PALABRA GRIEGA ; ZYME “ EN FERMENTO “ ENZIMAS PALABRA GRIEGA ; ZYME “ EN FERMENTO “

Ribozimas Ribozimas en cabeza de martillo En efecto, a mediados de los años 80, Arthur Zaug y Thomas Cech comunicaban, en la revista Science, el descubrimiento de que moléculas de RNA también pueden tener capacidad catalítica y comportarse como biocatalizadores muy activos. Thomas Cech descubrió que el RNA L-19 cataliza la hidrólisis del RNA de manera específica y es capaz de también de ejercer acción polimerasa Ribozimas en cabeza de martillo

ENZIMAS POLIMEROS BIOLOGICOS Catalizadores; aceleran la velocidad de las reacciones bioquímicas y no se altera de forma permanente por la reacción Reacción bioquímica; cuando las moléculas que chocan poseen una cantidad mínima de energía (energía de activación ( Ea) o energía libre de activación AG)

ENZIMAS Energía de activación (AG): cantidad de energía que se requiere para convertir 1 mol de moléculas (sustrato o reactante) desde el estado basal (la forma basal de baja energía) al estado de transición Estado de transición: intermediario transitorio en el que no existe sustrato libre ni producto

EFECTO DEL CATALIZADOR

TEORIA GENERAL DE LA ACCION ENZIMATICA La E se combina con la S para formar el complejo E-S (unión reversible), luego este se rompe; por un lado se libera la E y por el otro se libera el P

ENZIMAS Sustratos (reactante) ; moléculas sobre las cuales actúan las enzimas Productos ; las moléculas resultantes Complejo enzima-sustrato ( ES); conformación intermedia y transitoria que se da como resultado de la interacción enzima (E) con su sustrato (S ) E+S ES E + P

COMPLEJO ENZIMA-SUSTRATO

ENZIMAS PROPIEDADES Velocidades de las reacciones que catalizan extraordinariamente elevadas ( aumento de la velocidad 10 a la 6 a 10 a la 12 veces mayor ) Muy especificas para las reacciones que catalizan ( extremadamente selectivos ; tipo de reacción, sustrato o conjunto pequeños de sustratos), poco habitual productos secundarios Estructuras complejas Pueden regularse

ENZIMAS AUMENTO DE LA VELOCIDAD DE REACCION Depende: Moléculas con energía cinética suficiente Orientación correcta para reaccionar (aproximación entre si a la distancia de formación de enlace) Concentración de los reactivos Las enzimas

ENZIMAS CATALIZADORES Proporcionan una ruta de reacción que requiere de menos energía de activación que la reacción sin catalizar No altera el equilibrio si no que aumenta la velocidad hacia el equilibrio El equilibrio se alcanza en segundos o minutos en lugar de horas o días

PODER CINETICO DE ALGUNAS ENZIMAS

ENZIMAS CONSTANTE DE EQUILIBRIO (Keq) Es igual al producto de las concentraciones de los productos de la reacción , dividido entre el producto de los sustratos En el equilibrio las concentraciones globales de reactivos y productos permanecen constantes La velocidad de conversión de sustratos en productos es igual a la velocidad a la que los productos se convierten en sustratos Relación constantes de velocidad A + B P + Q Keq = [ P ] [ Q ] [ A ] [ B ] A + A P Keq = [ P ] [ A ] 2 Keq = K1 K2

ENZIMAS CATALIZADORES Lugar activo; superficie de unión de forma enrevesada y única Función del lugar activo: Es el sito de unión del sustrato a la enzima (pequeña hendidura o grieta) Los aminoácidos presentes participan activamente en el proceso catalítico La información dentro del lugar activo; su forma y distribución de carga se utiliza para orientar de forma optima al sustrato Reduce la energía necesaria para que se produzca la reacción hasta el producto

ENZIMAS ESPECIFICIDAD Característica de mayor relevancia Determinante en la regulación del metabolismo celular Reduce la variedad de sustratos sobre los que una enzima puede actuar

ESPECIFICIDAD Tipos de especificidad: La especificidad óptica; solo sobre isomeros de la serie L (catabolismo de aminoácidos), sobre los de la serie D ( metabolismo de carbohidratos) Especificidad de grupo; sobre un grupo determinado de moléculas

ENZIMAS ESPECIFICIDAD Modelo llave-cerradura ( Emil Fischer) Modelo de ajuste inducido (Daniel Koshland)

ENZIMAS ESPECIFICIDAD Modelo llave-cerradura (lugar activo rígido); Cada enzima se une a un único tipo de sustrato El lugar activo de la enzima y el sustrato poseen estructuras complementarias El sustrato entra e interacciona con el lugar activo (forma global y distribución de carga)

ENZIMAS ESPECIFICIDAD Modelo de ajuste inducido (estructura flexible de las proteínas): El sustrato no se ajusta con precisión a un lugar activo rígido Las interacciones no covalentes entre la enzima y el sustrato modifican la estructura tridimensional del lugar activo Conforman la forma del lugar activo con la forma del sustrato en la conformación del estado de transición

ENZIMAS MODELO DE AJUSTE INDUCIDO La enzima y el sustrato sufren cambios conformacionales en el estado de transición El sitio catalítico no es un lugar estático y rígido, dinámico y transitorio Al final de la reacción la enzima recupera su estructura original

ENZIMAS ACTIVIDAD ENZIMATICA Depende : Interacción entre los aminoácidos del lugar activo y el sustrato Componentes no proteicos; (cofactores enzimáticos)

ENZIMAS Componentes no proteicos; (cofactores enzimáticos) Apoenzima : componente proteico de una enzima que carece de un cofactor esencial Holoenzima: enzimas intactas con sus cofactores unidos Iones; Mg, Zn, Fe , K, Co, Cu, Se,(métaloenzimas) Coenzimas; moléculas orgánicas complejas presentes en el medio enzimático con enlaces transitorios y disociables a la enzima o a un sustrato Grupos prostéticos; incorporación del cofactor fuerte y estable a la estructura proteica

GRUPOS PROSTETICOS COFACTORES Y COENZIMAS

METALES Y ELEMENTOS IMPORTANTES COMO COFACTORES ENZIMATICOS

COENZIMAS Y VITAMINAS DE PROCEDENCIA

ENZIMAS ACTIVIDAD ENZIMATICA Control directo del organismo a través de la unión de activadores o inhibidores Modificación covalente de la molécula enzimática Regulación genética (síntesis proteica)

Oxidoreductasas Transferasas prefijo.;Trans Hidrolasas CLASIFICACION UNION INTERNACIONAL DE BIOQUIMICA y BIOLOGIA MOLECULAR (UIBMB) ESQUEMA DE DENOMINACION SISTEMATICA Categorías; reacción que catalizan Oxidoreductasas Catalizan reacciones de oxidación reducción Deshidrogenasas,oxidasas,oxigenasas, reductasas, peroxidasas hidrolasas Transferasas prefijo.;Trans Catalizan reacciones en las que hay transferencia de grupos de una molécula a otra(metilo,fosforilo y acilo) Transcarboxilasas transmetilasas transaminasas Hidrolasas Catalizan reacciones en las que se produce la rotura de enlaces por adición de agua Esterasas, fosfatasa y peptidasas

CLASIFICACION UNION INTERNACIONAL DE BIOQUIMICA (UIB) CATEGORIA : REACCION QUE CATALIZAN Liasas Catalizan reacciones en las que se eliminan grupos(H2O,C02,NH3), para formar un doble enlace o se añade a un doble enlace Descarboxilasas, hidratasas, deshidratasas desaminasas Desaminasas sintasas Isomerasas Epimerasas Mutasas Catalizan varios tipos de reordenamiento molecular Inversión de átomos de carbono asimétricos Transferencia intramolecular de grupos funcionales Ligasas Catalizan la formación de un enlace entre dos moléculas de sustrato Los nombres incluyen los términos: Sintetasas,carboxilasas

COMISION DE ENZIMAS(EC) DE LA IUBMB

ENZIMAS CINETICA ENZIMATICA

ENZIMAS CINETICA ENZIMATICA Relacionada con: Determinación cuantitativa de las reacciones que catalizan las enzimas Estudio sistemático de los factores que afectan dichas velocidades Miden la afinidad de las enzimas por los sustratos y los inhibidores Mecanismos de reacción Velocidad de una reacción bioquímica; El cambio de la concentración de un reactante o producto por unidad de tiempo

ENZIMAS CINETICA ENZIMATICA Orden de la reacción: Relaciona la concentración del reactante, la saturación de la enzima con la velocidad de la reacción Cinética de primer orden Cinética de segundo orden Cinética de cero orden

ENZIMAS CINETICA DE PRIMER ORDEN Cuando la velocidad depende de la primera potencia de la concentración de un único reactante y sugiere que el paso limitante de la velocidad es una reacción uní molecular (no se requieren colisiones moleculares) A P La velocidad de la reacción es directamente proporcional a la concentración del sustrato, solo cuando la concentración del sustrato es baja La concentración del reactante es función del tiempo ( t ½ ; se consume la mitad del reactante)

ENZIMAS CINETICA DE SEGUNDO ORDEN la velocidad de la reacción depende de la concentración de los dos reactantes A+B P Las moléculas A y B deben de chocar para que se forme el producto (reacción biomolecular )

ENZIMAS CINETICA PSEUDOPRIMER ORDEN En ocasiones las reacciones de segundo orden implican reactantes como el agua, que están presentes en exceso A + H20 P Como el agua se encuentra en exceso, la reacción parece de primer orden Las reacciones de hidrólisis

ENZIMAS CINETICA DE ORDEN CERO Cuando la adición de un reactante no altera la velocidad de la reacción La velocidad es constante debido a que la concentración del reactante es lo suficientemente elevada para saturar todos los lugares catalíticos en la molécula de la enzima Cuando la concentración del sustrato se hace lo suficientemente elevada de forma que la enzima se satura

ENZIMAS CINETICA DE MICHAELIS-MENTEN Cuando se une el sustrato S en el lugar activo de una enzima E se forma un complejo intermediario ( ES) Durante el estado de transición, el sustrato se convierte en el producto Tras un breve espacio de tiempo , el producto se disocia de la enzima Constantes de velocidad: K1 : constante de velocidad de formación de ES K2 : constante de velocidad de disociación ES K3: constante de velocidad de la formación y liberación del producto del lugar activo

ENZIMAS MODELO DE MICHAELIS -MENTEN K2 es despreciable en comparación con K1 La velocidad de formación de ES es igual a la velocidad de su degradación durante la mayor parte del curso de la reacción (suposición del estado estacionario) La velocidad de formación de ES es igual a K1 [E] [S] La velocidad de disociación de ES es igual a (K2 + K3) La suposición del estado estacionario iguala estas dos velocidades

ENZIMAS CONSTANTE DE MICHAELIS Y MENTEN (Km) Define algunos aspectos del comportamiento enzimático ( constante de afinidad) Se considera una constante que es característica de la enzima y del sustrato en condiciones especificas Cuando menor es la Km, mayor es la afinidad de la enzima por la formación del complejo ES Km = K2 + K3 K1

ENZIMAS CONSTANTE Km Km :indicador de la afinidad de la enzima por el sustrato concentración de sustrato a la que la enzima tiene la mitad de la velocidad máxima Km grande: se necesitara una concentración mayor de sustrato para alcanzar la mitad de la velocidad máxima Km pequeña: es menor la cantidad del sustrato para alcanzar la mitad de la velocidad máxima de la enzima ( enzima mas afín a su sustrato)

La Km es única para cada par enzima-sustrato Los diferentes sustratos que reaccionan con una enzima determinada lo hacen con diversos valores de Km Las diferentes enzimas que actúan sobre un solo sustrato tienen distintos valores de Km El valor de Km varia ampliamente con la identidad de la enzima y la naturaleza del sustrato

METABOLISMO DE LOS CARBOHIDRATOS REGULACION Hexocinasa/glucocinasa Hexocinasa:tiene una Km baja para la glucosa (alta afinidad) en el hígado se satura y actúa a una velocidad constante condiciones normales Glucocinasa:Km mucho mas alta ( baja afinidad)para la glucosa, su afinidad aumenta por arriba del alcance fisiológico de concentraciones de glucosa La glucocinasa; favorece la captación hepática de glucosa en altas concentraciones, después de ingerir carbohidratos

ENZIMAS VELOCIDAD MAXIMA DE REACCION Vmax: punto de la reacción en el que no importa con cuanto sustrato se realice la medición de la actividad enzimático , pues la velocidad de la reacción no aumenta mas Vmax ; corresponde al punto de saturación de la enzima Punto de saturación; todos los sitios catalíticos de las enzimas están ocupados y por lo tanto no pueden interactuar con mas moléculas de sustrato

ENZIMAS ECUACION DE MICHAELIS-MENTEN V= Vmax [ S ] [ S ] +Km Grafica hiperbólica Vmax : velocidad que puede alcanzar la reacción Km : cada enzima tiene un valor de Km característico en condiciones especificas

ENZIMAS ECUACION DE MICHAELIS-MENTEN Condición; Cuando [ s ] es mucho menor que Km ( condiciones fisiológicas) El termino Km + [ s] es esencialmente igual que Km Vi = Vmax [ S ] = Vmax [ S ] Km + [ S ] Km Vi = ( Vmax)[ S ] Km Cuando [ S ] es menor que Km ; la velocidad inicial de la reacción es directamente proporcional a la concentración del sustrato

ENZIMAS ECUACION DE MICHAELIS-MENTEN condición; Cuando [ S] es mucho mayor que Km El termino Km + [ S] es igual a [ S ] Al sustituir Km +[ S ] por [ S ] Vi = Vmax [ S ] = Vi = Vmax [ S ] Km + [ S ] [ S ] Vi= Vmax la velocidad de la reacción es máxima ( Vmax) y es invariable con los incrementos adicionales con La [ S ] cuando menor es el valor de Km mayor es la afinidad de la enzima por La formación del complejo ES

ENZIMAS ECUACION DE MICHALIS- MENTEN Condición: Cuando la [ S ] = Vmax Vi = Vmax [ S ] = V max [ S ] Km + [ S ] 2 [S ] Vi = Vmax 2 la velocidad inicial es igual a la mitad de la Vmax

Cuando la [S] es pequeña, la reacción enzimática es de orden 1 Cuando la [S] es grande, la reacción enzimática es de orden 0

ENZIMAS PROPIEDADES CINETICAS NUMERO DE RECAMBIO (TRANSFERENCIA)) K cat = Vmax [ ET ] Kcat = numero de moléculas de sustrato convertidas en producto por unidad de tiempo por una molécula enzimática en condiciones optimas ( saturada por el sustrato) [ ET ] = concentración total de la enzima

ENZIMAS PROPIEDADES CINETICAS NUMERO DE RECAMBIO EFICACIA CATALITICA Vmax = Kcat [ ET ] V = Kcat [ET ] [ S] Km + [ S ] Cuando la [ S ] es menor que Km : ET = E V = ( Kcat/ Km) [ E ] [ S ] ( Kcat/ Km ) = constante de velocidad para una reacción donde la [ S ] es < que Km ( constante de especificidad)

ENZIMAS EFICACIA CATALITICA Perfección catalítica: cuando las enzimas convierten el sustrato en producto cada vez que el sustrato difunde en el lugar activo Complejos multienzimaticos ; organización de las enzimas en los seres vivos para alcanzar este grado elevado de eficacia Actividad enzimática: se mide en unidades internacionales ( UI) 1 UI la cantidad de la enzima que produce 1 micromol de producto por minuto Actividad especifica de una enzima : numero de UI por mg de proteína 1 Katal ( Kat ) ; cantidad de enzima que transforma 1 mol de sustrato por segundo ( 6 por 10 a la 7 UI )

ENZIMAS REPRESENTACIONES DOBLES INVERSAS DE LINEWEAVER-BURK La ecuación de Michaelis –Menten puede ordenarse obteniendo su inversa o reciproca 1 = Km 1 + 1 V Vmax [ S ] Vmax Inversa de las velocidades iniciales frente a las inversa de las concentraciones del sustrato Grafica de línea recta La pendiente de la línea es Km/Vmax La intersección en el eje vertical es 1 / Vmax La intersección en el eje horizontal es – 1 / Km

Ecuación de Lineweaver-Burk Representación doble recíproca (1/v vs. 1/[S])

ENZIMAS ECUACION DE HILL COMPORTAMIENTO COOPERATIVO Enzimas multimericas; se unen al sustrato en varios sitios. Cooperatividad positiva en la unión del sustrato La forma de la curva es una recta La grafica determina la concentración de sustrato que produce la mitad de la velocidad máxima y el grado de cooperatividad