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ENZIMAS
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CARACTERISTICASLas enzimas son catalizadores biológicos:1. Aumentan la velocidad de reacción (106-1012
veces)2. Trabajan en condiciones más suaves(Tº<100ºC, pH neutro y presión atmosférica) 3. Presentan especificidad tanto frente a sustratos como productos4. Tienen capacidad de regulación, su actividad varia en respuesta a concentraciones diferentes de sus sustratos
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CLASIFICACIÓNSe clasifican y designan de acuerdo con el tipo de reacción química que catalizan
1. Oxidoreductasas Reacciones de oxidación- reducción
2. Transferasas Transferencia de grupos funcionales
3. Hidrolasas Reacciones de hidrólisis4. Liasas Eliminación de grupos para
formar dobles enlaces5. Isomerasas Isomerización6. Ligasas Formación de enlace acoplada
con la hidrólisis de ATP
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Las Enzimas aceleran las reacciones bajando la Energía de activación
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CATÁLISIS ENZIMÁTICA
Catálisis es un proceso que aumenta la velocidad a la que una reacción se aproxima al equilibrio. Este aumento de velocidad se debe a dos condiciones: orientación y proximidad del enzima con su sustrato. Existen diferentes mecanismos de catálisis enzimática: ácido-base, covalente, electrostática, por iones metálicos. La unión del sustrato a la enzima se realiza por el sitio activo (o centro activo) que corresponde a una ordenación espacial asimétrica de las cadenas laterales de aminoácidos catalíticos que se encuentran alejados en la secuencia.
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Quimotripsina: aminoácidos catalíticos His57, Asp102 y Ser195.
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Sitios activos de tripsina, quimotripsina y elastasa
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ESPECIFICIDAD ENZIMÁTICALa especificidad puede ser absoluta (un sitio activo rígido “Teoría de la llave y cerradura”)
y relativa (sitio activo relajado “teoría del ajuste inducido”)
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Ejemplo de un ajuste inducido en el sitio activo
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Algunas enzimas requieren de un cofactor para expresar su actividad. Este puede ser inorgánico (ión metálico) u
orgánico (coenzima)
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La mayoría de las coenzimas provienen de las vitaminas
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activa inactiva
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ACTIVACIÓN DE PROENZIMAS (zimógenos) POR PROTEOLISIS
Auto-activación de quimotripsina
Proteasas que activan otras proteasas
( ”Lehninger Principles of Biochemistry” 3th.ed.Nelson, DL and Cox, M.M. Worth Publishers, 2000.)
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Temperatura pH [ Sustrato ] [ Enzima ] Inhibidores
FACTORES QUE DETERMINAN LA VELOCIDAD DE UNA REACCIÓN ENZIMÁTICA
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Efecto de pH
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Efecto temperatura
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ECUACIÓN Y GRÁFICO DE MICHAELIS-MENTEN
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REPRESENTACIÓN LINEAL DE LA ECUACIÓN DE MICHAELIS-MENTEN
GRÁFICA DE LINEWEAVER-BURK
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INHIBICIÓN ENZIMÁTICAPuede ser reversible o irreversible. Los inhibidores
disminuyen la actividad enzimática afectando la velocidad de la reacción
INHIBICIÓN REVERSIBLE
(a) Inhibición Competitiva El inhibidor se fija al centro activo de la enzima libre, por semejanza estructural con el sustrato, impidiendo su fijación al sitio activo. Puede revertirse por adición de más sustrato.
(b) Inhibición No Competitiva El inhibidor se fija a la enzima en un sitio distinto al sitio activo, por tanto no impide la fijación del sustrato a la enzima, pero sí modifica la acción catalítica . Se forma un complejo terciario.
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E ES
EI
I
S
E + P
InhibiciónCompetitiva
Las fijaciones de sustrato e inhibidor sonmutuamente excluyentes; el complejo EI no es
productivo
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Unión del Inhibidor al centro activo, compitiendo con S
Aumenta Km
No cambia Vmax
INHIBICIÓN COMPETITIVA
+ Inhibidor
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E ES
EI
I
S
E + PI
ESI
SInhibición
No Competitiva
El inhibidor se fija indistintamente a la enzima libre Ey al complejo enzima-substrato ES; ni el complejo EI
ni el complejo ESI son productivos
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Unión del Inhibidor a un sitio de
la enzima distinto del centro
activo: no compite con S
• No cambia Km
• Disminuye Vmax
INHIBICIÓN NO COMPETITIVA
+ Inhibidor
SustratoInhibidor no competitivo
(Adaptado de: ”Lehninger Principles of Biochemistry” 3th.ed.Nelson, DL and Cox, M.M. Worth Publishers, 2000.)
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GRAFICAS DE MICHAELIS-MENTEN EN LA INHIBICIÓN COMPETITIVA Y NO COMPETITIVA
Inhibición Competitiva Inhibición no Competitiva
(“Bioquímica”, Mathews and van HoldeMcGraw-Hill, 1998)
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INHIBICIÓN IRREVERSIBLE
- Los inhibidores irreversibles reaccionan con un grupo químico de la enzima, modificándola covalentemente
- Su acción no se describe por una constante de equilibrio Ki, sino por una constante de velocidad ki:
- A diferencia de la inhibición reversible, el efecto de los inhibidores irreversibles depende del tiempo de actuación
del inhibidor.
- Los inhibidores irreversibles son, por lo general, altamente tóxicos.
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Reacciones bisustrato: mecanismos secuencial (a) y ping-pong (b)
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Regulación enzimática
Puede ser de 2 tipos:
1. Control de la disponibilidad de enzima: la cantidad de enzima determinada en una célula depende tanto de su velocidad de síntesis como de su velocidad de degradación.
2. Control de la actividad de la enzima: la actividad catalítica puede regularse directamente mediante alteraciones de conformación o de estructura:
a) regulación alosterica
b) por modulación covalente reversible - fosforilación /desfosforilación-
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MODULACIÓN
ALOSTÉRICA
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EFECTOS ALOSTÉRICOS DE MODULADORES POSITIVO Y NEGATIVO
(al no ser cinética michaeliana no se puede usar el término Km, sino K0,5)
+ Modulador alostérico positivo
La unión y transformación del sustrato es cooperativa
+ Modulador alostérico negativo
( ”Lehninger Principles of Biochemistry” 3th.ed.Nelson, DL and Cox, M.M. Worth Publishers, 2000.)
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Efectos alostericos: homotrópicos, el modulador es el mismo sustrato, siempre es positivo heterotrópicos, es modulador es distinto del sustrato, pueden ser positivos o negativos.Si el modulador es el producto el efecto heterotrópico es negativo y se habla de “feeback” o inhibición por producto
INHIBICIÓN POR PRODUCTO
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ACTIVACIÓN/INACTIVACIÓN DE ENZIMAS POR FOSFORILACIÓN.
Ejemplo: glucógeno fosforilasa
Quinasa activadora
Fosfatasa inactivadora
( ”Lehninger Principles of Biochemistry” 3th.ed.Nelson, DL and Cox, M.M. Worth Publishers, 2000.)
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ISOENZIMAS
Son enzimas semejantes catalítica y estructuralmente, catalizan la misma reacción en tejidos distintos del organismo, pero difieren en propiedades cinéticas y también pueden diferir frente a moduladores alostericos.
La lactato deshidrogenasa, LDH, cataliza la reacción
presenta 5 isozimas, formadas por tetrámeros M y H: M4,M3H,M2H2, MH3 y H4