tema 1 bqf

Comisin de apuntes biotecnologa Bioqumica Funcional

Tema 1: Enzimas.

ndice:

INTRODUCCIN: ....................................................................................................................................1

NATURALEZA Y PROPIEDADES DE LAS ENZIMAS:.....................................................................1

NOMENCLATURA...................................................................................................................................2

ESPECIFICIDAD DE LAS ENZIMAS....................................................................................................3

CENTRO CATALTICO, CATLISIS Y COMPLEJO ENZIMA-SUSTRATO (ES) .......................4

FORTALEZA COMPLEJO ES: ......................................................................................................................4 MECANISMOS DE CATLISIS. ....................................................................................................................5

CINTICA ENZIMTICA.......................................................................................................................5

ENZIMAS BISUSTRATO.........................................................................................................................8

CMO ACTAN LAS ENZIMAS EN LA CLULA? ........................................................................9

MODIFICADORES DE LA ACTIVIDAD ENZIMTICA.................................................................10

MECANISMOS DE REGULACIN ENZIMTICA. .........................................................................14

COENZIMAS ...........................................................................................................................................17

EJEMPLOS DE COENZIMAS. .....................................................................................................................18

BIBLIOGRAFA ......................................................................................................................................20

CRDITOS. ..............................................................................................................................................20

Introduccin:

Existen dos condiciones fundamentales para la vida:

1) La entidad debe poder replicarse.

2) Ha de poder catalizar reacciones de forma selectiva y eficiente.

Los seres vivos consumen energa de su entorno. La reaccin de oxidacin de la sacarosa es altamente exergnica (libera una gran cantidad de energa), con un G muy favorable. No obstante, la reaccin es increblemente lenta. Sin embargo, esa oxidacin en un organismo vivo dura apenas unos segundos. Cmo es eso posible? Gracias a las enzimas, unos catalizadores que se encargan de disminuir drsticamente ese tiempo de reaccin.

Naturaleza y propiedades de las enzimas:

Son catalizadores biolgicos especficos, de gran poder cataltico y sometido a regulacin que con la excepcin de un grupo de molculas de ARN catalticas, son de naturaleza proteica. Normalmente, no actan solas, necesitan de un componente


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qumico llamado cofactor, que puede ser o iones metlicos, como por ejemplo Fe2+, o alguna molcula orgnica o metaloorgncia denominada coenzima. La mayora de las coenzimas son derivados de las vitaminas (como, por ejemplo, la vitamina D que ayuda en la absorcin de Ca2+). Un coenzima o in metlico unido covalentemente o de manera muy fuerte a la protena recibe el nombre de grupo prosttico.

Debido a la naturaleza proteica de stas, son muy sensibles al calor o cualquier variacin en su cadena de aa (aminocidos); sin embargo, el cofactor es termoestable.

La enzima completa (funcional) recibe el nombre de holoenzima, mientras que la parte proteica de ste se llama apoenzima. La apoenzima no acta catalticamente sin el cofactor.

Holoenzima = apoenzima + cofactor

Nomenclatura

Muchas enzimas, fueron bautizadas aadiendo el sufijo asa al sustrato que catalizaban (Ej ADN polimerasa). Otras, recibieron nombres muy generales antes de saber qu tipo de reaccin catalizaban (Ej. Pepsina). Con la finalidad de agruparlas, se implantaron unas clases que aparecen a continuacin:

1. Oxidorreductasas: Catalizan reacciones redox del sustrato (ej. Deshidrogenasas).

2. Transferasas: Reacciones de transferencia de radicales.

3. Hidrolasas: Rompen enlaces por reaccin de hidrlisis (con H2O).

4. Liasas: Reacciones en las que se adiciona radicales a un sustrato con dobles enlaces, u origina dobles enlaces en un sustrato. Tambin pueden aadir CO2.

5. Isomerasas: Reacciones de isomerizacin.

6. Ligasas o sintetasas: Catalizan reacciones de unin de molculas o grupos, con gasto de ATP.

Constituyeron el primer paso para obtener un nombre ms sistemtico que permitiera agruparlas, idendose el sistema de EC-WXYZ, siendo EC las siglas de la comisin de enzimas y 4 nmeros WXYZ, que son: W la clase, X la subclase, Y la subsubclase y Z corresponde a la enzima en s.

As por ejemplo, la Creatin-Kinasa recibe el nombre EC 2.7.3.2, el primer 2 por ser una transferasa, el 7 por ser fosfotransferasa, el 3 es porque el aceptor del grupo fosfato es un nitrgeno del sustrato y el 2 que viene de creatina-kinasa.


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Catlisis enzimtica:

Cuando tenemos una reaccin del tipo A B, con un G


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Como se ha mencionado anteriormente, las enzimas tienen una alta especificidad, la cual podemos dividir en tres grupos:

1. Especificidad Absoluta: Es aquella enzima que slo reconoce un sustrato en concreto. Ej. La ureasa (reconoce urea, y no metil-urea).

2. Especificidad Relativa: Cataliza un determinado tipo de reaccin. Ej. -Glucosidasa.

3. Estereoespecificidad: Reconocen ismeros espaciales. Ej. Fumarasa.

Esto dio lugar a las teoras de cmo se unan las enzimas con su sustrato. Fisher, al descubrir el primer grupo de especificidad, pens en un mecanismo llave-cerradura, por el cual el sustrato y la enzima se complementan perfectamente. Y ms tarde, Koshland dio su teora del efecto inducido, que dice que la enzima sufre un cambio conformacional inducido por el sustrato para unirse a l.

Centro cataltico, catlisis y complejo Enzima-sustrato (ES)

Pero no toda la estructura de la enzima interviene en el proceso, son unos pocos aa los que interaccionan directamente con el sustrato, es un lugar crtico de la enzima que recibe el nombre de centro activo.

Digamos que podramos dividir los aa de la enzima en 4 grupos:

1. Aa de relleno: Son los alejados del centro activo (CA). Su cambio normalmente no perjudica a la actividad enzimtica.

2. Aa estructurales: Dan una determinada forma al CA propiciando un cambio de estructura 3D si cambiamos alguno; esta estructura 3D es la responsable de la especificidad de las enzimas.

3. Aa de anclaje: Participan en la unin al sustrato, pero no tienen actividad cataltica.

4. Aa catalticos: Son muy pocos, se encuentran en el CA y son crticos ante cualquier cambio. Para su estudio, se utiliza la mutacin dirigida a alguno de dichos aas.

El funcionamiento del CA puede ser por medio de catlisis cido-base, catlisis covalente o catlisis por iones metlicos. Estos mecanismos suponen una interaccin covalente transitoria con el sustrato, o bien la transferencia de radicales a alguno de los dos.

Fortaleza complejo ES: En el momento que se forma el ES, el agua del centro activo sale formndose un corazn apolar que cambia radicalmente las propiedades cido-base de los aminocidos (como cis, asp) para que tengan una funcin determinada. Todo esto aumenta la unin del complejo.

Demostrar la existencia del complejo ES es realmente difcil ya que su formacin es muy rpida y, aunque su separacin para dar enzima ms producto es la etapa limitante de la reaccin y que nos dara la posibilidad de verlo, las interacciones ES, aunque


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numerosas, son muy dbiles, luego lo hace muy difcil de aislar. Estas interacciones son:

1. Int. Electroestticas, entre grupos polares del sustrato y del centro activo.

2. Enlaces por Puente de H. Son enlaces dbiles formados entre grupos dadores o aceptores de hidrgeno, con una fortaleza de 3-7 kcal/mol.

3. Int. Hidrofbicas. Originas por sustancias apolares con la finalidad de que su contacto con el medio acuoso sea mnimo.

4. F. de Van der Waals. Son interacciones muy dbiles y se producen por la interaccin de tomos. Muy dependientes de la distancia entre ellos.

Una parte significativa de la energa usada para elevar la velocidad de las reacciones enzimticas proviene de dichas interacciones. La estructura del CA hace que algunas de dichas interacciones tengan preferencia en el estado de transicin de la reaccin provocando su estabilizacin.

Mecanismos de catlisis.

1. cido - base. Muchas de las reacciones bioqumicas suponen la formacin de intermedios cargados inestables, que ocasionan el no transcurso de la reaccin. Pero se pueden estabilizar llevando protones desde el solvente o viceversa (dependiendo del intermedio). Cuando dicha velocidad es mayor que la de descomposicin, la reaccin transcurre con normalidad.

2. Covalente. Esta implica la formacin de un enlace covalente entre la enzima y el sustrato creando un nuevo camino para la reaccin, con una Ea menor que la anterior. Dichos procesos experimentan otra reaccin adicional para dar la enzima libre.

3. Iones metlicos. Los iones pueden actuar de muchas formas: estabilizando intermedios de reaccin, debilitando enlaces, en procesos redox, Todos ellos, hacen que la Ea disminuya.

4. Efecto de torsin o distersin: Dicho efecto produce la rotura de enlaces clave con mayor facilidad, lo que ocasiona que la Ea disminuya.

Cintica enzimtica

Pensemos en una reaccin monosustrato del tipo.

Fig 2. Reaccin monosustrato.

En dichas reacciones, debemos de trabajar con [S]0 >> [E]0 ya que las ecuaciones diferenciales resultantes para otros estados carecen de solucin real, y tambin debemos medir a tiempos cortos que no excedan de 1 min. En estas condiciones se llega al llamado estado estacionario del complejo ES (Fig 3).


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[ES]=cte

Fig 3. Grfica reaccin enzimtica concen/tiempo. Vemos que en el estado estacionario [ES]=cte.

Pues bien, de la ecuacin representada en la fig 2, podemos obtener otras ecuaciones:

E+S ES (1.2)

ES E+S (1.3)

ES E+P (1.4)

Cada una con su constante de velocidad correspondiente, como se ve en Fig 2.

Pues bien, como sabemos que V1=V2, entonces:

K1[E][S]=(K-1+K2)[ES] (1.5)

Con [E]total = [E] + [ES] (1.6)

V0=K2[ES] (1.7)

Sustituyendo y realizando operaciones llegamos a la ecuacin de Michaelis-Menten:

(1.8)

Siendo Km la constante de Michaelis-Menten, que representa el valor de [S] para que V=Vmax/2. Tambin la podemos obtener de la siguiente forma.

Km = (K-1+K2)/ K1 (1.9)


7 Fig 5. Grfica de Lineweaver-Burk

Y al ser (1.4) la etapa limitante de la reaccin, es la que dar la Vmax, que la podemos obtener aplicando:

Vmx = K2[E]total (1.10) Si representamos V0 con respecto a [S] obtenemos:

Fig 4. Grfica V0/[S]

Podemos deducir de su anlisis que la V0 ir aun valor mximo de velocidad Vmx y que es de tipo exponencial. Esto quiere decir que las enzimas actan de forma conjunta; una desencadena la accin de las otras.

Pero, como sabemos, es ms cmodo trabajar de forma lineal, y para ello se realiza la transformacin de la inversa.

(1.11)

Que nos da una grfica del tipo y = mx + n al representarla:

Esta ecuacin (1.11), recibe el nombre de ecuacin de Lineweaver-Burk (L&K). Esta ecuacin establece una grfica de 1/V0 contra 1/[S]. La pendiente de la grfica nos da Km/Vmax, la interseccin con el eje 1/V0 es 1/Vmax, y la interseccin con el eje1/[S] es igual a -1/Km. Dicha grfica nos permite obtener de una forma ms precisa Vmax.

An as, muy pocas enzimas que siguen la ecuacin (1.8) tienen el mecanismo tan sencillo mencionado en la Fig 2. La mayora catalizan hasta 8 pasos de reaccin, confiriendo a Km y


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Fig 6. Mec Al azar

Fig 7. Mec Ordenado

Vmax valores diferentes de una enzima a otra pero que son constantes para cualquier valor de pH. Toda variacin de dichas constantes se dicen que son solo aparentes denominndolas Kmapp y Vmaxapp.

De la ecuacin (1.10), al ser K2 la constante del paso limitante, se le denomina constante cataltica, de unidades s-1, y nos da el n de veces que puede actuar la enzima por segundo.

Tras la implantacin de la ecuacin de Michaelis-Menten como la ecuacin para enzimas con un tipo concreto de cintica, Brig y Haldane, revisando sus estudios, vieron que la hiptesis de M&M no estaba del todo comprobada. Para ellos, la ecuacin (1.9) se resume en:

Km = K-1/ K1 (1.12)

Ya que suponan que K2


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Fig 8. Mec Ping-Pong

Fig 10. Ec. L&K para mec Ping-Pong

3. Mec Ping-Pong.

En el primer mecanismo, la reaccin puede transcurrir indiferentemente a partir de uno u otro sustrato, pero son necesarios los dos para poder avanzar en ella. En el ordenado, la enzima sigue una secuencia determinada concreta. Y en el ping-pong, la enzima, tras pasar por el primer sustrato, sufre un cambio covalente que es transferido (el grupo) al segundo sustrato.

Dichos mecanismos tienen sus grficas determinadas:

Fig 9. Ec. L&K para ordenado y al azar. Las lineas se cortan pero no en x=0 o y=0.

Cmo actan las enzimas en la clula?

Hemos visto cmo las enzimas actan in vitro, pero an no sabemos cmo lo hacen en la clula. Fisiolgicamente, se encuentran formando sistemas multienzimticos, lo que conlleva que el producto de una enzima es sustrato de otra, dando lugar de esta manera a una ruta metablica concreta.

En la clula podemos encontrar varios sistemas de organizacin para interaccionar con un sustrato y sus productos:

1. Libres en el citoplasma, aisladas unas con respecto a las otras.

2. Unidas formando un complejo multienzimtico (ej. Sintetasa de c. grasos).

3. Adheridos a estructuras como mitocondrias o a membrana celular (Ej. Ribosomas en REr).


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Fig 11. Campana de pH

Fig 12. Grfica V/T. Vemos que existe una T ptima de operacin, variando significa-tivamente a cualquier cambio de ella.

Modificadores de la actividad enzimtica

La actividad enzimtica es dependiente de unos factores que les proporciona el entorno. A saber:

1. Concentracin de sustrato.

2. pH. El pH es una variable muy imporante a tener en cuenta en las reacciones enzimticas. Todos los enzimas, ya sean proteicos o nucleicos, funcionan correctamente a un determinado valor de pH. Dicho valor va a venir determinado por la composicin de la enzima. En el caso de las peptdicas, vendr determinada por los aas y los grupos funcionales de los mismos. Pensemos en una enzima proteica. Sabemos que tiene una

estructura primaria formada por los enlaces peptdicos y disulfuro de los aas, y una estructura globular compleja por la disposicin de ellos en el espacio. Pues si variamos el pH pueden romperse los enlaces peptdicos, perder su estructura y/o pI, en definitiva, perder su funcionalidad. Por eso en laboratorio se usan tampones que controlen el pH. El estudio del pH, y por consiguiente, de los pKs de la enzima, nos sirve para averiguar qu aas son crticos para la funcin y poder redisear la enzima.

3. Temperatura: Las enzimas estn diseadas para trabajar a una determinada temperatura, pero tiene un rango. Como toda reaccin, al aumentar la temperatura, aumentan las colisiones por segundo luego aumenta la velocidad, pero, su naturaleza hace que al pasar de un lmite, pierda su estructura y deje de ser funcional, luego su actividad decrece.

4. Inhibidores. Las enzimas estn sometidas a la accin de molculas inhibidoras o activadoras que intervienen en la catlisis. Hay de dos tipos:

4.1. Irreversibles

4.2. Reversibles.


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4.1 - Inhibidores irreversibles.

Los inhibidores irreversibles se unen de forma covalente al grupo funcional de la enzima, destruyendo su actividad cataltica. Un tipo muy especial de ellos son los inactivadores suicidas, que ya estudiaremos ms adelante.

Mecanismos:

E+I Ei (1.15)

E+I EI Ei (1.16)

Dichos mecanismos, son los de en una etapa o en dos respectivamente. Teniendo (1.15) una K (constante de velocidad) determinada, y (1.16) dos Ks, que las llamaremos KI y Ki respectivamente.

Estos inhibidores, en concreto los inactivadores suicidas, son muy apreciados en farmacologa. Ya que si lo hacemos bien slo atacan a una enzima en concreto y nos har? encontrar el CA de la enzima. Por eso es importante estudiar el tipo de mecanismo y la fuerza de dicha inhibicin (dada por K en 1.15 y por Ki en 1.16).

4.2. Inhibidores reversibles.

Los inhibidores reversibles, son los que se unen de manera transitoria a la enzima y/o al complejo enzima-sustrato, y podemos encontrar tres tipos:

4.2.1 Competitivo: Compite con el sustrato por la enzima.

4.2.2 No competitivo: Se une a E y a ES.

4.2.3 Acompetitiva: Se une a ES.

Los competitivos son como otro sustrato ms de la reaccin, de lo que se deduce que deben de ser parecidos en estructura al sustrato original de la enzima. La inhibicin competitiva se puede estudiar usando una variacin de la Ec (1.8), que pasa a ser:

(1.17)

Con:

(1.18)

Dicha ecuacin (1.17) describe las caractersticas importantes de la inhibicin competitiva con Km determinado experimentalmente y una Kmapp.

Esta inhibicin, como todo, tiene una grfica caracterstica:


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Fig 13. In. Competitiva. Se ha respre-sentado para el control y dos a distintas [I] (=2 y =3 respectivamente).

En la figura, adems de observar la ecuacin de L&K para la inh. Competitiva, podemos ver cmo para distintas [I], las rectas se cortan en distintos puntos del eje 1/[S]. Lo que quiere decir que siempre hay un valor de [S] donde Vmax es mxima (valga la redundancia) para cualquier concentracin de inhibidor.

La fortaleza del inhibidor viene determinada por KI que, como recordaremos, es la K del verdadero paso de inhibicin, y la podemos calcular con una sencilla ecuacin.

Kmapp = Km (1.19)

Si representamos Kmapp con respecto a [I] obtendramos una lnea recta de ecuacin.

Kmapp = (Km/KI) [I] + n (1.20)

De donde, sabiendo la pendiente de la recta, obtenemos el valor de Km.

La no competitiva es un caso especial de la mixta, que no explicaremos porque a da de hoy no es importante1. El inhibidor se une indiferentemente a E o a ES, afectando a Vmax pero no a Km.

Para ella, existe una ecuacin determinada:

Vo = (Vmax/)[S]/(Km+[S]) (1.21)

Siendo

Vmaxapp = Vmax/ (1.22)2

Dicha ecuacin (1.21) nos da la cintica qumica del estado estacionario para la no competitiva, que al transformarla en la L&K obtenemos una grfica donde las rectas para distintas concentraciones de I se cortan en el eje X, como vemos en la siguiente figura:

1 LEHNINGER, Principios de Bioqumica5 edicin, pp 203. 2 La realizacin de una grfica secundaria como con (1.19) nos permite calcular el valor de KI.


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1/S1/

Vo

Fig 14. Grfica de L&K para inhibidor no competitivo.

Y por ltimo, tenemos la acompetitiva, en la que se une a un sitio diferente del centro activo, y es el llamado sitio prosttico y slo es capaz de unirse al complejo ES. Este tipo de inhibicin afecta tanto a Km como a Vmax. Su ecuacin es:

Vo = (Vmax/)[S]/(Km/ + [S]) (1.23)

Siendo

Vmaxapp = Vmax/ (1.24)

Tal y como se deduce de (1.23) cuando [S] ; vemos que V Vmax/. As, un inhibidor de esta clase disminuye la Vmax observada, al igual que disminuye Km por estar dividida por . La ecuacin (1.23) de L&K ofrece una grfica de rectas paralelas para concentraciones crecientes de I.

1/S

1/Vo

Fig 15. Grfica de L&K para inhibidor acompetitivo.

Los inhibidores son de gran importancia en farmacologa, como por ejemplo las sul-famidas, que inhiban el mecanismo de sntesis del cido flico en bacterias, lo que ocasionaba su muerte.

[I] Sin Inhibidor

[I]


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Mecanismos de regulacin enzimtica.

En la clula, nos vamos a encontrar varios mecanismos de regulacin enzimtica:

1. Mecanismos que regulan la concentracin de enzima.

2. Mecanismos que regulan la actividad de las enzimas.

3. Compartimentacin de las enzimas.

1.1 - Mecanismos de regulacin de la enzima.

La enzima va a estar sometida a dos procesos, a su sntesis y degradacin. En condiciones fisiolgicas normales, ambas velocidades son constantes, lo que quiere decir que d[E]/dt = 0; es decir, nos encontramos en un estado estacionario de concentracin de enzima.

Pero, durante una enfermedad o cambio ambiental, la variacin de enzima puede sufrir modificaciones, en un sentido y otro (destruccin de enzimas, control de su sntesis) Es por eso que en anlisis rpidos para comprobar si una persona est enferma o no, no se mide [E], se mide su actividad.

Sabemos que.

Act = a[E] (1.25)

Siendo a una constante de proporcionalidad. Pues bien, de la ecuacin (1.8), y haciendo sustituciones podemos llegar a

V0= K[E] (1.26)

Lo que implica que su velocidad es directamente proporcional a la concentracin de enzima, esto sirvi para establecer el sistema de unidades de la act. Enzimtica.

Se llama unidad de enzima (UI) a la cantidad de enzima que en condiciones fisiolgicas, produce o usa 1 mol/min de producto o sustrato. Tambin existe el Katal, que es la cantidad de enzima que en condiciones fisiolgicas, produce o usa 1 mol/s.

Naturalmente, la actividad enzimtica se va viendo reducida con el tiempo por diversos factores; en esos casos, se produce una digestin de las enzimas para recupera los aas, vitales en la vida.

2.1 Mecanismo de regulacin de catlisis.

Existen varias formas de regular la actividad de las enzimas:

1) Inhibidores/activadores (explicado anteriormente).

2) Modificaciones covalentes reversibles o irreversibles.

3) Procesos de asociacin/disociacin

4) Presencia de isoenzimas

5) Enzimas con actividad sigmoidea.


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2.1.2 Modificaciones covalentes.

La actividad enzimtica se ve afectada por la formacin o rotura de enlaces covalentes en su estructura.

Dentro de las reversibles, el mecanismo ms importante es el de fosfo-rilacin/desfosforilacin, otro muy importante es la acetilacin/desacetilacin. Dentro de los irreversibles, vamos a encontrar la activacin de zimgenos y la inactivacin suicida.

Fosforilacin/desfosforilacin. La unin de grupos fosforilo a residuos como S, T u Y produce cambios importantes en su polaridad activando o desactivando la actividad enzimtica.

Para estudiar dicho mecanismo, usaremos el ejemplo de la glucgeno fosforilasa, de reaccin:

(Glucgeno)n +Pi (Glucgeno)n-1 + Glu-1-P.

Glu-Fosorilasa

Fig16. Reaccin de Glucgeno fosforilasa

Dicha enzima es un dmero que consta de dos subunidades, cada una de las cuales tiene dos Ser, unos aa muy importantes por su grupo hidroxilo. Cuando la enzima se fosforila (con gasto de H2O, uno por fosfato), forma un tretrmero activo; una vez ha cumplido su funcin, llega una fosforilasa-fosfatasa dependiente de ATP que lo desfosforila, volviendo a su estado original.

Modificacin covalente irreversible. Puede ser por zimgenos (enzima proactiva). Muchas enzimas gstricas se regulan de esta manera. Por ejemplo, la tripsina, se produce como tripsingeno. La rotura y prdida de algunos aminocidos produce un CC que exponen el CA volviendo ala enzima funcional, esto es as para evitar que degrade el lugar donde se produce, ya que ocasionara graves problemas al organismo. Una vez ha realizado su funcin, se autodigiere la tripsina.

El otro mtodo, y anunciado anteriormente, es la inactivacin suicida. Un inactivador suicida pasa a travs de los primeros pasos de la reaccin enzimtica normal, pero a continuacin sufre un cambio en su CA dejando al sustrato combinado con la enzima. Ejemplo, c. Clavurnico con -Lactamasa.

2.1.3. Procesos de asociacin/disociacin.

Estn formadas por ms de una subunidad, y no son funcionales hasta la adiccin/excisin de una o varias subunidades. Ej. Polimerasa III de E.coli.


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2.1.4 Isoenzimas.

Catalizan la misma reaccin, pero tienen distintas cinticas, adems de variar en la secuencia de DNA. Ej: Lactato deshidrogenasa (LDH).

HOOCCHOHCH3 COOHCOCH3

Fig17. Reaccin de LDH para dar origen al piruvato.

Pero dependiendo de dnde nos encontremos, hay una u otra versin del LDH. La enzima est formada por 4 subunidades de 35 kDA cada una. Pueden ser H o M, dando lugar distintas isoenzimas: M4 en el corazn y msculo; H3M, en leucocitos; M2H2 en los pulmones; M3H, en los riones, placenta y pncreas; y la M4 en hgado y msculo esqueltico.

2.1.5 Inactivacin por cintica sigmoidea

Recordemos la ecuacin (1.8) y la figura 4, viendo la grfica podemos ver que presenta una funcin hiperblica. En cambio la ecuacin sigmoidea (1.27) presenta otras caractersticas que la hacen ventajosa.

V0 = (Vmax[S]n)/(K + [S]n) (1.27)

Fig 18: Funcin sigmoidea

Como se mencion anteriormente, las enzimas presentan una cooperatividad, pero dependiendo del tipo de cintica que presenten, se pueden producir distintos resultados.

NAD+ NADH+H+

LDH

Vmax

0.5Vmax

K


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Cintica hiperblica.

Si queremos pasar de V0 = 0.1Vmax V0 = 0.9Vmax obtenemos que3:

[S]0,9/[S]0,1=81 (1.28)

Cintica sigmoidea.

Si queremos hacer lo mismo, obtenemos que su cociente es:

[S[0,9/[S]0,1= 811/n (1.29)

Qu se deduce de lo anterior? Se deduce que para hacer el mismo incremento, se necesita menor incremento de sustrato cuando n>1, por lo que aumenta V0 (recordar hemoglobina/mioglobina).

A n se le denomina ndice de cooperatividad o ndice de Hill.

Haciendo transformaciones en (1.27) podemos llegar a la siguiente ecuacin de L&K.

Log10[V0/(Vmax V0)] = nLog10[S] Log10 K (1.30)

Una ecuacin tipo lineal y = mx + z de donde se deduce que:

n = tag = Log10[V0/(Vmax V0)]/Log10[S] (1.31)

Y de todo lo anterior nos damos cuenta que cuando [S] = K se obtiene 0.5Vmax, de forma que se define K como la concentracin de sustrato para alcanzar la mitad de la velocidad mxima.

Coenzimas Como se mencion antes, las enzimas pueden usar cofactores inorgnicos (iones) o

cofactores orgnicos denominados coenzimas, o grupo prosttico si la unin es muy fuerte.

Una coenzima acta transportando grupos qumicos, en consecuencia, se modifica el sustrato, luego acta en ms de una reaccin, en unos dando y en otros quitando; dicho proceso le sirve para recuperarse. Si se ha reducido, luego se oxida, etc.

Muchas coenzimas son vitaminas (por Funk, que la denomin amina de la vida) que no podemos sintetizar y las adquirimos con la alimentacin.

Se pueden distinguir dos tipos de enzimas en funcin de lo que transportan.

1. De Redox. Transportan H+ y e-, entre ellas destacan la NAD+, FAD+, etc.

2. De transferencia de grupos. Son las que tranfieren grupos, las ms importantes son la ATP y un derivado de nucletido no nucleico, la acetil-CoA.

3 Los datos de concentraciones se obtienen experimentalmente.


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En la siguiente figura se muestra un resumen da las ms importantes coenzimas:

Fig19. Resumen de coenzimas.

Ejemplos de coenzimas.

1. Coenzima A.

Formada por una 3-P-ADP unido al cido pantotnico y ste unido al -mercaptoetanolamina, que presenta el grupo tiol reactivo. Reacciona con cidos carboxlicos formando un tioster (se lleva un grupo acilo), pasando a denominarse acetil Co-A.

2. cido Flico o vitamina B9

Formado por el cido pteroico unido al c. L-glutamico. l no es funcional pero s su forma reducida, el cido tetrahidroflico (FH4) que acta como transportador intermediario de grupos con un tomo de carbono, especialmente grupos formilo, que se precisa en la sntesis de purinas, compuestos que forman parte de los nucletidos, sustancias presentes en el ADN y el ARN, y necesarias para su sntesis durante la fase S del ciclo celular, y por lo tanto para la divisin celular; tambin acta en la transferencia de grupos metenilo y metileno.

Fig 20. Coenzima A


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Fig21. NAD+

3. NAD+

Tambin llamado Nicotinamina-Adenin- Dinucletido, su carga positiva puede desplazarse hasta el carbono opuesto, y ese carbono sufre el ataque de un in hidruro (H-) y ponindose en el centro del anillo un protn,originando muchas funciones redox.

En el metabolismo, el NAD+ est implicado en reacciones de reduccin-oxidacin, llevando los electrones de una reaccin a otra. Debido a esto, la coenzima se encuentra en dos formas: como un agente oxidante, que acepta electrones de otras molculas. Actuando de ese modo da como resultado la segunda forma de la coenzima, el NADH, la especie reducida del NAD+ y puede ser usado como agente reductor para donar electrones. Las reacciones de transferencia de electrones son la principal funcin del NAD+, que tambin se emplea en otros procesos celulares, siendo el ms notable su actuacin como sustrato de enzimas que adicionan o eliminan grupos qumicos de las protenas en las modificaciones postraduccionales.

4. FAD+

Tambin llamado Flavina-Adenina -Dinucletido. Su riboflavina sufre un cambio de estructura al aceptar protones. A su N5 se le aade un protn, sufriendo un cambio en la disposicin de los dobles enlaces adyacentes.

Por tanto, al reducirse capta dos protones y dos electrones, lo que lo capacita para intervenir como dador de energa y/o poder reductor en el metabolismo. Por ejemplo, el FAD (y tambin el NAD), se reducen en el ciclo de Krebs y se oxida en la cadena respiratoria (respiracin aerbica) posibilitando la formacin de ATP

La funcin bioqumica general del FAD es oxidar los alcanos a alquenos.

Fig22. FAD+


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Bibliografa

1. Apuntes del profesor. 2. LENHINGER, Principios de Bioqumica, 5 Edicin. 3. JIMENO, Biologa 2 Bachillerato, Santillana, 2009. 4. [Consulta: 30/09/2011].

Crditos.

Tema elaborado por:

Adrin Matencio Durn.

Tema corregido por:

Enrique Carrasco Piera.

tema 1 bqf

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