la misma manera. Al aumentar la temperatura la
reacción se acelera, pero después de alcanzar una
temperatura llamada temperatura óptima, la reacción
ya no sigue acelerando, sino que comienza a decaer
con temperaturas más altas. La enzima se desnaturaliza
y se pierde la actividad catalítica.
Dependencia de la temperatura
Propiedades de las enzimas
• Dependencia del pH: El sitio activo de una enzima está
compuesto por grupos ionizables que deben mantener la
configuración del sitio activo para unir el sustrato. Como
al cambiar el pH cambia la ionización de esos sitios, hay
un rango de pH en el cual la reacción transcurre en
condiciones óptimas.
Dependencia del pH
Vel
oci
dad
de
rea
cció
n
Concentración de sustrato [S]
Muchas enzimas no siguen una relación hiperbólica.
Vmax
o tener una forma sigmoidea.
La curva puede ser más achatada que una hipérbola,
Enzimas alostéricas
• Las explicaciones para estos tipos de
comportamiento, es que hay más de un sitio activo
(la enzima se une a dos o más moléculas de
sustrato, y esos sitios interactúan entre sí), o que
hay sitios para moléculas que regulan la actividad de
la enzima.
• Hablamos de sitios alostéricos (´´en otro lugar´´)
Inhibición Cualquier sustancia que reduce la velocidad de una reacción
catalizada por una enzima, es un inhibidor.
La inhibición de la actividad de las enzimas, es uno de los
mecanismos regulatorios más importantes de las células.
Mecanismos simples de inhibición:
• Inhibición competitiva: cuando el inhibidor se combina con la
enzima e impide que el sustrato se una a ella.
• Inhibición no competitiva: El inhibidor se une tanto a la enzima
libre como al complejo enzima-sustrato;
• Inhibición acompetitiva: El inhibidor solo se une al complejo
enzima-sustrato, pero no a la enzima libre.
Inhibición por producto final
La inhibición por producto final es
un mecanismo de feedback
negativo que las células usan para
regular la producción de una
molécula dada.
La enzima 1 transforma el sustrato
original en un producto que a su
vez, es sustrato de la enzima 2.
Esto se repite varias veces; el
producto final de la cadena
enzimática se combina con la
enzima 1 para que no haya un
exceso de producción del producto
final, ni se acumulen los productos
intermedios.
Intermediarios energéticos: ATP
Intermediarios energéticos: ATP
Intermediarios energéticos: NADH
Intermediarios energéticos: FADH