IES Muriedas

Pachi

TEMA 5. BIOCATALIZADORES: ENZIMAS

BIOCATALIZADORES: ENZIMAS Introducción

Concepto de VIDA:Sistemas de baja entropía:

Necesidad de las enzimas (metabolismo)Mecanismos autorreplicativos (ADN, ARN)

Importancia BIOLÓGICA NECESIDAD DE LA CATÁLISIS CONCEPTO DE ENZIMA

ENZIMAS

Apoenzima: Composición (proteica) Estructura: (globular 3ª o 4ª)

AA estructurales (d) AA del c. activo:De fijación (a y c)Catalizadores (b)

Holoenzima = Apoenzima + Cofactor

ENZIMAS

Holoenzima = Apoenzima + Cofactor

CofactorInorgánicos: oligoelementos iónicos

ej. ( Fe2+ ↔ Fe3+ )Orgánicos

Crupo prostético: Enlace covalente ej. Grupo Hemo Coenzimas: Enlaces reversibles. ej. vitaminas (Vit B6) o sus derivados (NAD+,

FAD)

ENZIMAS

Holoenzima = Apoenzima + Cofactor

Cofactores

Grupo prostético“Hemo”

ENZIMAS

Papel de: Apoenzima

Soporte, Debilita enlaces

CofactorLleva a cabo la catálisis.Puente de unión ESConformación:

moldeando definitivamente al enzima

ENZIMAS : PROPIEDADES

Proteicas: solubilidad, desnaturalización, Pi, etc.

Especificidad De Acción: Un tipo de reacción De Sustrato: Sobre un tipo de sustrato

Absoluta Relativa EA EB EC

Reversibilidad: A B C P Eficacia: Localización Recuperación

ENZIMAS : PROPIEDADES

Especificidad De Acción: Un tipo de reacción De Sustrato: Sobre un tipo de sustrato

Absoluta: ej. Lipasa Relativa: ej. Gliceraldehído 3P deshidrogenasa

En nuestro cuerpo, los monosacáridos tienen forma D y los aminoácidos proteicos forma L ¿Por qué?

Porque las enzimas de nuestro cuerpo sólo catalizan reacciones sobre

monosacáridos D o aminoçacidos L

ENZIMAS : PROPIEDADES

Recuperación:

Enzima: E + S ES E + P

El “E” se recupera integramente

Coenzima: Deshidrogenasa

Ej: AH2 + FAD A + FADH2

(El FAD necesita reciclarse)

ENZIMAS: LA CATÁLISIS ENZIMÁTICA

Reacción enzimática

http://www.google.es/imgres?imgurl=http://docentes.educacion.navarra.es/~metayosa/bach2/2biometabo2_clip_image001.gif&imgrefurl=http://docentes.educacion.navarra.es/~metayosa/bach2/2biometabo2.html&usg=__RAXG8xoCehE8jgwXifhd2k8gZe0=&h=232&w=373&sz=13&hl=es&start=2&zoom=1&um=1&itbs=1&tbnid=N8lhV_3l7aBH2M:&tbnh=76&tbnw=122&prev=/images%3Fq%3Dapoenzima%2Bcofactor%26um%3D1%26hl%3Des%26safe%3Dactive%26sa%3DN%26tbs%3Disch:1

ENZIMAS: LA CATÁLISIS ENZIMÁTICA

Velocidad de reacción: V = P / t Factores:

Tª (no en seres vivos s. Isotérmicos) Presencia de catalizadores: la E. de

activación

ENZIMAS: LA CATÁLISIS ENZIMÁTICA

Proceso:

Sin Catalizador

Con Catalizador

ENZIMAS: LA CATÁLISIS ENZIMÁTICA

Proceso: A: Fijación especifica: complejo ES B: Liberación del producto: Enzima + Producto

ENZIMAS: LA CATÁLISIS ENZIMÁTICA

Todas las reacciones metabólicas necesitan de la participación de enzimas.

ENZIMAS: LA CATÁLISIS ENZIMÁTICA

Todas las reacciones metabólicas necesitan de la participación de enzimas.

Síntesis

Degradación

Modelos Llave cerradura (A) Ajuste inducido (B)

Modelo de la llave-cerradura

Modelo de la llave-cerradura Modelo de ajuste inducidoModelo de ajuste inducido

ENZIMAS: LA CATÁLISIS ENZIMÁTICA

Modelo de la llave-cerradura

Modelo de la llave-cerradura Modelo de ajuste inducidoModelo de ajuste inducido

ENZIMAS: LA CATÁLISIS ENZIMÁTICA

ENZIMAS: CINÉTICA ENZIMÁTICA

Velocidad: V = P / t 1 U µmol S/min µmol P/min

V máxima: Ke Et

ENZIMAS: CINÉTICA ENZIMÁTICA

KM (Cte de Michaelis-Menten) Afinidad por el S (especificidad): KM Afinidad

ENZIMAS: CINÉTICA ENZIMÁTICA

KM (Cte de Michaelis-Menten) Afinidad por el S (especificidad): KM Afinidad

SK

SVV

mo

max Km = K2 + K3

K1

ENZIMAS: CINÉTICA ENZIMÁTICA

KM (Cte de Michaelis-Menten) Importancia

Km = [ S ] fisiológica V enzimática a [ ] fisiológica

Afinidad por el S (especificidad): KM Afinidad

Km a partir de la ecuación de Vo de M-M Km a partir de la K1 (limitante):

E + S ES K1

ENZIMAS: CINÉTICA ENZIMÁTICA

KM (Cte de Michaelis-Menten)

Enzimas con diferente

Velocidad máxima y la misma Km.

ENZIMAS: CINÉTICA ENZIMÁTICA

KM (Cte de Michaelis-Menten)

Enzimas con la misma Vmax y diferente KM(Si catalizan la misma reacción y sobre el mismo S serán isozimas

ENZIMAS: CINÉTICA ENZIMÁTICA

KM (Cte de Michaelis-Menten)

Enzimas con diferente Vmax y diferente KM

ENZIMAS: Factores que influyen en la velocidad

Factores: Concentración de sustrato Concentración de enzima pH Temperatura

ENZIMAS: Factores que influyen en la velocidad

Influencia de la concentración del SUSTRATO Exponencial (Hipérbole)

ENZIMAS: Factores que influyen en la velocidad

Influencia de la concentración de ENZIMA. Proporcional (lineal)

ENZIMAS: Factores que influyen en la velocidad

Influencia del pH.

Intestino (jugo pancreático) Estómago (jugo gástrico)

¿ A qué se deben estas diferencias en el pH óptimo de las siguientes enzimas?

ENZIMAS: Factores que influyen en la velocidad

Influencia de la temperatura.

ENZIMAS: Regulación de la Actividad enzimática

Necesidad de regulación y modos

Regulación por Km Activación:

cationes (Ca2+, Mg2+ ), el sustrato, etc.

Inhibición: Reversible

I. Competitiva: Km Irreversible

I. No competitiva: Vmax I. Acompetitiva: Km Vmax

Alosterismo

ENZIMAS: Regulación de la Actividad enzimática

Regulación por Km

ENZIMAS: Regulación de la Actividad enzimática

Activación: cationes (Ca2+, Mg2+ ) el sustrato etc.

Nota: No confundir con un cofactor, el activador no se une al centro activo

ENZIMAS: Regulación de la Actividad enzimática

Inhibición: Reversible:

I. Competitiva: Km Vmax Constante

ENZIMAS: Regulación de la Actividad enzimática

Inhibición: Reversible

I. Competitiva: Km Vmax Constante

ENZIMAS: Regulación de la Actividad enzimática

Inhibición competitiva:

La Vmax permanece constante

La Km aumenta

ENZIMAS: Regulación de la Actividad enzimática

Inhibición competitiva:

¿Por qué es reversible?Revierte si

aumentamos la

concentración de sustrato

Se puede neutralizar si se

añade una concentración de

sustrato suficiente para

desplazar al inhibidor.

ENZIMAS: Regulación de la Actividad enzimática

Inhibición: Irreversible

ENZIMAS: Regulación de la Actividad enzimática

Inhibición: Irreversible

I. No competitiva: Vmax

complejoESI

La unión al INC puede permitir o no la unión del S, pero el complejo resultante, siempre es inactivo

ENZIMAS: Regulación de la Actividad enzimática

Inhibición: Irreversible

I. No competitiva: Vmax

ENZIMAS: Regulación de la Actividad enzimática

Inhibición no competitiva:

La Vmax disminuye

La Km constante

ENZIMAS: Regulación de la Actividad enzimática

Inhibición no competitiva:

¿Por qué es irreversible?

No revierte aunque

aumentemos la

concentración de sustrato

ENZIMAS: Regulación de la Actividad enzimática

Inhibición: Irreversible

I. Acompetitiva: Km Vmax

Siempre se formael complejo

ESI,pero inactivo

ENZIMAS: Regulación de la Actividad enzimática

Inhibición: Irreversible

I. Acompetitiva: Km Vmax

ENZIMAS: Regulación de la Actividad enzimática

Inhibición Acompetitiva:

La Vmax disminuye

La Km aumenta

¿Por qué es irreversible?

ENZIMAS: Regulación de la Actividad enzimática

Inhibición Acompetitiva:¿Por qué es irreversible?

No revierte aunque

aumentemos la

concentración de sustrato

ENZIMAS: Regulación de la Actividad enzimática

Inhibición

ENZIMAS: Regulación de la Actividad enzimática

Inhibición

IC: Vmax cte

Km

INC: Vmax Km cte

IA:Vmax Km

ENZIMAS: Regulación de la Actividad enzimática

Nota: “Inhibición Irreversible” La mayoría de los libros de texto consideran la I.

Irreversible como aquella que se produce cuando un veneno metabólico se une irreversiblemente (covalentemente) a un enzima, incapacitándole permanentemente. Con este enfoque la IC, INC y IA se considerarían reversibles ya que se unen al enzima con enlaces débiles y en determinadas circunstancias se liberan con facilidad. Sin embargo la aparición “patológica” de un veneno metabólico, no puede considerarse un mecanismo regulatorio.

ENZIMAS: Regulación de la Actividad enzimática

Alosterismo 1. Enzimas cuaternarias (oligómeros)2. Centro activo + centros reguladores3. Conformaciones T (“inactiva”) y R (activa)4. Cooperación entre protómeros5. Cinética sigmoidea6. En rutas tipo Freek-back

ENZIMAS: Regulación de la Actividad enzimática

Alosterismo 1. Enzimas cuaternarias

(oligómeros)

2. Centro activo + centros reguladores

3. Conformaciones T (“inactiva”) y R (activa)

4. Cooperación entre protómeros

ENZIMAS: Regulación de la Actividad enzimática

Alosterismo: 5. Cinética sigmoidea

Análisis de cinética sigmoidea

ENZIMAS: Regulación de la Actividad enzimática

Alosterismo:6. En rutas tipo Freek-back

ENZIMAS: Nomenclatura

Se conocen 2.000 enzimas Para nombrarlas:

Término que alude al sustrato y al tipo de reacción catalizada

Sufijo –ASA En ocasiones no se usa esta

denominación, sino la antigua, sobre todo en las enzimas digestivas (ej. Pepsina, tripsina)

ENZIMAS: Clasificación

Según el tipo de reacción que catalizan: Oxidorreductasa

s Transferasas Hidrolasas Liasas Isomerasas Ligasas o

sintasas

ENZIMAS: Mecanismos para aumentar la eficacia

enzimática1. Compartimentación

ENZIMAS: Mecanismos para aumentar la eficacia

enzimática2. Complejos multienzimáticos

Ej. piruvato deshidrogensa-descarboxilasa :

1. Descarboxilarsa2. Deshidrogenarsa3. Activación (sintasa)

ENZIMAS: Mecanismos para aumentar la eficacia

enzimática3. Isozimas

LAS VITAMINAS http://www.um.es/molecula/vita.htm

Concepto: Nutrientes orgánicos simples Esenciales Necesarios en muy bajas cantidades

Propiedades: lábiles

Luz, calor, oxidación Muy activas

LAS VITAMINAS

Funcion: Reguladora: ej. complejo B: (reac. redox.)

Coenzimas (ej. B1 de dexcarboxilasas, C síntesis

colágeno ) Precursoras de coenzimas (ej. B2 de NAD+, B3 de FAD)

Antioxidantes:(A, E, C)

LAS VITAMINAS

Clasificación: Liposolubles (“lipídicas”):

Vit.( A, E, K, D)

Hidrosolubles (“peptídicas”): Complejo BVit.B1,B2,B3,B4,B6,B8,B9,B12 Vit C.

LAS VITAMINAS: Fuentes

TEST DE REPASO

TEMA 6

Esta gráfica representa la variación de la velocidad de reacción frente a la concentración del sustrato; ¿Aqué se debe que la curva alcance una meseta y la velocidad no sigua aumentando para mayoresconcentraciones de sustrato

Se alcanza la concentración saturante de sustrato donde todas las enzimas están formando complejos ES

A) Explica como calcularías el valor de Km para una enzima frente a un sustrato, si conoces la velocidad de reacción para distintas concentraciones de sustrato. B) ¿Qué efecto tendría sobre la Km la presencia de un inhibidor enzimático reversible? Razona la respuesta

A) Graficamente B) I. competitiva

Km Km´

Dibuja la estructura terciaria de una enzima unida a su sustrato, sobre este dibujo indica lo siguiente:A.¿Dónde actuaría un inhibidor competitivo?

En el centro activo, es un análogo metabólico

A.¿Dónde actuaría un inhibidor no competitivo? En región diferente al c. activo

A.¿Cuál de los dos tiene un efecto reversible? El I. competitivo

A.¿cómo conseguirías revertir el proceso inhibitorio? Razona las respuestas.

Añadiendo más sustrato, hasta la V max. (saturación).

ES

Ic

IncCentro activo

Define el concepto de cofactor enzimáticoGrupo molecular no proteico que complementa al enzima ( a nivel del c. activo) ¿Qué papel juega el cofactor en el proceso catalítico?

Aporta g. funcionales al c. activo: Interviene directamente en la catálisis , Une ES, Moldea definitivamente el E.U

Cita algún ejemplo de cofactor enzimático: FAD, NAD+, cationes, grupo prostético, etc.

Define los siguientes conceptos referidos a enzimas: Km: Concentración de sustrato necesaria para alcanzar la mitad de la velocidad mázima de un proceso enzimático.Catálisis: Disminución de la energía de activación por la acción de un catalizador (3 etapas) con el fin de aumentar la velocidad.Velocidad del proceso enzimático: V = [ P ] / tiempo, en moles / L / minuto.

Un enzima ha perdido eficiencia catalítica en la transformación de un sustrato “S” en un producto “P” al estar sometida aquella a la acción de un inhibidor competitivo, bajo estas circunstancias ¿de qué forma se verían afectadas la Vmax y la Km de la enzima? ¿cómo solucionarías el problema?. Razona tu respuesta.

Km la afinidad por el S. La Vmax. No varía Podemos revertir el proceso añadiendo sustrato

Una determinada concentración de enzima cataliza la conversión de un sustrato S en un producto P a una velocidad máxima de 3 µ M/min, en estas condiciones de ensayo ¿qué incremento de valor tendrá la Vmax del proceso si duplicamos la concentración del sustrato? Razona la respuesta.

Ninguno ya que todo el enzima estará formando complejos ES (saturación) y se habrá alcanzado la V max.

A un pH 7.5 una determinada enzima transforma, con rendimiento óptimo, una determinada concentración de sustrato “S” en un producto “P”. Si modificamos el pH hasta un valor de 6.4 ¿qué le ocurriría a la velocidad del proceso? ¿qué le ocurriría al centro activo en estas condiciones de reacción? Razona la respuesta:

a)la V disminuye. b)la geometría del c. activo varía se dificulta la interacción específica con el S. Si el cambio de pH fuera MAYOR desnaturalización del enzima V = 0 ( enz. No funcional)

Cuando se representa la cinética de catálisis enzimática de una enzima frente a un sustrato, en diferentes condiciones de pH y la misma Tª de reacción, se obtiene el resultado de la figura . Comenta el resultado obtenido y razona el comportamiento de la enzima en el ensayo teniendo en cuenta los criterios estructurales.

pH 7,3 máxima V (probablemente pH óptimo), pH 6 menor V, pH 5: V mínima, comienza la desnaturalización. A medida que aumenta el pH el enzima sufre cambios conformacionales que afectan al c. activo disminuyendo la . Si el cambio es extremo desnaturalización y V= 0

En la figura se representa la cinética de determinado proceso enzimático. Si en un ensayo aparte se reproduce el mismo ensayo pero introduciendo a) un IC b) un INC c) Un I A. ¿Cómo sería e cada caso la gráfica. Representa la gráfica indicando en cada caso la Vmax del ensayo

a) ICompetitiva b) I no Competitiva c) I Acompetitiva

IC: Vmax cte

Km

INC: Vmax Km cte

IA:Vmax Km

El sustrato S es transformado por tres enzimas diferentes en un mismo producto P. Indica en cada caso: el tipo de enzima, la Km y la Vmax. Indica además que enzima tiene mayor afinidad por el sustrato.

E1: normalE2: AlostéricaE3: Alostérica

E1: Vmax 10E2: Vmax 10E3: Vmaz 2

E1: Km 1,4E2: Km 3E3: Km 1,4

E1 = E3 > E2Afinidad

En un cultivo de bacterias, la velocidad de reacción de un enzima E fue de 20 µg/min para una concentración de sustrato de 3 mM. Si la concentración de sustrato es igual o superior a 7 mM, la velocidad no supera los 40 µg/min. Al añadir una cierta cantidad de inhibidor competitivo, la velocidad de la reacción fue de 20 µg/min para una concentración de sustrato de 8 mM. Calcúlese la Km, la Vmax y la Km´.

a)Vmax: Si para una [S] ≥ 7 mM la velocidad es 40 µg/min, la Vmax=40 µg/min

b) Km: ½ Vmax será 20 µg/min, como esta velocidad se consigue con una [S] = 3 mM, la Km = 3 mM

Otra forma es utilizando la ecuación de Michaelis:

Km +3 = 120 / 20 Km = 6 – 3 = 3 mM/L

c) Como es un inhibidor competitivo Vmax = Vmax´= 40 µg/min y ½ Vmax´= 20 µg/min. Esta velocidad se alcanza con una [S] de 8 mM en presencia de inhibidor, por lo tanto Km´= 8 mM.

Vo = Vmax [S] / Km + [S] 20 = 40 x 3 / Km + 3

http://www.educa.madrid.org/web/cc.nsdelasabiduria.madrid/Ejercicios/2b/Biologia/Enzimas/enzimas.htm