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Resumen enz 2010

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Resumen enz 2010

  1. 1. BIOQUIMICA- 2010- TEORIA CARACTERISTICAS DE LAS ENZIMAS QFB. Hilda Flores Brito Las enzimas disminuyen la cantidad de energía (ΔGº) que se requiere para llevar a cabo una reacción. Esta energía en particular se denomina Energía Libre de Activación (ΔG°*). Las enzimas requieren condiciones específicas de reacción, aunque acordes con el funcionamiento celular (temperaturas menores de 100ºC, pH alrededor de 7.0). Su especificidad puede ser absoluta por un sustrato (la enzima fumarasa, solo hidrata al isómero trans del ácido fumárico) o relativa (Ejemplos: fosfatasa alcalina, carboxipeptidasa). La actividad enzimática varía en respuesta a:l a) pH, b) temperatura, c) tiempo, d) [E] , e) presencia de inhibidores, f) modificaciones covalentes (fosforilasa cinasa, proteína, etc), g) modulación alostérica, h) nivel de síntesis de enzimas, y) tipo de enzima. Las enzimas pueden modificar la estructura química del sustrato mediante diferentes reacciones químicas que catalicen, sin embargo, hay 6 tipos generales de reacciones: oxidorreductasas, transferasas, hidrolasas, liasas, isomerasas y ligasas. Las enzimas no alteran el equilibrio a la Keq de las reacciones, solo aumentan la velocidad para que se alcance más rápido. Pueden ser capaces de intercambiar diferentes formas de energía. Por ejemplo Energía luminosa en Energía química, la energía del alimento en ATP (energía química). Las reacciones químicas catalizadas por las enzimas ocurren en el Sitio activo de la enzima que constituye una pequeña región de la enzima formada por residuos de aminoácidos provenientes de diferentes sitios de la secuencia lineal de la proteína (ej: lizozima tiene 129 residuos, en el sitio activo y solo participan los residuos 35, 52, 62, 63. La unión del sustrato a la enzima ocurre por fuerzas débiles (puente de hidrógeno, atracciones electrostáticas, interacciones hidrofóbicas, etc. Algunas enzimas requieren para la catálisis, cofactores, los que pueden ser iones metálicos iones metálicos (cofactores metálicos) o cofactores orgánicos (grupos prostéticos ó coenzimas). Cuando el cofactor se une covalentemente al sitio activo (lipoamida, FAD, fosfato de piridoxal, tetrahidrofolato, etc), el cofactor se llama grupo prostético, mientras que si se une débilmente (NAD, NADPH, etc.) se llama Coenzima. Por lo general los cofactores orgánicos contienen una vitamina en su estructura. Algunos de los iones metálicos que participan en reacciones enzimáticas son: Zn2+, en anhidrasa carbónica, Mn2+ y Mg2+ en fosfotransferasas, Fe2+, Fe3+ en peroxidasas, catalasas, citocromos, Cu2+, Cu1+ en tirosinasa, citocromo oxidasa y glutatión peroxidasa. El término holoenzima se refiere a la enzima más su cofactor, mientras que el término apoenzima se refiere a la enzima sin su cofactor. Al interactuar el sustrato con el sitio activo, se forma un complejo denominado Complejo Enzima-Sustrato [E-S], tan compacto que en su interior no cabe ni una molécula de agua. Este complejo en algunos casos ha sido visualizado por sus propiedades físicas y químicas. El sustrato debe tener una forma tamaño y características de carga específicas para interactuar en el sitio activo. Tal situación da lugar a la especificidad de la enzima (Modelos: Ajuste Inducido y Modelo Cerradura- llave) (Hexocinasa actúa sobre D-Hexosas pero no sobre los isómeros L). Las enzimas tienen un alto poder catalítico ó número de recambio (kcat) definido como el número de moléculas de sustrato transformadas por segundo por una sola molécula de enzima cuando ésta está saturada con sustrato (Tabla 1). La velocidad máxima de reacción (Vmax) depende de este número de recambio (K2=Kp=Kcat) y de la concentración total de enzimas (Etotal) Vmax = Kp[Et] 1
  2. 2. De la ecuación anterior podemos observar que la Vmax varía directamente con la [Et] y al hacer el análisis dimensional queda que Kp tiene unidades de s-1, lo que significa moléculas transformadas por segundo. En la Tabla 1 se muestran algunos valores de números de recambio de algunas enzimas Kp = Vmax = mol s-1 [Et ] moles Tabla 1. Números de Recambio (kcat) de algunas enzimas. Enzima Número de Recambio (kcat) (s-1) 6 Anhidrasa carbónica 36 x 10 Catalasa 5 x 106 β-amilasa 1.1 x 106 β-Galactosidasa 12 500 Succinato deshidrogenasa 1 150 Fosfoglucomutasa 1 240 Efecto de sustrato: Cinética de Michaelis-Menten. El efecto catalítico de una enzima siempre está precedido por la formación de un complejo enzima-sustrato [ES]. Este complejo se ha visualizado en algunos casos por cristalografía de rayos X (complejo DNA-polimerasa-ácidos nucléicos), en otros por cambio en las propiedades espectroscópicas. En algunos casos, el complejo ES se ha podido aislar. Cuando se grafíca la velocidad de reacción (vo) contra concentración de sustrato [S] se obtiene la siguiente gráfica. La ecuación asociada con la gráfica anterior (la que se puede obtener experimentalmente) es la siguiente: Esta ecuación fue deducida en 1913 por L. Michaelis y su alumna de doctorado Maid Menten. Siguiendo los lineamientos dados por los autores, de que una reacción 2
  3. 3. enzimática ocurre a través de la formación de un complejo enzima sustrato, el que al descomponerse libera al sustrato transformado o producto y a la enzima, la que esta disponible para otro ciclo catalítico, según la ecuación siguiente: [E] +[S] [ES] [E] +[P] obtenida la ecuación matemática (1), donde vo es la velocidad de la reacción medida (moléculas de sustrato transformado en la unidad de tiempo) y [S] es la concentración de sustrato. Vmax es la velocidad máxima la que depende de la cantidad de enzima presente y Km, una constante característica de un par dado enzima-sustrato. Relacionando la gráfica de Michaelis-Menten con la ecuación, podemos deducir que: a) si la [S es baja; vo = Vm[S, entonces Km La vo varía directamente proporcional con la [S] y según se observa en la gráfica, cuando la [S] es baja la relación entre vo y [S] es una línea recta y se dice que la reacción es de primer orden pues solo depende de un factor, la [S]. b) Si [S] es alta, como ocurre en la parte final de la gráfica, la vo no cambia, se vuelve constante, convirtiéndose en Vmax. La velocidad vo es independiente de la [S]. Se dice que la reacción es de orden cero, pues no depende de ningún elemento, más que de las propiedades de la enzima. c) Si vo = Vmax/2, la ecuación anterior se modifica a: Km= [S]. Esta condición permite definir a la constante de Michaelis-Menten (Km) como la cantidad de sustrato con la que se puede alcanzar un ½ de Vmax o dicho en otras palabras, tener a la enzima saturada al 50%. INHIBICION ENZIMATICA Un inhibidor (I) es aquel que disminuye la velocidad de reacción. Las enzimas pueden ser inhibidas por dos tipos de inhibidores: reversibles e irreversibles INHIBICION IRREVERSIBLE En este caso el inhibidor se asocia fuertemente a la enzima covalente o no covalente pudiendo no haber disociación o ser muy lenta a) El diisopropilfluorofosfato inhibe a la acetilcolinesterasa y a la tripsina, b) La penicilina es un inhibidor irreversible de la glicopéptido transpeptidasa c) el inhibidor pancreático de tripsina y la proteína α-1-antitripsina se unen irreversiblemente a tripsina. La Iodoacetamida modifica también a la proteína (enzima) al reaccionar con residuos de cisteína. INHIBICION REVERSIBLE. Se consideran tipos de inhibidores competitivos y no competitivos Con cualquiera de los dos tipos de inhibidores reversibles, ocurre una separación relativamente rápida del inhibidor o una alta disociación del complejo EI. E+S+I⇄ EI * ES ⇄ E + I + P INHIBICIÓN REVERSIBLE COMPETITIVA El I se enlaza a la E pero no se enlaza al sustrato, por lo tanto se forma un complejo EI, pero no el complejo ES. El I competitivo se semeja estructuralmente al sustrato por lo tanto compite por el sitio activo. Un I competitivo disminuye la velocidad de reacción al 3
  4. 4. reducir la proporción de moléculas de enzima que se enlazan al sustrato. El I se combina libremente con la E libre, el I y el sustrato son mutuamente excluyentes al competir por el sitio activo. Las ecuaciones de las reacciones que ocurren en presencia de un inhibidor de tipo competitivo son las siguientes: a) E + S ⇄ ES ⇄ E+P b) E + I ⇄ EI La inhibición competitiva disminuye al aumentar la concentración de sustrato, lo que se refleja en un aumento en la Km. Una inhibición competitiva se detecta gráficamente al observar un aumento en la pendiente de la línea (gráfica de Linweaver-Burk) y aumento de la Km (expresada con la cantidad de sustrato necesaria para alcanzar Vmax/2) ya que cualquier concentración de IY, hay EI, el cual no tiene afinidad para la E. El I puede ser a) un análogo no metabolizable, b) Un derivado del sustrato verdadero, c) Sustrato alternativo de I.E y d) El producto de la reacción. Ejemplos de I competitivo: A) Sulfanilamida compite con PABA b) Malónico compite con Succínico La gráfica de Lineweaver-Burk de reacciones enzimáticas con y sin inhibidor competitivo (I), quedan : INHIBICION NO COMPETITIVA En este caso, el I no tiene semejanza estructural con el sustrato, son diferentes. El Y ejerce su efecto al unirse a la enzima en algún sitio de su estructura terciaria, diferente al sitio activo, distorsionando la del sitio activo. Así como el I se une al complejo ES y a la E libre, el efecto neto del I no competitivo, es hacer que exista menos enzima libre con lo que baja Vmax (Vmax = K3[Et). 4

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