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BIOQUIMICA / enzimas

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enzimas

  1. 1. Tema 6. ENZIMAS. Clasificación. Principios de la catálisis enzimática. Energía de activación. Velocidad de reacción y equilibrio de reacción. Cinética enzimática: ecuación de Michaelis- Menten. Ecuación de los dobles recíprocos. Inhibición enzimática. Tipos de inhibición. Mecanismos de regulación de la actividad enzimática: alosterismo, modificación covalente, proenzimas. Isoenzimas BIOQUÍMICA-1º de Medicina Dpto. Biología Molecular Jesús Navas ENZIMAS • Catalizadores de las reacciones biológicas. • La mayoría son proteínas aunque hay moléculas de RNA con actividad catalítica (ribozimas) • Gran poder catalítico • Alto grado de especificidad • Actúan en soluciones acuosas a 37ºC y pH neutro • Su actividad puede regularse • El 25% de los genes humanos codifican enzimas que catalizan reacciones metabólicas.TEMA 6 2
  2. 2. ( ”Lehninger Principles of Biochemistry” 3th.ed. Nelson, DL and Cox, M.M. Worth Publishers, 2000.)TEMA 6 3 IMPORTANCIA DE LOS ENZIMAS • Cada paso de una vía metabólica está catalizado por un enzima. • La medida de la actividad enzimática en fluidos biológicos o tejidos es importante para el diagnóstico de muchas enfermedades. • Muchas fármacos son inhibidores de la actividad enzimática • Importancia en la industria de alimentación y agricultura.TEMA 6 4
  3. 3. TEMA 6 5 ENZIMAS: RESEÑA HISTORICA • Primera descripción (finales del siglo XVIII) • 1850. Estudios de Pasteur • 1897. Buchner • 1926. Summer cristaliza la ureasa • Segunda mitad del siglo XX: se purifican y caracterizan millares de enzimas, lo que ha permitido conocer su mecanismo de acción.TEMA 6 6
  4. 4. Enzimas. Definiciones:- Cofactor: necesario para la actividad enzimática. Pueden ser ionesmetálicos o una molécula orgánica, denominada coenzima. Si elcofactor está unido fuertemente al enzima se denomina grupoprostético.- Apoenzima: parte proteica del enzima (no activa)- Holoenzima: apoenzima + cofactorNomenclatura de los enzimas:SUSTRATO + TIPO DE REACCION + ASATEMA 6 7 Un tercio de los enzimas requieren algún ión metálico para catalizar ( ”Lehninger Principles of Biochemistry” 3th.ed. Nelson, DL and Cox, M.M. Worth Publishers, 2000.)33TEMA 6 8
  5. 5. TEMA 6 9 Muchas vitaminas son cofactores o precursores de cofactores de enzimas ( ”Lehninger Principles of Biochemistry” 3th.ed. Nelson, DL and Cox, M.M. Worth Publishers, 2000.) 10TEMA 6
  6. 6. CLASES DE ENZIMASTEMA 6 11 Los enzimas aceleran las reacciones disminuyendo la energía de activación E + S = ES = E + P ( ”Lehninger Principles of Biochemistry” 3th.ed. Nelson, DL and Cox, M.M. Worth Publishers, 2000.)TEMA 6 12
  7. 7. Los enzimas son estereoespecíficas porque forman varias interacciones entre aminoácidos del centro activo y los distintos grupos del sustrato (“Bioquímica”, Mathews and van Holde McGraw-Hill, 1998) 13TEMA 6 El centro activo de los enzimas es complementario al estado de transición de la reacción catalizada Progreso de la reacción ( ”Lehninger Principles of Biochemistry” 3th.ed.TEMA 6 Nelson, DL and Cox, M.M. Worth Publishers, 2000.) 14
  8. 8. Encaje inducido Cambio conformacional inducido por glucosa en la hexoquinasa (Hexoquinasa = ATP:glucosa fosfotransferasa = 2.7.1.1 ) D-GlucosaTEMA 6 ( ”Lehninger Principles of Biochemistry” 3th.ed. 15 Nelson, DL and Cox, M.M. Worth Publishers, 2000.)TEMA 6 16
  9. 9. La Vmax se alcanza cuando todos los centros Velocidad inicial activos están ocupados con sustrato1/2 Vmax Vmax (S) =Vo Km + (S) Km Concentración de sustrato [S] ("Biochemistry" 2nd ed. Garrett, R.H. and Grisham, TEMA 6 C.M. Saunders College Publishing. 1999.) 17 Relación entre Vo y [E] Vo [E] La velocidad inicial es función lineal de la concentración de 18 TEMA 6 enzima siempre que la concentración de sustrato sea alta
  10. 10. Ecuación de Michaelis-Menten Vo = Vmax (S) Km + (S) K1 K2 E+S ES P K-1 K2 + K-1 Km = K1 TEMA 6 19 La Vmax se alcanza cuando todos los centros activos están ocupados con sustratoVelocidad inicial1/2 Vmax Concentración de sustrato [S] Km ("Biochemistry" 2nd ed. Garrett, R.H. and Grisham, C.M. Saunders College Publishing. 1999.) 20 TEMA 6
  11. 11. Calculo de Km y Vmax por la representación de Lineweaver-Burk ("Biochemistry" 2nd ed. Garrett, R.H. and Grisham,TEMA 6 C.M. Saunders College Publishing. 1999.) 21 Parámetros enzimáticos1. Km (constante para cada enzima) = concentración de S a la que la Vo es 1/2Vmax. Es una medida de la afinidad del enzima por S. Cuanto menor es Km, mayores la afinidad del enzima por S2. Kcat (constante para cada enzima) = número de recambio = número de moléculasde sustrato convertidas en producto por molécula de enzima y unidad de tiempo, encondiciones de saturación de sustrato.3. Vmax = velocidad máxima teórica = la velocidad cuando todos los centros activosestán ocupados con sustrato (nunca alcanzada en la realidad)4. Unidad de enzima = cantidad de enzima que transforma 1 µmol de sustrato pormin = una forma común de expresar la velocidad5. Actividad específica = unidades por mg de proteína total de la preparaciónenzimática. En el caso de enzimas en suero: unidades/LTEMA 6 22
  12. 12. TEMA 6 ( ”Lehninger Principles of Biochemistry” 3th.ed. 23 Nelson, DL and Cox, M.M. Worth Publishers, 2000.) Inhibición competitiva + Inhibidor Unión del Inhibidor al centro activo, compitiendo con S • Aumenta Km • No cambia Vmax Inhibidor Sustrato competitivo (Adaptado de: ”Lehninger Principles of Biochemistry” 3th.ed. 24TEMA 6 Nelson, DL and Cox, M.M. Worth Publishers, 2000.)
  13. 13. Inhibición no competitiva + Inhibidor Unión del Inhibidor a un sitio del enzima distinto del centro activo: no compite con S • No cambia Km • Disminuye Vmax Sustrato Inhibidor Sustrato no competitivo (Adaptado de: ”Lehninger Principles of Biochemistry” 3th.ed. 25TEMA 6 Nelson, DL and Cox, M.M. Worth Publishers, 2000.) Inhibición acompetitiva + Inhibidor Unión del Inhibidor a enzima-S, estabilizando el complejo enzima-S pero impidiendo la formación de producto: • Disminuye Km • Disminuye Vmax Inhibidor Sustrato acompetitivo (Adaptado de: ”Lehninger Principles of Biochemistry” 3th.ed. 26TEMA 6 Nelson, DL and Cox, M.M. Worth Publishers, 2000.)
  14. 14. InhibidorSustrato competitivo Inhibidor Sustrato Sustrato acompetitivo Inhibidor no competitivo TEMA 6 27 ("Biochemistry" 5th ed. Berg, Tymoczko and Stryer. Freeman and Co. 2002) INHIBICION COMPETITIVA INHIBICION NO COMPETITIVA TEMA 6 28
  15. 15. Efecto del pH sobre la actividad enzimática (Garret and Grisham)TEMA 6 29 MECANISMOS DE REGULACIÓN ENZIMÁTICA • Regulación de la cantidad de enzima presente en las células • Inhibición reversible por productos • Interacción con moduladores (proteínas u otros) - Activacion/inhibición alostérica - El modulador alostérico se une a un sitio distinto del centro activo - La unión del modulador es reversible e implica cambio conformacional - Suelen ser enzimas multiméricas - Tienen cinética sigmoidea - Modificación covalente: - fosforilación - ADP-ribosilación - metilaciónTEMA 6 • Activación proteolítica de pro-enzimas 30
  16. 16. Efectos alostéricos de moduladores positivo y negativo + Modulador alostérico positivo: favorece la forma R El sustrato es modulador positivo + Modulador alostérico negativo: favorece la forma TTEMA 6 ( ”Lehninger Principles of Biochemistry” 3th.ed. 31 Nelson, DL and Cox, M.M. Worth Publishers, 2000.) Activación/inactivación de enzimas por fosforilación Ejemplo: glucógeno fosforilasa ( ”Lehninger Principles of Biochemistry” 3th.ed. 32TEMA 6 Nelson, DL and Cox, M.M. Worth Publishers, 2000.)
  17. 17. Una enzima puede tener varios mecanismos de regulaciónTEMA 6 33 ("Biochemistry" 2nd ed. Garrett, R.H. and Grisham, C.M. Saunders College Publishing. 1999.) Activación de proenzimas por proteolisis Auto-activación de quimotripsinaTEMA 6 ( ”Lehninger Principles of Biochemistry” 3th.ed. 34 Nelson, DL and Cox, M.M. Worth Publishers, 2000.)

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