A.- Concepto de catálisis B.- Los enzimas como ......Apéndice: clasificación de las enzimas Tema 7.- Enzimología Las enzimas se clasifican de acuerdo a la reacción que catalizan

Tema 7.- Enzimología

A.- Concepto de catálisis

B.- Los enzimas como biocatalizadores: características de la actividad enzimática

C.-Mecanismo de la actividad enzimática

-Concepto de centro activo

D.-Cinética de las reacciones catalizadas enzimáticamente: cinética de Michaelis-Menten

E.- Factores que afectan la actividad enzimática

Factores Físico-químicos

Inhibición enzimática

Regulación de la actividad enzimática

F.- Cofactores: Coenzimas y vitaminas

Ene

rgía

lib

re G

Transcurso de la reacción

Estado

inicialEstado

final

Estado de transición

Energía de

activación

Reacción exotérmica o exergónica

Estas reacciones son espontáneas


Reacción exotérmica o exergónica

Estas reacciones son espontáneas


Los catalizadores reducen la energía de activación

Transcurso de la reacción

Ene

rgía

lib

re G

Estado de transición

Estado

final

Estado

inicial

Sin catalizar

Reacción

catalizada


Enzima

Substrato

Producto

Disminución de la energía de activación


productoo

▪Especificidad de sustrato y de reacción

▪Eficacia

-Alta velocidad de catálisis

-No generan subproductos

▪ Trabajan a temperaturas “bajas”

▪ Necesitan cofactores

VELOCIDAD DE CATÁLISIS


Características de la actividad enzimática

Muchas enzimas necesitan un cofactor enzimático

HOLOENZIMA = APOENZIMA + COFACTOR


Ap

oen

zim

a

Ap

oe

nzi

ma

Ap

oen

zim

a

Algunos elementos metálicos que actúan como cofactores enzimáticos

COFACTORES METÁLICOS


En otros casos el cofactor es de naturaleza orgánica compleja..

En este caso reciben el nombre de coenzimas

NAD FAD

Coenzima A


Un mismo cofactor puede ser utilizado por diferentes enzimas…


La base de la actividad de los enzimas es la unión específica de la enzima con el sustrato

Esta unión tiene lugar en el Centro activo del enzima.

ENZIMA

COMPLEJOENZIMA-SUSTRATO

SUSTRATO

COFACTOR

NADP+


Mecanismo de la actividad enzimática

El proceso de la unión enzima sustrato es de tipo llave-cerradura


Hipótesis del encaje inducido




El sustrato entra en el centro

activo del enzima

La enzima abraza el sustrato formando un

encaje inducido


Hexoquinasa

Glucosa


Los aminoácidos del centro activo tienen que conformar un entorno apropiado para la unión del sustrato y para la catálisis

Centro activo de la quimotripsina

Sustrato

Sitio de unión

Sitio catalítico


E + S [E-S] E + P

Cinética de las reacciones catalizadas enzimaticamente: cinética de Michaelis-Menten

Si estudiamos la cinética de una reacción catalizada enzimaticamente…

En la cinética más sencilla consideramos un único sustrato, y la concentración de enzima es constante

Si representamos la velocidad de la reacción frente a la concentración de sustrato…

K1 K3

K2


Concentración de sustrato [S] mM

Ve

loci

dad

de

re

acci

ón

mM

de

pro

du

cto

/min

Con altas [S] la cinética es de orden O

Con bajas [S] la cinética es de orden 1


Concentración de sustrato [S] mM

Ve

loci

dad

de

re

acci

ón

mM

de

pro

du

cto

/min

Enzima saturada


Cinética de Michaelis-Menten

La expresión matemática de la velocidad de reacción y de la Km son:

La Km, o constante de Michaelis-Menten, es un parámetro cinético muy importante para comparar las actividades enzimáticas


Cinética de Michaelis-Menten

La Km nos indica, aproximadamente, la afinidad del enzima por el sustrato.

Puesto que es un valor de [S]…

►↓Km alta afinidad del enzima por el sustrato

►↑Km baja afinidad del enzima por el sustrato


Km para algunas enzimas y sustratos

Enzima Sustrato


Hexoquinasa

Glucosa Glucosa 6 fosfato


La hexoquinasa es una enzima que puede unirse a dos sustratos: la glucosa o la fructosa. Catalizando la reacción de fosforilación

Hexoquinasa

Fructosa Fructosa 6 fosfato

Km para algunas enzimas y sustratos

Enzima Sustrato

La hexoquinasa de cerebro requiere una concentración 30 veces mayor de fructosa que de glucosa para catalizar la reacción


Apéndice: clasificación de las enzimas


Las enzimas se clasifican de acuerdo a la reacción que catalizan …

Nº CLASE TIPO DE REACCIÓN CATALIZADA

1 OXIDOREDUTASAS Reacciones de transferencia de electrones (redox)

2 TRANSFERASAS Reacciones de transferencia de grupos funcionales

3 HIDROLASAS Reacciones de hidrólisis: ruptura de enlaces

4 LIASASReacciones de adición de grupos a dobles enlaces o de formación de estos por eliminación de grupos funcionales

5 ISOMERASAS Reacción de conversión de una molécula en un isómero

6 LIGASASReacción de formación de enlaces por reacciones de condensación acopladas a ATP

TEMPERATURA. La mayoría de las enzimas trabajan a temperaturas óptimas entre 20 y 37ºC.

Act

ivid

ad e

nzi

mát

ica

Temperatura (Cº)

20-37º C4º C 60º C

¡Desnaturalización!


Factores físico-químicos

El pH óptimo suele estar en el entorno de la neutralidad. Pero hay enzimas que trabajan a pH ácido, como la pepsina, y otras a pH básico como la tripsina o la fosfatasa alcalina

Act

ivid

ad e

nzi

mát

ica

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 pH

Amilasa salivarPepsina

Fosfatasa alcalina


CONCENTRACIÓN SALINA DEL MEDIO

La cantidad de sales presentes en el medio celularpuede influir en la actividad de algunas enzimas

K+

Na+

K+

Ca2+

Cl-

HCO3-

HCO3-

HCO3-

Na+

Na+Na+

Na+

K+

K+

Ca2+

Ca2+

Cl-

Cl-

Cl-


Los inhibidores son sustancias químicas que impiden la catálisis.

Hay varios tipos de inhibición enzimática. Los dos más comunes son:

◼ Inhibición irreversible: el inhibidor se une covalentemente al centro activo del enzima bloqueándolo. Es permanente.

◼ Inhibición reversible: la enzima puede volver al estado inicial.

El tipo más común de este tipo es la inhibición competitiva


Inhibición enzimática

INHIBICIÓN COMPETITIVA

Los inhibidores competitivos tienen una semejanzaestructural con el sustrato


REGULACIÓN DE LA ACTIVIDAD ENZIMÁTICA

La célula dispone de mecanismos que le permiten controlar la actividad de las enzimas, y consecuentemente el trabajo de dicha célula:

►Alosterismo►Compartimentación celular

►Complejos multienzimáticos►Modificación covalente►Isoenzimas►Proenzimas►Regulación de la expresión génica


ALOSTERISMO

EFECTOR ALOSTÉRICO POSITIVO

Efector alostérico negativoEfector alostérico positivo


Los efectores alostéricos normalmente actúan modificando la Km de los enzimas

Modulación positiva

Modulación negativa

Disminuye la Km: aumenta la afinidad

Aumenta la Km: disminuye la afinidad



TreoninadeshidratasaEl producto final puede actuar

como un efector alostériconegativo de la primera enzima de la ruta metabólica

Cuando disminuya la concentración del producto final esta inhibición cesa y vuelve a activarse esta secuencia de reacciones

COMPARTIMENTACIÓN CELULAR

Muchas de las reacciones celulares ocurren en un orgánulo aisladas del entorno para mantener ciertas condiciones y mejorar el rendimiento.

En el lisosoma el pH es menor de 5

Lisosoma fundiéndose con vesículas cubiertas. (Imagen de M.E. de barrido)


FORMACIÓN DE COMPLEJOS MULTIENZIMÁTICOS

Complejo multienzimático

mitocondrial



MODIFICACIÓN COVALENTE de la glicógeno sintasa

Cuando es fosforilada por una PKA pasa a una forma inactiva

◼ Comparación entre las isoenzimas glucosa 6 fosfato isomerasa de cerebro y músculo

Glucosa 6P isomerasa de cerebro

Km= 210 mM

V M

ole

s/m

in

[S] mMKm= 700 mM

Glucosa 6 P isomerasa de músculo

[glucosa] en cerebro 130 mM

[glucosa] en músculo 450 mM


PROENZIMAS

Algunas enzimas son sintetizadas como proenzimas o zimógenos, y requieren un tratamiento de hidrólisis para ser activas.

PEPSINÓGENO (inactivo)

PEPSINA (activa)

Peptidasasintestinales

7 aminoácidos


CONTROL DE LA EXPRESIÓN GÉNICA


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