GENERALIDADES DE GENERALIDADES DE LAS ENZIMAS LAS ENZIMAS

EnzimasEnzimas Son moléculas catalíticas (proteínas) Son moléculas catalíticas (proteínas)

que incrementan la velocidad de que incrementan la velocidad de reacciones químicas que son reacciones químicas que son energéticamente posibles. energéticamente posibles.

No son consumidas durante la No son consumidas durante la reacción.reacción.

Virtualmente todas las reacciones del Virtualmente todas las reacciones del organismo son mediadas por enzimas. organismo son mediadas por enzimas.

PROPIEDADES GENERALESPROPIEDADES GENERALES

Mayor velocidad de reacción

Es 106 a 1012 veces más alta que reacciones no catalizadas

Condiciones de reacción moderadas

Temperaturas inferiores a 100°C, a presión atmosférica y pH casi neutro

Mayor especificidad de reacción

Grado de especificidad mayor, rara vez tienen productos secundarios

Capacidad de regulación

Varían en respuesta a concentraciones de sustancias distintas de sus sustratos (control alostérico, modificación covalente de enzimas y variación de cantidades de enzimas sintetizadas)

NomenclaturaNomenclatura Nombre recomendado (es el más común)Nombre recomendado (es el más común): :

tienen el subfijo “asa” ligado al substrato de tienen el subfijo “asa” ligado al substrato de la reacción. la reacción.

Ejemplo: glucosidasa y ureasa.Ejemplo: glucosidasa y ureasa. Nombre sistemático: Nombre sistemático: las enzimas se dividen en 6 clases principales.las enzimas se dividen en 6 clases principales. se especifica el nombre del sustrato seguido se especifica el nombre del sustrato seguido

de la reacción catalizada y el subfijo asa.de la reacción catalizada y el subfijo asa. Ejemplo: Ejemplo: D-glyceraldehído 3-fosfato NADD-glyceraldehído 3-fosfato NAD+ + oxidorreductasaoxidorreductasa

CLASES IMPORTANTES DE ENZIMASCLASES IMPORTANTES DE ENZIMAS

ZIMÓGENOSZIMÓGENOS Precursores inactivos (proenzimas) de Precursores inactivos (proenzimas) de

las enzimas proteolíticaslas enzimas proteolíticas

La activación secuencial de las La activación secuencial de las proenzimas permite la generación proenzimas permite la generación rápida de grandes cantidades de rápida de grandes cantidades de enzimas activas en respuesta a diversas enzimas activas en respuesta a diversas señales fisiológicas.señales fisiológicas.

Ejemplo: serina proteasas que Ejemplo: serina proteasas que conducen a coagulación sanguíneaconducen a coagulación sanguínea

Isoenzimas (o isoformasIsoenzimas (o isoformas))

Enzimas que difieren en su secuencia de Enzimas que difieren en su secuencia de aminoácidos, pero que poseen la misma aminoácidos, pero que poseen la misma actividad catalítica, es decir catalizan la actividad catalítica, es decir catalizan la misma reacción. misma reacción.

En general, las isoenzimas representan En general, las isoenzimas representan enzimas de diferentes genes cuyos productos enzimas de diferentes genes cuyos productos catalizan la misma reacción.catalizan la misma reacción.

Estas enzimas generalmente tienen Estas enzimas generalmente tienen diferentes parámetros cinéticos (diferentes diferentes parámetros cinéticos (diferentes valores de KM) o diferentes propiedades valores de KM) o diferentes propiedades reguladoras.reguladoras.

Propiedades de las Propiedades de las enzimas enzimas

Sitio activoSitio activo Alta especificidadAlta especificidad Alta eficiencia catalíticaAlta eficiencia catalítica HoloenzimasHoloenzimas Sistema de regulaciónSistema de regulación Localización específica dentro de la Localización específica dentro de la

célula (compartamentalización)célula (compartamentalización)

1. Sitio 1. Sitio activoactivo

• Cadenas laterales de aminoácidos que forman una superficie tridimencional (“hendidura”) donde se unen los substratos.

• La complementariedad entre la enzima y el sustrato depende de fuerzas no covalentes: grupos hidrófobos, puentes de hidrógeno, interacciones electrostáitcas, etc.

• Es el lugar en donde se lleva a cabo la catálisis

• Se forma un complejo ES (enzima sustrato) que posteriormente se convierte en un complejo EP (enzima-producto) y finalmente se disocia en la E (enzima) y el P (producto).

2. Eficiencia catalítica2. Eficiencia catalítica

Altamente eficientes, ya que son de 10Altamente eficientes, ya que son de 1033-10-1088 más eficientes que las reacciones no más eficientes que las reacciones no catalizadas.catalizadas.

Kcat = es el Kcat = es el número de recambionúmero de recambio que es el que es el número de moléculas de sustrato convertidas número de moléculas de sustrato convertidas en producto por una molécula de enzima en en producto por una molécula de enzima en una unidad de tiempo cuando la enzima esta una unidad de tiempo cuando la enzima esta saturada con el sustrato. saturada con el sustrato.

3. Especificidad3. Especificidad

Son altamente específicas, ya que Son altamente específicas, ya que interaccionan con uno o unos cuantos interaccionan con uno o unos cuantos substratos y sólo catalizan un tipo de substratos y sólo catalizan un tipo de reacción química.reacción química.

El conjunto de enzimas elaborado por una El conjunto de enzimas elaborado por una célula particular determina en que vía célula particular determina en que vía metabólica está involucrada.metabólica está involucrada.

Enzima activa con su componente no Enzima activa con su componente no proteico.proteico.

ApoenzimaApoenzima→ → enzima inactiva sin el enzima inactiva sin el cofactor.cofactor.

4. Holoenzima4. Holoenzima

Grupos no protéicos: Grupos no protéicos: cofactorescofactores

Algunas enzimas requieren de otras moléculas no Algunas enzimas requieren de otras moléculas no protéicas para llevar a cabo su actividad enzimática a protéicas para llevar a cabo su actividad enzimática a estos componentes se les llama estos componentes se les llama cofactores.cofactores.

Los cofactores pueden ser iones metálicos → ZnLos cofactores pueden ser iones metálicos → Zn2+2+, Fe, Fe2+ 2+ CuCu2+2+

Cuando el cofactor es una molécula orgánica pequeña, se Cuando el cofactor es una molécula orgánica pequeña, se le llama le llama coenzima . coenzima .

Cosustrato : Cosustrato : coenzima se asocia en forma transitoria coenzima se asocia en forma transitoria con la enzima (ejemplo: NAD+ y NADP+).con la enzima (ejemplo: NAD+ y NADP+).

Grupo prostético: Grupo prostético: coenzima se asocia coenzima se asocia permanentemente a la enzima (ejemplo: FAD).permanentemente a la enzima (ejemplo: FAD).

Muchas vitaminas son Muchas vitaminas son precursores de coenzimasprecursores de coenzimas

5. Regulación5. Regulación

• Puede incrementarse o disminuirse la actividad enzimática debido a las necesidades de la célula.

6. Compartimentalización6. Compartimentalización

• La mayoría de las enzimas están localizadas en orgánulos específicos, esta compartimentalización sirve para aislarlas de otras reacciones y tener un ambiente favorable para la reacción.

MECANISMO DE ACCIÓNMECANISMO DE ACCIÓN El estudio cuantitativo de la catálisis enzimática se El estudio cuantitativo de la catálisis enzimática se

denomina denomina cinética enzimáticacinética enzimática y proporciona y proporciona información sobre las velocidad de la reacción, información sobre las velocidad de la reacción, afinidad de las enzimas por los sustratos y efectos afinidad de las enzimas por los sustratos y efectos de los inhibidores.de los inhibidores.

Este conocimiento mejora la comprensión de la Este conocimiento mejora la comprensión de la regulación de las rutas metabólicas y posibilita la regulación de las rutas metabólicas y posibilita la mejora de fármacos más adecuados.mejora de fármacos más adecuados.

Hay dos puntos importantes de considerar:Hay dos puntos importantes de considerar: Los cambios de energía que ocurren durante la Los cambios de energía que ocurren durante la

catálisis.catálisis. Como el sitio activo facilita la catálisis.Como el sitio activo facilita la catálisis.

CINÉTICA ENZIMÁTICACINÉTICA ENZIMÁTICA

Modelo Michaelis-MentenModelo Michaelis-Menten– Constante catalítica o número de Constante catalítica o número de

recambio recambio (k(kcatcat)): número de moléculas de : número de moléculas de sustrato que pueden convertirse en sustrato que pueden convertirse en producto x molécula de enzima y por producto x molécula de enzima y por unidad de tiempounidad de tiempo

– Proporción de ES limita velocidad Proporción de ES limita velocidad (v)(v) de de enzimaenzima

1. Energía libre de 1. Energía libre de activaciónactivación

En todos las reacciones hay una barrera energética entre los reactantes y los productos.

Durante la conversión de una molécula A, a un producto B, hay cambios de energía, pasando por un estado de transición “T” :

La energía libre de activación, es la diferencia entre la energía del reactante y “T”.

Efecto de las enzimas sobre la Efecto de las enzimas sobre la energía de activaciónenergía de activación

Las enzimas son catalizadores que permiten que las reacciones se realicen más rápidamente ya que disminuyen la energía de activación requerida para la reacción.

En ausencia de la enzima, sólo una pequeña proporción de las moléculas reactantes posen suficiente energía para alcanzar al estado “T”.

La combinación del sustrato y enzima genera un nuevo camino de la reacción donde la energía libre del estado de transición es menor que aquél en la ausencia de la enzima.

2. Papel del sitio activo en 2. Papel del sitio activo en la catálisisla catálisis

El sitio activoEl sitio activo además de ser el sitio de unión al además de ser el sitio de unión al substrato, también participa en el proceso substrato, también participa en el proceso catalítico, ya que restringe los movimientos y las catalítico, ya que restringe los movimientos y las conformaciones del sustrato orientándolo en conformaciones del sustrato orientándolo en forma óptima para que se lleve a cabo la reacción.forma óptima para que se lleve a cabo la reacción.

El sitio activo provee grupos catalíticos que El sitio activo provee grupos catalíticos que aumentan la probabilidad de que se alcance el aumentan la probabilidad de que se alcance el estado de transición lo queestado de transición lo que reduce la reduce la energía de energía de

activaciónactivación necesaria para que se produzca la necesaria para que se produzca la reacción hasta el producto.reacción hasta el producto.

En las reaccionesEn las reacciones catalizadas por enzimas al catalizadas por enzimas al disminuir la energía de activación se disminuir la energía de activación se incrementa la incrementa la velocidad de la reacción.velocidad de la reacción.

Las enzimas no alteran el equilibrio de la Las enzimas no alteran el equilibrio de la reacciónreacción, sólo aumentan la velocidad hacia el , sólo aumentan la velocidad hacia el equilibrio, el cual se alcanza en segundos o minutos.equilibrio, el cual se alcanza en segundos o minutos.

Factores que afectan la velocidad Factores que afectan la velocidad de una reacciónde una reacción

Concentración del sustratoConcentración del sustratoTemperaturaTemperaturapHpH

1. pH1. pH La concentración de HLa concentración de H++, afecta , afecta

la velocidad de la reacción. la velocidad de la reacción. Usualmente se requiere que la Usualmente se requiere que la enzima y el sustrato tengan enzima y el sustrato tengan grupos químicos específicos en grupos químicos específicos en estado ionizado o no ionizado estado ionizado o no ionizado para interactuar.para interactuar.

Ejemplo: se puede requerir que Ejemplo: se puede requerir que el grupo amino de la enzima el grupo amino de la enzima este protonado (-NH3+), y a pH este protonado (-NH3+), y a pH alcalino este grupo es alcalino este grupo es desprotonado, por lo que se desprotonado, por lo que se requiere un pH básico.requiere un pH básico.

pH extremos pueden pH extremos pueden desnaturalizar las enzimas.desnaturalizar las enzimas.

El pH óptimo varía en las El pH óptimo varía en las diferentes enzimas.diferentes enzimas.

•Ejemplo: pepsina pH óptimo 2

2. Temperatura2. Temperatura La velocidad de la reacción La velocidad de la reacción

se incrementa con la se incrementa con la temperatura, hasta que se temperatura, hasta que se alcanza la máxima alcanza la máxima velocidad, aunque a mayor velocidad, aunque a mayor aumento suele degradarse.aumento suele degradarse.

Este incremento se debe al Este incremento se debe al aumento de el número de aumento de el número de moléculas que tienen moléculas que tienen suficiente energía para pasar suficiente energía para pasar la barrera energética para la barrera energética para formar los productos de la formar los productos de la reacción.reacción.

3. Concentración del 3. Concentración del sustratosustrato

La velocidad (Vo) de una reacción es el número La velocidad (Vo) de una reacción es el número de moléculas de substrato convertidas en de moléculas de substrato convertidas en producto por unidad de tiempo (producto por unidad de tiempo (µmol/minuto). µmol/minuto).

La velocidad se incrementa con la concentración La velocidad se incrementa con la concentración del substrato hasta alcanzar una máxima del substrato hasta alcanzar una máxima velocidad (Vmax).velocidad (Vmax).

La velocidad de la reacción se detiene a altas La velocidad de la reacción se detiene a altas concentraciones de substrato y es el reflejo de la concentraciones de substrato y es el reflejo de la saturación de todos los sitios activos de las saturación de todos los sitios activos de las moléculas de enzima presentes en ese moléculas de enzima presentes en ese momentomomento..

Efecto de la concentración del sustrato Efecto de la concentración del sustrato sobre la velocidad de reacciónsobre la velocidad de reacción

• La mayoría de las enzimas muestran una cinética de Michaelis-Menten:

Al graficar la velocidad inicial (Vo) de reacción contra la concentración de substrato se obtiene una curva hiperbólica.

La enzima se combina irreversiblemente con el La enzima se combina irreversiblemente con el substrato formando un complejo ES, substrato formando un complejo ES, posteriormente se libera un producto y la enzimaposteriormente se libera un producto y la enzima

K1, k2 y k2 son constantes de velocidad.K1, k2 y k2 son constantes de velocidad.

La mayoría de las reacciones catalizadas por La mayoría de las reacciones catalizadas por enzimas se rigen bajo este modelo .enzimas se rigen bajo este modelo .

La medida de la velocidad de la reacción catalizada La medida de la velocidad de la reacción catalizada por una enzima es bajo las condiciones óptimas de por una enzima es bajo las condiciones óptimas de la enzima (pH, temperatura, cofactores, etc). la enzima (pH, temperatura, cofactores, etc).

Modelo de Michaelis- MentenModelo de Michaelis- Menten

Ecuación de Michaelis-Ecuación de Michaelis-MentenMenten

Describe como la velocidad de la reacción varía con la concentración del Describe como la velocidad de la reacción varía con la concentración del sustrato:sustrato:

Suposiciones:Suposiciones: La concentración del sustrato La concentración del sustrato [S], [S], es mucho mayor que la concentración de es mucho mayor que la concentración de

la enzima la enzima [E], por lo que el porcentaje del sustrato unido a la enzima en [E], por lo que el porcentaje del sustrato unido a la enzima en cualquier momento es pequeño. cualquier momento es pequeño.

[ES] no cambia con el tiempo, es decir, la velocidad de formación de ES es [ES] no cambia con el tiempo, es decir, la velocidad de formación de ES es igual a la de su degradación (E+P), se le llama igual a la de su degradación (E+P), se le llama suposición de estado suposición de estado estacionarioestacionario..

Se utiliza la velocidad inicial de reacción (Vo), ya que la velocidad de la Se utiliza la velocidad inicial de reacción (Vo), ya que la velocidad de la reacción se mide tan pronto como el substato y la enzima se mezclan, por reacción se mide tan pronto como el substato y la enzima se mezclan, por lo que la concentración de producto es muy pequeño y la reacción de P → lo que la concentración de producto es muy pequeño y la reacción de P → S puede ignorarse.S puede ignorarse.

Vo: velocidad de la reacción inicialVmáx: velodidad máximaKm: es la constante de Michaelis-Menten[S]: concentración de sustrato

Vo: velocidad de la reacción inicialVmáx: velodidad máximaKm: es la constante de Michaelis-Menten[S]: concentración de sustrato

CONCLUSIONESCONCLUSIONES1. CARACTERÍSTICAS DE Km1. CARACTERÍSTICAS DE Km

Km es característica de una enzima y su sustrato particular, refleja la afinidad de la enzima por el substrato.

Una Km pequeño refleja una alta afinidad de la enzima por el substrato, porque se requiere una baja concentración de substrato para saturar la enzima a la mitad, esto es para que alcance la velocidad ½ Vmax.

Una Km grande refleja una baja afinidad de la enzima por el substrato porque se requiere una alta concentración de substrato para saturar la enzima a la mitad.

2. RELACIÓN DE LA VELOCIDAD DE 2. RELACIÓN DE LA VELOCIDAD DE CON LA CONCENTRACIÓN DE LA CON LA CONCENTRACIÓN DE LA

ENZIMAENZIMA

La velocidad de la reacción es La velocidad de la reacción es directamente proporcional a la directamente proporcional a la concentración de la enzima a cualquier concentración de la enzima a cualquier concentración de substrato.concentración de substrato.

Ejemplo: si la concentración de la enzima Ejemplo: si la concentración de la enzima se reduce a la mitad, la velocidad inicial se reduce a la mitad, la velocidad inicial de reacción (Vo), al igual que la velocidad de reacción (Vo), al igual que la velocidad máxima (Vmax) se reducen a la mitad.máxima (Vmax) se reducen a la mitad.

3. ORDEN DE LA 3. ORDEN DE LA REACCIÓNREACCIÓN

Cuando Cuando [[S] es mucho menor que la Km, S] es mucho menor que la Km, la la velocidad de la reacción es proporcional a la velocidad de la reacción es proporcional a la concentración del sustrato, se dice entonces concentración del sustrato, se dice entonces que que la velocidad de la reacción es de la velocidad de la reacción es de primer orden primer orden con respecto a la con respecto a la concentración de sustrato.concentración de sustrato.

Cuando [S] Cuando [S] es mucho mayor que la Kmes mucho mayor que la Km la la velocidad es constante e igual a Vmax, velocidad es constante e igual a Vmax, entonces, la velocidad de la reacción es entonces, la velocidad de la reacción es independiente de la concentración del independiente de la concentración del sustrato y se dice que la sustrato y se dice que la velocidad de la velocidad de la reacción es de orden cero reacción es de orden cero con respecto a con respecto a la concentración del sustrato.la concentración del sustrato.

REPRESENTACIÓN DE Lineweaver-REPRESENTACIÓN DE Lineweaver-BurkBurk

• La ecuación de Lineweaver-Burk se utiliza para una detminación más exacta de Km y Vmax. Se transforman los datos, la ec de Michaelis-Menten (una hipérbola), se reordena teniendo su inversa: en su inversa:

• Cuando se grafica el inverso de Vo= 1/Vo contra el inverso de [S]= 1/ [S], se obtiene una linea recta llamada grafico de Lineweaver-Burk.

Grafica de Lineweaver-BurkGrafica de Lineweaver-Burk

Esta línea se puede usar para Esta línea se puede usar para calcular Km y Vmax y para calcular Km y Vmax y para determinar el mecanismo de determinar el mecanismo de acción de los inhibidores acción de los inhibidores enzimáticos.enzimáticos.

La intersección en el eje de las “y” es 1/Km

La intersección en el ejede las “x” es 1/Vmax

INHIBICIÓN DE LA INHIBICIÓN DE LA ACTIVIDAD ENZIMÁTICAACTIVIDAD ENZIMÁTICA

La función catalítica de las La función catalítica de las enzimas está regulada por enzimas está regulada por inhibidores (disminuyen la inhibidores (disminuyen la velocidad de reacción), velocidad de reacción), esenciales en la regulación esenciales en la regulación del metabolismodel metabolismo

Inhibidores irreversibles Inhibidores irreversibles (enlaces covalentes) y (enlaces covalentes) y reversibles (no covalentes)reversibles (no covalentes)

Algunas drogas y toxinas Algunas drogas y toxinas actúan como inhibidores y actúan como inhibidores y bloquean rutas bloquean rutas metabólicas esenciales metabólicas esenciales para las célulaspara las células

Inhibición irreversible y Inhibición irreversible y reversiblereversible

Un inhibidor irreversible se disocia muy lentamente de su Un inhibidor irreversible se disocia muy lentamente de su enzima diana porque está estrechamente unido a la enzima enzima diana porque está estrechamente unido a la enzima mediante enlaces covalente o no covalentes (toxinas, mediante enlaces covalente o no covalentes (toxinas, drogas, etc.)drogas, etc.)

La inhibición reversible está caracterizada por una La inhibición reversible está caracterizada por una disociación rápida del complejo enzima-inhibidor (E-I). disociación rápida del complejo enzima-inhibidor (E-I). Típicamente, los inhibidores forman enlaces no covalentes.Típicamente, los inhibidores forman enlaces no covalentes.

La inhibición reversible se subdivide en:La inhibición reversible se subdivide en:– Inhibición competitivaInhibición competitiva– Inhibición no-competitivaInhibición no-competitiva– AcompetitivaAcompetitiva

A. Inhibición competitivaA. Inhibición competitiva

Se presenta cuando el inhibidor se Se presenta cuando el inhibidor se une reversiblemente a la enzima une reversiblemente a la enzima en en el mismo sitio que el sustrato el mismo sitio que el sustrato normalmente ocuparía,normalmente ocuparía, por lo que por lo que compite con el substrato por este compite con el substrato por este sitio.sitio.

A. Inhibición competitivaA. Inhibición competitiva

Efecto sobre VmaxEfecto sobre Vmax. . A una concentración de sustrato A una concentración de sustrato suficientemente alta, se alcanza la Vmax observada en suficientemente alta, se alcanza la Vmax observada en auscencia del inhibidor.auscencia del inhibidor.

Efecto sobre la Km. Efecto sobre la Km. La Km se incrementa en prescencia La Km se incrementa en prescencia del inhibidor.del inhibidor.

Efecto sobre Lineweaver-Burk:Efecto sobre Lineweaver-Burk: las gráficas de las relaciones las gráficas de las relaciones inhibida y no inhibida cortan trasversalmente en el eje y en inhibida y no inhibida cortan trasversalmente en el eje y en 1/Vmáx.1/Vmáx.

Fármacos con inhibición Fármacos con inhibición competitivacompetitiva

• Las estatinas (fármacos que disminuyen el colesterol) son drogas que inhiben un paso limitante en la síntesis de colesterol, que es catalizado por la HMG-CoA reductasa.

•Ejemplo: lovastatin (una estatina), es un análogo de la HMG-CoA y compite por el sitio activo de la HMG-CoA reductasa.

•Bajan los niveles plasmáticos de colesterol ya que se inhibe su síntesis de novo.

HMG-CoA →hidroximetilglutaril CoA reductasa.

2. Inhibición No 2. Inhibición No competitivacompetitiva

El inhibidor y el sustrato El inhibidor y el sustrato se unen a sitios se unen a sitios diferentes sobre la diferentes sobre la enzima.enzima.

El inhibidor puede El inhibidor puede unirse sobre la enzima unirse sobre la enzima libre o bien en el libre o bien en el complejo ES, evitando complejo ES, evitando que la reacción ocurra.que la reacción ocurra.

Tiene un efecto Tiene un efecto característico sobre la característico sobre la Vmax.Vmax.

Inhibición No competitiva.Inhibición No competitiva.

Efecto sobre Vmax:Efecto sobre Vmax: la inhibición no puede superarse por un la inhibición no puede superarse por un incremento en la concentración del sustrato, por lo que estos incremento en la concentración del sustrato, por lo que estos inhibidores disminuyen la Vmax de la reacción.inhibidores disminuyen la Vmax de la reacción.

Efecto sobre KmEfecto sobre Km: no afectan la unión del sustrato a la : no afectan la unión del sustrato a la enzima, por lo que la enzima muestra la misma Km similar en enzima, por lo que la enzima muestra la misma Km similar en presencia o ausencia del inhibidor. presencia o ausencia del inhibidor.

Efecto sobre Lineweaver-Burk:Efecto sobre Lineweaver-Burk: Vmáx aparentemente Vmáx aparentemente disminuye en presencia de un inhibidor no competitivo mientras disminuye en presencia de un inhibidor no competitivo mientras que Km no se modificaque Km no se modifica

Inhibidores No Inhibidores No competitivoscompetitivos

Ciertos insecticidas cuyo efecto Ciertos insecticidas cuyo efecto neurotóxico es el resultado de su unión neurotóxico es el resultado de su unión irreversible al sitio catalítico de la irreversible al sitio catalítico de la enzima.enzima.

Ejemplo:Ejemplo: insecticidas que actúan como insecticidas que actúan como inhibidores de la inhibidores de la acetylcholinesterasaacetylcholinesterasa (enzima que degrada al (enzima que degrada al neurotransmisor acetilcolina).neurotransmisor acetilcolina).

Inhibidor competitivo Inhibidor competitivo vsvs. no . no competitivocompetitivo

Velocidad de reacción NO cambia

Km aumenta

Velocidad de reacción disminuye

Km no varía

Inhibición Inhibición acompetitivaacompetitiva

El I se une al complejo ES El I se une al complejo ES EIS solamente, no a la EIS solamente, no a la enzima libreenzima libreEsta inhibición es rara, decrecen los valores de Vmax y Esta inhibición es rara, decrecen los valores de Vmax y KmKmEl aumento de la [S] acelera la rxn pero nunca como sin El aumento de la [S] acelera la rxn pero nunca como sin inhibidorinhibidorLa rxn puede retrasarse pero no impedirseLa rxn puede retrasarse pero no impedirseSe presenta cuando hay mas de un sustrato en la Se presenta cuando hay mas de un sustrato en la reacción.reacción.

Fármacos que actúan como Fármacos que actúan como inhibidores enzimáticosinhibidores enzimáticos

Muchas medicinas actúan como Muchas medicinas actúan como inhibidores. Al menos la mitad de los inhibidores. Al menos la mitad de los medicamentos más comunes en USA.medicamentos más comunes en USA.

Ejemplo: Ejemplo: penicilina y amoxicilina.penicilina y amoxicilina.

Inhiben a las enzimas involucradas en la Inhiben a las enzimas involucradas en la síntesis de la pared celular de las síntesis de la pared celular de las bacteriasbacterias

Regulación enzimáticaRegulación enzimática

La actividad enzimática puede regularse, La actividad enzimática puede regularse, activándose o inhibiéndose de acuerdo a activándose o inhibiéndose de acuerdo a las necesidades de la célula.las necesidades de la célula.

Los principales mecanismos de Los principales mecanismos de regulación son:regulación son:

1.1. Control genético (síntesis de la enzima)Control genético (síntesis de la enzima)2.2. Modificación covalenteModificación covalente3.3. Efectos alostéricos Efectos alostéricos 4.4. CompartimentalizaciónCompartimentalización

A. Control genéticoA. Control genético

La regulación de la cantidad de enzima se efectúa La regulación de la cantidad de enzima se efectúa alterando la velocidad de su síntesis.alterando la velocidad de su síntesis.

Puede presentarse una inducción o una represión de la Puede presentarse una inducción o una represión de la síntesis de la enzima, pero su eficiencia no se modifica.síntesis de la enzima, pero su eficiencia no se modifica.

Principalmente son enzimas que se requieren en una etapa Principalmente son enzimas que se requieren en una etapa del desarrollo o bajo condiciones fisiológicas específicas del desarrollo o bajo condiciones fisiológicas específicas (ejemplo: niveles altos de insulina en sangre como (ejemplo: niveles altos de insulina en sangre como consecuencia de niveles muy altos de glucosa en sangre).consecuencia de niveles muy altos de glucosa en sangre).

Su efecto es lento, comparado con el efecto de los otros Su efecto es lento, comparado con el efecto de los otros tipos de regulación.tipos de regulación.

B. Modificación B. Modificación covalentecovalente

Es una de las principales formas Es una de las principales formas mediante las cuales se regulan los mediante las cuales se regulan los procesos celulares.procesos celulares.

Cambios en las enzimas por diversas Cambios en las enzimas por diversas modificaciones covalentes:modificaciones covalentes:

a)a) Fosforilación y desfosforilación Fosforilación y desfosforilación (principal)(principal)

b)b) MetilaciónMetilaciónc)c) AcetilaciónAcetilaciónd)d) Nucleotidilación (adición de Nucleotidilación (adición de

nucleótido)nucleótido)

C. Efectos alostéricosC. Efectos alostéricos

Las enzimas alostéricas, generalmente están Las enzimas alostéricas, generalmente están formadas por varias subunidades, con varios formadas por varias subunidades, con varios sitios activos los cuales presentan sitios activos los cuales presentan cooperatividad. cooperatividad.

Son reguladas por moléculas llamadas Son reguladas por moléculas llamadas efectoresefectores, los cuales se les unen no , los cuales se les unen no covalentemente en un sitio diferente a su covalentemente en un sitio diferente a su sitio activo.sitio activo.

El efector alostético puede alterar la afinidad El efector alostético puede alterar la afinidad de la enzima por su substrato o afectar la de la enzima por su substrato o afectar la máxima actividad catalítica de la enzima. máxima actividad catalítica de la enzima.

Generalmente catalizan pasos iniciales Generalmente catalizan pasos iniciales limitantes de las vías metabólicaslimitantes de las vías metabólicas

Regulación Regulación alostéricaalostérica..

Las enzimas Las enzimas alostéricas pueden alostéricas pueden ser inhibidas o ser inhibidas o estimuladasestimuladas por sus por sus efectores o efectores o moduladores, es decir, moduladores, es decir, los efectores pueden los efectores pueden ser positivos (ser positivos (aceleran aceleran la reacción), o la reacción), o negativosnegativos (disminuyen (disminuyen la reacción).la reacción).

Con respecto a su Con respecto a su naturaleza los efectores naturaleza los efectores pueden ser pueden ser homotrópicoshomotrópicos o o heterotrópicos.heterotrópicos.

Efectores homotrópicosEfectores homotrópicos

Efector homotrópicoEfector homotrópico: el mismo sustrato funciona : el mismo sustrato funciona como efector (por ej. la unión de un sustrato influye como efector (por ej. la unión de un sustrato influye sobre la unión de otra molécula sustrato), sobre la unión de otra molécula sustrato), generalmente generalmente son efectores positivos. son efectores positivos.

Al unirse a un sitio de la enzima, la molécula sustrato Al unirse a un sitio de la enzima, la molécula sustrato aumenta las propiedades catalíticas de otros sitios de aumenta las propiedades catalíticas de otros sitios de unión a otros sutratos, unión a otros sutratos, estoesto es, presentan es, presentan cooperatividad.cooperatividad.

Estas enzimas muestran una Estas enzimas muestran una curva sigmoideacurva sigmoidea cuando la velocidad de reacción (Vo) se grafica cuando la velocidad de reacción (Vo) se grafica contra la concentración de sustrato contra la concentración de sustrato [S][S]

Efectores Efectores heterotrópicosheterotrópicos

Efector heterotrópico: el Efector heterotrópico: el efector es diferente del efector es diferente del sustrato de la reacción.sustrato de la reacción.

Los efectores heterotrópicos Los efectores heterotrópicos

pueden ser negativos o pueden ser negativos o positivos. positivos.

Ejemplo:Ejemplo: Inhibición por Feed- Inhibición por Feed- back.back.

En un paso irreversible (limitante), una enzima convierte el producto D en E,esta misma tiene un sitio alostérico que se une al producto final G.Cuando G se incrementa (porque no se consume tan rápidamente), el paso irreversible de la vía se inhibe.

Efector negativo.La fosfofructoquinasa-1 (FPK-1) tiene un sitio alostérico para ATP. En grandes concentraciones de ATP, la enzima se inhibe alostéricamente.

Efector positivo:FPK-1 es alostéricamente activada por fructosa 2,6 bifosfato, siempre que aumente la concentración de AMP (condiciones de demanda energética).

Ejemplo: GlucólisisEjemplo: Glucólisis

FPK-1

ALGUNAS ENZIMAS UTILIZADAS EN EL DIAGNÓSTICO CLÍNICO DE ENFERMEDADES

Enzima Tejido (s) Uso diagnóstico

AST Corazón, músculo esquelético, hígado, cerebro

Hepatopatía

ALT Hígado Hepatopatía

Amilasa Páncreas, glándulas salivales Pancreatitis aguda, obstrucción biliar

CK Músculo esquelético, corazón, cerebro

Distrofia muscular, infarto de miocardio

GGT Hígado Hepatitis, exceso de alcohol

LDH Corazón, hematíes, hígado Linfoma, hepatitis

Lipasa Páncreas Pancreatitis aguda, obstrucción biliar

Fosfatasa alcalina Osteoblasto Enfermedad ósea, tumores óseos

Fosfatasa ácida Próstata Cáncer de próstata