ENZIMAS

CARACTERISTICASLas enzimas son catalizadores biológicos:1. Aumentan la velocidad de reacción (106-1012

veces)2. Trabajan en condiciones más suaves(Tº<100ºC, pH neutro y presión atmosférica) 3. Presentan especificidad tanto frente a sustratos como productos4. Tienen capacidad de regulación, su actividad varia en respuesta a concentraciones diferentes de sus sustratos

CLASIFICACIÓNSe clasifican y designan de acuerdo con el tipo de reacción química que catalizan

1. Oxidoreductasas Reacciones de oxidación- reducción

2. Transferasas Transferencia de grupos funcionales

3. Hidrolasas Reacciones de hidrólisis4. Liasas Eliminación de grupos para

formar dobles enlaces5. Isomerasas Isomerización6. Ligasas Formación de enlace acoplada

con la hidrólisis de ATP

Las Enzimas aceleran las reacciones bajando la Energía de activación

CATÁLISIS ENZIMÁTICA

Catálisis es un proceso que aumenta la velocidad a la que una reacción se aproxima al equilibrio. Este aumento de velocidad se debe a dos condiciones: orientación y proximidad del enzima con su sustrato. Existen diferentes mecanismos de catálisis enzimática: ácido-base, covalente, electrostática, por iones metálicos. La unión del sustrato a la enzima se realiza por el sitio activo (o centro activo) que corresponde a una ordenación espacial asimétrica de las cadenas laterales de aminoácidos catalíticos que se encuentran alejados en la secuencia.

Quimotripsina: aminoácidos catalíticos His57, Asp102 y Ser195.

Sitios activos de tripsina, quimotripsina y elastasa

ESPECIFICIDAD ENZIMÁTICALa especificidad puede ser absoluta (un sitio activo rígido “Teoría de la llave y cerradura”)

y relativa (sitio activo relajado “teoría del ajuste inducido”)

Ejemplo de un ajuste inducido en el sitio activo

Algunas enzimas requieren de un cofactor para expresar su actividad. Este puede ser inorgánico (ión metálico) u

orgánico (coenzima)

La mayoría de las coenzimas provienen de las vitaminas

activa inactiva

ACTIVACIÓN DE PROENZIMAS (zimógenos) POR PROTEOLISIS

Auto-activación de quimotripsina

Proteasas que activan otras proteasas

( ”Lehninger Principles of Biochemistry” 3th.ed.Nelson, DL and Cox, M.M. Worth Publishers, 2000.)

Temperatura pH [ Sustrato ] [ Enzima ] Inhibidores

FACTORES QUE DETERMINAN LA VELOCIDAD DE UNA REACCIÓN ENZIMÁTICA

Efecto de pH

Efecto temperatura

ECUACIÓN Y GRÁFICO DE MICHAELIS-MENTEN

REPRESENTACIÓN LINEAL DE LA ECUACIÓN DE MICHAELIS-MENTEN

GRÁFICA DE LINEWEAVER-BURK

INHIBICIÓN ENZIMÁTICAPuede ser reversible o irreversible. Los inhibidores

disminuyen la actividad enzimática afectando la velocidad de la reacción

INHIBICIÓN REVERSIBLE

(a) Inhibición Competitiva El inhibidor se fija al centro activo de la enzima libre, por semejanza estructural con el sustrato, impidiendo su fijación al sitio activo. Puede revertirse por adición de más sustrato.

(b) Inhibición No Competitiva El inhibidor se fija a la enzima en un sitio distinto al sitio activo, por tanto no impide la fijación del sustrato a la enzima, pero sí modifica la acción catalítica . Se forma un complejo terciario.

E ES

EI

I

S

E + P

InhibiciónCompetitiva

Las fijaciones de sustrato e inhibidor sonmutuamente excluyentes; el complejo EI no es

productivo

Unión del Inhibidor al centro activo, compitiendo con S

Aumenta Km

No cambia Vmax

INHIBICIÓN COMPETITIVA

+ Inhibidor

E ES

EI

I

S

E + PI

ESI

SInhibición

No Competitiva

El inhibidor se fija indistintamente a la enzima libre Ey al complejo enzima-substrato ES; ni el complejo EI

ni el complejo ESI son productivos

Unión del Inhibidor a un sitio de

la enzima distinto del centro

activo: no compite con S

• No cambia Km

• Disminuye Vmax

INHIBICIÓN NO COMPETITIVA

+ Inhibidor

SustratoInhibidor no competitivo

(Adaptado de: ”Lehninger Principles of Biochemistry” 3th.ed.Nelson, DL and Cox, M.M. Worth Publishers, 2000.)

GRAFICAS DE MICHAELIS-MENTEN EN LA INHIBICIÓN COMPETITIVA Y NO COMPETITIVA

Inhibición Competitiva Inhibición no Competitiva

(“Bioquímica”, Mathews and van HoldeMcGraw-Hill, 1998)

INHIBICIÓN IRREVERSIBLE

- Los inhibidores irreversibles reaccionan con un grupo químico de la enzima, modificándola covalentemente

- Su acción no se describe por una constante de equilibrio Ki, sino por una constante de velocidad ki:

- A diferencia de la inhibición reversible, el efecto de los inhibidores irreversibles depende del tiempo de actuación

del inhibidor.

- Los inhibidores irreversibles son, por lo general, altamente tóxicos.

Reacciones bisustrato: mecanismos secuencial (a) y ping-pong (b)

Regulación enzimática

Puede ser de 2 tipos:

1. Control de la disponibilidad de enzima: la cantidad de enzima determinada en una célula depende tanto de su velocidad de síntesis como de su velocidad de degradación.

2. Control de la actividad de la enzima: la actividad catalítica puede regularse directamente mediante alteraciones de conformación o de estructura:

a) regulación alosterica

b) por modulación covalente reversible - fosforilación /desfosforilación-

MODULACIÓN

ALOSTÉRICA

EFECTOS ALOSTÉRICOS DE MODULADORES POSITIVO Y NEGATIVO

(al no ser cinética michaeliana no se puede usar el término Km, sino K0,5)

+ Modulador alostérico positivo

La unión y transformación del sustrato es cooperativa

+ Modulador alostérico negativo

( ”Lehninger Principles of Biochemistry” 3th.ed.Nelson, DL and Cox, M.M. Worth Publishers, 2000.)

Efectos alostericos: homotrópicos, el modulador es el mismo sustrato, siempre es positivo heterotrópicos, es modulador es distinto del sustrato, pueden ser positivos o negativos.Si el modulador es el producto el efecto heterotrópico es negativo y se habla de “feeback” o inhibición por producto

INHIBICIÓN POR PRODUCTO

ACTIVACIÓN/INACTIVACIÓN DE ENZIMAS POR FOSFORILACIÓN.

Ejemplo: glucógeno fosforilasa

Quinasa activadora

Fosfatasa inactivadora

( ”Lehninger Principles of Biochemistry” 3th.ed.Nelson, DL and Cox, M.M. Worth Publishers, 2000.)

ISOENZIMAS

Son enzimas semejantes catalítica y estructuralmente, catalizan la misma reacción en tejidos distintos del organismo, pero difieren en propiedades cinéticas y también pueden diferir frente a moduladores alostericos.

La lactato deshidrogenasa, LDH, cataliza la reacción

presenta 5 isozimas, formadas por tetrámeros M y H: M4,M3H,M2H2, MH3 y H4