Bioquímica - Enzimas

Vista previa del material en texto

enzimas
Por Irene García
Hagámoslo fácil…
BIOQUÍMICA
Por Irene García
¿QUÉ SON?
Proteínas especializadas en la catálisis de reacciones enzimáticas.
Por Irene García
1. Son proteínas altamente especializadas
2. Las enzimas poseen un gran poder catalítico
3. Cada enzima cataliza un solo tipo de reacción
4. Poseen alto grado de especificidad por su sustrato.
5. Aceleran las reacciones químicas específicas sin alterar el
equilibrio de la reacción.
6. No llevan a cabo reacciones que sean energéticamente
desfavorables, sino que solamente aceleran las que
espontáneamente podrían producirse.
Las moléculas deben alcanzar el estado de transición o de activación
antes de que la reacción pueda cumplirse, siendo un intermediario a
partir del cual las reacciones se desarrollan espontáneamente.
Por Irene García
Estado de transición
a. Deben ocurrir colisiones a nivel molecular
b. Los reactantes deben tener suficiente
energía para alcanzar el estado de transición.
c. Los reactantes deben colisionar en la
orientación adecuada (las enzimas aumentan
la probabilidad).
Cantidad de energía que se requiere
para convertir 1 mol de moléculas de
sustrato (reactante) desde el estado
basal (la forma estable de baja
energía) al estado de transición. La
energía de activación es distinta de
la ΔG, o incremento de energía libre
entre los reactivos y los productos.
Por Irene García
Energía de activación
Su naturaleza
Las enzimas están compuestas esencialmente
de proteínas, que son polímeros de
aminoácidos. El complejo enzima-cofactor
catalíticamente activo recibe el nombre de
holoenzima. Cuando se separa el cofactor, la
proteína restante, que por sí misma es inactiva
catalíticamente, se designa con el nombre de
apoenzima. Sin embargo, existen enzimas,
como las Ribozimas, que no son proteínas, ya
que, en vez de estar compuestas por
aminoácidos, están compuestas por
ribonucleótidos.
Por Irene García
Centro o sitio activo
Lugar sobre la superficie de la enzima donde la
catálisis de la reacción tiene lugar. Este
hendidura o surco especial contiene cadenas
laterales de residuos aminoácidos (grupos
catalíticos) que crean una superficie
tridimensional complementaria con el sustrato,
para la formación y ruptura de enlace. El sitio o
centro activo fija al sustrato, y forma el
complejo enzima sustrato (ES). Este se convierte
en complejo enzima producto (EP) sin
requerimiento de alta energía, que se disocia
ulteriormente en estos dos componentes.
Por Irene García
Complejo enzima-sustrato
La enzima y el sustrato se combinan de modo transitorio
para formar un complejo enzima-sustrato en el que se
alcanza el estado de transición con mayor probabilidad
que en la reacción no catalizada. Una vez alcanzado
dicho estado el complejo enzima-sustrato se descompone
para dar lugar a los productos y el enzima libre.
La unión entre un enzima y su sustrato para formar el
complejo enzima-sustrato se ve favorecida por la
formación de una serie de interacciones débiles (puentes
de hidrógeno, interacciones iónicas, etc) entre grupos
funcionales complementarios de ambas moléculas.
Por Irene García
HIPOTESIS DE ACOMPLAMIENTO
Por Irene García
Velocidad de una reacción
• En una reacción se tiene una constante de velocidad, k1,
para la reacción “directa” ó de formación de productos e
igualmente una constante de velocidad k2, para la
reacción “inversa” para la transformación de los
productos en los reactantes.
• Este proceso puede tardar mucho tiempo o poco
dependiendo de la temperatura, la presión y la
presencia o no de un catalizador. Lo importante es que
la situación de equilibrio no se altera por ninguno de los
factores mencionados, para una condición dada. En el
caso de estar presente una enzima, ésta aumentará la
velocidad con que se da el proceso, de tal forma que el
equilibrio se alcanza más rápido.
Por Irene García
Velocidad inicial máxima (vmáx)
Se observará cuando virtualmente toda la enzima esté en forma de complejo Enzima-
Sustrato (ES) y la concentración de enzima sea extremadamente pequeña. En estas
condiciones, la enzima está “saturada” con su sustrato de modo que el aumento
adicional de la concentración de sustrato no tendrá efecto sobre la velocidad.
Por Irene García
Esta condición se producirá cuando la 
concentración de sustrato sea lo 
suficientemente alto como para que 
todo el enzima libre se haya convertido 
en la forma ES. 
Michaelis y menten
La enzima se combina de manera reversible con sustrato para formar un complejo
intermedio ES que, de manera subsecuente se desdobla hasta el producto con
regeneración de la enzima libre.
Por Irene García
Donde:
• S es el sustrato.
• E es la enzima.
• ES es el complejo de enzima y sustrato.
• k1 = constante de velocidad para la formación de ES.
• k−1 = constante de velocidad para la disociación de ES.
• k2 = constante de velocidad de la formación del producto y su liberación del sitio activo.
• La Km numéricamente pequeña (baja) refleja una afinidad elevada
de la enzima por el sustrato, porque se requiere concentración baja
de este último para semisaturar la enzima, esto es, llegar a una
velocidad que equivale a la ½ de la Vmáx.
• La Km numéricamente grande (elevada) refleja una afinidad baja de
la enzima por el sustrato porque se requiere una concentración
elevada de este último para semisaturar la enzima.
Por Irene García
Afinidad al sustrato (km)
Por Irene García
Leaweaver y burk
𝑉𝑜 =
𝑉𝑚á𝑥 𝑆
𝐾𝑚 + 𝑆
Invirtiendo
1
𝑉𝑜
=
𝐾𝑚 + 𝑆
𝑉𝑚á𝑥 𝑆
Factorizando
1
𝑉𝑜
=
𝐾𝑚
𝑉𝑚á𝑥 𝑆
+
𝑆
𝑉𝑚á𝑥 𝑆
Simplificando
1
𝑉𝑜
=
𝐾𝑚
𝑉𝑚á𝑥 𝑆
×
1
𝑆
+
1
𝑉𝑚á𝑥
• Activador: Agente que aumenta la actividad enzimática
• Inhibidor: son moléculas que intervienen en la catálisis enzimática
disminuyen la velocidad o deteniendo una reacción enzimática. De
esta forma, habrá dos tipos de inhibidores:
I. Isostéricos: ejercen su acción sobre el centro activo.
II. Alostéricos: ejercen su acción sobre otra parte de la molécula,
causando un cambio conformacional con repercusión negativa en
la actividad enzimática.
Por Irene García
Inhibición enzimática
• Inhibición Reversible: ocurre cuando el efecto inhibitorio de
un compuesto se puede contrarrestar incrementando la
concentración del sustrato o retirando el compuesto inhibidor
mientras la enzima permanece intacta. Ya que la molécula
inhibitoria se fija a las enzimas mediante enlaces no covalentes
(puentes de hidrógeno, las interacciones hidrofóbicas y los
enlaces iónicos); que se disocian fácilmente del complejo E- I.
Cuando se logra disociarlos, usualmente la enzima recupera su
actividad.
• Inhibición competitiva: el inhibidor se fija de manera
reversible al mismo sitio que ocuparía normalmente el sustrato,
es decir, compite con el sustrato para ocupar sitio activo de la
enzima.
Por Irene García
Inhibición enzimática
• Inhibición NO competitiva o mixta: Ocurre cuando el inhibidor y el sustrato
se fijan en sitios diferentes de la enzima. El inhibidor no competitivo puede
fijarse a al complejo ES o a la enzima libre E, y de esta manera impide que
ocurra la reacción. Efectos del inhibidor competitivo sobre el Km y la Vmáx:
❖Un inhibidor No competitivo no interfiere con la fijación del sustrato
con la enzima; por este motivo, la enzima manifiesta la misma Km en
presencia o en ausencia de inhibidor de este tipo.
❖Un inhibidor No competitivo obstaculiza la catálisis del complejo ES,
por lo que disminuyen la Vmáx de la reacción.
Por Irene García
Inhibición enzimática
• Inhibición Acompetitiva: El inhibidor solo se une al complejo enzima-
sustrato, formando un complejo ternario y no a la enzima libre,
impidiendo la acción catalítica.
• Efectos del inhibidor competitivo sobre el Km y la Vmáx:
• Un inhibidor acompetitivo disminuye la Km, debido a que la [S]
necesaria para alcanzar la mitad de la Vmáx disminuye.
• Un inhibidor acompetitivo disminuye la Vmax, debidoa que
obstaculiza la catálisis del complejo ES.
Por Irene García
Inhibición enzimática
• Inhibición Irreversible: una molécula se une de forma covalente a la
enzima y la incapacita; se combinan con un grupo funcional esencial
para la actividad enzimática (cadena lateral del sitio activo). Se
modifica irreversiblemente el sitio activo y la conformación de la
enzima.
Se disocian muy lentamente o no se disocian del complejo E-I. Cuando se
logra disociarlos, usualmente la enzima no recupera su actividad. Casi
todos los inhibidores son sustancias tóxicas, naturales o sintéticas
Modifica químicamente a la enzima: E+I E’
Por Irene García
Inhibición enzimática
Es un ion metálico o una molécula pequeña (distinta de un aminoácido) unido de manera
covalente o no covalente. A una proteína en el estado nativo de la misma y la capacita para
esta función.
❖ Cofactores Enzimáticos
El cofactor es una pequeña molécula orgánica (coenzima) o un ión metálico que se requiere
para la actividad catalítica de una enzima. Muchas enzimas contienen iones metálicos, que
generalmente se mantienen unidos mediante enlaces covalentes coordinados con las
cadenas laterales de los aminoácidos. Estas enzimas se denominan metaloenzimas. Los iones
actúan de una forma muy parecida a las coenzimas, confiriendo a la metaloenzima una
propiedad que no poseería en su ausencia. Por otra parte, en las enzimas, el ion metálico
puede actuar como:
1) Centro catalítico primario.
2) Grupo puente para reunir el sustrato y la enzima, formando un complejo de coordinación.
3) Como agente estabilizante de la conformación de la proteína enzimática en su forma
catalíticamente activa.
Por Irene García
Grupo prostético
• Oxidorreductasas. Las oxidorreductasas catalizan reacciones redox en las cuales 
cambia el estado de oxidación de uno o más átomos en una molécula. 
• Transferasas. Las transferasas transfieren grupos moleculares de una molécula 
donadora a una aceptora. 
• Hidrolasas. Las hidrolasas catalizan reacciones en las que se logra la rotura de 
enlaces como C—O, C—N y O—P por la adición de agua. Entre 
• Liasas. Las liasas catalizan reacciones en las que ciertos grupos (p. ej., H2O, CO2 y 
NH3) se eliminan para formar un doble enlace, o se añaden a un doble enlace. 
• Isomerasas. Las isomerasas, un grupo heterogéneo de enzimas, catalizan varios 
tipos de reordenamientos intramoleculares. Las isomerasas de los azúcares 
interconvierten aldosas (azúcares que contienen aldehídos) en cetosas (azúcares 
que contienen cetona). 
• Ligasas. Las ligasas catalizan la formación de enlaces entre dos moléculas de 
sustrato. 
Por Irene García
nomenclatura
• Disponibilidad del Sustrato
La regulación de la velocidad de reacción de las enzimas es un aspecto esencial para que el organismo
pueda coordinar sus numerosos procedimientos metabólicos. Las velocidades de la acción de la mayor
parte de las enzimas reaccionan a los cambios de la concentración de los sustratos, porque la
concentración intracelular de muchos de ellos se encuentra dentro de los limites de Km.
• Modulación de la actividad Enzimática
Alosterismo. Las enzimas alostéricos, poseen más de un centro de actividad: el centro activo y el centro
alostérico o centro regulador. El centro activo de una enzima alostérico es, al igual que en cualquier otro
enzima, la zona de la superficie del enzima por donde este se une al sustrato y es donde se produce la
acción catalítica. El centro alostérico o centro regulador es una zona del el enzima alostérico, diferente
del centro activo, por donde estas enzimas se unen de forma no covalente a unas moléculas
denominadas moduladores o efectores.
Por Irene García
Regulación enzimática
• Homotrópicos: Es cuando el propio sustrato funciona como efector. Más a 
menudo un sustrato alostérico funciona como efector positivo.
• Heterotrópicos: Es cuando el efector es diferente al sustrato.
Por Irene García
efectos
THE END
Por Irene García
	Diapositiva 1
	Diapositiva 2: ¿QUÉ SON?
	Diapositiva 3: Estado de transición
	Diapositiva 4: Energía de activación
	Diapositiva 5: Su naturaleza
	Diapositiva 6: Centro o sitio activo
	Diapositiva 7: Complejo enzima-sustrato
	Diapositiva 8: HIPOTESIS DE ACOMPLAMIENTO
	Diapositiva 9: Velocidad de una reacción
	Diapositiva 10: Velocidad inicial máxima (vmáx)
	Diapositiva 11: Michaelis y menten
	Diapositiva 12: Afinidad al sustrato (km)
	Diapositiva 13: Leaweaver y burk
	Diapositiva 14: Inhibición enzimática
	Diapositiva 15: Inhibición enzimática
	Diapositiva 16: Inhibición enzimática
	Diapositiva 17: Inhibición enzimática
	Diapositiva 18: Inhibición enzimática
	Diapositiva 19: Grupo prostético
	Diapositiva 20: nomenclatura
	Diapositiva 21: Regulación enzimática
	Diapositiva 22: efectos
	Diapositiva 23: THE END