Clase Enzimas Completa
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ENZIMAS
BASES MOLECULARES DE SU
MECANISMO DE ACCIÓN
ENZIMAS
BASES MOLECULARES DE SU
MECANISMO DE ACCIÓN
Dr. Valmore Bermúdez Pirela, MD, MgSc, MPH, PhDMaestría en Metabolismo HumanoEspecialización en Endocrinología y Metabolismo
Dr. Valmore Bermúdez Pirela, MD, MgSc, MPH, PhDMaestría en Metabolismo HumanoEspecialización en Endocrinología y Metabolismo
Universidad del ZuliaFacultad de MedicinaEscuela de MedicinaCátedra de BioquímicaCentro de Investigaciones Endocrino - Metabólicas
Universidad del ZuliaFacultad de MedicinaEscuela de MedicinaCátedra de BioquímicaCentro de Investigaciones Endocrino - Metabólicas
Dr. Valmore Bermúdez PirelaDr. Valmore Bermúdez Pirela
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Las enzimas son compuestos químicos orgánicos de naturaleza proteica que aceleran la velocidad de una reacción química termodinámicamente posible.
¿ Qué es una enzima?
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Las enzimas aceleran la velocidad de una reacción química por que se comportan como catalizadores orgánicos (biocatalizadores). La catálisis es el proceso mediante el cual se acelera la velocidad de una reacción química.
Cuando se hace referencia a que la reacción debe ser termodinámicamente posible, se destaca el hecho que en el sistema donde ocurre la reacción química existe suficiente energía útil (energía de activación) para realizar el trabajo que implica convertir el sustrato en producto.
¿Qué significa este concepto?
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La termodinámica es la rama de la física que estudia los fenómenos energéticos y los intercambios de energía entre la materia.
¿Qué es la termodinámica?
La termodinámica nació como consecuencia del estudio de las máquinas de vapor, pero durante el siglo 20 se observó que podía aplicarse a los sistemas orgánicos.
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IÓN ¿Qué significa energía útil suficiente
dentro del sistema para realizar un trabajo?
Estado inicial
Estado final
S
P
Si dejamos caer una bola, evidentemente irá hacia abajo sin ninguna ayuda. El trabajo en este sistema, está representado por el movimiento que hace la bola desde el estado inicial (S) hasta el estado final (P). Para realizar este trabajo, hace falta cierta cantidad de energía útil dentro del sistema. Nótese que en éste sistema hay suficiente energía útil que permite la caida de la bola.La energía útil en este sistema está representada por la energía gravitatoria que ejerce una atracción de la bola hacia abajo.
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IÓN ¿Qué pasaría si saliéramos al espacio,
fuera de la atracción gravitatoria de la tierra?
Estado inicial Estado final
S P
Evidentemente, la bola no caería…….No existe suficiente energía útil en el sistema en forma de energía gravitatoria para realizar el trabajo, es decir, que la bola caiga hacia la tierra (la bola esta fuera del campo gravitarorio de la tierra).
Evidentemente, la bola no caería…….No existe suficiente energía útil en el sistema en forma de energía gravitatoria para realizar el trabajo, es decir, que la bola caiga hacia la tierra (la bola esta fuera del campo gravitarorio de la tierra).
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IÓN Si hay suficiente energía en el
sistema….
Estado inicial
Estado final
S
P
Se dice que la reacción acontecerá de forma espontánea…….Es decir, que S se convertirá en P sin ninguna otra ayuda que la energía útil del sistema.
Caida espontánea
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IÓN Consideremos ahora el caso inverso
Estado final
Estado inicial
S
P
¿Habrá energía suficiente en el sistemaPara que se realice el trabajo que se plantea en la gráfica?Es decir, ¿que la bola suba espontáneamente hacia la mano?
Evidentemente, NONo hay energía libre suficiente, en forma de energía ANTI-gravitatoria para hacer que la bola suba hasta la mano espontáneamente.Esto quiere decir, que esta reacción en este sistema, es una reacción irreversible.
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IÓN En conclusión:
Una reacción es termodinámicamente posible cuando hay suficiente energía libre (ó útil) para realizarla.
Cuando la reacción es termodinámicamente posible, está implícito el hecho que esta reacción será espontánea.
Si en el sistema hay suficiente energía útil, la reacción puede ser reversible, es decir, que el producto puede volverse a convertir en sustrato.
Si en el sistema no hay suficiente energía útil después de la conversión del sustrato a producto, la reacción será irreversible.
S P
S P
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IÓN Volvamos a la termodinámica:
Las leyes….
Primera ley de la termodinámica o ley de la conservación de la energía:
“La energía no se crea ni se destruye solo se transforma (de una forma de energía a otra)”
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IÓN Primera ley de la termodinámica o ley de la
conservación de la energía:
“La energía no se crea ni se destruye solo se transforma (de una forma de energía a otra)”
Esta ley presenta de forma implícita dos ideas:1. Si la energía nunca se creó y no puede ni destruirse ni acabarse, se
deduce que la cantidad de energía total del universo es constante. Esto quiere decir, que el contenido energético del universo no ha cambiado desde que fue creado (desde el Big Bang) hasta nuestros días, esto es, desde hace unos 15.000.000.000 de años.
2. A pesar que el contenido energético del universo es constante, entre un momento y otro acontecen transformaciones de una forma de energía a otra. Para mantener estable la energía total, es de prever que durante las transformaciones de una forma a otra de energía, algunas aumentarán, lo que será compensado con la disminución de otras formas de energía.
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“La energía no se crea ni se destruye…(siempre ha sido y será la misma cantidad)
Esquemáticamente este proceso puede representarse de la siguiente manera:
Contenido energético total del universo en el momento de
su creación
Contenido energético total del universo en la actualidad
15.000.000.000 de años
Obsérvese que la cantidad de energía totalen el universo antes y después de mucho tiempo, es la misma
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“Solo se transforma”….en otras formas energéticas manteniendo el contenido total inalterable…..
Esquemáticamente este proceso puede representarse de la siguiente manera:
Durante los primeros instantes del universo, todo era luz y calor..en esencia, solo energía calórica y lumínica
En la actualidad la distribución y tipos de energía son diferentes ( y más diversos) a las observadas al inicio de la creación del
universo
15.000.000.000 de años
Obsérvese que la cantidad de energía totalen el universo antes y después de mucho tiempo, es la misma
50 %lumínica
50 %calórica50 %calórica
20 %calórica20 %calórica
25 %cinética25 %cinética
20 %lumínica
25 %potencial25 %potencial
20 %otras
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IÓN Segunda ley de la termodinámica.
La entropía de todos los procesos del universo (y del universo mismo) tiende siempre a incrementarse hasta alcanzar el equilibrio, el cual representa el estado de máximo desorden.
Esto quiere decir que cualquier sistema dentro del universo, e incluso, todo el universo tiende a desordenarse espontáneamente, buscando así el equilibrio.
El desorden se va incrementando en la medida que la energía útil (que se encarga de mantener organizado un sistema) va disminuyendo.
La caída de la energía útil, tal como lo expresa la primera ley de termodinámica es seguida por el incremento de otras formas energéticas que no son útiles para realizar un trabajo determinado en el sistema.
Si consideramos que el sistema usa la energía útil para mantenerse organizado, la disminución de ésta ocasionará desorden…..Cuando el desorden sea máximo se habrá establecido el equlibrio. Por lo tanto, los sistemas orgánicos están adaptados para mantener la energía útil en niveles óptimos para mantenerse ORGANIZADOS
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IÓN Segunda ley de la termodinámica.
La lucha del orden contra el desorden……(donde inevitablemente siempre gana el desorden)
El orden, implica alto grado de energía útil……pero esta energía se utiliza para mantenernos organizados. De esta forma, como la energía útil tiende a disminuir cuando se realiza el trabajo llamado “organizarnos” debemos producir todos los días más energía útil para reponer la invertida.
Y así, la vida de cualquier ser vivo transcurre en una lucha contra la segunda ley de termodinámica…..Nos alimentamos para extraer de los alimentos la energía potencial presente en los enlaces químicos y guiarla hacia los enlaces de alta energía del ATP.
Luego, al hidrolizar los enlaces de alta energía del ATP se liberan cantidades inmensas de energía libre que pueden utilizarse para realizar un trabajo, representado por las innumerables reacciones químicas que requieren esa energía para poder llevarse a cabo.
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IÓN Segunda ley de la termodinámica.
La lucha del orden contra el desorden……(donde inevitablemente siempre gana el desorden, que en nosotros recibe el nombre de muerte)
Lamentablemente, después de algún tiempo de luchar contra la segunda ley, todos los seres vivos experimentan la llamada “muerte”.Todas las células se desorganizan: las membranas se rompen, las mitocondrias y otros organelos se disgregan y todo el contenido celular se combina con el entorno………Los lípidos se peroxidan, las proteínas se hidrolizan a sus aminoácidos y los carbohidratos se oxidan….se establece un equlibrio entre el interior de la célula y su exterior. Este hecho es extremadamente anómalo, pues lo que abunda dentro de la célula usualmente es escaso en el medio ambiente.
La salud implica alto grado de orden y un gran desequilibrio con el medio externo.
La muerte implica un alto grado de desorden y un equilibrio perfecto con el medio. Ya no existe suficiente energía libre para mantener un alto grado de organización.
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“La vida y la muerte”…..Según la termodinámica
Este proceso puede representarse esquemáticamente de la siguiente manera:
La vida, implica un alto grado de ordenque solo puede lograrse con altas dosis de energía útil. Esta energía útil debe mantenerse estable en el tiempo. De esta forma estamos adaptados para tener un Metabolismo que genere altas cantidades de energía útil en forma de ATP.
La muerte implica el desorden máximo. El individuo no puede transformar de forma
eficiente la energía que le ofrece Su entorno, así que progresivamente acumula menos energía útil hasta un punto en el que no
puede mantenerse ordenado.
Muerte
Bajogradodeenergíano utilizable
Bajogradodeenergíano utilizable
70 – 80 años
60 años
30 - 40 años
Alto gradodeenergíaútil
Alto gradodeenergíaútil
Niñez
altogradodeenergíano utilizable
altogradodeenergíano utilizable
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IÓN Bases termodinámicas del mecanismo de acción
de las enzimas
Para que un sustrato A se transforme en el producto B debe existir cierta cantidad de energía libre (útil) en el sistema que se pueda realizar este trabajo químico:
AA BBAlta cantidad
de energíalibre
Baja cantidadde energíalibre
y todos los procesos químicos transcurren desde un punto de alta energía libre hasta uno de baja energía libre. Obsérvese como la flecha, que indica el sentido de la reacción, tiene un solo sentido…Esto es, que la reacción es irreversible. El compuesto B no puede tranformarse en el compuesto A porque hay muy poca energía libre para realizar este trabajo.
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IÓN Bases termodinámicas del mecanismo de acción
de las enzimasNótese también que la conversión de A en B es un proceso espontáneo, debido a que la cantidad de energía libre es suficiente para realizar los cambios químicos que caracterizan la reacción. Al final puede apreciarse una caída en la energía libre. Como la energía libre no se pierde, es obvio que se ha transformado en otras formas energéticas, quizá potencial dentro de la molécula B
AA BB
No hace falta añadir calor al sistema, ni ninguna otra forma de energía……Pero el hecho de que ocurra la reacción, no nos da información alguna de la velocidad con la que ésta acontece…….En los seres vivos es importante que muchas reacciones ocurran adecuadamente…..pero también es importante que ocurran rápidamente.
Alta cantidadde energía
libre Baja cantidadde energíalibre
AA
AA
A-B
A-B
BB
100
0
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IÓN ¿Cómo podemos aumentar la velocidad de una
reacción química?
En líneas generales se puede aumentar la velocidad de la reacción de dos maneras:
1. Incrementando la cantidad de energía libre para realizar el trabajo, hecho que incrementa la pendiente entre el estado inicial y el final…. Esto puede hacerse con calor.
AA BBIncremento en
la cantidadde energía
libre
Baja cantidadde energíalibre
AA
AA
A-B
A-B
BB
Mayor velocidadpor incremento de la pendiente (véase la pendienteen la diapositiva anterior)
500
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IÓN ¿Cómo podemos aumentar la velocidad de una
reacción química?
En líneas generales se puede aumentar la velocidad de la reacción de dos maneras:
2. Manteniendo la cantidad de energía útil constante, la única manera de aumentar la velocidad de la reacción es utilizando de forma más eficiente la energía útil del sistema. Esto puede hacerse gracias al uso de una ENZIMA
AA BB
Alta cantidadde energía
libre
Baja cantidadde energíalibre
AA
AA
A-B
A-B
BB
0
100
ENZIMAENZIMA
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¿Cómo una enzima puede optimizar el uso de la energía libre en el sistema para así aumentar la velocidad de una reacción?.... Considere estos dos sistemas
AA AA
BB BB
Cantidad deEnergía útil: 100 Kcal
Cantidad deEnergía útil: 100 Kcal
Sistema 1Sistema 1 Sistema 2Sistema 2
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En ambos sistemas, la cantidad de energía útil para realizar el trabajo es la misma. Sin embargo, es obvio que el individuo del sistema 1 empleará menos energía que el individuo del sistema 2 para realizar el trabajo.
AA AA
BB BB
Cantidad deEnergía útil: 100 KcalEnergía utilizada para realizarel trabajo: sólo 10 Kcal.
Cantidad deEnergía útil: 100 KcalEnergía utilizada para realizar
el trabajo: 100 Kcal
Sistema 1Sistema 1 Sistema 2Sistema 2
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En ambos sistemas, la cantidad de energía útil para realizar el trabajo es la misma. Sin embargo, es obvio que el individuo del sistema 1 empleará menos energía que el individuo del sistema 2 para realizar el trabajo.
AA
BB
Cantidad deEnergía útil: 100 KcalEnergía utilizada para realizar
el trabajo: 100 Kcal
Sistema 2Sistema 2
100100
0
Energía útil: 100 Kcal
Energía utilizada: 100 Kcal
Total
Conclusión: solo se puedeTirar una piedra con lacantidad de energíadisponible
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En ambos sistemas, la cantidad de energía útil para realizar el trabajo es la misma. Sin embargo, es obvio que el individuo del sistema 1 empleará menos energía que el individuo del sistema 2 para realizar el trabajo.
Cantidad deEnergía útil: 100 KcalEnergía utilizada para realizar
el trabajo: 10 Kcal100 10
90
Energía útil: 100 Kcal
Energía utilizada: 10 Kcal
Total
Conclusión: se pueden tirar nueve piedras más con la cantidad de energía sobrante
AA
BBSistema 1Sistema 1 BB BB BB BBBB BB BBBB
La palanca en este sistema es equivalente a la enzima en un sistema químico. Un elemento que permite el ahorro energético y el usodel excedente para realizarMás trabajo
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1.Son compuestos termolábiles.
2.Son reciclables, por lo que…..
3.Se necesitan en baja cantidad.
4.Su actividad, es decir, la velocidad de la catálisis puede regularse.
¿Cuales son las principales características de una enzima?
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5. Tienen una gran afinidad por un solo sustrato o por un grupo de sustratos emparentados
estructuralmente.
6. Tienen una gran especificidad por un solo sustrato o por un grupo de sustratos emparentados estructuralmente.
¿Cuales son las principales características de una enzima?
E + S
Complejo ES
E + P
Cual es la principal característica de las
enzimas?
IndudablementeLa Regulabilidad de
su actividad
Que es regulabilidad?
• La velocidad de una reacción catalizada por una enzima puede incrementarse o disminuirse gracias a:– Alteración tridimensional del sitio catalítico– Aumentando o disminuyendo la cantidad de enzima
Regulación de la catálisisenzimática
Disminución/incrementode la eficacia
Aumento/disminuciónDe la concentración
Estos mecanismos implican el cambio de la CONFORMACIÓN TRIDIMENSIONAL del sitio catalítico, haciendo que este permita o no la entrada del sustrato.
Son mecanismos de regulación RÁPIDA, porque operan sobre la enzima que ya ha sido sintetizada
Estos mecanismos implican el aumento o la disminución en la velocidad de síntesis de una enzima.
Son mecanismos de regulación LENTOS, ya que dependen de la SÍNTESIS DE NUEVA PROTEINA:ADN → ARNm → Ribosoma→Síntesis Proteica.
Regulación de la catálisisenzimática
Disminución/incrementode la eficacia
Aumento/disminuciónDe la concentración
AlosterismoModificación CovalenteFeed Back NegativoZimógenosComplejos multienzimáticosCompartamentalización
Inducción y Represión
Alosterismo
EnzimaOFF
EnzimaON
Enzima-sustrato
ModuladorAlostéricoPositivo
Cambio Conformacional 3D
Favorable Del sitio catalítico
Sitio catalíticoCon
conformación 3Ddesfavorable
Modificación covalente
EnzimaOff
Sustrato
EnzimaOn
Sustrato
Enzima off
Sustrato+NH3
PO4
PO4
+NH3
Enzima On
Sustrato
PO4 +NH
3+NH3
PO4
Modificación covalente
Enzima
Sustrato
Enzima
Sustrato
PO4
ATP ADP
PO4
Cinasa Cinasa
Sistema de encendido
Sistema de Apagado
Feedback Negativo• Es un mecanismo de regulación enzimática en
la cual el PRODUCTO inhibe la actividad enzimática
Complejos multienzimáticos
Complejos multienzimáticos
Zimógenos
Alimento: Glucosa Alimento: Lactosa (Glucosa-Galactosa)
Degradación
Energía
Glu Glu Gal
GluGlu
Glu
Gal
Gal
Degradación
Energía
Permeasa
Beta-galactosidasa
Operón Lac Inactivo(Repremido)
Operón Lac Activo(Inducido)
Lactosa
Inducción y represión, El operón Lac
Inducción y represión del Operón Lac enCondiciones de glucosa abundante
Inducción del operón Lac en condiciones De Abundancia de Lactosa
Cinética enzimática
Es la rama de la enzimología que estudia la velocidad de las reacciones catalizadas por las enzimas así como los factores (externos) que influyen sobre dicha velocidad
La velocidad de una reacción es la cantidad de sustrato transformado en producto por unidad de tiempo
Cinética enzimática
Los factores MAS ESTUDIADOS que modifican la velocidad de una reacción catalizada por enzimas son:1. La concentración de la Enzima2. La temperatura3. El pH4. El aumento progresivo de la concentración
del sustrato5. La presencia o no de inhibidores
Cinética enzimática: temperatura
ActividadMáxima
TemperaturaÓptima
Cinética enzimática: Efecto del pH
Cinética enzimática: Aumento de la concentración del sustrato
Cinética enzimática: Presencia de inhibidores
Cinética enzimática: Presencia de inhibidores
Cinética enzimática: Presencia de inhibidores
cantinflear.1. intr. Cuba y Méx. Hablar de forma disparatada e incongruente y sin decir nada.
Gracias por vuestra atención
![clase enzimas 2008[1][1] (1)](https://static.fdocuments.es/doc/165x107/55cf8c915503462b138dc6f3/clase-enzimas-200811-1.jpg)