CAP 4. Enzimas.okok

7/26/2019 CAP 4. Enzimas.okok

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Enzimas


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ENZIMASSon Protenas altamente especializadas que tienen como

funcin la catlisis o regulacin de la velocidad de lasreacciones qumicas que suceden en la clula.

Hace posible que en condiciones fisiolgicas tengan lugarreacciones que sin catalizador requeriran condicionesextremas de presin y temperatura o tiempos muy largos.Las enzimas son generalmente protenas globulares quepueden presentar tamaos muy variables, desde62 aminocidos como en el caso del monmero de la 4-

oxalocrotonato tautomerasa, hasta los 2 500 a.a. presentes enla sintasa de cidos grasos. (Grisham Et.al, 1999)

Las sustancias cuya transformacin qumica es acelerada por

accin de una enzima se llaman substratos.


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PROPIEDADES GENERALESESTRUCTURA GLOBULAR.ALTO PODER CATALITICO.

Catalizadores inorgnicos. 102

-103

veces, y las enzimas. 106-1020

CONDICIONES DE REACCIN Temperatura ambiental. pH neutro: la mayora 6.57.5

Presin atmosfrica normalCAPACIDAD DE REGULACIN Por concentracin de sustrato, o

de la enzima Por inhibidores competitivos

Por regulacin alostricaALTA ESPECIFICIDAD DEREACCINNo hay productos colaterales


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ACCIN A CONDICIONES AMBIENTALES

Produccin de NH3 por sntesis qumica.

Fijacion biolgica de nitrgeno.

Proceso enzimtico

Temperatura 25-40 oC (algunas hasta 75 oC) pH neutro (5-9), la mayora 6.57.5 Presin atmosfrica normal


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ESPECIFICIDAD.Solo catalizan reacciones especficas. Ejplo. Accin deenzimas amilasa.Se debe a que la reaccin enzima-sustrato sucede en lugarespecfico denominadocentro activo.En l se encuentran los residuos catalticos que participanen la reaccin enzimtica.


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CARACTERSTICAS DEL CENTRO ACTIVO

Es una parte muy pequea del volumen total de laenzima.Tienen una estructura tridimensional en forma de huecoque facilita encajar al sustrato.

Estn formados por aminocidos lejanos en la secuenciapolipeptdica, que debido a los repliegues de sta, quedanprximos.Los radicales de estos aminocidos presentan afinidadpor el sustrato, lo atraen y establecen enlaces dbiles conl.Esto limita la reaccin a sustratos especficos..


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Accin del sitio activo


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AMINOCIDOS COMUNES, EN SITIOS ACTIVOS DE ENZIMAS


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Para que una reaccin qumica tenga lugar, las molculas de losreactantes deben:

Chocar con una energa y una orientacin adecuadas.La actuacin de la enzimaaumenta la concentracin efectiva de los sustratos (aumenta laprobabilidad de choque)permite que los reactantes (sustratos) se unan a su centro activocon una orientacin ptima para que la reaccin se produzca.modifica las propiedades qumicas del sustrato unido a su centroactivo, debilitando los enlaces existentes y facilitando la formacinde otros nuevos

MODO DE ACCINDE LAS ENZIMAS


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Aminocidos estructurales.Son los ms abundantes y los

responsables de la forma de la enzima.En la lisozima de 129 aminocidos, 124son estructurales y slo 5 no lo son.

Aminocidos de fijacin.

Son los que establecen enlaces dbilescon el sustrato y lo fijan.Se encuentran en el centro activo de laenzimaAminocidos catalizadores.Son los que al establecer enlaces, con elsustrato, provocan la reaccin.Son los responsables de sutransformacin.Tambin estn en el centro activo

Centro activo

EN UNA ENZIMA SE PUEDEN DISTINGUIR TRES TIPOS DE AMINOCIDOS


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MODELOS DE INTERACCIN (ESPECIFICIDAD)

Hay dos modelos sobre la forma en que el sustrato se une

al centro activo del enzima: el modelo llave-cerradura, y elmodelo del ajuste inducidoa.- Modelo de llave y cerradura.La estructura del sustrato y la del centro activo son

complementariasEste modelo es vlido en muchos casos, pero no essiempre correcto


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b.- Modelo del ajuste inducido

El centro activo adopta la conformacin idnea slo enpresencia del sustrato.La unin del sustrato al centro activo del enzimadesencadena un cambio conformacional que da lugar a laformacin del producto.


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COFACTORES Y COENZIMASSegn su composicin, las enzimas se clasifican en dosgrupos:Enzimas holoprotenas: Constituidos solamente porsecuencias de aminocidos. Son poco frecuentes, ejemplo: laribonucleasa y la lisozima.

Enzimas heteroprotenas: Estn formados por doscomponentes, uno de naturaleza proteica llamado apoenzimay otro no proteico grupo prosttico, que puede serinorgnico (cofactor),o bien orgnico, en cuyo caso se

denomina coenzima.

El conjunto de los dos componentes, apoenzima y coenzima,forma la enzima completa que se llama holoenzima.


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Enzimas

Slo protenas

Holoenzimas

Cofactor

Cationes metlicos (Ca2+ Fe2+..)

Molculasorgnicas

Coenzimas

NAD, FAD

Apoenzima (parte proteica)

Cofactores enzimticos


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COENZIMAS Y VITAMINAS

Muchos coenzimas son sustancias conocidas como

vitaminas.Las vitaminas son una serie de sustancias de naturalezaqumica variada que, en cantidades mnimas, son necesariaspara el normal desarrollo y funcionamiento de muchosorganismos.Su importancia biolgica se manifest debido a que algunosorganismos no las pueden sintetizar y deben adquirirlas delexterior.En la actualidad est perfectamente establecida la funcincoenzimtica de la mayora de las vitaminashidrosolubles: a excepcin de la vitamina C todas formanparte de alguno de los coenzimas conocidos. Por ejemplo lacoenzima NAD, es una molcula derivada de la vitamina B5(acido nicotnico).


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MUCHAS VITAMINAS SON COENZIMAS O PRECURSORES


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COENZIMA: NAD+

La coenzima se encuentra en dos formas: NAD+y NADH.El NAD+, que es un agente oxidante, acepta electrones de otrasmolculas y se reduce a NADH, que puede ser utilizado entoncescomo agente reductor para donar electrones. Estas reacciones de

transferencia de electrones son la principal funcin del NAD+.

Deriva de la Vitamina B5

(cido nicotnico)


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Del par de electrones que libera el sustrato, un electrn estransferido al nitrgeno cargado positivamente del anillonicotinamida del NAD+, y el segundo tomo de hidrgeno es

transferido al tomo de carbono C4opuesto a este nitrgeno. La reaccin es fcilmente reversible, cuando el NADH reduce otramolcula y es re-oxidado a NAD+. Esto significa que la coenzimapuede ciclar de forma continua entre las formas NAD+y NADH sinque se consuman.


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EFECTO CATALITICO DE ENZIMASDe acuerdo con la teora cintica de las reacciones, para quese produzca una reaccin es necesario que las molculas

reactantes choquen entre s, y que tal choque suceda consuficiente energa como para vencer la barrera energtica entrelas molculas (choques efectivos). La accin de los catalizadores consiste en disminuir la

Energa de activacin

Por ejm. la descomposicin del agua oxigenada (H2O2)puede ocurrir

sin catalizador Ea= 18 Kcal/mol con un catalizador inorgnico (platino) Ea= 12 Kcal/mol con una enzima especfico (catalasa) Ea= 6 Kcal/mol

As: platino acelera la reaccin 20.000 veces, catalasa la acelera 370.000 veces.


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La velocidad de reaccin esta determinada por el nmero de

molculas con energa suficiente para alcanzar el estado detransicin.. Mientras menor sea la energa de activacin y ms molculaspuedan alcanzarla, la velocidad de la reaccin ser mayor


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La accin cataltica de las enzimas slo se cumple en el centroactivo donde confluyen grupos residuales con caractersticasespeciales para provocar la rotura de un enlace y la formacin deotros nuevos

MECANISMO DE CATLISIS ENZIMTICA

puede ser abordado como la suma de los efectos que usan lasenzimas en dos fases:

por la energa de fijacin del sustrato en el centro activo

por el efecto del poder reactivo de sus grupos funcionales.

.



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1.-En cuanto a la energa de fijacin: es la suma de dosfactores; proximidad y orientacin favorable de los reactantesEfecto de proximidad. La enzima puede fijarse a las molculasreaccionantes (sustratos) de manera que queden muy prximas entres sobre el centro activo y a su vez prximos a eventuales gruposcatalticos del propio enzima.Efecto de orientacin. La enzima se fija a las molculas de sustrato

de manera que quedan no slo prximas, sino adems orientadas enla relacin geomtrica ms favorable para que la reaccin tenga lugarcon los R aminoacdicos reactivos.

Las colisiones al azar de molculas reaccionantes en el medio de

reaccin son extremadamente improbables, y an en el caso deproducirse, la orientacin de los grupos funcionales reaccionantes noser la ms favorable en la mayor parte de los casos.Sin embargo, en el centro activo del enzima, al fijar a los sustratos demanera energticamente favorable mediante interacciones dbiles, y

al hacerlo con una orientacin precisa, facilitan la reaccin



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2.- Los mecanismos segn los cuales actan los grupos catalticos, engeneral se pueden encuadrar en alguna de las siguientesmodalidades: cido-base, formacin de complejos.

a. Catlisis cido-base.El mecanismo de la accin de donadores y aceptores de protones(cidos y bases), puede quedar explicitado observando la hidrlisis desacarosa en glucosa y fructosa por la accin de iones hidronio.

En esta hidrlisis, el enlace acetal que compromete al oxgenoexterior a los anillos se hidroliza tomado una molcula de agua delentorno.


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b. Catlisis en complejos. Un ejemplo es la hidrlisis del acetato dem-clorofenil catalizada por la ciclohexamilosaLa molcula de ciclohexamilosa es no polar y esta formada por seis

molculas de glucosa unidas en la forma de una rosca, en la que calzaun grupo fenilo.El grupo m-clorofenilo no polar, puede entrar en la cavidad de laciclohexamilosa y formar un complejo.En este complejo el grupo ster del sustrato queda prximo a uno delos muchos hidroxilo de la ciclohexamilosa y tienen lugar la accinnucleoflica mediante el grupo hidroxilo, libera el acetato.


NOMENCLATURA


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NOMENCLATURAHay varias formas de nombrar una enzima:Nombres particularesNombre sistemticoCdigo de la comisin de enzimas

NOMBRES PARTICULARES.

Antiguamente, los enzimas reciban nombres particulares,asignados por su descubridor.Ejemplos: amilasa, pepsina.NOMBRE SISTEMATICOConsta de 3 partes:

el sustrato preferente, el tipo de reaccin realizado y laterminacin "asa. ejemplo: la glucoquinasa

ATP : glucosa fosfo transferasa

Glc + ATP Glc-6P + ADP

COMISIN DE ENZIMAS


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No.

Clase Tipo de reaccin quecatalizan

Ejemplo

1 Oxidorreductasas De xido reduccin(transferencia de e-)

Deshidrogenasas

PeroxidasaOxidasasOxigenasasReductasas

2 Transferasas Transferencia de grupos KinasasTransaminasas

3 Hidrolasas Hidrlisis, con transferencia degrupos funcionales del agua

PirofosfatasaTripsinaAldolasa

4 Liasas Lisis de un substrato, generandoun doble enlace, oAdicin de un substrato a undoble enlace de un 2o. substrato

(Sintasa)

(Sintasas)Descarboxilasapirvica

5 Isomerasas Transferencia de grupos en elinterior de las molculas para darformas ismeras

MutasasEpimerasasRacemasas

6 Ligasas Formacin de enlaces C-C, C-S,C-O y C-N. Mediante reacciones decondensacin, acopladas a la

ruptura del ATP

Sintetasas

COMISIN DE ENZIMAS


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NOMENCLATURA: COMISIN DE ENZIMAS

El nombre es identificado por un cdigo numrico:Encabezado por las letras EC(Enzyme Commission)

Seguidas de cuatro nmeros separados por puntos.el primer nmero indica a cual de las seis clasespertenece la enzima,el segundo se refiere a distintas subclases.el tercero se refiere al grupo qumico especfico que

interviene en la reaccin.El cuarto al orden de descubrimiento.Ej.: ATP:glucosa fosfotransferasa(glucoquinasa)

Glc + ATP Glc-6P + ADPEC. 2..7..1..2.2: transferasa7: fosfotransferasa1: el aceptor es un grupo OH

2: es un OH de la D-glucosa


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Clase 1: OXIDORREDUCTASASCatalizan reacciones de oxidorreduccin, es decir, transferencia

de hidrgeno (H) o electrones (e-

) de un sustrato a otro, segnla reaccin general:

AH2+ B A + BH2

Ared

+ Box

Aox

+ Bred

Ejemplos: la succinato deshidrogenasa o la citocromo coxidasa.


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CLASE 2: TRANSFERASASCatalizan la transferencia de un grupo qumico (distinto delhidrgeno) de un sustrato a otro, segn la reaccin:

A-B + C A + C-B

Ejemplo: glucoquinasa (ATP:glucosa fosfo transferasa), quecataliza la reaccin:

glucosa + ATP ADP + glucosa-6-fosfato

Los grupos transferidos son:

aldehdos acilos

glucosilos

fosfatos (kinasas)


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Ejemplo. ATP:glucosa fosfo transferasa


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Clase 3: HIDROLASAS

Catalizan las reacciones de hidrlisis:A-B + H2O AH + B-OHUn ejemplo es la lactasa, que cataliza la reaccin:

lactosa + agua glucosa + galactosaTransforman polmeros en monmeros. Actan sobre: enlacester, enlace glucosdico, enlace peptdico, enlace C-N


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Clase 4. LIASAS(adicin o ruptura de dobles enlaces)

Son enzimas que catalizan la ruptura de enlaces C-C, C-O,

C-N y otros enlaces por medios distintos a la hidrlisis ola oxidacin.Una peculiaridad de las liasas es que requieren de laparticipacin de un solo sustrato para efectuar una reaccinen un sentido y de dos para realizar la reaccin contraria.


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Descarboxilasas, son liasas carbono-carbono que agregan oremueven carboxilos de diferentes compuestos orgnicos.Ejemplo: La piruvato carboxilasa, que cataliza la decarboxilacin delcido pirvico a acetaldehdo y dixido de carbono.

Descarboxilacin de Histidina

Clase 5: ISOMERASAS


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Clase 5: ISOMERASASCatalizan la interconversin de ismeros:

A BEjemplo: la fosfotriosa isomerasa que cataliza las reaccin:gliceraldehdo-3-fosfato dihidroxiacetona-fosfato

Enzima glucosa isomerasa

La fructosa tiene capacidad edulcorante 30% mayor que lasacarosa, 2.5 veces mayor que la glucosa y es 2 veces ms

soluble que la glucosa


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Clase 6: LIGASASCatalizan la unin de dos sustratos con hidrlisissimultnea de un nucletido trifosfato (ATP, GTP, etc.):

A + B + XTP A-B + XDP + Pi

Ejemplo ADN ligasa que une los nucletidos a la cadena del ADN


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Ejemplo: ADN-ligasa, que une los nucletidos a la cadena del ADN,con consumo de ATP. forma enlaces covalentes entre el extremo 5de una cadena polinucleotdica y el extremo 3 de otra cadena

polinucleotdica.

CLASES Y SUBCLASES E C PARA ENZIMAS


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CLASES Y SUBCLASES E. C. PARA ENZIMAS1. XIDORREDUCTASAS

(Reacciones de oxidacin-reduccin)1. Actan sobre CH-OH

2. Actan sobre C=O3. Actan sobre CH=CH4. Actan sobre CH-NH25. Actan sobre CH-NH6. Actan sobre NADH o NADPH7. Actan sobre otros compuestos nitrogenados

8. Actan sobre un grupo sulfuro9. Actan sobre un grupo hemo10.Actan sobre difenoles11.Actan sobre perxido de hidrgeno12. Actan sobre hidrgeno13. Actan sobre donadores sencillos con incorporacin de 0, (oxigenasas)14. Actan sobre donadores complejos con incorporacin de 0215. Actan sobre radicales superxido16. Oxidan iones metlicos17. Actan sobre CH218. Actan sobre ferredoxina reducida19. Actan sobre flavodoxina reducida Otras xidorreductasas


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2.TRANSFERASAS(Transferencia de gruposfuncionales)

1. Grupos con un carbono2. Grupos aldehdo o cetona3. Grupos acilo4. Grupos glicoxilo

5. Grupos alquilo o arilo6. Grupos nitrogenados7. Grupos que contienen

fsforo8. Grupos que contienen

azufre

3.HIDROLASAS(Reacciones de hidrlisis)

1. steres2. Enlaces glucosdicos3. Enlaces ter4. Enlaces peptdicos5.

Otros enlaces C-N(diferentes del peptdico)6. Anhdridos de cido7. Enlaces C-C8. Enlaces haluro

9. Enlaces P-N10.Enlaces S-N11.Enlaces C-P


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4. LIASAS(Adicin a dobles enlaces)

1. Liasas C-C

2. Liasas C-O3. Liasas C-N4. Liasas C-S5.Liasas C-haluro6. Liasas P-O7. Liasas C-P

5. ISOMERASAS1. Racemosas y epimerasas

2. Isomerasas cis-trans3.Oxidorreductasas intramoleculares4. Transferasas intramoleculares5. Liasas intramoleculares

6 Li


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6. Ligasas.

EC 6.1, incluye ligasas usadas para formar uniones oxgeno-carbono.

EC 6.1.1 Ligasas forman aminoacil-ARNt y compuestosrelacionados.EC 6.1.2 Ligasas cido-alcohol (sintasas ster).EC 6.2, ligasa usadas para formar uniones carbono-azufre.EC 6.2.1 Ligasas cido-tiol.EC 6.3, incluye ligasas usadas para crear uniones carbono-

nitrgeno.EC 6.3.1 cido-amoniaco (o amina) ligasas (sintasas amida).EC 6.3.2 Ligasas cido-aminocidos (pptido sintasas).EC 6.3.3 Ciclo-ligasas.EC 6.3.4 Otras ligasas carbono-nitrgeno.

EC 6.3.5 Carbono-nitrgeno ligasas con glutamina como amido-N-donador.EC 6.4, abarca ligasas que forman uniones carbono-carbono.EC 6.5, incluye ligasa que forman steres fosfricos.EC 6.6, ligasa usadas como unin nitrgeno-metal.EC 6.6.1 Formando complejos de coordinacin


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BASES DE LA CINETICA ENZIMATICAEstudia la velocidad de las reacciones catalizadas

enzimticamenteLos principios generales de las reacciones qumicas seaplican tambin a las reacciones enzimticas

FACTORES QUE AFECTAN LA VELOCIDAD1.Concentracin de Enzima

2.Concentracin de sustrato3.pH4.Temperatura5.Presencia de activadores

1 CONCENTRACIN DE ENZIMA


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1. CONCENTRACIN DE ENZIMA

En presencia de exceso de sustrato, la actividad es proporcional

a la concentracin enzimtica

2 CONCENTRACIN DE SUSTRATO


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2. CONCENTRACIN DE SUSTRATO

Las reacciones enzimaticas se saturan con el sustrato

EFECTO AUTOSATURANTE


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EFECTO AUTOSATURANTE

3 EFECTO DEL PH


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3. EFECTO DEL PH

La actividad enzimtica pasa por un mximo (pH ptimo).El pH ptimo de las enzimas vara ampliamente; para la pepsina,

del estmago, es de 1,5, la arginasa tiene un pH ptimo de 9,7.La gran mayora de enzimas tienen un ptimo alrededor del pHfisiolgico de, ~7.0

E li i


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Explicacin:El sitio activo de la enzima esta frecuentemente compuestode grupos ionizables que deben estar en la forma inica para

tener actividad, unir los sustratos o catalizar la reaccin.Una enzima que se someta a valores extremos de pH, sedesnaturaliza.

4 T t


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4. Temperatura

En el efecto de la temperatura hay dos

componentes:1.Aceleracin de la reaccin segn laecuacin de Arrhenius. (dentro delmargen de actividad)

k = A exp (-Ea/RT)

Al aumentar la temperatura, lavelocidad de reaccin aumenta y, paracasi todas las enzimas, un incrementode 10C duplica e incluso triplica lavelocidad de reaccin.

2. Desnaturalizacin trmica de laprotena.Para muchas enzimas la regin deinactivacin trmica est muy prximade la temperatura ptima.

CINETICA ENZIMATICA


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CINETICA ENZIMATICA

Cintica de reacciones con un slo substrato

Michaelis y Mentenpropusieron un modelo para relacionar lavelocidad de reaccin con la concentracin de substrato.Suponiendo la existencia de un solo complejo central, elesquema de reaccin sera:

Velocidad de reaccin VS concentracin


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Velocidad de reaccin VS concentracin

1. Vmax= velocidad mxima terica = la velocidad cuando todoslos centros activos estn ocupados con sustrato (nunca alcanzadaen la realidad)2, Km(constante de Michaelis-Menten para cada enzima)=concentracin de S a la que la V es 1/2 Vmax.

La ecuacin de Michaelis-Menten describe como vara la

velocidad de las reaccionescatalizadas por enzimas deacuerdo a la concentracin desustrato:

Caractersticas de Km:


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Caractersticas de Km:Es una medida de la afinidad del enzima por el S.Cuanto menor es Km, mayor es la afinidad del enzima por el S.

Una Km pequea, refleja una gran afinidad por el sustrato, ya que bajasconcentraciones de sustrato son suficientes para saturar al 50% de laenzimaes decir, para alcanzar Vmax.Una Km grande, refleja una baja afinidad de la enzima por su sustrato, yaque son necesarias grandes concentraciones de sustrato para saturar el

50% de la enzima.

Km de algunas enzimas


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ENZIMA SUSTRATO Km(mM)

Catalasa H2O2 25.0

Hexoquinasa ATP 0.4

D-Glucosa 0.05

D-Fructosa 1.5

Anhidrasa carbnica HCO3- 9.0

Quimotripsina Gliciltirosinilglicina 108.0

N-Benzoiltirosinamida 2.5

-Galactosidasa D-Lactosa 4.0Treonina deshidrogenasa L-Treonina 5.0

Kmde algunas enzimas

V


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Vmax

Vmax es una constanteVmax es la velocidad mximaterica de la reaccin. Sealcanzara si todos los centrosactivos estan ocupados.

Para alcanzar la velocidadmxima se requiere que [S] >>[E] y que TODAS las molculasde enzima estn unidas alsustrato.Vmax se alcanzaasintticamente a medida que laconcentracin de sustratoaumenta

CALCULO DE PARMETROS DE LA ECUACIN


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CALCULO DE PARMETROS DE LA ECUACIN

La Linearizacin de Lineweaver-

Burk .Artificio matemtico quepermite deducir grficamentelos valores de km y Vm.

El artificio consiste en convertira la ecuacin M-M en laecuacin de una recta.Recta de forma Y = A + BX,donde:Y = 1/v,A = 1/Vm,B = km/Vm, yX = 1/[S]

Ploteo de Eadie-Hostee


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Ploteo de Eadie HosteeEl ploteo se realiza vi/ vi/[S], con ese fin semultiplica ambos miembros de la inversa dela ecuacin M-M por vi.Vmax obtenindose:

Vmax (vi) = KmVmax(vi) + Vmax(vi)[S]vi Vmax[S] Vmax [S]

Vmax = Km.vi + vi [S]

Ordenando:

vi = Vmax - Km.vi [S]Esta es una ecuacin de lnea recta de la

forma Y = abX.

Pendiente=Km,Ordenada en el origen= Vmax.

Ploteo de Hanes- Wolf


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Ploteo de Hanes- Wolf

[S] = Km. + 1 . . [S]Vi Vmax Vmax

[S]

V

[S]

1

Vmax

Km

V max

0

Pl Ei hl C i h


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Ploteo Eisentahl-Cornish

Vmax = vi + vi. Km

[S]

V max

[S]

Km

V

Limitaciones de Cintica Michaeliana


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Limitaciones de Cintica Michaeliana

Para utilizar la ecuacin de Michaelis-Menten deben asumirse:

Concentraciones relativas de E y S: La concentracin de sustrato[S] es mucho mayor que la concentracin de enzima [E], demanera que la proporcin de ES es relativamente pequea.La reaccin esta en equilibrio: [ES] no cambia en el tiempo (la

velocidad de formacin de ES, es igual a la velocidad de sutransformacin en E + S y en E + P).Deben usarse velocidades iniciales (vo). Esto significa que lavelocidad de la reaccin debe determinarse tan pronto como elsustrato y la enzima se mezclan. En dicho tiempo, la concentracin

de productos es despreciable y, por lo tanto, la reaccin inversa deproductos a sustratos puede ser ignorada

Existen enzimas que no siguen la cintica Michaeliana como las

enzimas alostricas

Actividad enzimtica


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Actividad enzimticaLas cantidades de enzima pueden ser expresadas en moles,como otros compuestos qumicos, o pueden ser cuantificadas porsu actividad.

La actividad expresa la cantidad de sustrato convertido por unidadde tiempo, teniendo en cuenta el volumen de reaccin y lascondiciones ambientales.

En el Sistema Internacional de Unidades la unidad para la

actividad cataltica es el katal (kat), pero es una unidad demasiadogrande y suele usarse la unidad de actividad enzimtica (UI).

1 kat = 1 mol sustrato convertido x s-1= 6 x 107UI

1 UI = 1 molsustrato convertido x min-1= 16,67 nkat

Otra unidad comnmente usada es la actividad especfica. stase refiere a la actividad de una enzima por miligramo (mg)de protena, y se suele expresar en: mol x min-1x mg-1). Laactividad especfica da una idea de la pureza de la enzima.


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REGULACION DE LA ACTIVIDAD ENZIMATICA

INHIBIDOR: molcula o ion que al unirse a la enzimaproduce una disminucin en la velocidad de la reaccincatalizada.

ACTIVADOR: Molcula o ion que al unirse a la enzimaproduce un aumento de la velocidad de la reaccincatalizada

Los inhibidores y los activadores, se usan en laformulacin de: medicamentos, antibiticos, insecticidas,

herbicidas. etc

INHIBIDORES


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INHIBIDORESIRREVERSIBLES.Si la inhibicin espermanenteUnin por medio de enlaces

covalentes.Modificada la enzima por el enlacecovalente.(En general, el inhibidor sustituye a lacadena lateral de un aminocido del sitioactivo).Ejemplo. Las toxinas bacterianas,neurotoxinas, DDT, cianuro, cidoacetilsaliclico y gases nerviosos.Ejplo: efecto del mercurio, plomo, gasesneurotxicos y compuestos arsenicales.In cianuro, CN-: Se fija con granafinidad a la sexta posicin decoordinacin del Fe del complejocitocromo oxidasa.Penicilinas: Inhiben enzimas sernicasque participan en la formacin de lapared bacteriana

REVERSIBLES.

La unin del inhibidor y laenzima es reversible.Al quitar el inhibidor delmedio, se recupera laactividad.

Se unen a la enzima por elmismo tipo de interaccionesque se producen entre lasenzimas y los sustratos.

Tipos: inhibidorescompetitivos, nocompetitivos, y acompetitivos

I hibid R ibl


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a.- Inhibidores Reversibles

La unin del inhibidor y la enzima es reversible.

Al quitar el inhibidor del medio, se recupera la actividad.

Hay 3 tipos:Competitiva

No Competitiva

Acompetitiva (Alostrica)

Inhibidores competitivos


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Inhibidores competitivos Los inhibidores competitivos tienen gran parecido estructural

con el sustrato natural. Compiten con el sustrato por ocupar el sitio activode la enzima. Esta unin es reversibley aumentando la concentracin de

sustrato aumentamos el nmero de molculas de enzima libre. Una caracterstica de este inhibidor es que puede ser revertida

aumentando la concentracin de sustrato. Si ste predomina enla mezcla, tiende a desplazar al inhibidor de su unin con laenzima.Estos han encontrado aplicacin farmacolgica.

Ejemplo1: efecto


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antibitico de sulfasLas bacterias sensibles requieren del

(para amino benzoico) PABA paraproducir cido dihidroflico, un pasoen la produccin de purinas y lasntesis de cidos nucleicos.Las sulfamidas son anlogosestructurales del PABA, inhibiendocompetitivamente a la enzimadihidropteroato sintasa, y bloquea lasntesis del cido flico

Ejemplo 2. Efecto reversible metanol/etanol


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El alcohol metlico, se produce durante la obtencin de bebidas

alcoholicas fermentadas, especialmente cuando proceden defrutas con alto contenido de pectina, generando as una mezclade etanol y metanol, que en ltima instancia va al consumidor.La dosis txica de metanol presenta variaciones individuales;algunas personas han muerto con dosis de 15 ml y otros hansobrevivido con 500-600 ml.Los sntomas se inician entre los 40 minutos y 72 horaspostingesta al formarse los metabolitos txicos (formaldehdo yel cido frmico) y consisten en embriaguez, cefalea, nuseas;

dolor abdominal; disminucin de la agudeza visual, visinborrosa, y ceguera, disminucin de la fuerza, insuficiencia renalaguda, depresin del SNC, hipotensin; finalmente lasconvulsiones, coma y muerte.



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El metanol es metabolizado por la enzima alcohol deshidrogenasa, la mismaque metaboliza el etanol, pero esta enzima es 22 veces ms afn por eletanol que por el metanol, razn por la cual se utiliza el etanol como

antdoto de esta intoxicacin, ya que al preferir la enzima como sustrato eletanol estamos evitando la formacin de los metabolitos txicos del

metanol. (fuente: Llins Chica, Vladimir)

Cintica competitiva


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pEn la Inhibicin competitiva el sustrato (S) y el I compiten por la enzima libre,pudiendo unirse uno o el otro, pero no ambos simultneamente, hay unainteraccin mutuamente excluyente del S y de I con la enzima. La unin de E

a I conduce a la formacin de un complejo no productivo.

Ejemplo 3: inhibicin de la succinato


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deshidrogenasa por malonato

Esta enzima cataliza la eliminacin de 2H de 2 carbonos metilnicos

del succinato en el ciclo de Krebs. El malonato es similar al succinatoen que posee 2COO- ionizados a pH 7, pero no es deshidrogenadopor la enzima.Adems tienen la misma accin otros cidos con dos gruposaninicos como el pirofosfato.

Esto indica que el sitio activo de la enzima posee dos grupos decarga positiva separados de modo que atraen a los COO- delsustrato.Esto permite estudiar la geometra del centro activo

Inhibicin No Competitiva


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El inhibidor se combina con la enzima o con el complejo ES,interfiriendo con la accin de ambos.Se unen a la enzima en un lugar diferente del sitio activo y provocan

la distorsin del centro activo, alterando la formacin de ES a suvelocidad normal y que una vez formado de lugar a la formacin dePDisminuye Vmax, pero Km permanece constante.

Inhibicin No Competitiva


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Este tipo de inhibicin no puede ser revertida por aumento de laconcentracin de sustrato.Pertenecen a esta categora ciertos iones metlicos: Cu2+,

Hg2+, Ag+Yodoacetato. Se une a SH de cistena de una protena ymodifica el centro activoEjemplo: El acetato de yodo es un agente alquilante que actacomo un potente inhibidor de la enzima deshidrogenasagliceraldehdo-3-fosfato, dando un derivado (carboximetilado)con un grupo SH.

Cintica No competitiva


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V = Vmax. S. .1. Kmax+S (1+I/Ki)

Km se mantiene

Dado que una fraccin de molculas de la enzima es inactiva, no sealcanza Vmax (Vmax disminuye)

Los inhibidores no competitivos son a menudo intermediariosmetablicos y regulan la progresin de las vas metablicas.

Algunos inhibidores enzimticos se usan como frmacos

Inhibicin acompetitiva


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p

Su denominacin no es muy adecuada.

El inhibidor se une solo al complejo ES para dar siempre uncomplejo inactivo EIS, estabilizndolo e impidiendo laformacin de P.En este caso: Kmy Vmaxdisminuyen.

Inhibicin acompetitiva


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p

Su representacin en la forma linearizada toma la forma:

Esta forma de inhibicin es poco frecuente en las reaccionesmonosustrato, pero es frecuente en las reacciones con dossustratos.

Diferenciacin de tipos de inhibiciones reversibles.


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APLICACIONES:Muchos medicamentos son inhibidores enzimticos.

b - Inhibidores irreversibles: Venenos


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b. Inhibidores irreversibles: VenenosLos gases nerviosos. (sarn, tabn, somn)Organofosforados. El fluorofosfato de di-isopropilo DIPF

Carbamatos.Inhiben la enzima acetilcolinesterasa del sistema nervioso queen el sitio activo contiene residuos de serina que se unen a laacetilcolina cortando los impulsos nerviosos.

Plaguicidas organofosforados


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Plaguicidas organofosforados

Organofosforados: malathionCarbamatos: como el carbaril (Sevin).

Organofosforados: Esteres de fosfato

con O sustituidos con S u otros radicales. Con enlace P-C fosfonato,

Con enlace P-N fosforamido,

Con enlace P-S fosfotiolato

Inhiben la acetilcolinesterasa

Neurotransmisin intoxicacin


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Neurotransmisin intoxicacinCircuito elctrico de transmisinde seal entre una sensacin(nervio sensitivo) y un movimientomuscular (nervio motor).Acetilcolina --- colina + acetatoEnzima: acetilcolinesterasa

La reactivacin de la enzima

dura menos tiempo con loscarbamatos, que con losorganofosforados.

De ah que, los carbamatos se

consideran inhibidores reversiblesporque en poco tiempo dejan laenzima libre, mientras que a losorganofosforados se les llamainhibidores irreversibles

Neurotransmisin intoxicacinA i d l fl f f t d di i il DIPF


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Accin del fluorofosfato de di isopropiloDIPF

La inhibicin de la acetilcolinesterasa determina la parlisismuscular, y el primer efecto se produce sobre los musculos delsistema respiratorio.El DIPF inhibe tambin a otras enzimas sernicas, comoquimotripsina, tripsina, fosfoglucomutasa, etc.El sarin es un gas nervioso que tambien inactiva los restos de

serina

Antdotos: (Atropina, Oximas, PAM)


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( p , , )Las sustancias que tienen frenteal veneno una afinidad mayor

que a la serina son antdotos.

Ejemplo: PAM(piridn-2-aldoxim-metayoduro). Tiene unin amonio cuaternario que se

une al lugar aninico del centroactivo de la E inhibida.El grupo hidroxilamina del PAMataca al fosforilo, liberando uncomplejo PAM-DFP y liberando

la E.

REACCIONES CON MS DE UN SUBSTRATO


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Algunas enzimas catalizan reacciones con dos o mas sustratos

que se influyen mutuamente, y tienen una cinetica mas compleja.Entre ellas estn las transferasas que transfieren un grupoespecifico desde un sutrato a otro.

Mecanismos para explicar este tipo de reacciones, la mayorapueden clasificarse en dos tipos:

a)Todos los substratos se unen a la enzima antes de la catlisis (encaso de dos substratos se denomina mecanismo de formacin decomplejo ternario);

b)Se libera un producto a partir de un primer complejo binarioantes de la unin con el segundo substrato.(ping-pong)

a Reacciones mediante formacin de un complejo ternario


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a.- Reacciones mediante formacin de un complejo ternario.

El complejo ternario puede formarse independientemente del

orden de unin de los substratos (aleatorio), o bien nicamente

en un orden determinado (mecanismo ordenado).

Mecanismo aleatorio. Los substratos A y B forman un complejo

con la enzima. Cualquiera de ambos puede combinarse con el

otro substrato para formar el complejo ternario EAB, que

conduce a los productos X e Y y a regenerar la enzima:

Mecanismo ordenado. Un substrato (A) se une inicialmente con laenzima formando el complejo EA El segundo substrato slo se une al


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enzima formando el complejo EA. El segundo substrato slo se une alcomplejo EA para conducir al complejo ternario EAB:

b.- Reacciones enzimticas sin formacin de un complejo ternario.

Mecanismo ping-pong.Se forma un complejo de la enzima con unsubstrato (EA), que libera el producto X, quedando como EA' ,elsegundo substrato se une al complejo

ENZIMAS REGULADORES


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ENZIMAS REGULADORES

Todos los enzimas tienen forma de ser regulados porfactores externos: pH, [S], presencia de iones, etc.

Algunos enzimas adems poseen capacidad de regular elmetabolismo celular. Enzimas regu lado res.

Estas enzimas pueden ser: Enzimas alostricos. Su actividad cataltica es regulada por

la unin no covalente de un metabolito especfico, en un sitiode la protena diferente al centro activo

Enzimas moduladas covalentemente.Se unencovalentemente y se interconvierten en forma activa einactiva, por accin de otras enzimas

Enzimas alostricasP t i ti


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Presentan una cinticasigmoidal, indicativa de efectoscooperativos en la unin del

sustrato.Su actividad est regulada porotras molculas efectoras.Pueden mantener lasconcentraciones de sus

sustratos en valores bastanteconstantes.Existe una concentracin crticade sustrato ([S]c) por debajo dela cul la enzima esprcticamente inactivaSiguen una cintica noMicheliana, de forma sigmoidal.Formas de control: control a

nivel de sustrato y feed back

1 - Control a nivel de sustrato


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1. Control a nivel de sustrato

Mediante interaccin de los sustratos y productos de

cada reaccin con la enzima

hexoquinasaGlucosa + ATP ----------> Glucosa-6-fosfato + ADP

El propio producto de la reaccin puede inhibircompetitivamentea la enzima

Un ejemplo es el control de la glicolisis en la enzimafosfofructokinasa por accin de una baja concentracin del

ATP

2.- Control por retroalimentacin (Freed Back)


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2. Control por retroalimentacin (Freed Back)

Un aumento de concentracin del producto final de una ruta

metablica inhibe una de las primeras reacciones de la ruta(generalmente la primera)

A ---> B ---> C ---> D ---> E

E acta como inhibidor del primer enzima.

Ello impide:La utilizacin innecesaria del primer sustratoLa acumulacin del producto final

Se evita la acumulacin de intermedios

_

Ejemplos de cintica.


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1. En una reaccin enzimtica que transcurre con una

concentracin de enzimas de 0,015g/l, se obtienen los siguientesdatos:

[S] (g/l) 20 15 10 7.0 5.0 4.0 3.0 2.5

v(g/l-min 1.14 1.01 0.87 0.72 0.59 0.5 0.44 0.35

Deduzca el modelo que representa la cintica del proceso.

Representando grficamente se tiene:


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Representando grficamente se tiene:

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

0 5 10 15 20 25

Deduccin de los, coeficientes de la ecuacin de


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,M-M y Lineweaver-Burk .

S v (g/l-min) 1/S 1/v

20 1.14 0.05 0.877

15 1.01 0.066 0.990

10 0.87 0.10 1.149

6.5 0.70 0.15 1.428

5.0 0.59 0.20 1.695

4.0 0.50 0.25 2.000

3.3 0.44 0.30 2.273

2.5 0.35 0.40 2.857

Grfica Linewaber-Burk


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y = 5.3879x + 0.6147R = 0.9914

0.0000

0.5000

1.0000

1.5000

2.0000

2.5000

3.0000

0.000 0.050 0.100 0.150 0.200 0.250 0.300 0.350 0.400 0.450

1/v

1/s

y = 5.3879x + 0.6147R 0 9914


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Intercepto.= 1/vmax=0.614 vmax = 1.628 g/l-min.

Pendiente: Km/vmax. = 5.387

Km = 8.776 g/l

El modelo ser.

V = Vmax.S/(Km+S)

V = 1.628S/(8.776+S)

Comprobar por Eadi-Hostie

R = 0.9914

Linearizacin de Eadie-Hostfee


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V = VmaxKm.V/S

y = -0.1148x + 0.1861R = 0.9758

0.000

0.020

0.040

0.060

0.080

0.100

0.120

0.140

0.160

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2

v/S

Ejercicio 2


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Se investig el efecto de un inhibidor Isobre la velocidad de unareaccin catalizada enzimticamente sobre un solo sustrato,

obtenindose los siguientes resultadosConcentracin de sustrato

(mmol L-1

)

Concentracin del inhibidor

(mmol L-1

)

0 0.5 1.0

Velocidad de reaccin

(

mol L-1

min-1

)

0.05

0.10

0.20

0.40

0.50

0.33 0.20 0.14

0.50 0.33 0.25

0.67 0.50 0.40

0.80 0.67 0.57

0.83 0.71 0.63

A) De que manera acta el inhibidor? B) Obtngase los valorespara Vmx, y Km.

SOLUCIN A)La manera ms sencilla de deducir cmoacta un inhibidor es graficar 1/V0en funcin de 1/[S]0 para


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g / 0 /[ ]0 pcada concentracin del inhibidor.

Grfica de Lineweaver-Burk del efecto de un inhibidor

A partir de la grfica se p ede obser ar q e la pendiente de las c r as


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A partir de la grfica se puede observar que la pendiente de las curvasse modifica con los cambios en la concentracin del inhibidor pero nola interseccin en el eje 1/n0 (1/Vmax).

Por ello los datos anteriores indican que el inhibidor I est actuandocomo un inhibidor competitivo.

B) De la interseccin en el eje 1/n0 se puede estimarV

max= 1(mmol L-1

min-1)

de la interseccin con el eje 1/[S]0los valores de

Km=0,1(mmol L-1) sin ihnhibidor,

Km=0,2(mmol L-1

)con 0.5(mmol L-1

) de inhibidorKm=0,3(mmol L

-1) con 1(mmol L-1) de inhibidor

CAP 4. Enzimas.okok

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