ENZIMAS

PALABRA GRIEGA ; ZYME “ EN FERMENTO “

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)  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



ENZIMAS

AUMENTO DE LA VELOCIDAD DE REACCION Depende: 1.

Moléculas con energía cinética suficiente 2.

Orientación correcta para reaccionar (aproximación entre si a la distancia de formación de enlace) 3.

Concentración de los reactivos 4.

Las enzimas

ENZIMAS

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

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

PROPIEDADES A.

Velocidades de las reacciones que catalizan extraordinariamente elevadas ( aumento de la velocidad 10 a la 6 veces mayor) B.

Muy especificas para las reacciones que catalizan ( extremadamente selectivos ; tipo de reacción, sustrato o conjunto pequeños de sustratos), poco habitual productos secundarios C.

Estructuras complejas D.

Pueden regularse

 1.

2.

3.

4.

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 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

  

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  a) 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) b) Especificidad de grupo; sobre un grupo determinado de moléculas

ENZIMAS ESPECIFICIDAD

1.

Modelo llave-cerradura ( Emil Fischer) 2.

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 cambos 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

a) b) c) 1.

2.

Depende :

ENZIMAS ACTIVIDAD ENZIMATICA

Interacción entre los aminoácidos del lugar activo y el sustrato 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 de la cofactor fuerte y estable a la estructura proteica

COENZIMAS Y VITAMINAS DE PROCEDENCIA

3.

ENZIMAS ACTIVIDAD ENZIMATICA

Control directo del organismo a través de la unión de activadores o inhibidores 4.

Modificación covalente de la molécula enzimática 5.

Regulación genética (síntesis proteica)

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

Liasas

CLASIFICACION

UNION INTERNACIONAL DE BIOQUIMICA (UIB) CATEGORIA : REACCION QUE CATALIZAN Isomerasas a) Epimerasas b) Mutasas Ligasas 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 Catalizan varios tipos de reordenamiento molecular Inversión de átomos de carbono asimétricos Transferencia intramolecular de grupos funcionales Catalizan la formación de un enlace entre dos moléculas de sustrato Los nombres incluyen los términos: Sintetasas,carboxilasas

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 A.

B.

C.

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

o la velocidad de la reacción depende de la concentración de los dos reactantes o o A+B P Las moléculas A y B deben de chocar para que se forme el producto (reacción biomolecular ) La velocidad de la reacción depende de las concentraciones de los dos reactantes

ENZIMAS CINETICA PSEUDOPRIMER ORDEN

 En ocasiones las reacciones de segundo orden implican reactantes como el agua, que están presentes en exceso A + H20 P o Como el agua se encuentra en exceso, la reacción parece de primer orden o 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)

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  Vmax : velocidad que puede alcanzar la reacción V= Vmax [ S ] [ S ] +Km Grafica hiperbólica o Km : cada enzima tiene un valor de Km característico en condiciones especificas

Condición;

ENZIMAS

ECUACION DE MICHAELIS-MENTEN • • 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

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

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