Enzimas: generalidades

Enzimas: generalidades REACCIONES QUIMICAS BALANCEADASSustratos y productosSon reversiblesTiene orientacion termodinamica, continuidad fisiologica.

El cambio de energia libre marca la orientacion y el punto de equilibrio

A + B C + DPara que una reaccin qumica se produzca deben haber enlaces qumicos que se rompen y otros que se forman.

Fe + CuSO4 Cu + FeSO4

Las reacciones involucran cambios de energa:Crear o romper enlaces cambios de energa (tanto exotrmicos como endotrmicos) H positivo y negativo

Rompiendo un enlace.Romper un enlace requiere energa es una reaccin endotrmicaHacer un enlace libera energa es una reaccin exotrmica

Que es una enzima?Es un tipo de protena que acta como catalizador de reacciones qumicas.Incrementa la velocidad de reaccin sin cambiar el punto de equilibrio.Como catalizador:Es especfico para cada reaccin. No necesariamente para un solo sustrato, aunque muchas enzimas lo son.Tiene gran poder cataltico, transformando hasta 103 a 104 molculas por segundo.Est sujeto a diversos mecanismos de regulacin de modo tal que no genere ms producto que el necesario.Fermentacin ------- Pasteur------------ Kuhne--- BuchnerCatlisis Un catalizador es una sustancia que acelera una reaccin sin consumirse.Lo hace reduciendo la energa de activacin. Se denomina energa de activacin a aquella necesaria para alcanzar el estado de transicin.

Las enzimas aceleran las reacciones.. Cuanto?

Que es una enzima?El nombre proviene del griego y significa en la levaduraProtena de catlisis de alta especificidad

ATPADPGlucoquinasaATPADPGlucoquinasaNo hay reaccinGlucosa 6-P

Naturaleza de las enzimas Tamao Numero de polipptidos Composicin: Simple o Complejos enzimticos Apoenzima versus Holoenzima

Modelos de especificidad enzimticaModelo rgido : llave y cerraduraModelo inducido: dedo y guante

Modelos de actividad enzimtica....Enzima y sustrato se unen a travs de un sitio activo. Este es una hendidura en la protena, rodeada de cadenas laterales de aminocidos que se unen al sustrato y de otras cadenas laterales que intervienen en la catlisis. El ajuste es muy estrecho por lo que explica la especificidad. Modelo cerradura-llave: explica la especificidad, pero no la catlisis. Emil Fisher 1911Modelo de ajuste inducido.la enzima no acepta simplemente el sustrato, sino que exige que este se distorsione a algo cercano al estado de transicin. Daniel Koshland 1958

Como acta una enzima?Como cambia la energa de activacin?Reduce la entalpa del estado de transicin (perdida por calor)Reduce la entropa de la transicin (mayor orden mas eficiencia)

A que se debe esto?Las enzimas aceleran la velocidad de reaccin por las siguientes razones:La unin de sustrato y enzima incrementa la concentracin efectiva de sustrato en las inmediaciones del sitio activo. Hay tambin un cambio conformacional que orienta al sustrato.La unin enzima sustrato tiene un nivel ms alto de energa y las modificaciones de longitud y ngulo del sustrato asemejan a la forma del estado transitorio.Algunos de los residuos del sitio activo, participan de la reaccin donando y aceptando protones. Algunos residuos catalticos tienen grupos que ayudan a romper enlaces covalentes.

El sitio activo de la enzimaEl sitio activo es una ranura 3Dcompuesta por residuos deAmino cidos distantes que producenun microambiente especfico.Es relativamente pequeo encomparacin con el volumen total dela enzima.Los sustratos se unen mediantemltiples interacciones dbiles.Las interacciones proveen de laenerga necesaria para reducir laenerga libre de activacin.La especificidad de la unin dependede la localizacin de los tomos en elcentro activo.El sitio activo promueve la formacindel estado de transicin.Reaccin coordinadaExisten residuos de captura y de catlisis

Reacciones acopladas

Clases de enzimas

Los nmeros de la clasificacinLos nmeros de la clasificacin corresponden a:Clase, sub. clase, sub. subclase y sustrato1. Oxidoreductasa1.1 Acta sobre grupos CH-OH1.1.1 Con NAD o NADP1.1.1.37 deshidrogenasa mlicaEjemplos de enzimas:Oxidoreductasas- lactato deshidrogenasaTransferases- glucoquinasaHidrolasas- quimotripsinaLiasas- fumarasaIsomerasas- fosfohexosaisomerasaLigasas- acil coA sintetasa

Cofactores y coenzimasCofactorDe naturaleza orgnica o inorgnica que favorece la actividad enzimticaCoenzima De naturaleza orgnica, requerida por una enzima para su actividad cataltica. Generalmente una vitamina o su derivadoLas oxido reductasas siempre necesitan:NAD+/NADH + H+NADP+/NADPH + H+FAD/FADH2

Cofactores inorgnicoscoenzimas

Enzimas.. Metabolismo..mejor aprovechamiento de nutrientes

A) Oxidacin paso a paso de los azucaresb) Combustin directa de un azcarEnzimas en la clulaLocalizacin enzimticaLas enzimas ejercen su funcin predominantemente en el interior celular. Mas an lo hacen en determinado organelo de la clula.Las enzimas que se encuentran en el plasma o lquidos diversos corresponden a aquellas que se estn eliminando y muy pocas como la LCAT (Lecitina colesterol acil transferasa), LLP (Lipasa lipoproteica), ejercen su funcin a nivel plasmtico.

Actividad enzimtica

Actividad enzimticaEs la forma de medida de una enzima.La ecuacin general de las reacciones enzimticas es:

Donde la enzima se une al sustrato para generar un producto. Algunas veces con el auxilio de un cofactor que se modifica durante la reaccin.La actividad enzimtica se mide por la reaccin cataltica bajo la forma de desaparicin del sustrato por unidad de tiempo. Tambin por formacin de producto o modificacin del cofactor. Unidades: katal = moles de sustrato/segundo. Unid. Internacionales: umol/minuto. 1 U= 16,7 nkat.Cintica enzimtica.....

Cintica qumica: cintica enzimticaLas reacciones qumicas son:De primer orden si son dependientes de la concentracin de sustratoDe orden cero si son independientes de la concentracin de sustratoLa cintica enzimtica estudia la velocidad de las reacciones catalizadas por enzimas, manteniendo condiciones ptimas en la mayora de factores: pH temp, tiempo, concentracin de enzima, concentracin de sustrato etc

[S] = Low High[S] = Fixed concentrationzero order1st orderE3E2E1Proportional toenzyme concentrationFactores que modifican la reaccin enzimticaLa velocidad de una reaccin mediada por enzimas est influenciada por:

Temperatura del medioEl pH del medioConcentracin de la enzimaConcentracin del sustratoTemperaturaNo existe actividad enzimtica a -273C o cero absoluto. A partir de esa temperatura los incrementos provocan mayor actividad enzimtica. La que se expresa como coeficiente de temperatura o Q10. Esto es, el incremento de actividad por cada 10C de aumento de temperatura.En trminos generales Q10 = 2, es decir que por cada 10C de temperatura la velocidad se dobla.Existe una temperatura ptima tras la cual los aumentos provocan desnaturalizacin de la protena enzimtica y prdida de la actividad.

Cangrejos del poloPepsina de cerdoBacterias de aguas termalesChurin o la Antrtida

pHCada enzima tiene un pH ptimo de trabajo, el cul es variable. Las enzimas intracelulares trabajan entre 5 y 9 , las enzimas digestivas pueden trabajar en pH diferentes.

Los extremos de pH afectan la ionizacin de los centros activos (-COO- (glutamico, aspartico) NH3+ (arginina, lisina,histidina) SH (Cisteina, metionina)). actividadpH014

Concentracin del sustratoSi se aumenta la concentracin del sustrato, manteniendo constante las dems variables, la velocidad inicial de reaccin (Vi) aumenta hasta un valor mximo (Vmax) el que se estabiliza. Se dice bajo estas condiciones que la enzima est saturada con el sustrato. Esto se produce de acuerdo a la afinidad enzima sustrato.

Leonor Michaelis y Maud Menten (1913)

La ecuacin de Michaelis - MentenEsta es la completa formula para una reaccin catalizada por una enzima, donde S es el sustrato y P el producto.Describe la relacin entre velocidad y concentracin del sustrato y explica el mecanismo de saturacin.La ecuacin de Michaelis - Menten deriva de las siguientes consideraciones:Etapa Velocidad

k1K-1k2K-2Etapa de velocidad inicialEn el inicio hay poco producto, luego el aporte de E + P a la formacin de ES es despreciable. La ecuacin de Michaelis se refiere a la cantidad de sustrato necesaria para alcanzar la velocidad medida durante este periodo de reaccin. Luego en este caso la reaccin puede modificarse a:

La constante de Michaelis relaciona las tres constantes activas:

k1K-1k2K-1

k1k2K-2

Etapa de velocidad constante o de mesetaSe define como la etapa durante la cual el complejo Enzima-sustrato [ES] permanece constante.

Estado pre inalterable es aquel durante el cual se genera ES y es muy rpido.

k1k2K-2K-1Que es KmKm es una constante derivada de

Km es, bajo las condiciones de Michaelis un estimado de la disociacin entre E y S

Pequea Km significa gran unin entre sustrato y enzima ; alta Km significa poca unin entre E y S.

Km iguala a la concentracin de sustrato a la que v=1/2vmax

k1K-1k2Km: expresin de afinidadSVmaxVmax/2Km.KmGlucoquinasa(hgado)Hexoquinasa(cerebro)Comprendiendo vmaxVmax se obtiene conforme se incrementa el sustrato. No se alcanza completamente porque requerira que todo el sustrato se una a la enzima (no habra constante de equilibrio)

Numero de recambio, se define como el numero de moleculas de sustrato transformadas por la enzima por unidad de tiempo., cuando la enzima esta saturada por el sustrato. O [S]>>[Et],

k1k2K-240

Reacciones de multisustratoCaptacin indistinta..Cada sustrato ser captado en su momento, generalmente uno es preferente:

Hexoquinasa, glucosa? Galactosa?

Reacciones de multisustratoCaptacin ordenada de sustratos para unir un sustrato debe unirse otro primeroReacciones de oxidorreduccin cocatalizadas por NAD

Reacciones de multisustratoMecanismo ping-pong cuando existe una secuencia cataltica. La enzima se modifica por persistencia de un fragmento del primer sustrato.

Enzimas proteolticas

Derivacin de la constanteReaccin de primer orden: sucede en dos etapas: E + S ES E + P luego Km= k2 + k3/k1 Bajo estas condiciones:V1 = k1 ( E) (S)V2 = k2 (ES)V3 = k3 (ES)La enzima esta repartida en: ET = E + ES entonces: E = ET ESEn este caso : v1= k1 (E )(S) luego: v1= k1(S)(ET) k1(S)(ES)Si aceptamos que ES es constante : V1 = V2 + V3

Luego: k1(S)(ET) k1(S)(ES) = k2 (ES) + k3 (ES)

Como Km = k2 + k3/k1 Reemplazamos:

Como ET,K3 y Km son constantes. Vmax = k3(ET) a alta concentracion de sustrato: ES = Vmax . (S) Km + (S)

k1k2k3ES = (ET)(S) Km + (S) Grfica de Lineweaver BurkLa grfica de Lineweaver Burk es usada para obtener Vmax y Km.Se usa la inversa de la ecuacin de Michaelis Menten.

Cuando 1/v se grafica frente a 1/s se obtiene una recta, donde la pendiente es Km/Vmax. La interseccin en el eje de y es igual a 1/Vmax y la del eje de x es igual a 1/Km.

1/v1/[S]1/Vmax-1/KmInhibidores competitivosEstructuras semejantes al sustrato que compiten con l por el mismo centro activo.Sus efectos pueden revertirse si se incrementa la concentracin del sustrato hasta ocupar todos los centros activos.La Vmax no cambia, pero si el Km porque se necesita ms sustrato.v[S]inhibidor1/[S]1/V1/Vmax-1/KmInhibidores no competitivosEstructuras diferentes al sustrato por lo que se unen a un sitio independiente de la enzima.Ambos, sustrato e inhibidor pueden unirse a la enzima al mismo tiempo. Su efecto no puede revertirse aumentando la concentracin del sustrato.No tiene efecto sobre la Km pero s sobre la Vmax.V[S]inhibidor1/V1/[S]1/Vmax-1/KmInhibicin no competitiva

Inhibidores irreversiblesReaccionan covalentemente con la cadena lateral de un aminocido de la enzima, para formar un complejo estable permanentemente inactivado.Se les llama tambin substratos suicidas.Su efecto es igual al de un inhibidor no competitivo.

Efecto clnico de los InhibidoresHoja1Clase de enzimaTipo de reaccin catalizadaOxidoreductasasReacciones que transfieren electrones de un sustrato a otro.xido reduccinTransferasasTransfieren un grupo funcional de una molcula a otra. Grupos como metilos, acilos, fosfatos etcHidrolasasRompen enlaces entre carbonos u otras molculas con la adicin de una molcula de agua.LiasasRompen enlaces C-C, C-S, C-N sin el ingreso de una molcula de agua.IsomerasasTransforman un ismero en otro transfiriendo un grupo funcional de una posicin a otra.LigasasForman enlaces C-C, C-N, C-O y C-S uniendo dos molculas con gasto de energa.

Hoja1DrogaUso teraputicoEnzima afectadaTipo de inhibidorLovastatinaHipercolesterolemiaHMGCoA reductasaCompetitiva5-fluouracilCncerTimidilato sintetasaIrreversibleMetrotexateCncerDihidrofolato reductasaCompetitivaAlopurinolGotaXantino oxidasaIrreversibleCumadinAnticoagulanteGlutamil carboxilasaCompetitivaAspirinaAntiinflamatorioCiclooxigenasaIrreversibleCaptoprilHipertensin art.Enz.convert.angiotensinaCompetitiva