a.- concepto de catálisis b.- los enzimas como ......apéndice: clasificación de las enzimas tema...
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Tema 7.- Enzimología
A.- Concepto de catálisis
B.- Los enzimas como biocatalizadores: características de la actividad enzimática
C.-Mecanismo de la actividad enzimática
-Concepto de centro activo
D.-Cinética de las reacciones catalizadas enzimáticamente: cinética de Michaelis-Menten
E.- Factores que afectan la actividad enzimática
Factores Físico-químicos
Inhibición enzimática
Regulación de la actividad enzimática
F.- Cofactores: Coenzimas y vitaminas
Ene
rgía
lib
re G
Transcurso de la reacción
Estado
inicialEstado
final
Estado de transición
Energía de
activación
Reacción exotérmica o exergónica
Estas reacciones son espontáneas
Tema 7.- Enzimología
Reacción exotérmica o exergónica
Estas reacciones son espontáneas
Tema 7.- Enzimología
Los catalizadores reducen la energía de activación
Transcurso de la reacción
Ene
rgía
lib
re G
Estado de transición
Estado
final
Estado
inicial
Sin catalizar
Reacción
catalizada
Tema 7.- Enzimología
Enzima
Substrato
Producto
Disminución de la energía de activación
Tema 7.- Enzimología
productoo
▪Especificidad de sustrato y de reacción
▪Eficacia
-Alta velocidad de catálisis
-No generan subproductos
▪ Trabajan a temperaturas “bajas”
▪ Necesitan cofactores
VELOCIDAD DE CATÁLISIS
Tema 7.- Enzimología
Características de la actividad enzimática
Muchas enzimas necesitan un cofactor enzimático
HOLOENZIMA = APOENZIMA + COFACTOR
Tema 7.- Enzimología
Ap
oen
zim
a
Ap
oe
nzi
ma
Ap
oen
zim
a
Algunos elementos metálicos que actúan como cofactores enzimáticos
COFACTORES METÁLICOS
Tema 7.- Enzimología
En otros casos el cofactor es de naturaleza orgánica compleja..
En este caso reciben el nombre de coenzimas
NAD FAD
Coenzima A
Tema 7.- Enzimología
Un mismo cofactor puede ser utilizado por diferentes enzimas…
Tema 7.- Enzimología
La base de la actividad de los enzimas es la unión específica de la enzima con el sustrato
Esta unión tiene lugar en el Centro activo del enzima.
ENZIMA
COMPLEJOENZIMA-SUSTRATO
SUSTRATO
COFACTOR
NADP+
Tema 7.- Enzimología
Mecanismo de la actividad enzimática
El proceso de la unión enzima sustrato es de tipo llave-cerradura
Tema 7.- Enzimología
Hipótesis del encaje inducido
Tema 7.- Enzimología
Hipótesis del encaje inducido
Tema 7.- Enzimología
El sustrato entra en el centro
activo del enzima
La enzima abraza el sustrato formando un
encaje inducido
Hipótesis del encaje inducido
Hexoquinasa
Glucosa
Tema 7.- Enzimología
Los aminoácidos del centro activo tienen que conformar un entorno apropiado para la unión del sustrato y para la catálisis
Centro activo de la quimotripsina
Sustrato
Sitio de unión
Sitio catalítico
Tema 7.- Enzimología
E + S [E-S] E + P
Cinética de las reacciones catalizadas enzimaticamente: cinética de Michaelis-Menten
Si estudiamos la cinética de una reacción catalizada enzimaticamente…
En la cinética más sencilla consideramos un único sustrato, y la concentración de enzima es constante
Si representamos la velocidad de la reacción frente a la concentración de sustrato…
K1 K3
K2
Tema 7.- Enzimología
Concentración de sustrato [S] mM
Ve
loci
dad
de
re
acci
ón
mM
de
pro
du
cto
/min
Con altas [S] la cinética es de orden O
Con bajas [S] la cinética es de orden 1
Tema 7.- Enzimología
Concentración de sustrato [S] mM
Ve
loci
dad
de
re
acci
ón
mM
de
pro
du
cto
/min
Enzima saturada
Tema 7.- Enzimología
Cinética de Michaelis-Menten
La expresión matemática de la velocidad de reacción y de la Km son:
La Km, o constante de Michaelis-Menten, es un parámetro cinético muy importante para comparar las actividades enzimáticas
Tema 7.- Enzimología
Cinética de Michaelis-Menten
La Km nos indica, aproximadamente, la afinidad del enzima por el sustrato.
Puesto que es un valor de [S]…
►↓Km alta afinidad del enzima por el sustrato
►↑Km baja afinidad del enzima por el sustrato
Tema 7.- Enzimología
Km para algunas enzimas y sustratos
Enzima Sustrato
Tema 7.- Enzimología
Hexoquinasa
Glucosa Glucosa 6 fosfato
Tema 7.- Enzimología
La hexoquinasa es una enzima que puede unirse a dos sustratos: la glucosa o la fructosa. Catalizando la reacción de fosforilación
Hexoquinasa
Fructosa Fructosa 6 fosfato
Km para algunas enzimas y sustratos
Enzima Sustrato
La hexoquinasa de cerebro requiere una concentración 30 veces mayor de fructosa que de glucosa para catalizar la reacción
Tema 7.- Enzimología
Apéndice: clasificación de las enzimas
Tema 7.- Enzimología
Las enzimas se clasifican de acuerdo a la reacción que catalizan …
Nº CLASE TIPO DE REACCIÓN CATALIZADA
1 OXIDOREDUTASAS Reacciones de transferencia de electrones (redox)
2 TRANSFERASAS Reacciones de transferencia de grupos funcionales
3 HIDROLASAS Reacciones de hidrólisis: ruptura de enlaces
4 LIASASReacciones de adición de grupos a dobles enlaces o de formación de estos por eliminación de grupos funcionales
5 ISOMERASAS Reacción de conversión de una molécula en un isómero
6 LIGASASReacción de formación de enlaces por reacciones de condensación acopladas a ATP
TEMPERATURA. La mayoría de las enzimas trabajan a temperaturas óptimas entre 20 y 37ºC.
Act
ivid
ad e
nzi
mát
ica
Temperatura (Cº)
20-37º C4º C 60º C
¡Desnaturalización!
Tema 7.- Enzimología
Factores físico-químicos
El pH óptimo suele estar en el entorno de la neutralidad. Pero hay enzimas que trabajan a pH ácido, como la pepsina, y otras a pH básico como la tripsina o la fosfatasa alcalina
Act
ivid
ad e
nzi
mát
ica
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 pH
Amilasa salivarPepsina
Fosfatasa alcalina
Tema 7.- Enzimología
CONCENTRACIÓN SALINA DEL MEDIO
La cantidad de sales presentes en el medio celularpuede influir en la actividad de algunas enzimas
K+
Na+
K+
Ca2+
Cl-
HCO3-
HCO3-
HCO3-
Na+
Na+Na+
Na+
K+
K+
Ca2+
Ca2+
Cl-
Cl-
Cl-
Tema 7.- Enzimología
Los inhibidores son sustancias químicas que impiden la catálisis.
Hay varios tipos de inhibición enzimática. Los dos más comunes son:
◼ Inhibición irreversible: el inhibidor se une covalentemente al centro activo del enzima bloqueándolo. Es permanente.
◼ Inhibición reversible: la enzima puede volver al estado inicial.
El tipo más común de este tipo es la inhibición competitiva
Tema 7.- Enzimología
Inhibición enzimática
INHIBICIÓN COMPETITIVA
Los inhibidores competitivos tienen una semejanzaestructural con el sustrato
Tema 7.- Enzimología
REGULACIÓN DE LA ACTIVIDAD ENZIMÁTICA
La célula dispone de mecanismos que le permiten controlar la actividad de las enzimas, y consecuentemente el trabajo de dicha célula:
►Alosterismo►Compartimentación celular
►Complejos multienzimáticos►Modificación covalente►Isoenzimas►Proenzimas►Regulación de la expresión génica
Tema 7.- Enzimología
ALOSTERISMO
EFECTOR ALOSTÉRICO POSITIVO
Efector alostérico negativoEfector alostérico positivo
Tema 7.- Enzimología
Los efectores alostéricos normalmente actúan modificando la Km de los enzimas
Modulación positiva
Modulación negativa
Disminuye la Km: aumenta la afinidad
Aumenta la Km: disminuye la afinidad
Tema 7.- Enzimología
Tema 7.- Enzimología
TreoninadeshidratasaEl producto final puede actuar
como un efector alostériconegativo de la primera enzima de la ruta metabólica
Cuando disminuya la concentración del producto final esta inhibición cesa y vuelve a activarse esta secuencia de reacciones
COMPARTIMENTACIÓN CELULAR
Muchas de las reacciones celulares ocurren en un orgánulo aisladas del entorno para mantener ciertas condiciones y mejorar el rendimiento.
En el lisosoma el pH es menor de 5
Lisosoma fundiéndose con vesículas cubiertas. (Imagen de M.E. de barrido)
Tema 7.- Enzimología
FORMACIÓN DE COMPLEJOS MULTIENZIMÁTICOS
Complejo multienzimático
mitocondrial
Tema 7.- Enzimología
Tema 7.- Enzimología
MODIFICACIÓN COVALENTE de la glicógeno sintasa
Cuando es fosforilada por una PKA pasa a una forma inactiva
◼ Comparación entre las isoenzimas glucosa 6 fosfato isomerasa de cerebro y músculo
Glucosa 6P isomerasa de cerebro
Km= 210 mM
V M
ole
s/m
in
[S] mMKm= 700 mM
Glucosa 6 P isomerasa de músculo
[glucosa] en cerebro 130 mM
[glucosa] en músculo 450 mM
Tema 7.- Enzimología
PROENZIMAS
Algunas enzimas son sintetizadas como proenzimas o zimógenos, y requieren un tratamiento de hidrólisis para ser activas.
PEPSINÓGENO (inactivo)
PEPSINA (activa)
Peptidasasintestinales
7 aminoácidos
Tema 7.- Enzimología
CONTROL DE LA EXPRESIÓN GÉNICA
Tema 7.- Enzimología
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