LOS ENZIMAS. I. CONCEPTO Y ESTRUCTURA A. COFACTORES Átomo, ion o molécula que participa en el proceso catalítico sin ser enzima ni sustrato. Cambia.

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1 LOS ENZIMAS

2 I. CONCEPTO Y ESTRUCTURA

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4 A. COFACTORES Átomo, ion o molécula que participa en el proceso catalítico sin ser enzima ni sustrato. Cambia la forma de la enzima para formar el complejo enzima-sustrato. APOENZIMA (Enzima propiamente dicha, parte proteica) + COFACTOR (Catión metálico) o COENZIMA (Sustancia vitamínica) ) = HOLOENZIMA Pueden ser: –Iones metálicos –Origen orgánico, se llaman coenzimas. Los cofactores enzimáticos suelen ser moléculas complejas, que nuestro organismo no puede sintetizar, por lo general. Por esa razón muchos cofactores enzimáticos deben ser, en todo en parte, ingresados con la dieta; muchos de ellos son, por lo tanto, vitaminas. Ni todos los cofactores son vitamínicos ni todas las vitaminas son cofactores enzimáticos. Propiedades: -Actúan con muchas enzimas. -Se regeneran después de actuar. - Unión coenzima- apoenzima fuerte se llama grupo prostético.

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6 NAD +, NADP + (Formas oxidadas) NADH, NADPH (Formas reducidas) AH 2 + NAD(P) + A + NAD(P)H + H +

7 FAD: Flavin Adenin Dinucleótido

8 B. CENTRO ACTIVO DE UN ENZIMA -Hay aas de fijación. -Hay aas de catálisis.

9 Complementariedad geométrica. Complementariedad de cargas, uniones iónicas. Modelos:  Encaje inducido.  Llave – cerradura.  Estado de transición. ¿Cómo se une al sustrato?

10 Modelo de Llave y Cerradura: Sustrato y enzima se acoplan de forma estereospecífica, de la misma manera que una llave se ajusta a su cerradura. Modelo aceptado durante mucho tiempo; hoy se considera insuficiente al no explicar algunos fenómenos de la inhibición enzimática. Modelo de Ajuste Inducido: Tanto la enzima como el sustrato sufren una alteración en su estructura por el hecho físico de la unión. Está mucho más de acuerdo con todos los datos experimentales conocidos hasta el momento. Estabilización del Estado de Transición: La teoría del Ajuste Inducido se amplía en la actualidad definiendo la acción enzimática como que el centro activo enzimático es en realidad complementario no al sustrato o al producto, sino al estado de transición entre ambos.

11 II. MECANISMO DE ACCIÓN ENZIMÁTICA

12 A. REACCIONES QUÍMICAS Para que ocurra una reacción es necesario energía para que aumente E. cinética de las partículas (aumenta número moléculas activadas y más probabilidad que se rompan los enlaces y se formen otros nuevos). La energía necesaria para que se activen las moléculas, energía de activación (moléculas de sustrato alcancen el estado de transición y reaccionen). Tanto la enzima como el catalizador aceleran la velocidad de una reacción química. Las enzimas tienen 3 propiedades que los catalizadores NO tienen: –Especificidad por el sustrato. –Se inactivan por desnaturalización. –Pueden ser reguladas.

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14 B. ¿CÓMO PODEMOS AUMENTAR LA VELOCIDAD DE UNA REACCIÓN ? Tiempo de la reacción E + S E + P Sin enzima Con enzima La Ea de la hidrólisis de la urea baja de 30 a 11 kcal/mol con la acción de las enzimas, acelerando la reacción 10 14 x El aumento de temperatura necesario para producir la reacción no catalizada seria de 529ºC - Aumento de la temperatura. - Mediante un catalizador.

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17 C. PROPIEDADES ENZIMAS -Solubilidad: solubles en agua. -Especificidad: con respecto al tipo de reacción (de acción) y sustrato. -Se necesitan en pequeñas cantidades: una molécula cataliza miles de moléculas de sustrato. -Hacen que las reacciones transcurran a gran velocidad. -Bajan la E. de activación: reacciones ocurren a menor temperatura. -Necesidad medio óptimo: temperatura, Ph, salinidad, ya que son proteínas y se desnaturalizan.

18 D. MECANISMO DE ACCIÓN ENZIMÁTICA

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25 E. CINÉTICA ENZIMÁTICA La velocidad de una reacción es la cantidad de materia transformada en función del tiempo, desaparición del S o aparición del P.  La cinética enzimática es el análisis cuantitativo del efecto de cada uno de los factores que intervienen en la actividad enzimática, que se evalúa a través de la velocidad de la reacción catalizada.  Las variables más importantes son: Concentración de enzima, sustratos y productos (incluyendo inhibidores y/o activadores). pH. Temperatura.

26 1. CONCENTRACIÓN SUSTRATO Gráfica que representa la variación de la velocidad de reacción con respecto a la cantidad de sustrato. Hay un número limitado de sitios en la enzima para fijar sustrato; una vez que están ocupados todos, por mucho que aumente la concentración de sustrato, la velocidad permanecerá constante. La Km es la concentración de sustrato donde se obtiene la mitad de la Vmax. - A mayor Km, menor es la afinidad de la enzima por el sustrato. - A menor Km mayor es la afinidad de la enzima por el sustrato.

27 Baja concentración de sustrato ALTA concentración de sustrato SATURACION

28 2. TEMPERATURA La temperatura a la cual la actividad catalítica es máxima se llama temperatura óptima. Por encima de esta temperatura, el aumento de velocidad de la reacción (actividad enzimática) decrece rápidamente hasta anularse, se desnaturalizan las proteínas. Una temperatura por debajo de la óptima, disminuye la actividad, de ahí que los animales poiquilotermos tengan que hibernar en invierno.

29 3. PH Las enzimas poseen grupos químicos ionizables (carboxilos -COOH; amino -NH2; tiol -SH, etc.) en las cadenas laterales de sus aminoácidos. Según el pH del medio, estos grupos pueden tener carga eléctrica positiva, negativa o neutra. Como la conformación de las proteínas depende, en parte, de sus cargas eléctricas, habrá un pH en el cual la conformación será la más adecuada para la actividad catalítica. Este es el llamado pH óptimo.

30 3. CONCENTRACIÓN DE ENZIMA A mayor concentración de E más aumenta la velocidad, siempre que haya sustrato. 4. CONCENTRACIÓN DE PRODUCTO A mayor concentración de P, menor velocidad de reacción. 5. ACTIVADORES Favorecen la unión del E con el S.

31 4. INHIBIDORES Efector que hace disminuir la actividad enzimática, a través de interacciones con el centro activo u otros centros específicos. Pueden ser de dos tipos: 1. Inhibidor reversible: establece un equilibrio con la enzima libre, con el complejo enzima-substrato o con ambos: E + IEI 2. Inhibidor irreversible: modifica químicamente a la enzima: E + I E’ ES + I ESI

32 Inhibición Irreversible Inhibición permanente. Unión irreversible por medio de enlaces covalentes. Modificaciones químicas de los grupos catalíticos. Modificada la enzima, está siempre inhibida.

33 Inhibición reversible Se unen de forma débil y temporal. Las regiones funcionales de la enzima no cambian. (a) El inhibidor se fija al centro activo de la enzima libre, impidiendo la fijación del substrato: Inhibición Competitiva (b) El inhibidor se fija a la enzima independientemente de que lo haga o no el substrato; el inhibidor, por tanto, no impide la fijación del substrato a la enzima, pero sí impide la acción catalítica: Inhibición No Competitiva (c) El inhibidor se fija únicamente al complejo enzima-substrato una vez formado, impidiendo la acción catalítica; este tipo se conoce como Inhibición Acompetitiva o Mixta.

34 A. 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, aumenta. Al aumentar la cantidad de SUSTRATO el inhibidor competitivo es desplazado y se forma producto. Características: - Las fijaciones de substrato e inhibidor son mutuamente exclusivas. - A muy altas concentraciones de substrato desaparece la inhibición. - Por lo general, el inhibidor competitivo es un análogo químico del substrato. - El inhibidor es tan específico como el substrato.

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36 Km Sin inhibidor Km con inhibidor Sin inhibidor Con inhibidor El inhibidor competitivo aumenta la Km

37 B. Inhibidor No Competitivo Se une a un lugar diferente del sitio activo la enzima. Por acción del inhibidor disminuye la V m pero el valor de K m no se altera. No se neutraliza aumentando el sustrato.

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39 C. Inhibidor Acompetitivo (Mixto) El inhibidor se une al centro activo después de que el sustrato lo haya hecho y, por tanto, inhibidor y sustrato no compiten. Aunque todo el sustrato esté saturando la enzima y toda la enzima esté como complejo ES, el inhibidor puede unirse produciendo un complejo inactivo ESI. Como I solo se une a ES, estimula la formación de ES y, por tanto, incrementa la unión del sustrato a la enzima, disminuyendo Km. Sin embargo, el complejo ESI no conduce a productos y Vm disminuye. Se une sólo al complejo enzima-sustrato Los efectos que tiene: disminuye el valor de K m y también el de V máx No se puede neutralizar aumentando la concenttración de sustrato.