UR Temvxcvxca 4 Enzimas
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ENZIMAS
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ENZIMAS
Las enzimas son proteínas
Catalizan reacciones químicas necesariaspara la sobrevivencia celular
Sin las enzimas los procesos biológicosserían tan lentos que las células no podríanexistir.
Las enzimas pueden actuar dentro de lacélula , fuera de ésta, y en el tubo de ensayo.
E + S ESEP E + P
E E E E
La enzima disminuye la energía de
activación
Tiempo de la reacción
E + S
E + P
Sin enzima
Con enzima
• La Ea de la hidrólisis de la urea
baja de 30 a 11 kcal/mol con la
acción de las enzimas, acelerando
la reacción 1014
• El aumento de temperatura
necesario para producir la reacción
no catalizada seria de 529ºC
Enzima - Catalizador
Tanto la enzima como el catalizador
aceleran la velocidad de una reacción
química.
Una enzima puede transformar 1000
moléculas de sustrato/ segundo
Las enzimas tienen 3 propiedades que los
catalizadores NO tienen
• Especificidad por el sustrato
• Se inactivan por desnaturación
• Pueden ser reguladas
Las enzimas se unen a los reactivos(sustratos) reduciendo la energía deactivación
Cada enzima tiene una forma únicacon un sitio o centro activo en el quese une al sustrato
Después de la reacción, enzimas yproductos se separan.
Las moléculas enzimáticas no hancambiado después de participar en lareacción
Las enzimas cumplen su papel catalítico gracias a:
• Fijación estereoquímicamente complementaria
del substrato
• Transformación catalítica del mismo
En ambas funciones participan:
• Cadenas laterales de los aminoácidos
• Grupos o moléculas no proteicas:
Grupos prostéticos
Iones metálicos
Cofactores
Los siguientes hechos:
Especificidad de la reacción enzimática
Carácter heterogéneo de la catálisis enzimática
Nos llevan a postular la existencia de un CentroActivo en la molécula de enzima, capaz de:
Fijar específicamente al substrato
Transformarlo catalíticamente.
Modelos:
Encaje inducido
Llave – cerradura.
Estado de transición
La unión del sustrato es muy
específica
Modelo de Llave y Cerradura (Emil Fischer)
Substrato y enzima se
acoplan de forma
estereospecífica,
de la misma manera que una
llave se ajusta a su
cerradura.
Modelo aceptado durante
mucho tiempo; hoy se
considera insuficiente al no
explicar algunos fenómenos
de la inhibición enzimática
Sustrato
Enzima
Complejo enzima-
sustrato
Modelo de Ajuste Inducido (Koshland)
Tanto la enzima como el
substrato sufren una
alteración en su
estructura por el hecho
físico de la unión.
Está mucho más de
acuerdo con todos los
datos experimentales
conocidos hasta el
momento.
Sustrato
Enzima
Complejo enzima-
sustrato
Una enzima puede unir dos sustratos
en su sitio activo
Clasificación y
nomenclatura de enzimas
Nomenclatura histórica:• SUSTRATO + ACTIVIDAD + SUFIJO(asa)
(v.g. glucoquinasa)
• SUSTRATO + SUFIJO(asa)(v.g. ureasa)
• DONADOR + ACEPTOR + ACTIVIDAD + SUFIJO(asa)
(v.g. oxalacetilaminotransferasa)
Nomenclatura IUB (1972): 6 grupos según la
reacción catalizada. Código numérico encabezado
por las letras EC( enzyme commission). Cuatro
números separados por puntos
Nomenclatura
EC 1.x Oxidorreductasas
EC 2.x Transferasas
EC 3.x Hidrolasas
EC 4.x Liasas
EC 5.x Isomerasas
EC 6.x Ligasas
Clasificación de enzimas por Grupos
Sin transferencia de hidrógenos
1. OXIDORREDUCTASAS
• Regulan reacciones
REDOX
• Existen dos tipos
esenciales:
• Con transferencia
de hidrógenos
• Sin transferencia
de hidrógenos
Con transferencia de hidrógenos
AH2 + B A + BH2
2. TRANSFERASAS • Transfieren grupos
funcionales
3. HIDROLASAS•Rotura de enlaces por
medio de agua
4. LIASAS •Rotura o formación de
moléculas sin
intervención de agua.
•Suele producirse
adición a dobles
enlaces: C=C, C=O,
C=N
5. ISOMERASAS
Cambio de posición de
grupos dentro de la
molécula
6. LIGASAS O SINTETASAS Formación de
enlaces con rotura
de ATP
Cinética Enzimática
Cinética Enzimática
La cinética enzimática es el análisis cuantitativo del efecto
de cada uno de los factores que intervienen en la actividad
enzimática, que se evalúa a través de la velocidad de la
reacción catalizada.
Las variables más importantes son:
• Concentración de enzima, sustratos y productos
(incluyendo inhibidores y/o activadores)
• pH
• Temperatura
Ella está basada en la medición de la velocidad de reacción. Así en la reacción:
Se tendrá:
dt
ds
dt
dpv
ES P
dt
t
s
p[ ]
Concepto de velocidad inicial
+d[P]v = , t 0
Efecto de la concentración del sustrato
Cinética de la reacción enzimática
La velocidad de una reacción enzimática aumenta de forma lineal hasta
alcanzar un máximo en el que se produce la saturación de la enzima
v
[s]
Efecto de la concentración de substrato
..
.. . . . .
E + S ES E + Pk+1
k-1
k+2
Una cinética hiperbólica implica un proceso saturante:
Hay un número limitado de sitios en la enzima
para fijar substrato; una vez que están ocupados
todos, por mucho que aumente la concentración
de substrato, la velocidad permanecerá constante.
Baja
concentración
de sustrato
ALTA
concentración
de sustrato
SATURACION
Hipótesis de Michaelis - Menten
E + S ES E + Pk+1
k-1
k+2
- La primera parte del mecanismo,
E + S ESk+1
k-1Tiene lugar mucho más rápidamente que la segunda:
ES E + Pk+2
Km + sv =
Vmax * s
Relación entre Km y Vmax
Michaelis y Menten
Concentración de Sustrato [S]
Velo
cid
ad
de la r
eacció
n (
v)
Km
Vmax
Vmax/2
La Km es la concentración de sustrato
donde se obtiene la mitad de la Vmax
Concentración de Sustrato [S]
Velo
cid
ad
de la r
eacc
ión
(v
)
Km
Vmax
Vmax/2
A mayor Km, menor es la afinidad de la enzima por el sustrato
A menor Km, mayor es la afinidad de la enzima por el sustrato
Representación directa
s
0 20 40 60 80 100
v
0
20
40
60
80
100
Km
Vmax
vV s
K smx
m
Efecto de la concentración de la
enzima
Cuando se varia la concentración de la
enzima para una misma cantidad de
sustrato, la velocidad de reacción es
directamente proporcional a la
concentración de la enzima.
Vel.
[E]10 20 30 40 50 60
100
50
0
Efecto de la Conc. de enzima
Efecto del pH
Todas las enzimas presentan un pH óptimo deactividad. El pH puede afectar de varias maneras:
El centro activo puede contener aminoácidos congrupos ionizados que pueden variar con el pH.
El sustrato puede verse afectado por las variacionesdel pH.
Algunas enzimas presentan variaciones peculiares. Lapepsina del estómago, presenta un óptimo a pH=2, yla fosfatasa alcalina del intestino un pH= 12
Efecto del pH en la ENZIMA
Cada enzima tiene un pH óptimo para su actividad
El pH afecta las interacciones iónicas
Pepsina 1.5
Tripsina 7.7
Catalasa 7.6
Arginasa 9.7
Fumarasa 7.8
Ribonucleasa 7.8
Enzima pH óptimo
Efecto de la temperatura
Influye en la actividad. El punto óptimo
representa el máximo de actividad.
A temperaturas bajas, las enzimas se
hallan "muy rígidas" y cuando se supera un
valor considerable la actividad cae
bruscamente porque, como proteína, la
enzima se desnaturaliza.
En el efecto de la temperatura hay dos componentes:
1. Aceleración de la reacción según
la ecuación de Arrhenius
k = A exp (-Ea/RT)
2. Desnaturalización térmica de la
proteína
Efecto de la temperatura en la ENZIMA
Cada enzima tiene una temperatura óptima.
Temperatura
15º 40º 75º
Aumento de la
velocidad
Desnaturación
por calor
ORGANISMOS TERMÓFILOS
Son organismos que viven a altas tº y realizan
sus reacciones enzimáticas a estas altas tº
Ejemplos son los que viven en las aguas
termales
Es tema de investigación el aislamiento de las
enzimas de estos organismos para desarrollar
procesos industriales en condiciones más
extremas
Mamíferos 37
Bacterias y algas aprox. 100
Bacterias Árticas aprox. 0
Enzima Temp. Ópt.
(oC)
Bacterias en muestra de hielo antigua
Efecto de los activadores:
Algunas enzimas requieren la presencia de una
molécula no proteica para la catálisis: son las proteínas
CONJUGADAS u HOLOENZIMAS
APOENZIMA: parte proteica
COFACTOR: parte no
proteica
Según la complejidad de la
porción no proteica:
• Ión
• Coenzima
• Grupo prostético
Coenzimas
Las coenzimas son pequeñas moléculas
orgánicas, que se unen a la enzima.
Las coenzimas colaboran en la reacción
enzimática recibiendo transitoriamente
algún grupo químico: H+ , OH, CH3 .
La enzima sin la coenzima recibe el nombre
de APOENZIMA
Algunas enzimas requieren metales para
mejorar su actividad
