ENZIMAS

CARACTERISTICAS Las enzimas son catalizadores biológicos: 1 CARACTERISTICAS Las 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 productos 4. Tienen capacidad de regulación, su actividad varia en respuesta a concentraciones diferentes de sus sustratos

CLASIFICACIÓN Se 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 hidrólisis 4. Liasas Eliminación de grupos para formar dobles enlaces 5. Isomerasas Isomerización 6. Ligasas Formación de enlace acoplada con la hidrólisis de ATP

Las Enzimas aceleran las reacciones bajando la Energía de activación

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.

Quimotripsina: aminoácidos catalíticos His57, Asp102 y Ser195.

Sitios activos de tripsina, quimotripsina y elastasa

ESPECIFICIDAD ENZIMÁTICA La especificidad puede ser absoluta (un sitio activo rígido “Teoría de la llave y cerradura”) y relativa (sitio activo relajado “teoría del ajuste inducido”)

Ejemplo de un ajuste inducido en el sitio activo

Algunas enzimas requieren de un cofactor para expresar su actividad Algunas enzimas requieren de un cofactor para expresar su actividad. Este puede ser inorgánico (ión metálico) u orgánico (coenzima)

La mayoría de las coenzimas provienen de las vitaminas

activa inactiva

ACTIVACIÓN DE PROENZIMAS (zimógenos) POR PROTEOLISIS Proteasas que activan otras proteasas Auto-activación de quimotripsina ( ”Lehninger Principles of Biochemistry” 3th.ed. Nelson, DL and Cox, M.M. Worth Publishers, 2000.)

FACTORES QUE DETERMINAN LA VELOCIDAD DE UNA REACCIÓN ENZIMÁTICA Temperatura pH [ Sustrato ] [ Enzima ] Inhibidores

Efecto de pH

Efecto temperatura

ECUACIÓN Y GRÁFICO DE MICHAELIS-MENTEN

REPRESENTACIÓN LINEAL DE LA ECUACIÓN DE MICHAELIS-MENTEN GRÁFICA DE LINEWEAVER-BURK

INHIBICIÓN REVERSIBLE INHIBICIÓN ENZIMÁTICA Puede 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.

E ES EI I S E + P Inhibición Competitiva Las fijaciones de sustrato e inhibidor son mutuamente excluyentes; el complejo EI no es productivo

INHIBICIÓN COMPETITIVA + Inhibidor Unión del Inhibidor al centro activo, compitiendo con S  Aumenta Km No cambia Vmax

E ES EI I S E + P ESI Inhibición No Competitiva El inhibidor se fija indistintamente a la enzima libre E y al complejo enzima-substrato ES; ni el complejo EI ni el complejo ESI son productivos

INHIBICIÓN NO COMPETITIVA 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 Inhibidor no competitivo Sustrato (Adaptado de: ”Lehninger Principles of Biochemistry” 3th.ed. Nelson, DL and Cox, M.M. Worth Publishers, 2000.)

Inhibición no Competitiva Inhibición Competitiva GRAFICAS DE MICHAELIS-MENTEN EN LA INHIBICIÓN COMPETITIVA Y NO COMPETITIVA Inhibición no Competitiva Inhibición Competitiva (“Bioquímica”, Mathews and van Holde McGraw-Hill, 1998)

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.

Reacciones bisustrato: mecanismos secuencial (a) y ping-pong (b)

Regulación enzimática Puede ser de 2 tipos: 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. 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-

MODULACIÓN ALOSTÉRICA

La unión y transformación del sustrato es cooperativa 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.)

INHIBICIÓN POR PRODUCTO 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

ACTIVACIÓN/INACTIVACIÓN DE ENZIMAS POR FOSFORILACIÓN. Ejemplo: glucógeno fosforilasa Fosfatasa inactivadora Quinasa activadora ( ”Lehninger Principles of Biochemistry” 3th.ed. Nelson, DL and Cox, M.M. Worth Publishers, 2000.)

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