Transcript Els Biocatalitzadors

Bloc 1: Metabolisme
Tema 1: Els biocatalitzadors: enzims i
cofactors
Tema 2: El metabolisme anabòlic
Tema 3: El metabolisme catabòlic
Realitzat Prof: Albert Batllori
1
Tema 1:
Els biocatalitzadors:
enzims i cofactors
1.1. Els biocatalitzadors
1.2. Tipus de reaccions
químiques cel·lulars
1.3. Els enzims
1.4. Tipus d’enzims
1.5. L’activitat enzimàtica
1.6. Els cofactors i els
coenzims
2
Tema 1: Els Biocatalitzadors: enzims,
vitamines i hormones
1.1. Els biocatalitzadors
Són unes substàncies que
augmenten la velocitat (entre
106-1012) d’una reacció química
que té lloc en un ésser viu, que,
un cop finalitzada, queda
intacta.
Aquí s’observa l’energia
lliure d’una reacció no
catalitzada
Com treballa un enzim?
3
1.1. Els biocatalitzadors
Tots:
• Disminueixen l’energia d’activació
• Disminueixen el temps de reacció
• Tenen especificitat d’acció
• Molt més eficaços que els químics
• Són orgànics
Repàs energia de reacció
4
1.2. Tipus de reaccions químiques cel·lulars
Des d’un punt de vista energètic es poden dividir en:
• Exergòniques: Una vegada finalitzades desprenen energia
(ATP). Són catabòliques o de degradació i es produeixen de
forma espontània.
Tipus de reaccions i energia
5
1.2. Tipus de reaccions químiques cel·lulars
L’ATP pot viatjar lliurement pel citoplasma i nucli.
Síntesis:
a) A nivell de substract
b) Fosforilació oxidativa
c) Fotofosforilació
6
1.2. Tipus de reaccions químiques cel·lulars
* Endergòniques: necesiten d’una prèvia hidròlisi d’ATP.
Són de síntesi o anabòliques.
Activitat enzim anabòlic
7
1.3. Els enzims
Lisozima amb el seu substrat
Via metabòlica i enzims
Són proteïnes d’estructura globular
que intervenen en les reaccions
químiques del metabolisme
cel·lular.
Totes les proteïnes tenen el seu
origen en el material genètic (cada
organisme fabrica els seus propis
enzims)
•Bacteris: tots els enzims d’una
via metabòlica estan en un mateix
gen (policistrònic).
•Eucariotes: Cada enzim és
sintetitzat per un gen
(monocistrònic)
Gens policistrònics i monocistrònics
8
1.3. Els enzims
Les molècules orgàniques, amb una estructura interna de
carboni, són molt estables i no reaccionen entre elles. Per
això necessitem l’activitat enzimàtica
Classificació segons el lloc d’acció:
* Enzims de membrana: D’origen bacterià,
típics de mesosomes o membranes internes:
- Enzims mitocondrials (crestes)
- Enzims cloroplasmàtics tilacoidals
· ATP sintetasa
· Citocroms (transportadors e-)
· Deshidrogenases del NADH2, etc.
* Enzims globulars solubles: actuen en
medis fluids (citoplasma, matriu, estroma o
en el medi extracel·lular)
9
1.3. Els enzims
Nom sistemàtic:
Grup transferit
ATP: hexosa fosfotransferasa
Donador
Acceptor
Número sistemàtic
Enzyme
Comission
Nombre común: Hexokinasa
Grup
Subgrup
EC 2.7.1.1
Enzim
Sub-subgrup
Enzyme hexokinasa
10
1.4. Tipus d’enzims
1. Oxidoreductases
Són les que duen a terme
l’oxidació o reducció de les
substàncies gràcies a la
transferència d’electrons o
d’àtoms d’hidrogen.
Tipus diferents:
1.Deshidrogenases
2. Oxidases
3. Peroxidases
4. Oxigenases
5. Hidroxilases
6. Reductases
11
1.4. Tipus d’enzims
2. Hidrolases
Catalitzen reaccions d’hidròlisi
A-B + H2O
A-OH + H-B
No es solen utilitzar noms sistemàtics en les
hidrolases. Moltes d’elles conserven el nom
primitiu: Tripsina, Pepsina, Papaina, etc.
12
1.4. Tipus d’enzims
3. Liases
Catalitzen reaccions reversibles d’addicció d’un grup a
un doble enllaç:
A=B + X
COOCH
CH
COOFumarato
(trans-)
H2O
AXB
COOHO CH
CH2
COOL-Malato
-
Descarboxilases
Aldolases
Anhidrasa carbònica
Adenilat ciclasa
13
1.4. Tipus d’enzims
4. Ligases
Catalitzen la unió de dos grups químics a expenses de
l’hidròlisi d’un enllaç d’alta energia.
A + B + ATP
A-B + ADP + Pi
O bé
C + D + ATP
C-D + AMP + PPi
- Aminoacil-tRNA sintetases
- Glutamina sintetasa
- Carboxilases
14
1.4. Tipus d’enzims
5. Isomerases
Catalitzen reaccions d’isomerització
Algunes reaccions isomeràsiques:
- Racemases
- Oxidorreductases intramoleculars
- Mutases o transferases intramoleculars
15
1.4. Tipus d’enzims
6. Transferases
Catalitzen reaccions de transferència de grups funcionals:
A-X + B
A + B-X
Donador: Acceptor – Grup transferit - transferasa
ATP: D-Hexosa Fosfotransferasa
Nom comú: hexokinasa
Grups de transferència
2.1.-.2.2.-.2.3.-.2.4.-.2.5.-.2.6.-.2.7.-.2.8.-.-
Grups monocarbonats
Grups aldehíd o ceto
Aciltransferases
Glicosiltransferases
Alquil- o Ariltransferases
Grups nitrogenats
Grups fosfat
Grups sulfat
16
1.5. L’activitat enzimàtica
1. Mecanisme d’acció
L’especificitat fa que l’enzim E s’uneixi al substrat S com CLAU-PANY.
La unió es realitza en el centre actiu (part de l’estructura terciària
proteica) formant-se el complex enzim-substrat.
Com l’enzim s’allibera intacte, únicament fa falta una petita quantitat.
Hi ha diferències en quan l’especificitat que pot ser molt alta (un enzim
únicament actua sobre un substrat) o baixa (actua sobre un conjunt de
substrat semblants)
17
1.5. L’activitat enzimàtica
2. Factors que influeixen en l’activitat enzimàtics
a. Concentració d’enzim
v
.
..
.
.
.
.
.
.
.
.
Els enzims segueixen una cinètica lineal
[E]
18
1.5. L’activitat enzimàtica
2. Factors que influeixen en l’activitat enzimàtics
S
E-S
Una cinètica lineal implica
un procés regeneratiu,
cíclic
E
E-P
Cicle catalític
d’un enzim
P
19
1.5. L’activitat enzimàtica
2. Factors que influeixen en l’activitat enzimàtics
b. Concentració de substrat
Representación directa
v
100
Vmax
80
60
40
20
s
0
0
20
40
60
80
100
Km
20
1.5. L’activitat enzimàtica
2. Factors que influeixen en l’activitat enzimàtics
c. pH
v
pH òptim: punt isoelèctric
Això condiciona el lloc
on es produeixen les
reaccions
pH de desnaturalització
pH
21
1.5. L’activitat enzimàtica
2. Factors que influeixen en l’activitat enzimàtics
d. Temperatura
v
Temperatura òptima
A determinades
temperatures els enllaços
que estabilitzen
l’estructura terciària es
trenquen i canvia la
conformació espacial que
permet realitzar la funció.
Temperatura
Tª d’inactivitat per immobilitat
molecular
Tª de desnaturalització
22
1.5. L’activitat enzimàtica
3. La inhibició dels enzims
Inhibidor: Efector que fa que disminueixi l’activitat enzimàtica, a
través d’interaccions amb el centre actiu o altres centres
específics (al·lostèrics).
Aquesta definició exclou tots aquells agents que inactiven a
l’enzim a través de desnaturalitzar la molècula enzimàtica
D’aquesta forma, hi haurà dos tipus d’inhibidors:
I. Isostèrics: fan la seva acció sobre el centre actiu
II. Al·lostèrics: fan la seva acció sobre una altra part
de la molècula, causant un canvi conformacional amb
repercussió negativa en l’activitat enzimàtica.
23
1.5. L’activitat enzimàtica
3. La inhibició dels enzims
Els inhibidors isostèrics poden ser de dos tipus:
1. Inhibidor reversible: estableix un equilibri amb l’enzim
lliure, amb el complex enzim-substrat o amb els dos:
E+I
EI
ES + I
ESI
2. Inhibidor irreversible: modifica químicament a l’enzim:
E+I
E’
24
1.5. L’activitat enzimàtica
3. La inhibició dels enzims
a) Inhibició reversible
(a) L’inhibidor es fixa en el centre actiu de l’enzim lliure,
impedint la fixació del substrat: Inhibició Competitiva
(b) L’inhibidor es fixa a l’enzim independentment de que ho fagi
o no el substrat; l’inhibidor, per tant, no impedeix la fixació del
substrat a l’enzim, però sí impedeix l’acció catalítica: Inhibició
No Competitiva
Ex: la reacció succinat
fumarat, l’enzim succinat deshidrogenasa és
inhibit competitivament per l’oxalacètic
Succinat
Oxalacetat
25
1.5. L’activitat enzimàtica
3. La inhibició dels enzims
c) Inhibició al·lostèrica
Processos a nivell cel·lular; regulació d’ajust final de l’activitat enzimàtica,
a través d’efectes de retroalimentació (negativa o positiva)
CentreAl·lostèric
Centre actiu
s
En absència d’inhibidor, el
substrat es fixa normalment al
centre actiu
Al·losterisme enzimàtic
CentreAl·lostèric
I
Centre actiu
s
Quan l’inhibidor ocupa el centre
al·lostèric, té lloc un canvi
conformacional en el centre actiu
que impedeix la fixació del substrat
26
1.5. L’activitat enzimàtica
3. La inhibició dels enzims
c) Inhibició al·lostèrica
Ex: Síntesi d’Isoleucina: El producte final de la ruta, Isoleucina, inhibeix al
primer enzim de la via, Treonina desaminasa
a-cetobutirat
Thr
Ile
Treonina
desaminasa
Ruta
Enzima
Inhibidor
Glicolisis
Neoglucogénesis
Bios. Ács. Grasos
Bios. Colesterol
Bios. Purinas
Fosfofructokinasa
FBP fosfatasa
AcetilCoA carboxilasa
HMGCoA reductasa
PRPP sintetasa
ATP
AMP
AcilCoA
Colesterol
AMP,GMP,IMP
Inhibició al·lostèrica
27
1.6. Els cofactors i els coenzims
a). Cofactor inorgànic
Els cofactors enzimàtics solen ser molècules complexes, que el
nostre organisme no pot sintetitzar, en general. Poden ser ions o
molècules orgàniques
Per aquesta raó molts cofactors enzimàtics cal que siguin, tot o en
part, ingerits amb la dieta; molts d’ells són, en conseqüència,
vitamines.
Ni tots els cofactors són vitamínics ni totes les vitamines són cofactors
enzimàtics
28
1.6. Els cofactors i els coenzims
b). Coenzims
Coenzims d’oxidoreducció: transporten àtoms d’hidrogen o
electrons. Destaquen: NAD, NADP, FMN, FAD i els citocroms
NAD
CONH2
+
N
O
CH2
OH
OH
N
O
O P O P O CH2
-
O
O
-
NADP+
O
CH2
OH
OH
O
H
OH
O
N
H
H
CONH2
OH
O
NH2
N
O
O P O P O CH2
-
N
N
H
O
+
N
NH2
-
O
O
H
N
N
N
H
H
H
OH
O
-
O P O
O-
29
1.6. Els cofactors i els coenzims
Citocromo C
Aquesta molècula està
associada a la cadena
respiratòria en els
mitocondris
30
1.6. Els cofactors i els coenzims
Coenzims de transferència: transporten grups funcionals
d’una molècula a l’altra. El Coenzim A transporta grups acil:
-CH3-COOH
Coenzim A
H
HS
N
C
O
H HO H
O
O
N
C
O P O P O CH2
OOO H3C CH3
H
H
OH
NH2
N
N
N
O
N
H
H
OH
31