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04/14/23 1
ENZIMAS: ESTRUCTURA, CLASIFICACIÓN,
FUNCIÓN
Dr. Ángel Díaz
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ENZIMAS: ESTRUCTURA, CLASIFICACIÓN, FUNCIÓN
Dr. Ángel Díaz
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CATALIZADORES
Sustancias o compuestos que aceleran las reacciones químicas
ASPECTOS GENERALESENZIMAS:
ESTRUCTURA, CLASIFICACIÓN, FUNCIÓN
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REACCIÓN QUÍMICA
Proceso mediante el cual uno o mas compuestos son transformados en uno o mas compuestos diferentes
ASPECTOS FUNDAMENTALES DE UNA REACCIÓN QUÍMICA
1- velocidad de la reacción 2- alcance de la reacción
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ENERGETICA DE LAS REACCIONES
Toda reacción química va acompañada de un cambio de energía del sistema reaccionante
Esto determina la dirección, velocidad y alcance de la reacción
TIPOS DE ENERGIA
Cinética. (del movimiento, el calor)
Potencial. (almacenada en las estructuras de las biomoléculas)
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VELOCIDAD DE REACCION
Nos da una idea de como se lleva a cabo la reacción química
Se determina de acuerdo a la concentración de producto por unidad de tiempo o mediante la desaparición del sustrato
La velocidad de la reacción depende de la concentración
de reactantes a cada momento
La velocidad se verá afectada por varios factores como
son la temperatura, la presión, etc.
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ORDEN DE LA REACCION
Si la velocidad es directamente proporcional a la concentración del reactante( primer orden)
Si la velocidad es proporcional al cuadrado de la concentración de los reactantes o al producto de la concentración de 2 reactantes( segundo orden)
Cuando la velocidad de la reacción es independiente
de la concentración de los reactantes decimos que es
de orden cero
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REVERSIBILIDAD Y EQUILIBRIO DE LAS REACCIONES
Una reacción es reversible cuando puede realizarse en ambos sentidos
REACTANTE PRODUCTO
PRODUCTO REACTANTE
A
B
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La relación entre la concentración de reactantes
y la concentración de productos en un momento
del equilibrio depende de la naturaleza de los
compuestos, la temperatura y la presión
Ke = [DHCP] = 22,2
[GAD3P]
Mientras mayor sea la Ke, mayor es la tendencia
a la espontaneidad
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ENERGIA DE ACTIVACION
Es la diferencia entre la energía que poseen los reactantes y la que deben poseer para poder reaccionar
Mientras mayor es ese valor menor será la velocidad de la reacción
Es una barrera energética que los reactantes deben superar en el desarrollo de la reacción en su camino hacia el producto
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Si la energía del reactante esta muy lejos de la que debe alcanzar para reaccionar entonces la reacción será lenta
Los catalizadores disminuyen la energía de activación por lo que aumentan la velocidad de la reacción
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El Sistema Internacional de unidades (SI) ha definido la unidad de actividad enzimática como la cantidad de enzima que transforma 1 mol de sustrato por segundo. Esta unidad se llama katal
Unidad de actividad enzimática
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EN LA CONVERSIÓN DEL REACTANTE EN PRODUCTO OCURRE UNA VARIACIÓN DEL CONTENIDO ENERGÉTICO DEL SISTEMA
Si la energía de los productos es igual a la de los reactantes la reacción es isoergonica
Si la energía de los productos es mayor a la de los
reactantes la reacción es endergonica
Si la energía de los productos es menor que la de los reactantes la reacción es exergonica
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TIPOS DE CATALIZADORES
BIOTICOS: catalizan reacciones en sistemas vivos
ABIOTICOS: su actividad catalítica no esta relacionada necesariamente con sistemas vivos
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CATALIZADORES CLASIFICACION
ORGANICOS INORGANICOS Enzimas Metales Ribozimas Ácidos, sales
ALGUNAS DIFERENCIAS ENTRE ESTOS:
Especificidad de sustrato y/o de reacción Velocidad de reacción Capacidad de realizar varias reacciones sin alterar su estructura
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COMPONENTES FUNDAMENTALES DE UNA REACCION QUIMICA
SUSTRATO CATALIZADOR PRODUCTO
COFACTOR
OrgánicoInorgánico
Orgánicos Inorgánicos(NAD, FAD, PPT, COA) (ZINC, Mg, Fe++)
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ENZIMAS
Proteínas especializadas en la función catalítica
ESTRUCTURA
Centro activo (definición) Sitio alostérico (definición)
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CENTRO ACTIVO
Esqueleto peptídico
Grupos de orientación y fijación
Grupos catalíticos
ENZIMAS: ESTRUCTURA,
CLASIFICACIÓN, FUNCIÓN
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ENZIMAS: ESTRUCTURA,
CLASIFICACIÓN, FUNCIÓN
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ENZIMAS: ESTRUCTURA,
CLASIFICACIÓN, FUNCIÓN
TRIADA CATALITICA
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SECUENCIAS CONSERVADAS EN LOS CENTROS ACTIVOS DE DIFERENTES PROTEASAS
ENZIMAS: ESTRUCTURA,
CLASIFICACIÓN, FUNCIÓN
Enzima Sec. alrededor de la Serina Sec. alrededor de la Histidina
Tripsina DSCQDGSGGPVVCSGK VVSAAHCYKSG
Quimotripsina SSCMGDSGGPLVCKKN VVTAAHGGVTT
Trombina DACEGDSGGPFVMKSP VLTAAHCLLYP
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CARACTERISTICAS CONFORMACIONALES DE LOS CENTROS ACTIVOS DE SERIN PROTEASAS
ENZIMAS: ESTRUCTURA,
CLASIFICACIÓN, FUNCIÓN
Enzima Conformación de su centro activo
Quimotripsina
Cavidad hidrofóbica que une las cadenas laterales de los aminoácidos aromáticos
Tripsina En el fondo de su centro activo hay un Aspartato, que limita la unión de residuos cargados positivamente
Elastasa Su centro activo esta ocupado por residuos de aminoácidos con cadenas laterales voluminosas
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ENZIMAS: ESTRUCTURA,
CLASIFICACIÓN, FUNCIÓN
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ENZIMAS: ESTRUCTURA,
CLASIFICACIÓN, FUNCIÓN
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GRUPOS FUNCIONALES ESENCIALES PARA LA CATALISIS EN EL CENTRO ACTIVO DE ALGUNAS
ENZIMAS
ENZIMAS: ESTRUCTURA,
CLASIFICACIÓN, FUNCIÓN
Enzima GRUPOS CATALITICOS
Ribonucleasa Ser 112, His 119
Quimotripsina Ser 195, His 57, Asp 102
Lisozima Asp 52, Glu 35
Fructosa 1, 6 bisfosfatasa
Glu 327, His 258, His 392
Carboxipeptidasa A Zinc , His 196, His 69, Glu 72
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ENZIMAS: ESTRUCTURA,
CLASIFICACIÓN, FUNCIÓN
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ENZIMAS: ESTRUCTURA,
CLASIFICACIÓN, FUNCIÓN
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ENZIMAS: ESTRUCTURA,
CLASIFICACIÓN, FUNCIÓN
SITIO ALOSTÉRICO
Sitio en la enzima diferente al sitio activo o catalítico.
Sitio de regulación. Une moduladores o efectores que aumentan o
disminuyen la actividad de la enzima. Enzimas reguladoras o alostéricas.
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ETAPAS DE LA ACCIÓN CATALITÍCA
1-Unión física entre el sustrato y el centro activo de la enzima que da origen al complejo enzima sustrato (reversible)
2-Transformación del sustrato
ENZIMAS: ESTRUCTURA,
CLASIFICACIÓN, FUNCIÓN
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TEORIAS DE UNION ENZIMA SUSTRATO
Teoría de la llave y la cerradura (fischer)
ENZIMAS: ESTRUCTURA,
CLASIFICACIÓN, FUNCIÓN
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Teoría de la llave y la cerradura (fischer)
ENZIMAS: ESTRUCTURA,
CLASIFICACIÓN, FUNCIÓN
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TEORIAS DE UNION ENZIMA SUSTRATO
Teoría del ajuste inducido (Koshland)
ENZIMAS: ESTRUCTURA,
CLASIFICACIÓN, FUNCIÓN
LY
S
P P MET
MET
HS
HS
L
YS
L
YS
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ENZIMAS: ESTRUCTURA,
CLASIFICACIÓN, FUNCIÓN
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ENZIMAS: ESTRUCTURA,
CLASIFICACIÓN, FUNCIÓN
TORCEDURA DE SUSTRATO
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CLASIFICACIÓN
CATALIZADORES
NOMENCLATURA DE LAS ENZIMAS
en zymc “en fermento”
Nombre Trivial o Antiguo Sustrato + asa Procedencia o Sitio de Acción +
asa Nombre Sistemático
Número Clave Nombre Recomendado
Sustrato + Acción + asa
NOMENCLATURA DE LAS ENZIMAS
Nombre Trivial o Antiguo Sustrato + asa
•Amilasa Almidón•Lipasa Lípidos•Ureasa Urea
Procedencia o Sitio de Acción + asa•Ptialina (Ptyalos = Saliva) •Tripsina (Triptus = Páncreas)•Pepsina (Pepsus = Estómago)•Renina (Riñón)
NOMENCLATURA DE LAS ENZIMAS
Nombre Recomendado Sustrato + Acción + asa
•Succinato Deshidrogenasa
•Piruvato Carboxilasa•Citrato Sintasa•Triosa P Isomerasa•Fumarato Hidratasa•Glucosa 6 Fosfatasa•Glucosa Oxidasa
NOMENCLATURA DE LAS ENZIMAS
Todas las enzimas deben llevar:
1. El nombre del sustrato.2. El nombre de la reacción química catalizada.3. Terminación asa.
Ejemplo: Glucosa oxidasa
4. Información adicional, si es necesario aclarar la reacción, puede seguir al paréntesis.
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CATALIZADORES Nombre SistemáticoNúmero Clave:
E.C. + 4 dígitos
E.C. 2.7.1.1
El primer dígito clase de enzima.El segundo dígito subclase de enzima.
El tercer dígito sub-subclase.El cuarto dígito el número progresivo de
orden para la enzima específica.
04/14/23 42COMISIÓN ENZIMÁTICA
CÓDIGO NUMÉRICO
E C
CUATRO NUMEROS SEPARADOS POR PUNTOS
NUM 1: CLASE
NUM 2: SUBCLASE
NUMS 3 Y 4: GRUPOS QUÍMICOS QUE INTERVIENEN EN LA REACCIÓN
04/14/23 43COMISIÓN ENZIMÁTICA
GLUCOQUINASA
E C 2.7.1.2
2 TRANSFERASA
7 FOSFOTRANSFERASA
1 EL ACEPTOR ES UN OH
2 EL ACEPTOR ES UN OH DE LA GLUCOSA
E. C. 2 .7.1.1
2 denota la clase (una transferasa) 7 subclase (transferencia de fosfato) 1 sub-subclase (una función alcohol como aceptor de fosfato) 1 enzima hexocinasa o ATP: D-hexosa-6- fosfotransferasa
Enzima que cataliza la transferencia de fosfato desde el ATP al grupo hidroxilo del carbono 6 de la
glucosa.
CLASIFICACIÓN DE LAS ENZIMAS
Las reacciones y las enzimas que las catalizan se dividen en 6 clases principales, cada una con subclases y sub-subclases.
CLASES DE ENZIMAS:1- OXIDORREDUCTASAS
2- TRANSFERASAS3- HIDROLASAS4- LIASAS5- ISOMERASAS6- LIGASAS
Grupo Acción ejemplos
1- ÓXIDO-REDUCTASAS
Reacciones deOxidorreducción de
todo tipo.
DehidrogenasasAminooxidasasDesaminasas
Catalasas
2- TRANSFERA-SAS
Transfieren grupos activos
(obtenidos de la ruptura
de ciertas moléculas) a otras sustancias
receptoras. Suelen actuar
en procesos de inter -conversión de azúcares,
de aminoácidos, etc.
Transaldolasas
Transcetolasas
Transaminasas
Grupo Acción ejemplos
3- HIDROLASAS
Rompimiento hidrolítico de enlaces con la consiguiente obtención de monómeros a partir de polímeros.
GlucosidasasLipasas
PeptidasasEsterasasFosfatasas
4- LIASAS
Degradación de los enlaces C-C, C-O, C-N, sin ir acoplados a sustancias de alto valor energético. Se incluyen la eliminación de H2O dejando un doble enlace.
AldolasasDescarboxilasas
Hidratasas
Grupo Acción ejemplos
5. ISOMERASAS
Actúan sobre determinadas moléculas obteniendo de ellas sus isómeros de
función o de posición. Ej: Cis Trans L D Aldehído Cetona
Isomerasas de azúcar
Epimerasas
Mutasas
6. LIGASAS
Realizan la síntesis de los enlaces fuertes mediante el acoplamiento a sustancias ricas en energía como los nucleósidos del ATP.
Carboxilasas
Péptidosintetasas
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1. OXIDORREDUCTASAS
Transferencia de electrones o sus equivalentes entre un donante y un aceptor
ENZIMAS: ESTRUCTURA,
CLASIFICACIÓN, FUNCIÓN
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2. TRANSFERASAS
Transferencia de un grupo químico entre un donante y un aceptor
ENZIMAS: ESTRUCTURA,
CLASIFICACIÓN, FUNCIÓN
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3.HIDROLASAS
Rotura de enlaces químicos con la participación de las moléculas de agua
ENZIMAS: ESTRUCTURA,
CLASIFICACIÓN, FUNCIÓN
04/14/23 52
4. LIASAS
Reacciones en las cuales se produce la adición o sustracción de grupos químicos a dobles enlaces
ENZIMAS: ESTRUCTURA,
CLASIFICACIÓN, FUNCIÓN
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5. ISOMERASAS
Ínterconversión de dos isómeros
ENZIMAS: ESTRUCTURA,
CLASIFICACIÓN, FUNCIÓN
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6. LIGASAS
Unión covalente de dos sustratos mediante la energía de hidrólisis de nucleósidos trifosfatados (generalmente el ATP)
ENZIMAS: ESTRUCTURA,
CLASIFICACIÓN, FUNCIÓN
04/14/23 55
¿COMO TRABAJAN LAS ENZIMAS?
Las enzimas aumentan la velocidad de las reacciones químicas reduciendo la energía de activación (concepto)
Estado de transición (concepto)
ENZIMAS: ESTRUCTURA,
CLASIFICACIÓN, FUNCIÓN
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ENZIMAS: ESTRUCTURA,
CLASIFICACIÓN, FUNCIÓN
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ENZIMAS: ESTRUCTURA,
CLASIFICACIÓN, FUNCIÓN
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IONES METALICOS EN LA FIJACION DEL SUSTRATO Y LA CATALISIS
ENZIMATICA
Metaloenzimas
Enzimas activadas por metales
Como activadores de nucleofilos
Como activadores de electrofilos
Enmascaramiento de nucleofilos
Moldes de coordinación
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CINÉTICA ENZIMÁTICA
ENZIMAS: ESTRUCTURA,
CLASIFICACIÓN, FUNCIÓN
04/14/23 61
FACTORES CINETICOS ENZIMATICOS
Temperatura pH Concentración de la enzima Concentración de sustrato Concentración de cofactores Inhibidores
ENZIMAS: ESTRUCTURA,
CLASIFICACIÓN, FUNCIÓN
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FACTORES CINETICOS ENZIMATICOS
Temperatura
ENZIMAS: ESTRUCTURA,
CLASIFICACIÓN, FUNCIÓN
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FACTORES CINETICOS ENZIMATICOS
pH
ENZIMA pH OPTIMO
Pepsina 1,5
Tripsina 7,7
Arginasa 9,7
Fumarasa 7,8
Ribonucleasa 7,8
ENZIMAS: ESTRUCTURA,
CLASIFICACIÓN, FUNCIÓN
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FACTORES CINETICOS ENZIMATICOSCATALIZADORES
pH
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FACTORES CINETICOS ENZIMATICOS
pH
Los enzimas poseen grupos químicos ionizables (carboxilos -COOH; amino -NH2; tiol -SH; imidazol, etc.) en las cadenas laterales de sus aminoácidos.
Según el pH del medio, estos grupos pueden tener carga eléctrica positiva, negativa o neutra.
Como la conformación de las proteínas depende, en parte, de sus cargas eléctricas, habrá un pH en el cual la conformación será la más adecuada para la actividad catalítica. Este es el llamado pH óptimo.
CATALIZADORES
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FACTORES CINETICOS ENZIMATICOS
Concentración de la enzima
CATALIZADORES
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FACTORES CINETICOS ENZIMATICOS
Concentración de sustrato
CATALIZADORES
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FACTORES CINETICOS ENZIMATICOS
Cofactores
CATALIZADORES
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FACTORES CINETICOS ENZIMATICOS
Inhibidores
Ciertas moléculas pueden inhibir la acción catalítica de un enzima: son los inhibidores.
Estos inhibidores bien pueden ocupar temporalmente el centro activo por semejanza estructural con el sustrato original (inhibidor competitivo) o bien alteran la conformación espacial del enzima, impidiendo su unión al sustrato (inhibidor no competitivo) .Inhibidor competitivoInhibidor no competitivo
CATALIZADORES
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FACTORES CINETICOS ENZIMATICOS
Inhibidores
CATALIZADORES
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FACTORES CINETICOS ENZIMATICOS
Inhibidores
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FACTORES CINETICOS ENZIMATICOS
Inhibidores
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REGULACIÓN DE LA ACTIVIDAD ENZIMATICA
CATALIZADORES
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VIDA
PRODUCCION
DE ATP
SECRECION
TRANSPORTE
SINTESIS DE BIOMOLECULAS
ABSORCION
FENÓMENOS QUÍMICOS
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CONTROL GENÉTICO
CONTROL COVALENTE
COMPARTIMENTALIZACION
ZIMOGENOS
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El allostérie (de griego ἄλλως , allos: otro y στερεός, stereós: forma) es un modo de regulación de las enzimas por el cual la fijación de una molécula en una ubicación (sitio catalítico) modifica las condiciones de fijación de otra molécula, en otra ubicación distante de la proteína.
La fijación de la molécula induce un cambio de conformación espacial de la proteína enzimática. Es decir, la disposición espacial de sus átomos constitutivos es modificada. En el marco del allostérie, esto tiene la consecuencia de modificar la ubicación del enlace de por lo menos uno de los reactivos implicados en el proceso de catálisis.
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Los enzimas alostéricos son aquellos cuya actividad es alterada por la unión de ligandos a sitios distintos a los de
unión al sustrato (sitio alostérico). El ligando puede activar (efector positivo) o inhibir
(efector negativo) la actividad del enzima.
La unión del efector al sitio alostérico induce un cambio conformacional que facilita/inhibe la actividad enzimática
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Son multiméricas, cada monómero fija una molécula.
Poseen por lo menos un eje de simetría.
Existen bajo dos conformaciones diferentes: uno llamado T, para (tensa), designando convencionalmente la forma de afinidad débil para el substrato, la otra R, para liberada (relajada), de afinidad fuerte para el substrato.
En el seno de una proteína, adopta totalmente la misma configuración, R o T (transición concertada). En otros términos, no existe híbrido R/T
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Modelo simetrico
Modelo secuencial
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La cooperatividad (positiva) consiste en que la fijación de una molécula de substrato favorece la fijación del Siguiente, y así hasta ocuparse toda la molécula
s s s ss ss
ss s
+ + +
1 2 3
Existe también cooperatividad negativa, cuando la fijación de una molécula de substrato dificulta la fijación del siguiente.
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04/14/23 85
Inhibidores y activadoresalostéricos
s0 2 4 6 8 10 12
Y
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
(+ Inhibidor)
(+ Activador)
(sin efectores)
V+
V0
V-
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04/14/23 87
04/14/23 88
04/14/23 89
04/14/23 90
04/14/23 91
REGULACIÓN COVALENTE DE LA ACTIVIDAD ENZIMATICA
CATALIZADORES
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04/14/23 93
04/14/23 94
04/14/23 95
04/14/23 96
Algunos enzimas no se sintetizan como tales, sino como proteínas precursoras sin actividad enzimática. Estas proteínas se llaman proenzimas o zimógenos. Para activarse, los zimógenos sufren un ataque hidrolítico que origina la liberación de uno o varios péptidos.
04/14/23 97
Piruvato dhasa Fosfofructocinasa Isocitrato dhasa Fructosa 16 bisfosfatasa Acetil CoA carboxilasa Citrato sintasa HMG COA REDUCTASA GLUCOGENO FOSFORILASA GLUCOGENO SINTASA
APLICACIÓN