UNIVERSIDAD DE CARABOBO FACULTAD DE CIENCIAS DE LA SALUD

ESCUELA DE MEDICINA DEPARTAMENTO DE BIOQUIMICA

UNIDAD II

ENZIMAS

TEORÍA DE LAS COLISIONES:

La teoría cinética molecular establece que las moléculas de los gases chocan

frecuentemente unas con otras.

V α nº colisiones s

Dependencia de la reacción con la [R]

Las reacciones químicas ocurren como resultado de los choques entre

moléculas de los reactivos

Energía cinética > ENERGÍA ACTIVACIÓN

“Para que haya una reacción química, las moléculas

que chocan deben tener una energía cinética total de

gran magnitud que las conlleve a superar la barrera

energética que les impida fraccionarse”

Teoría De Colisiones

Energía De Activación:

Mínima cantidad de energía que

deben adquirir las moléculas

para alcanzar el estado de

transición.

Estado de Transición:

Momento molecular fugaz.

Reordenamiento de cargas,

uniones inestables, etc.

Estado De Transición Y Velocidad De La Reacción

S P

Compuesto químico

que REDUCE la energía

de activación,

ACELERANDO la

velocidad de la

reacción.

NOTA: NO tienen efecto alguno

sobre la constante de equilibrio

CATALIZADOR

Los catalizadores pueden unir

dos moléculas de reactantes

en la orientación mutua

adecuada aumentando su

reactividad.

Los catalizadores reducen la energía de

activación forzando a las moléculas de

reactantes a un estado intermediario que se

parezca al estado de transición pero de

MENOR ENERGÍA

ORGÁNICO INORGÁNICO

Proteínas Globulares. Se desnaturalizan

Ácidos, bases o metales estables

Alta especificidad de sustrato y de reacción

Baja especificidad

Alta velocidad de catálisis

Baja velocidad de Catálisis

Sujetas a Inhibición No se inhiben

Son regulables No son regulables

No se modifican con la catálisis

Se consumen durante la catálisis

enzimas

Son proteínas que aceleran la

velocidad de las reaccione biológicas.

(CATALIZADORES)

Concepto.

Mantienen su configuración una vez

realizada la reacción.

Pueden ser regulables.

Actúan en secuencias organizadas :

Sistemas multienzimáticos.

CARACTERÍSTICAS GENERALES.

Disminuyen la energía de activación.

Poseen alta especificidad.

No alteran el equilibrio de la reacción

enzimas

Lugar de unión de la enzima al sustrato.

Puede poseen mas de un sitio activo.

Determina la especificidad de la enzima

Sitio activo

1. Modelo llave cerradura

Modelo de interacción enzima-

sustrato

propuesto por Emil Fisher en 1894.

Rigidez del sitio catalítico; Sustrato se adapta de manera exacta.

Modelo de interacción enzima-

sustrato

1. Modelo Ajuste Inducido

Propuesto por Daniel Koshland.

El sustrato induce un cambio conformacional en la enzima y viceversa.

La enzima y el sustrato sufren una distorsión al unirse.

Enzimas.

“ son moléculas que contribuyen con

la actividad catalítica de la enzima”

Estabilizan la estructura tridimensional de

la enzima.

Facilitan la interacción E-S.

Participa como segundo sustrato.

Pueden ser de 2 tipos: Orgánicos e

Inorgánicos

FUNCIONES DE LOS COFACTORES

Cofactores Orgánicos

Apoenzima + Grupo Prostético = Holoenzima

Apoenzima: Parte proteica de la

holoenzima

Grupo Prostético: molécula unida

covalentemente a la enzima

Se denominan Coenzimas. Son

derivados de las vitaminas. Se

unen de manera covalente a la

enzima.

Enzimas.

Cofactores Inorgánicos

Suelen ser algunos metales: hierro,

magnesio, manganeso, etc. Se unen de

manera no covalente a la enzima.

Las enzimas que los presentan Se

denominan metaloproteinas.

Enzimas.

Variación de entropía

Capa de solvatación

Distorsión de los sustratos.

Alineamiento inadecuado de los grupos funcionales.

ENZIMAS. FACTORES FÍSICOS Y TERMODINÁMICOS

QUE DESFAVORECEN UNA REACCION:

ENZIMAS. Factores Que Contribuyen A La

Actividad Catalítica:

1. Proximidad, Orientación Y Tensión Del Sustrato En Relación Al

Grupo Catalítico:

La tensión generada ayuda a

llevar al complejo ES al estado

de transición

ORIENTACION Desfavorable Desfavorable Favorable

PROXIMIDAD Desfavorable Favorable Favorable

2. Distorsión Del Enlace Susceptible Del Sustrato Por Ajuste

Inducido De La Enzima.

ENZIMAS. Factores Que Contribuyen A La

Actividad Catalítica:

Enzimas Líticas: Las enzimas unen al

sustrato en una conformación

desfavorable para el enlace,

debilitándolo y haciéndolo mas

vulnerable a la ruptura.

ENZIMAS. Factores Que Contribuyen A La

Actividad Catalítica:

Mecanismo basado en la transferencia

de electrones o protones entre dos

moléculas durante la interacción E-S, el

cual propicia que se forme un

intermediario que se descompone más

fácilmente en productos que en

reactivos.

3. Catálisis Ácido - Básica:

Catálisis ácido – básica

específica:

catálisis que tan solo utiliza

protones o hidroxilos del medio

Catálisis ácido – básica

general:

Catálisis utiliza los protones o

hidroxilos provenientes de otras

moléculas

En las rx químicas existen 2:

ENZIMAS. Factores Que Contribuyen A La

Actividad Catalítica:

4. Catálisis Covalente.

Mecanismo de interacción E-S, que implica la formación entre ellos de un enlace

covalente transitorio.

Reacción no enzimática

A-B A + B

Reacción Enzimática

A-B + :X A-X + B A + :X + B

H2O

1) Efecto De La Temperatura

velo

cid

ad

temperatura

Temperatura óptima

Coeficiente de

temperatura o Q10: es el

factor mediante el que se

aumenta la velocidad de un

proceso biológico para un

incremento de temperatura de

10ºC

La Vo se incrementa con el

aumento de temperatura.

2) Efecto Del Ph

velo

cid

ad

pH

pH óptimo

El pH afecta el estado iónico

del sitio activo. Igualmente

puede conducir a la

desnaturalización de la enzima

3) Efecto De La Concentración De Enzima [E]

velo

cid

ad

Concentración [E]

La velocidad inicial de una

Reacción enzimática siempre es

proporcional a la [E]

4) Efecto De La Concentración De

Sustrato [S]

La Vo es proporcional a la

concentración de sustrato,

hasta llegar a una Vmax

(enzima saturada)

Expresión matemática de la

hipérbola rectangular:

ECUACIÓN DE MICHAELIS-

MENTEN

Vo = Vmáx[S] Km + [S]

Nota: esta ecuación no hace

NINGUNA consideración sobre

el mecanismo de la Rx

enzimática

Ecuación De Michaelis- Menten

Vo = Vmáx[S] Km + [S]

Vmáx Velocidad inicial máxima de la reacción catalizada por una enzima y es el valor límite al que se aproxima Vo cuando la [S] → ∞

Km Constante de Michaelis. Es igual al valor de [S] en que Vo = ½ V máx. Se suele asociar con la AFINIDAD de la enzima por el sustrato. A menor Km mayor afinidad.

Hipérbola Rectangular

Característica

• A [sustrato], muy bajas, la

Rx es de primer orden,

Vo= K[S]

• A [sustrato], muy altas, Vo

tiene una Vmáx, y la Rx es de

orden cero,

Vo= K

• [sustrato] < Km, la Vo depende de la [S]

• [sustrato] > Km, la Vo se hace máxima (Vmáx)

• [sustrato] = Km, la Vo = ½ Vmáx

Ecuación De Michaelis- Menten

Linealización de la Ecuación de Michaelis - Menten

Ecuación De Lineweaver-Burk

1 = Km . 1 + 1 _ Vo Vmáx[S] Vmáx

Y = mx + b

Ecuación de una línea recta

Inhibición Reversible Competitiva:

El inhibidor se une al sitio activo de

la enzima.

Inhibidor molecularmente similar al

sustrato.

Se forma el complejo EI

El efecto inhibitorio se revierte

aumentando la [sustrato]

El valor de Km aumenta pero la Vmáx es la misma

Inhibición Reversible Competitiva:

El inhibidor NO se une al

sitio activo de la enzima,

sino a un sitio diferente.

Inhibidor molecularmente

diferente al sustrato.

Se forma el complejo EI y

EIS

Inhibición Reversible NO Competitiva:

El valor de Km no se modifica, mientras que la Vmax disminuye.

Inhibición Reversible NO Competitiva:

El inhibidor se combina de forma

covalente con la enzimas y la inactiva.

Inhibición Ireversible

Se combinan con grupos funcionales del sitio

activo produciendo inactividad.

Iones metales pesados (Pb, Hg)

Yodactamida Insecticidas

REDUCEN LA ACTIVIDAD ENZIMÁTICA

“Conjunto de enzimas que actúan en secuencia catalizando Reacciones

consecutivas de una ruta metabólica”

Tipos:

2) No disociados o complejos:

Enzimas asociadas físicamente

1) Disociados o simples:

Enzimas separadas físicamente.

3) Asociados a estructuras supramoleculares:

Enzimas no unidas entre sí

físicamente pero localizadas en

la misma estructura ej. Cadena

transportadora de electrones

Características Generales:

La velocidad de cada reaccion viene determinada por la [S] y [E] individual

Existe por lo menos una enzima reguladora o alostérica

Presentan alto grado de organización

Los intermediarios deben difundir distancias cortas entre una enzima y otra.

Cada enzima tiene su propio Km y su propia Vmáx

La velocidad de cada secuencia es ajustada minuto a minuto

Regulación de la actividad enzimática (a corto plazo):

enzima

sustrato

Grupo

Fosfato

enzima Grupo

Fosfato

1) Disponibilidad De Sustrato.

Interconversión reversible entre sus

formas activas e inactivas:

a) Fosforilación y desfosforilación de residuos.

b) Metilación, acetilación y la nucleotidilación

Fosforilación y desfosforilación de

residuos.

Regulación de la actividad enzimática (a corto plazo):

2) Modificación Covalente.

Interconversión Irreversible entre sus formas activas e inactivas:

a) Ruptura proteolítica de zimogenos o proenzimas

3) Regulación Alostérica:

Regulación producida por efectores alostéricos de PM bajo

Regulación de la actividad enzimática (a corto plazo):

ENZIMAS ALOSTERICAS. Son

proteínas que funcionan a través de la

unión reversible, no covalente, de

compuestos reguladores denominados

reguladores alostéricos.

ALOSTERISMO. Cambios

conformacionales y funcionales

de la enzima por fijación de una

molécula en un sitio de la

superficie de la enzima

Poseen múltiples subunidades y

varios sitios reguladores

Controlan la velocidad de una

ruta metabólica

Cuando el propio sustrato es un

modulador, éste se denomina

modulador HOMOtrópico

Cuando una molécula diferente del

sustrato es un modulador, éste se

denomina modulador HETEROtrópico

Los moduladores alostéricos pueden ser: Activadores o Inhibidores.

Mecanismo de

RETROINHIBICIÓN

Propiedades

SITIO ALOSTÉRICO

Cinética Enzimática En Reacciones Catalizadas Por Enzimas

Alostéricas

Enzimas Homotrópicas

No siguen la relación

hiperbólica de la Ecuación de

Michaelis-Menten

Curva de saturación sigmoidea

Pequeños cambios en la

[Modulador] se pueden

asociar a grandes rasgos en la

actividad

Enzimas Heterotrópicas

Es difícil generalizar sobre una

forma característica

Un activador puede hacer que

la curva sea más próxima a un

hipérbola

Un inhibidor puede producir

una curva de saturación

sigmoidea

Cinética Enzimática En Reacciones Catalizadas Por Enzimas

Alostéricas

1) Control Genético:

Procesos genéticos y moleculares de

Inducción ↔ Represión

Regulación de la actividad enzimática (a Largo plazo):

“Enzimas que difieren estructuralmente entre sí pero posen la

misma actividad catalítica”

Características Generales:

Son codificadas por genes distintos pero estructuralmente relacionados.

Tiene valores de pH y punto isoeléctrico distintos

Poseen diferencias en la composición y secuenciación de Aminoácidos.

Sus valores de Km y Vmáx son distintos.

Según Su Composición Química:

• SIMPLES

Por si solas tienen efecto

catalítico

• CONJUGADAS

Requieren de un componente

químico adicional llamado COFACTOR

Según La Rx Que Catalizan:

1. Oxidorreductasas. Catalizan reacciones de oxido reducción

de todo tipo

1. Oxidasas.

2. Deshidrogenasas

3. Oxigenasas

4. Peroxidasas

5. Catalasas

Tipos de oxidoreductsas

Oxidorreductasas:

1.- Oxidasas. Transfieren electrones de la molécula donadora al O2

AH2 + ½O2 → A(ox) + H2O

2.- Deshidrogenasas. Transfieren electrones de un sustrato a otro

AH2 + NAD+ → A (ox) + NADH + H+

3.- Oxigenasas. Catalizan la incorporación de 2 átomos de oxígeno

a un sustrato libre

4.- Peroxidasas. Reducen los peróxidos, usando varios aceptores de electrones

H2O2 + AH2 → 2H2O + A

Oxidorreductasas:

A + O2 AO2 →

5.- Catalasas: Utilizan el peróxido de hidrógeno como donador y aceptor

de electrones

H2O2 + H2O2 → 2H2O + O2

Oxidorreductasas:

2.- Transferasas. Catalizan la transferencia de un grupo de átomos intacto de una molécula donadora a un aceptor

•Transaldolasas

• Transcetolasas

• Aciltransferasas

• Metiltransferasas

•Fosfomutasas

•Kinasas

• Aminotransferasas

3.- Hidrolasas: Catalizan el rompimiento hidrolítico de enlaces mediante la adición de agua

• Esterasas

• Glucosidasas

• Peptidasas

• Fosfatasas

•Thiolasas

•Fosfolipasas

Desaminasas: Catalizan la desaminación de un

sustrato con la participación del agua

H2N – C – NH2 + H2O → 2NH3 + CO2

= O

Urea Ureasa

• Descarboxilasas.

• Aldolasas

• cetolasas

• Hidratasa

Deshidratasas: Catalizan la deshidratación de un sustrato

4.- Liasas: Catalizan reacciones en las que se eliminan grupos

para formar un doble enlace o se añaden a un doble enlace

Epimerasas o racemasas: Catalizan

cambios de localización de grupos

alrededor de un carbono asimétrico

Mutasas: Catalizan transferencias intramoleculares de grupos

2- fosfoglicerato ↔ 3-fosfoglicerato

5.- Isomerasas: Catalizan varios tipos de reordenamientos intramoleculares

↔

6.- Ligasas. Catalizan la formación de un enlace entre dos moléculas de sustrato

• Sintetasas • Carboxilasas: Catalizan la síntesis de un

compuesto a partir de la condensación de un sustrato con CO2

+ ATP + CO2 → + ADP + Pi

Citrato Oxaloacetato