Enzimas • • • • • Mecanismo de acción Cofactores Cinética Enzimática Efecto de la temperatura y pH Nomenclatura Internacional Definición de enzimas • En general el termino enzimas se refiere a proteínas que poseen la capacidad de acelerar una reacción química. • También existen ácidos nucleicos que tienen actividad enzimática y reciben el nombre de ribozimas. Características importantes • No se modifican en la reacción • Son altamente específicas y eficientes • No afectan el equilibrio de la reacción, sólo la velocidad. • Algunas requieren de moléculas inorgánicas u orgánicas para la catálisis (cofactores) Nomenclatura general de la enzimas • Normalmente las enzimas son llamadas de acuerdo al nombre del sustrato que ellas utilizan y en algunas ocasiones al tipo de reacción que realizan; Ej: Ureasa, Arginasa Glutation reductasa MECANISMO DE ACCION sustrato Sitio Activo •Bolsillo o depresión en la estructura de la enzima • Es pequeño y tiene una estructura 3D •Contiene grupos R importantes para la interacción con el sustrato y la catálisis. sustrato Sitio Activo Tipos de interacción: Principalmente de carácter no covalente (hidrofóbica, iónica, etc) Modelo de llave y cerradura (1890) Sustrato Sitio activo Complejo Enzima-Sustrato Enzima El sitio activo posee una forma complementaria al sustrato Modelo llave cerradura Modelo de encaje inducido (1958) Complejo ES Sustrato Enzima El sitio activo asume una forma que es complementaria al sustrato, o mas bien al estado de transición, después de que se une el sustrato. Grupos R del sitio activo Lisozima Cofactores • La actividad catalítica de muchas enzimas depende de la presencia de pequeñas moléculas llamadas cofactores Apoenzima + cofactor = Holoenzima Catálíticamente activa Cofactores • Se dividen en dos grupos: – Inorgánicos (Metales) – Pequeñas moléculas orgánicas orgánicas COENZIMAS o metalo- Cofactores: Modo de acción • Inorgánicos: No participando en la transformación del sustrato a) Puede servir de puente entre el Sitio Activo y el Sustrato (interacción iónica) b) Activación de la enzima por unión del cofactor Participando en la transformación del sustrato Principalmente en reacciones REDOX COFACTORES INORGÁNICOS Elemento Ejemplo de Enzimas Cu2+ Citocromo oxidasa Fe2+ ó Fe3+ Citocromo oxidasa, catalasa, peroxidasa K+ Piruvato kinasa Mg2+ Hexoquinasa, glucosa-6-fosfatasa Mn2+ Arginasa Mo Dinitrogenasa Ni2+ Ureasa Se Glutation peroxidasa Zn2+ Anhidrasa carbonica, alcohol deshidrogenasa Cofactores: Modo de acción • Orgánicos (coenzimas): Participan directamente en la reacción enzimática: Actúan como transportadores de grupos funcionales específicos Mecanismos catalíticos • Catálisis ácido-base general: Transferencia de protones no mediada por agua • Catálisis covalente: Formación de enlaces covalentes transitorios • Catálisis por ión metálico: REDOX CINÉTICA ENZIMÁTICA E: Enzima S: Sustrato ES: Complejo enzima-sustrato P: Producto Ground State: Estado Basal o Base Transition State: Estado de transición Energía Estado de transición reactantes Energía de activación productos Energía libre, G Estado de transición nocat Coordenada de reacción Energía Energía de activación enzimática Sustrato (barra de metal) Estado transición Producto (barra doblada) (barra rota) Energía libre, G Sin enzima Magneto Energía libre, G Enzima complementaria al sustrato Energía libre, G Enzima complementaria al estado de transición Coordenada de reacción Modelo de Michaelis-Menten (1913) k1 k3 k2 E: Enzima S: Sustrato ES: Complejo enzima-sustrato P: Producto En los primeros momentos de la reacción (tiempo~=0) Formación ES: k1[E][S] Disociación ES: k2[ES] + k3[ES] Modelo de Michaelis-Menten (1913) Este modelo cinético adopta la hipótesis del estado metaestacionario (steady-state) Modelo de Michaelis-Menten (1913) k1 k3 k2 Si [ES] = cte. (estado meta-estacionario) => Formación ES = Disociación ES k1[E][S] = k2[ES] + k3[ES] [E][S] = k2 + k3 [ES] k1 Km = k2 + k3 k1 Km: cte. de Michaelis Velocidad inicial de reacción tiempo Velocidad de reacción (v) Concentración de sustrato Sustrato Enzima Productos Complejo Enzima-Sustrato v = k3 ES Km = k2 + k3 k1 V= Ecuación de Michaelis-Menten V0: Velocidad de formación de producto cuando [S] >>[E] y [P] es muy bajo Vmax: La velocidad que se alcanza cuando los sitios catalíticos de la enzima están saturados con sustrato. DEFINICION DE Km •Se define como la concentración de sustrato a la cual Vo = 1/2Vmax •Cuando k2 >> k3, Km es una medida de la afinidad del complejo ES. A mayor Km, menor afinidad. Transformación de Lineweaver-Burk Pendiente intercepto Intercepto INHIBIDORES INHIBIDORES •Moléculas que interaccionan con la enzima inhibiendo su actividad -> Sistemas de regulación -> Muchas drogas y agentes tóxicos INHIBIDORES •Irreversibles: Se disocia muy lentamente de la enzima blanco Unido fuertemente por enlaces covalentes o no covalentes Ej: Penicilina modifica covalentemente a la transpeptidasa INHIBIDORES •Reversibles: Se disocia rápidamente el complejo enzima -inhibidor Hay de 2 tipos principalmente: • Competitivo • No competitivo Sustrato Inhibidor competitivo Sustrato Inhibidor no competitivo Inhibición competitiva [ES] y [EI] Inhibidor competitivo Sin inhibidor presente •Vmax no se altera •Aumento de Km (aparente) •Aumento de [S] desplaza a I Inhibición no competitiva [ES] , [EI] y [ESI] Inhibidor no competitivo Sin presencia de inhibidor •Disminución de Vmax •Km no se modifica Efecto del pH y la temperatura Clasificación Internacional de las Enzimas Ejemplo de Oxidoreductasas TRANSFERASA ISOMERASA Hidrolasas (proteasas) Hidrolasas (proteasas) Cimógenos Inhibición por retroalimentación o “feedback”
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