Enzima - IES MURIEDAS. Departamento de Biologia y Geologia

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TEMA 5. BIOCATALIZADORES: ENZIMAS

IES Muriedas Pachi

BIOCATALIZADORES: ENZIMAS  Introducción  Concepto de VIDA:  Sistemas de baja entropía:  Necesidad de las enzimas (metabolismo)  Mecanismos autorreplicativos (ADN, ARN)  Importancia BIOLÓGICA  NECESIDAD DE LA CATÁLISIS  CONCEPTO DE ENZIMA

ENZIMAS

Holoenzima = Apoenzima + Cofactor

Apoenzima:

 

Composición (proteica) Estructura: (globular

3ª o 4ª)

 

AA estructurales (d) AA del c. activo:

 De fijación (a y c)  Catalizadores (b)

ENZIMAS

Holoenzima = Apoenzima + Cofactor

Cofactor

Inorgánicos: oligoelementos iónicos

 ej. ( Fe 2+ ↔ 

Orgánicos

Fe 3+ )  Crupo prostético: Enlace covalente  ej. Grupo Hemo  Coenzimas: Enlaces reversibles.  ej. vitaminas (Vit B6) o sus derivados (NAD + , FAD)

ENZIMAS

Holoenzima = Apoenzima + Cofactor

Cofactores Grupo prostético “Hemo”

ENZIMAS

Papel de:

Apoenzima

 Soporte,  Debilita enlaces 

Cofactor

 Lleva a cabo la catálisis.

 Puente de unión ES  Conformación:  moldeando definitivamente al enzima

ENZIMAS : PROPIEDADES      

Proteicas:

 solubilidad, desnaturalización, Pi, etc.

Especificidad

De Acción: Un tipo de reacción  De Sustrato: Sobre un tipo de sustrato  Absoluta  Relativa E A

Reversibilidad: A B

E B E C

C P Eficacia:

 

Localización Recuperación

ENZIMAS : PROPIEDADES 

Especificidad

De Acción:

Un tipo de reacción 

De Sustrato:

Sobre un tipo de sustrato   Absoluta: ej. Lipasa Relativa: ej. Gliceraldehído 3P deshidrogenasa En nuestro cuerpo, los monosacáridos tienen forma D y los aminoácidos proteicos forma L ¿Por qué?

Porque las enzimas de nuestro cuerpo sólo catalizan reacciones sobre monosacáridos D o aminoçacidos L

ENZIMAS : PROPIEDADES 

Recuperación:

Enzima:

E + S ES E + P

El “E” se recupera integramente

Coenzima: Deshidrogenasa

Ej: AH 2 + FAD

(El FAD necesita reciclarse) A + FADH 2

ENZIMAS: LA CATÁLISIS ENZIMÁTICA  Reacción enzimática http://www.google.es/imgres?imgurl=http://docentes.educacion.navarra.es/~metayosa/bach2/2biometabo2_clip_image001.gif&imgrefurl=http://docentes.educacion.navarra.es/~metayosa/bach2/2bio metabo2.html&usg=__RAXG8xoCehE8jgwXifhd2k8gZe0=&h=232&w=373&sz=13&hl=es&start=2&zoom=1&um=1&itbs=1&tbnid=N8lhV_3l7aBH2M:&tbnh=76&tbnw=122&prev=/images%3Fq%3Dap oenzima%2Bcofactor%26um%3D1%26hl%3Des%26safe%3Dactive%26sa%3DN%26tbs%3Disch:1

ENZIMAS: LA CATÁLISIS ENZIMÁTICA 

Velocidad de reacción: V =

P

/ t

Factores:

Tª (no en seres vivos

s. Isotérmicos)

Presencia de catalizadores:

la E. de activación

 Proceso: ENZIMAS: LA CATÁLISIS ENZIMÁTICA Sin Catalizador Con Catalizador

ENZIMAS: LA CATÁLISIS ENZIMÁTICA  Proceso:  A: Fijación especifica: complejo ES  B: Liberación del producto: Enzima + Producto

ENZIMAS: LA CATÁLISIS ENZIMÁTICA  Todas las reacciones metabólicas necesitan de la participación de enzimas.

ENZIMAS: LA CATÁLISIS ENZIMÁTICA  Todas las reacciones metabólicas necesitan de la participación de enzimas.

Síntesis Degradación

ENZIMAS: LA CATÁLISIS ENZIMÁTICA 

Modelos

 Llave cerradura (A)  Ajuste inducido (B) Modelo de la llave-cerradura Modelo de ajuste inducido

ENZIMAS: LA CATÁLISIS ENZIMÁTICA Modelo de la llave-cerradura Modelo de ajuste inducido

ENZIMAS: CINÉTICA ENZIMÁTICA  Velocidad: V =   1 U  P  / t µmol S/min  µmol P/min 

V máxima: Ke

E t

ENZIMAS: CINÉTICA ENZIMÁTICA 

K M (Cte de Michaelis-Menten)

Afinidad por el S (especificidad):

K M

 

Afinidad

ENZIMAS: CINÉTICA ENZIMÁTICA 

K M (Cte de Michaelis-Menten)

Afinidad por el S (especificidad):

K M

 

Afinidad

K

m

= K

2

+ K

3

K

1 

V o

V

max

K

     

m

ENZIMAS: CINÉTICA ENZIMÁTICA 

K M (Cte de Michaelis-Menten)

Importancia

 

Km = [ S ] fisiológica

V enzimática a [ ] fisiológica Afinidad por el S (especificidad):

K M

 

Afinidad

Km a partir de la ecuación de Vo de M-M

Km a partir de la K 1 (limitante):

 E + S ES K 1

ENZIMAS: CINÉTICA ENZIMÁTICA 

K M (Cte de Michaelis-Menten) Enzimas con diferente Velocidad máxima y la misma Km.

ENZIMAS: CINÉTICA ENZIMÁTICA 

K M (Cte de Michaelis-Menten)

Enzimas con la misma Vmax y diferente KM (Si catalizan la misma reacción y sobre el mismo S serán isozimas

ENZIMAS: CINÉTICA ENZIMÁTICA 

K M (Cte de Michaelis-Menten)

Enzimas con diferente Vmax y diferente KM

ENZIMAS: Factores que influyen en la velocidad  Factores:     Concentración de sustrato Concentración de enzima pH Temperatura

ENZIMAS: Factores que influyen en la velocidad 

Influencia de la concentración del SUSTRATO

Exponencial (Hipérbole)

ENZIMAS: Factores que influyen en la velocidad 

Influencia de la concentración de ENZIMA.

Proporcional (lineal)

ENZIMAS: Factores que influyen en la velocidad 

Influencia del pH.

¿ A qué se deben estas diferencias en el pH óptimo de las siguientes enzimas?

Intestino (jugo pancreático) Estómago (jugo gástrico)

ENZIMAS: Factores que influyen en la velocidad 

Influencia de la temperatura.

ENZIMAS: Regulación de la Actividad enzimática

Necesidad de regulación y modos

Regulación por Km

Activación:

 cationes (Ca 2+ , Mg 2+ ), el sustrato, etc.

Inhibición:

 

Reversible

I. Competitiva:

 Km

Irreversible

 

I. No competitiva: I. Acompetitiva:

  Vmax Km  Vmax 

Alosterismo

ENZIMAS: Regulación de la Actividad enzimática 

Regulación por Km

ENZIMAS: Regulación de la Actividad enzimática 

Activación:

   cationes (Ca 2+ , Mg 2+ )

el sustrato

etc.

Nota: No confundir con un cofactor, el activador

no

se une al centro activo

ENZIMAS: Regulación de la Actividad enzimática 

Inhibición:

Reversible:

I. Competitiva:

 

Km

 Vmax Constante

ENZIMAS: Regulación de la Actividad enzimática 

Inhibición:

Reversible

I. Competitiva:

 

Km

 Vmax Constante

ENZIMAS: Regulación de la Actividad enzimática 

Inhibición competitiva: La Vmax permanece constante La Km aumenta

ENZIMAS: Regulación de la Actividad enzimática 

Inhibición competitiva: ¿Por qué es

Revierte si

reversible?

concentración de sustrato sustrato suficiente para desplazar al inhibidor.

ENZIMAS: Regulación de la Actividad enzimática 

Inhibición:

Irreversible

ENZIMAS: Regulación de la Actividad enzimática 

Inhibición:

Irreversible

I. No competitiva:

 Vmax

complejo ESI La unión al INC puede permitir o no la unión del S, pero el complejo resultante, siempre es inactivo

ENZIMAS: Regulación de la Actividad enzimática 

Inhibición:

Irreversible

I. No competitiva:

 Vmax

ENZIMAS: Regulación de la Actividad enzimática 

Inhibición no competitiva: La Vmax disminuye La Km constante

ENZIMAS: Regulación de la Actividad enzimática 

Inhibición no competitiva: ¿Por qué es

aunque aumentemos la concentración de sustrato

ENZIMAS: Regulación de la Actividad enzimática 

Inhibición:

Irreversible

I. Acompetitiva:

 Km  Vmax

Siempre se forma el complejo ESI, pero inactivo

ENZIMAS: Regulación de la Actividad enzimática 

Inhibición:

Irreversible

I. Acompetitiva:

 Km  Vmax

ENZIMAS: Regulación de la Actividad enzimática 

Inhibición Acompetitiva: ¿Por qué es irreversible?

La Vmax disminuye La Km aumenta

ENZIMAS: Regulación de la Actividad enzimática 

Inhibición Acompetitiva: ¿Por qué es

aunque aumentemos la concentración de sustrato

ENZIMAS: Regulación de la Actividad enzimática 

Inhibición

ENZIMAS: Regulación de la Actividad enzimática 

Inhibición IC: Vmax cte

Km INC:

Vmax Km cte IA:

Vmax

Km

ENZIMAS: Regulación de la Actividad enzimática  

Nota: “Inhibición Irreversible”

La mayoría de los libros de texto consideran la I. Irreversible como aquella que se produce cuando un veneno metabólico se une irreversiblemente (covalentemente) a un enzima, incapacitándole permanentemente. Con este enfoque la IC, INC y IA se considerarían reversibles ya que se unen al enzima con enlaces débiles y en determinadas circunstancias se liberan con facilidad. Sin embargo la aparición “patológica” de un veneno metabólico, no puede considerarse un mecanismo regulatorio.

ENZIMAS: Regulación de la Actividad enzimática 

Alosterismo

1.

2.

3.

4.

5.

6.

Enzimas cuaternarias (oligómeros) Centro activo + centros reguladores Conformaciones T (“inactiva”) y R (activa) Cooperación entre protómeros Cinética sigmoidea En rutas tipo Freek-back

ENZIMAS: Regulación de la Actividad enzimática 

Alosterismo

1.

2.

3.

4.

Enzimas cuaternarias (oligómeros) Centro activo + centros reguladores Conformaciones T (“inactiva”) y

R

(activa) Cooperación entre protómeros

ENZIMAS: Regulación de la Actividad enzimática 

Alosterismo:

5.

Cinética sigmoidea

Análisis de cinética sigmoidea

ENZIMAS: Regulación de la Actividad enzimática 

Alosterismo:

6.

En rutas tipo Freek-back

ENZIMAS: Nomenclatura  Se conocen  2.000 enzimas  Para nombrarlas:  Término que alude al sustrato y al tipo de reacción catalizada  Sufijo – ASA  En ocasiones no se usa esta denominación, sino la antigua, sobre todo en las enzimas digestivas (ej. Pepsina, tripsina)

ENZIMAS: Clasificación  Según el tipo de reacción que catalizan:  Oxidorreductasas  Transferasas  Hidrolasas  Liasas  Isomerasas  Ligasas o sintasas

ENZIMAS: Mecanismos para aumentar la eficacia enzimática 1.

Compartimentación

ENZIMAS: Mecanismos para aumentar la eficacia enzimática 2.

Complejos multienzimáticos

Ej. piruvato deshidrogensa-descarboxilasa : 1. Descarboxilarsa 2. Deshidrogenarsa 3.

Activación (sintasa)

ENZIMAS: Mecanismos para aumentar la eficacia enzimática 3.

Isozimas

LAS VITAMINAS http://www.um.es/molecula/vita.htm

Concepto:  Nutrientes orgánicos simples 

Esenciales

 Necesarios en muy bajas cantidades  Propiedades: 

lábiles

  Luz, calor, oxidación Muy activas

LAS VITAMINAS  Funcion:  Reguladora: ej. complejo B: (reac. redox.) 

Coenzimas

  

(ej. B 1 de dexcarboxilasas, C síntesis colágeno Precursoras de coenzimas

(ej. B 2 de NAD + , B 3 Antioxidantes: de FAD) )

 (A, E, C)

LAS VITAMINAS 

Clasificación:

Liposolubles

(“lipídicas”):  Vit.( A, E, K, D) 

Hidrosolubles

(“peptídicas”):   Complejo B  Vit.B

1 ,B 2 ,B 3 ,B 4 ,B 6 ,B 8 ,B 9 ,B 12 Vit C.

LAS VITAMINAS: Fuentes

TEMA 6 TEST DE REPASO

Esta gráfica representa la variación de la velocidad de reacción frente a la concentración del sustrato; ¿A qué se debe que la curva alcance una meseta y la velocidad no sigua aumentando para mayores concentraciones de sustrato Se alcanza la concentración

saturante de sustrato

donde todas las enzimas están formando

complejos ES

A) Explica como calcularías el valor de Km para una enzima frente a un sustrato, si conoces la velocidad de reacción para distintas concentraciones de sustrato. B) ¿Qué efecto tendría sobre la Km la presencia de un inhibidor enzimático reversible? Razona la respuesta A ) Graficamente B) I. competitiva

Km Km ´

Dibuja la estructura terciaria de una enzima unida a su sustrato, sobre este dibujo indica lo siguiente:

A.

¿Dónde actuaría un inhibidor competitivo?

En el centro activo, es un análogo metabólico

A.

A.

A.

¿Dónde actuaría un inhibidor no competitivo?

En región diferente al c. activo

¿Cuál de los dos tiene un efecto reversible?

El I. competitivo

¿cómo conseguirías revertir el proceso inhibitorio? Razona las respuestas.

Añadiendo más sustrato, hasta la V max. (saturación).

Ic S Centro activo E

Inc

Define el concepto de cofactor enzimático

Grupo molecular no proteico que complementa al enzima ( a nivel del c. activo)

¿Qué papel juega el cofactor en el proceso catalítico?

  

Aporta g. funcionales al c. activo: Interviene directamente en la catálisis , Une ES, Moldea definitivamente el E.U

Cita algún ejemplo de cofactor enzimático

: 

FAD, NAD + , cationes, grupo prostético, etc.

Define los siguientes conceptos referidos a enzimas:

Km:

Concentración de sustrato necesaria para alcanzar la mitad de la velocidad mázima de un proceso enzimático.

Catálisis:

Disminución de la energía de activación por la acción de un catalizador (3 etapas) con el fin de aumentar la velocidad.

Velocidad del proceso enzimático:

V = [ P ] / tiempo, en moles / L / minuto.

Un enzima ha perdido eficiencia catalítica en la transformación de un sustrato “S” en un producto “P” al estar sometida aquella a la acción de un inhibidor competitivo, bajo estas circunstancias ¿de qué forma se verían afectadas la Vmax y la Km de la enzima? ¿cómo solucionarías el problema?. Razona tu respuesta.

Km

 

la afinidad por el S. La Vmax. No varía Podemos revertir el proceso añadiendo sustrato

Una determinada concentración de enzima cataliza la conversión de un sustrato S en un producto P a una velocidad máxima de 3 µ M/min, en estas condiciones de ensayo ¿qué incremento de valor tendrá la Vmax del proceso si duplicamos la concentración del sustrato? Razona la respuesta.

Ninguno ya que todo el enzima estará formando complejos ES (saturación) y se habrá alcanzado la V max.

A un pH 7.5 una determinada enzima transforma, con rendimiento óptimo, una determinada concentración de sustrato “S” en un producto “P”. Si modificamos el pH hasta un valor de 6.4 ¿qué le ocurriría a la velocidad del proceso? ¿qué le ocurriría al centro activo en estas condiciones de reacción? Razona la respuesta:

a) la V disminuye. b) la geometría del c. activo varía

se dificulta la interacción específica con el S. Si el cambio de pH fuera MAYOR

desnaturalización del enzima

V = 0 ( enz. No funcional)

Cuando se representa la cinética de catálisis enzimática de una enzima frente a un sustrato, en diferentes condiciones de pH y la misma Tª de reacción, se obtiene el resultado de la figura . Comenta el resultado obtenido y razona el comportamiento de la enzima en el ensayo teniendo en cuenta los criterios estructurales.

pH 7,3 

máxima V (probablemente pH óptimo), pH 6

menor V, pH 5: V mínima, comienza la desnaturalización. A medida que aumenta el pH el enzima sufre cambios conformacionales que afectan al c. activo disminuyendo la . Si el cambio es extremo

desnaturalización y V= 0

En la figura se representa la proceso cinética de determinado enzimático. Si en un ensayo aparte se reproduce el mismo ensayo pero introduciendo a) un IC b) un INC c) Un I A.

¿Cómo sería e cada caso la gráfica. Representa la gráfica indicando en cada caso la Vmax del ensayo a) ICompetitiva b) I no Competitiva c) I Acompetitiva

IC: Vmax cte

Km INC:

Vmax Km cte IA:

Vmax

Km

El sustrato S es transformado por tres enzimas diferentes en un mismo producto P. Indica en cada caso: el tipo de enzima, la Km y la Vmax. Indica además que enzima tiene mayor afinidad por el sustrato.

E1: normal E2: Alostérica E3: Alostérica E1: Vmax 10 E2: Vmax 10 E3: Vmaz 2 E1: Km 1,4 E2: Km 3 E3: Km 1,4 E1 = E3 > Afinidad E2

En un cultivo de bacterias, la velocidad de reacción de un enzima E fue de 20 µg/min para una concentración de sustrato de 3 mM. Si la concentración de sustrato es igual o superior a 7 mM Calcúlese la Km, la Vmax y la Km´. , la velocidad no supera los 40 µg/min. Al añadir una cierta cantidad de inhibidor competitivo, la velocidad de la reacción fue de 20 µg/min para una concentración de sustrato de 8 mM.

a) Vmax : Si para una [S] ≥ 7 mM la velocidad es 40 µg/min,

la Vmax =40 µg/min

b ) Km: ½ Vmax será 20 µg/min, como esta velocidad se consigue con una [S] = 3 mM, la Km =

3 mM

Otra forma es utilizando la ecuación de Michaelis: Vo = Vmax [S] / Km + [S] 20 = 40 x 3 / Km + 3 Km +3 = 120 / 20 Km = 6 – 3 =

3 mM/L

c) Como es un inhibidor competitivo Vmax = Vmax ´= 40 µg/min y ½ Vmax´= 20 µg/min. Esta velocidad se alcanza con una [S] de 8 mM en presencia de inhibidor, por lo tanto

Km ´= 8 mM

.

http://www.educa.madrid.org/web/cc.nsdel

asabiduria.madrid/Ejercicios/2b/Biologia/E nzimas/enzimas.htm