Enzimas
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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”