ENZIMAS
Objetivos Concepto de Enzima Propiedades Estructura Clasificación y nomenclatura de enzimas Cinética enzimática Inhibición enzimática
Enzimas. CONCEPTO Prácticamente todas las reacciones químicas que tienen lugar en los seres vivos están catalizadas por enzimas. Las enzimas son biocatalizadores proteicos de acción específica: cada enzima cataliza un solo tipo de reacción, y casi siempre actúa sobre un único sustrato o sobre un grupo muy reducido de ellos.
Naturaleza Química Las enzimas son generalmente proteínas globulares o excepcionalmente moléculas de ARN=RIBOZIMAS
Las enzimas disminuyen la energía de activación
Propiedades generales de los catalizadores Aceleran las reacciones químicas No hacen que sucedan reacciones desfavorables No cambian el punto de equilibrio No se consumen en las reacciones y no se alteran (pueden ser reutilizadas y no se necesitan en grandes cantidades)
Propiedades de las enzimas Actúan sobre un sustrato formando un complejo enzima-sustrato al unirse en un lugar específico del sustrato el sitio activo de la enzima E + S ESEP E + P E
Propiedades de las enzimas Las enzimas son selectivas, pocas moléculas pueden interactuar con el sitio activo y formar el complejo. Son muy específicas en función de su estructura tridimensional característica. Alto grado de especificidad: Cada enzima solo reconoce un determinado sustrato sobre el que realiza un solo cambio. Las células producen un enzima para cada una de las reacciones químicas que se producen en su metabolismo.
Características de las Enzimas: Son inestables: Se desnaturalizan por cambios fisicoquímicos como la temperatura. Alta eficacia como catalizadores Su actividad está regulada por factores externos, por sus propiedades inherentes y por moléculas originadas en las reacciones que promueven.
Enzima Sustrato Sitio activo
ESTRUCTURA DE UN ENZIMA Son Proteínas de peso molecular variable (12.000-1.000.000 Da) pero algunas necesitan de un cofactor (parte no proteica). APOENZIMA + COFACTOR = HOLOENZIMA (activo) APOENZIMA: Parte proteica con alto PM Inactivo por separado COFACTOR: Parte no proteica que sí se transforma en la reacción. Si se une covalentemente= GRUPO PROSTÉTICO. Puede ser: Ión metálico: Fe, Cu, Mg, Mn, Zn, Ca, Co. COENZIMA: Molécula orgánica no proteica. Muchos derivan de vitaminas (CoA, NAD, NADP, FMN, FAD, etc.)
Clasificación y nomenclatura de enzimas 12
NOMBRE SISTEMÁTICO Muchos enzimas catalizan reacciones reversibles. No hay una manera única para fijar cual de los dos sentidos se utiliza para nombrar al enzima. Así, la glucosa fosfato isomerasa también podría llamarse fructosa fosfato isomerasa.
NOMENCLATURA DE LA COMISIÓN ENZIMÁTICA El nombre de cada enzima puede ser identificado por un código numérico, encabezado por las letras EC (enzyme commission), seguidas de cuatro números separados por puntos. El primer número indica a cual de las seis clases pertenece el enzima, El segundo se refiere a distintas subclases dentro de cada grupo,
CLASIFICACIÓN DE LAS ENZIMAS
Cinética Enzimática
CINÉTICA ENZIMÁTICA Estudia la velocidad de las reacciones catalizadas por enzimas Estos estudios proporcionan información directa acerca del mecanismo de la reacción catalítica y de la especifidad del enzima. La velocidad de una reacción catalizada por un enzima puede medirse con relativa facilidad, ya que en muchos casos no es necesario purificar o aislar el enzima. La medida se realiza siempre en las condiciones óptimas de pH, temperatura, presencia de cofactores, etc, y se utilizan concentraciones saturantes de sustrato. En estas condiciones, la velocidad de reacción observada es la velocidad máxima (Vmax). La velocidad puede determinarse bien midiendo la aparición de los productos o la desaparición de los reactivos.
MODELO CINÉTICO DE MICHAELIS-MENTEN Los estudios sistemáticos del efecto de la concentración inical del sustrato sobre la actividad enzimática comenzaron a realizarse a finales del siglo XIX. Ya en 1882 se introdujo el concepto del complejo enzima-sustrato como intermediario del proceso de catálisis enzimática. En 1913, Leonor Michaelis y Maud Menten desarrollaron esta teoría y propusieron una ecuación de velocidad que explica el comportamiento cinético de los enzimas.
MODELO CINÉTICO DE MICHAELIS-MENTEN
Hipótesis de Michaelis-Menten Equilibrio rápido 20
Relación entre Km y Vmax Michaelis y Menten Concentración de Sustrato [S] Velocidad de la reacción (v) Km Vmax Vmax/2 03_25_enzyme’s performance.jpg La Km es la cte de Michaelis= concentración de sustrato a la cual, la V de reacción es la mitad de la velocidad máxima 21
FACTORES QUE AFECTAN A LA ACTIVIDAD ENZIMÁTICA Concentración de enzima Temperatura pH Concentración de sustrato Inhibidores
Efecto del pH en la ENZIMA Cada enzima tiene un pH óptimo para su actividad El pH afecta las interacciones iónicas 23
Efecto del pH 1. Sobre la fijación del sustrato al centro activo: - Grupos disociables de la enzima - Grupos disociables del substrato 2. Sobre la transformación catalítica del substrato 3. Sobre la estructura de la proteína enzimática 24
Efecto de la temperatura en la ENZIMA Aumento de la velocidad Desnaturación por calor 15º 40º 75º Temperatura Cada enzima tiene una temperatura óptima. 25
Baja concentración de sustrato ALTA concentración de sustrato SATURACION 26
Inhibición enzimática 27
El centro activo
Inhibidor: Compuesto que hace disminuir la actividad enzimática, a través de interacciones con el centro activo u otros centros específicos (alostéricos). Esta definición excluye todos aquellos agentes que inactivan a la enzima a través de desnaturalización de la molécula enzimática De esta forma, habrá inhibiciones reversibles: I. INHIBICIÓN COMPETITIVA ejercen su acción sobre el centro activo II. INHIBICIÓN NO COMPETITIVA ejercen su acción sobre otra parte de la molécula, causando un cambio conformacional con repercusión negativa en la actividad enzimática. inhibiciones irreversibles 29
Inhibidores Competitivos Compiten con el sustrato por el sitio activo de la enzima Se une solo a la enzima libre V máx no se altera y K M cambia
Inhibición competitiva El inhibidor tiene una forma parecida al del sustrato y se une de forma reversible al centro activo del enzima en lugar del sustrato (compiten por unirse al centro activo) Puede revertirse incrementando la concentración de sustrato.
Inhibidor No Competitivo Se une a un lugar diferente del sitio activo la enzima Se une a la enzima libre y también al complejo enzima-sustrato Por acción del inhibidor disminuye la Vm pero el valor de Km no se altera
Inhibición NO competitiva Actúan en un lugar del enzima distinto al centro activo, llamado SITIO ALOSTÉRICO. Causa una modificación estructural que impide que el sustrato se pueda unir al centro activo.
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: E + I E’ - 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. 34
RETROINHIBICION=inhibición por retroalimentación El producto final de una ruta bioquímica inhibe la actividad de uno de los primeros enzimas de la ruta. Con ello se consigue evitar la formación de un exceso de producto final.
Enzimas alostéricos
Enzimas Alostéricas Son enzimas cuya estructura proteica está formada de varias subunidades No se rigen por la cinética de M - M Además del sitio o centro activo tienen sitios alostéricos o de regulación Sitio activo/sustratos; Sitio alostérico/moduladores o reguladores La relación entre la velocidad de reacción y la concentración de sustrato sigue cinética sigmoídea
Enzimas alostéricas Las enzimas alostéricas presentan estructura cuaternaria. Tienen diferentes sitios activos, unen mas de una molécula de sustrato La unión del sustrato es cooperativa la curva de velocidad presenta una forma sigmoidal 38
Control genético Los genes determinan que tipo de enzimas expresará una célula concreta Si las enzimas siempre están presentes en cantidades constantes se llaman CONSTITUTIVAS Si son sintetizadas como respuesta a la presencia de ciertos sustratos se llaman INDUCIDAS
RESUMEN Las enzimas son proteínas que catalizan las reacciones biológicas Presentan especificidad por su sustrato Cada enzima presenta dos parámetros importantes Vmax (saturación de la enzima) y la Km (medida de la afinidad por el sustrato) 41
RESUMEN La actividad enzimática puede ser inhibida, por inhibidores competitivos (similares al sustrato) o por inhibidores no competitivos. La temperatura y el pH afectan a la enzima en su actividad catalítica. Algunas enzimas requieren de coenzimas y/o cofactores para su actividad. 42
FIN