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Aspectos básicos de enzimología

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  • 1. Dra. Evelin Rojas Villarroel
  • 2.  
  • 3.
    • Biocatalizadores de naturaleza proteica.
    • Catalizadores orgánicos (Sustrato  Producto).
    • Potentes y eficaces
    • Aceleran la velocidad de reacción.
    • No se consumen.
    • Específicas: catalizan reacciones específicas.
    • Distintos grados de especificidad:
    • Ej. Sacarasa es específica:  sacarosa (sustrato natural) maltosa e isomaltosa
    • Máxima eficacia sobre el sustrato natural
  • 4.
    • Sitio activo comprende:
    • Sitio de unión: aminoácidos que están en contacto directo con el sustrato.
    • Sitio catalítico: aminoácidos directamente implicados en el mecanismo de la reacción.
  • 5. E +S E - S E +P Sustrato: compuesto sobre el que actúa la enzima SITIO ACTIVO: región particular de la enzima donde se une el sustrato
            • Formación de productos: enzima puede comenzar un nuevo ciclo de reacción
  • 6. Según su acción catalítica específica: 6 grupos o clases: OXIDOREDUCTASAS TRANSFERASAS HIDROLASAS LIASAS ISOMERASAS LIGASAS
  • 7. .
    • Catalizan reacciones de oxidorreducción:
    • Transferencia de hidrógeno (H) o electrones (e-) de un sustrato a otro.
    • Ejemplo: dehidrogenasas
  • 8. Catalizan la transferencia de un grupo químico (distinto del hidrógeno) de un sustrato a otro. Reacción: Ejemplo: glucoquinasa A-B + C A + C-B glucosa + ATP ADP + glucosa-6-fosfato
  • 9. Catalizan las reacciones de hidrólisis: Ruptura de enlaces en presencia de agua A-B + H 2 O AH + B-OH   H 2 O
  • 10. Catalizan reacciones de ruptura y/o formación de enlaces covalentes en un sustrato. NH2 A-B A + B
  • 11. Catalizan la ínterconversión de isómeros: Ej: Fosfotriosa isomerasa Fosfoglucosa isomerasa A B
  • 12. A + B + XTP A-B + XDP + P i   Catalizan la unión de dos sustratos con hidrólisis simultánea de un nucleótido trifosfato (ATP, GTP, etc.): Ej: Piruvato carboxilasa: piruvato + CO 2 + ATP oxaloacetato + ADP + P i
  • 13.
    • Sustrato: interactúa con enzima (energía y orientación adecuada).
    • Forma complejo enzima-sustrato ( sitio activo)
    • Enzima: modifica las propiedades químicas del sustrato unido .
    • Se debilitan los enlaces existentes y se facilita la formación de otros
    CINÉTICA ENZIMÁTICA http://www.ehu.es/biomoleculas/enzimas/enz3.htm#e
  • 14. UNIÓN ENZIMA-SUSTRATO. MODELOS Forma en que el sustrato se une al sitio activo de la enzima: Llave-cerradura Estructuras del sustrato y sitio activo de la enzima: Complementarias y rígidas http://enzimass.blogspot.com/2011/06/mecanismos-de-accion-enzimatica.html
  • 15. Ajuste inducido Sitio activo de la enzima sufre cambio conformacional: En presencia del sustrato UNIÓN ENZIMA-SUSTRATO http://bioquimicafariusblackwolf.blogspot.com/2009/05/bases-de-la-accion-enzimatica-energia.html
  • 16.
    • Al inicio, la reacción requiere un aporte de energía.
    • Energía inicial: energía de activación (Ea).
    • Cuanto menor es la Ea más fácilmente transcurre la reacción.
    • Los productos finales tienen menos energía libre de Gibbs ( Δ G) que los reactantes.
    • En las reacciones espontáneas se libera energía de Gibbs ( Δ G<0).
  • 17.
    • Acción de los catalizadores: Disminuir la E a .
    • Las enzimas son catalizadores especialmente eficaces: ya que disminuyen la E a aún más que los catalizadores inorgánicos.
    • Ej:
    • H 2 O 2 H 2 O + O 2
    • Sin catalizador: 18 Kcal/mol
    • Catalizador inorgánico (platino): 12 Kcal/mol (20.000 veces)
    • Enzima específica (catalasa): 6 Kcal/mol (370.000 veces).
  • 18. MODO DE ACCIÓN Perfil energético de una reacción espontánea Perfil energético de una reacción catalizada por enzimas
  • 19.
    • Velocidad de las reacciones catalizadas por enzimas.
    • Proporcionan información sobre:
    • Mecanismo de la reacción catalítica
    • Especificidad de la enzima.
    • La medida de la velocidad de una reacción:
    • Condiciones óptimas de pH
    • Temperatura,
    • Presencia de cofactores, etc
    • Concentraciones saturantes de sustrato.
    • En estas condiciones: la velocidad de reacción = velocidad máxima (Vmax).
    • La velocidad puede determinarse midiendo la desaparición de los sustratos o la aparición de los productos.
  • 20. MODELO CINÉTICO DE MICHAELIS-MENTEN
    • Finales del siglo XIX.
    • En1882: concepto del complejo enzima-sustrato ( intermediario del proceso).
    Leonor Michaelis y Maud Menten (1913): Ecuación de velocidad que explica el comportamiento cinético de las enzimas. Las reacciones catalizadas enzimáticamente ocurren en dos etapa: 1era etapa: se forma el complejo enzima-sustrato 2da etapa: el complejo enzima-sustrato da lugar a la formación del producto , liberando la enzima libre.
  • 21.   ECUACIÓN DE DE MICHAELIS-MENTEN V1= k1  E   ES  V2= k2  ES  V3= k3  ES  Velocidad de formación y disociación del complejo E-S es CONSTANTE  = velocidad de la reacci ó n enzim á tica. Vmax= Velocidad máxima  S  = Concentraci ó n del sustrato. K M = Constante de Michaelis
  • 22. REPRESENTACIÓN DE MICHAELIS-MENTEN K M :Concentración de sustrato a la cual la velocidad de la reacción es la mitad de la Vmax Vmax: Valor máximo al que tiende la curva.
  • 23. REPRESENTACIÓN DE LINEWEAVER-BURK
    • Representación doble recíproca (1/v frente a 1/[S]: línea recta.
    • Pendiente es K M /V max
    • Origen de la abscisa es -1/K M
    • Origen de la ordenada es 1/V max
  • 24.
    • Proteínas  catalizadores.
    • Cambios en la conformación  asociados a cambios en la actividad.
    • Los factores que influyen de manera más directa sobre la actividad de un enzima son:
    • Concentración de sustrato.
    • Concentración de enzima
    • Temperatura
    • pH
    • Presencia/concentración de Inhibido r
  • 25.
    • Baja [S]: velocidad inicial directamente proporcional a la concentración de sustrato ( reacción de primer orden).
    • Alta [S]: enzima saturada por el sustrato, y la velocidad ya no depende de [S]. Se alcanza la velocidad es máxima (V max ).
  • 26.
    • Baja  E  : velocidad de la reacción directamente proporcional a la  E  .
    • Alta  E  : se alcanza Vmax, se agota el sustrato
  • 27. Temperatura óptima : la actividad catalítica es máxima. Por encima de la temperatura óptima: pérdida de actividad catalítica debido a la desnaturalización. La actividad enzimática decrece rápidamente hasta anularse EFECTO DE LA TEMPERATURA
  • 28. EFECTO DEL pH
    •   Enzimas son sensibles a cambios de pH.
    • pH óptimo :
    • Conformación más adecuada de la enzima para la actividad catalítica:
    • Por encima o por debajo del pH óptimo: se afecta la actividad y pueden provocar la desnaturalización de la enzima.
  • 29. Moléculas que inhiben acción catalítica de una enzima. Pueden ocupar temporalmente el sitio activo por semejanza estructural con el sustrato original ( inhibidor competitivo ). Alteran la conformación espacial de la enzima, impidiendo su unión al sustrato ( inhibidor no competitivo ). INHIBIDORES
  • 30. Se alcanza la Vmax El K M se altera (aumenta) INHIBICIÓN COMPETITIVA Inhibidor estructuralmente similar a estructura del sustrato (isostérico). Competencia por el sitio activo
  • 31. No se alcanza la Vmax El K M no se altera
    • Inhibidor se une en sitio alostérico.
    • Provoca cambio conformacional del sitio activo
    INHIBICIÓN NO COMPETITIVA
  • 32. El inhibidor se une al complejo E-S Sitio alostérico: diferente al sitio activo INHIBICIÓN ACOMPETITIVA Vmax no se alcanza K M disminuye
  • 33.
    • CONCENTRACIÓN DE SUSTRATO Y PRODUCTOS
    • CONCENTRACIÓN DE ENZIMA
    • TEMPERATURA
    • pH
    • PRESENCIA Y CONCENTRACIÓN DE INHIBIDORES
    • PRESENCIA DE COFACTORES
  • 34.
    • Sustancias no proteicas que potencian la actividad de la enzima.
    • Cofactores inorgánicos: iobnes Fe ++ , Mg ++ , Mn ++ , Zn ++ etc.
    • Cofactor orgánico= coenzima .
    • Derivadas de vitaminas hidrosolubles (complejo B y vit. C): ej. NAD+;
    • FAD; CoA, NADP.
    • Derivadas de vitaminas liposolubles ( A, D, E, K): ej. retinal.
    • Cofactores y coenzimas unidos covalentemente a la enzima forman grupos prostéticos.
    • La enzima unida a su grupo prostético, se llama holoenzima .
    • Parte proteica de un holoenzima: apoenzima.
    COFACTORES apoenzima + grupo prostético= holoenzima
  • 35. VITAMINAS HIDROSOLUBLES Y SU FORMA COENZIMÁTICA Desconocida Ácido ascórbico ( Vit C) Pirofosfato de Tiamina (PPT) Tiamina (B1) Coenzimas de Flavina (FAD, FMN) Riboflavina ( B2) Fosfato de piriridoxal Piridoxina (B6) Coenzima A (CoA) Ácido pantoténico Coenzimas de nicotinamida (NAD+ y NADP) Ácido nicotínico (niacina) Ácido Tetrahidrofólico (THF) Ácido Fólico Coenzimas de cobalamina: Desoxiadenosilcobalamina Metilcobalamina Cobalamina ( B12) Biocitina Biotina Coenzima Vitaminas Hidrosolubles
  • 36. VITAMINAS LIPOSOLUBLES Y SU FORMA COENZIMÁTICA Desconocida Vitamina K Desconocida Vitamina E 1, 25-Dihidroxicolecalciferol Vitamina D Retinal Vitamina A Coenzima Vitaminas Liposolubless