U.T.I. Biología Celular

Enzimas

Departamento de BioquímicaNoviembre de 2005

Enzimas

A.A. Propiedades generales de las enzimasPropiedades generales de las enzimas

B. Principios fundamentales de su acción catalítica

C. Introducción a la cinética enzimática

D. Mecanismos de acción enzimáticos

E. Enzimas reguladores

A. Propiedades generales de las enzimas (I)

1. Son los catalizadores de las reacciones químicas de los sistemas biológicos

2. Tienen gran poder catalítico

3. Poseen un elevado grado de especificidad de sustrato

4. Funcionan en soluciones acuosas en condiciones suaves de pH y temperatura

A. Propiedades generales de las enzimas (II)

5. La mayoría de las enzimas son proteínas:

• La función depende de la integridad de la conformación proteica nativa

• Existen enzimas que son proteínas simples y otras que requieren componentes químicos adicionales:

- Cofactores: - iones inorgánicos- complejos orgánicos

coenzimasgrupos prostéticos

• Holoenzima / Apoenzima

A. Propiedades generales de las enzimas (III)

6. Las enzimas se clasifican según la reacción catalizada:

• Nomenclatura:- Número clasificatorio de 4 dígitos (E.C.)- Nombre sistemático- Nombre trivial

ATP + D-Glucosa ADP + D-Glucosa-fosfato

Número clasificatorio: E.C. 2.7.1.1.2. Clase: Transferasa

7. Subclase: Fosfotransferasa1. Fosfotransferasas con OH como aceptor

1. D-glucosa como aceptor del fosfatoNombre sistemático: ATP:glucosa fosfotransferasaNombre trivial: hexoquinasa

Enzimas

A. Propiedades generales de las enzimas

B.B. Principios fundamentales de su acción catalíticaPrincipios fundamentales de su acción catalítica

C. Introducción a la cinética enzimática

D. Mecanismos de acción enzimáticos

E. Enzimas reguladores

B. Principios fundamentales de la acción catalítica de las enzimas

¿ cómo funcionan las enzimas ?

• En condiciones fisiológicas las reacciones sin catalizar tienden a ser lentas (estabilidad de biomoléculas)

• Muchas reacciones bioquímicas suponen situaciones poco probables

• Una enzima soluciona estos problemas proporcionando un ambiente tridimensional favorable a la reacción (sitio activo)

Las enzimas alteran las velocidades de reacción pero no los equilibrios

(A) S P

(B) E + S ES EP E + P

(A) (B)

Las velocidades de reacción y los equilibrios tienen definiciones termodinámicas precisas

• Equilibrio de reacción depende ∆G’o• Velocidad de reacción depende de ∆G‡

S P Keq’ = [P]

[S]∆G’o = - RT ln Keq’

KTe - ∆G‡ / RTk = V = k [S]

h K = constante de Boltzmannh = constante de Planck

Las interacciones débiles entre enzima y sustrato son óptimas en el estado de transición

En el estado de transición las interacciones entre la enzima y el sustrato son óptimas

La energía de fijación entre enzima y sustrato proporciona especificidad de reacción y catálisis

Grupos catalíticos específicos contribuyen a la catálisis

Enzimas

A. Propiedades generales de las enzimas

B. Principios fundamentales de su acción catalítica

C.C. Introducción a la cinética Introducción a la cinética enzimáticaenzimática

D. Mecanismos de acción enzimáticos

E. Enzimas reguladores

El modelo de Michaelis-Menten (1913)

Leonor Leonor MichaelisMichaelis MaudMaud MentenMenten

La concentración de sustrato afecta la velocidad de reacción catalizada por enzimas

Cinética del estado estacionario

Cinética del estado estacionario

La relación entre concentración de sustrato y velocidad de reacción enzimática puede

expresarse de manera cuantitativa

Ecuación de Ecuación de MichaelisMichaelis -- MentenMenten

Ecuación de Lineweaver -Burk

El significado de Km y Vmax es único para cada enzima

• El significado real de Km depende del mecanismo de reacción

Si k2 es la limitante de reacción entonces KmKm = k= k--1/k1 = 1/k1 = KsKs (o K(o KDD de ES)de ES)

• La Vmax de enzimas michaelianas es equivalente a k2 [ET]

Si k2 es la limitante de reacción entonces k2 = k2 = kcatkcat o No de recambio

El Nº de recambio se define para una unidad de tiempo definida, como el número de moléculas de sustrato convertidas en producto por una molécula de enzima, cuando esta enzima

está saturada

Muchas enzimas catalizan reacciones con dos o más sustratos

Inhibición competitiva

Inhibición no-competitiva

Inhibición acompetitiva

Efecto del pH sobre la actividad enzimática

Enzimas

A. Propiedades generales de las enzimas

B. Principios fundamentales de su acción catalítica

C. Introducción a la cinética enzimática

D.D. Mecanismos de acción enzimáticosMecanismos de acción enzimáticos

E. Enzimas reguladores

Mecanismo de acción de la quimotripsina

Cambio conformacional de la hexoquinasa

Enzimas

A. Propiedades generales de las enzimas

B. Principios fundamentales de su acción catalítica

C. Introducción a la cinética enzimática

D. Mecanismos de acción enzimáticos

E.E. Enzimas reguladorasEnzimas reguladoras

Enzimas reguladoras

1. Enzimas alostéricas

• Son reguladas por unión no-covalente de moduladores

• Constituyen excepciones a muchas reglas generales- efecto homotrópico (positivo o negativo)- efecto heterotrópico (positivo o negativo)

• Hay dos modelos que explican el comportamiento cinético de las enzimas alostéricas- modelo simétrico (Monod)- Modelo secuencial (Koshland)

Enzimas reguladoras

2. Modulación covalente reversible

• Fosforilación

• Adenililación

• Uridililación

• ADP-ribosilación

• Metilación

Fosforilación / defosforilación

Activación de zimógenos