Enzimas: catalizadores biológicos
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Enzimas: catalizadores biológicos Hay dos condiciones fundamentales para LA VIDA. Primero, que los entes vivos deben ser capaces de AUTODUPLICARSE, y segundo que el organismo debe ser capaz de catalizar sus reacciones químicas, en forma eficiente y en totalmente selectiva.
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Enzimas: catalizadores biológicos. Hay dos condiciones fundamentales para LA VIDA. Primero, que los entes vivos deben ser capaces de AUTODUPLICARSE, y segundo que el organismo debe ser capaz de catalizar sus reacciones químicas, en forma eficiente y en totalmente selectiva. Enzimas. - PowerPoint PPT Presentation
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Enzimas: catalizadores biológicos
Hay dos condiciones fundamentales para LA VIDA. Primero, que los entes vivos
deben ser capaces de AUTODUPLICARSE, y segundo que el organismo debe ser capaz de catalizar
sus reacciones químicas, en forma eficiente y en totalmente selectiva.
Enzimas.
• Los procesos metabólicos están constituidos por una serie de reacciones químicas, que son Termodinámicamente posibles y la mayoría de ellas son espontáneas, pero sin los catalizadores biológicos ocurrirían en escalas de tiempo muy diferentes a la escala que ocurre en su presencia. Sin enzimas las reacciones químicas serian muy lentas, o nunca tendrían lugar, y por lo tanto la vida tal como la conocemos no seria posible.
Zymogen activation by proteolytic cleavage
Enzimas: conceptos
• Las Enzimas ocupan un lugar central en todos los procesos bioquímicos de las células.
• Actúan en secuencias ordenadas y catalizan cientos de pasos de reacciones que por ejemplo degradan nutrientes y realizan transformaciones Energéticas, generando macromoléculas a partir de simples precursores.
• Esto se logra gracias a la acción coordinada de enzimas regulatorias, vías metabólicas, etc. coordinadas en un juego armonioso en paralelo en una gran cantidad de actividades necesarias para sostener la vida.
Modulacion de la actividad enzimatica por modificacion covalente
Enzimas: conceptos
• El estudio de las enzimas tiene una importancia practica inmensa.
• En algunas enfermedades, especialmente aquellas asociadas con un factor genético, debido a la ausencia de una o mas enzimas, o bien debido a que existen pero no son funcionales.
• Para otras enfermedades, la actividad excesiva de una enzima puede ser la causa de la misma.
Relación Enzima-Sustrato
Enzimas: conceptos
• La medida de las actividades enzimáticas en sangre o en plasma, células elementos formes o muestras de tejidos son muy importantes en el diagnostico de una gran cantidad de enfermedades.
• Muchas drogas farmacéuticas ejercen su efecto biológico a través de efectos de interacción con las enzimas de un ser vivo.
• Las enzimas son una herramienta practica importante, no solo a nivel medico sino en una gran variedad de otras disciplinas, como en la industria química, alimentaria y agricultura entre otras.
Relacion Enz-Sustrato y Enz + Productos: principio de accion de
masas
Particularidades.
• Muchas enzimas tienen estructuras proteicas.• Un grupo muy importante de enzimas de estructura
de ARN, son las ribozimas.• Si la enzima es desnaturalizada, generalmente
pierde su capacidad Enzimática.• Existe una relación entre estructura y función.• Muchas enzimas requieren de la presencia de un
ión metálico para ejercer su actividad. • Cofactores o coenzimas.
Clasificacion de enzimas•Oxidorreductasas – oxidacion reduccion•Transferasas – transfieren uno o mas
grupos funcionales.•Hidrolasas – hidrolisis•Isomerasas – rearreglos intramoleculares•Ligasas – combinan dos moleculas•Quinasas – transfiere un grupo fosfato a
una molecula.•Fosfatasas – elimina un grupo fosfato de
una molecula
Clasificación de enzimas
Algunas coenzimas
Cofactores y Coenzimas
Metales en Enzimas
La conversion de sustrato en producto y la Energia necesaria
para ello
Constante de equilibrio de una reacción Enzimática y energía libre
Cinetica enzimatica
Herramientas y técnicas del analisis cinetico
Velocidad de reacción: estudiada por la CINÉTICA QUÍMICA
Termodinámica = fundamenta la posibilidad de ocurrencia de una reacción química
Cinética = fundamenta los tiempos reales de ocurrencia de una reacción química.
Para iniciar el estudio de una reacción, es necesario saber
1) Su Estequeometria
2) Identificar reacciones químicas colaterales
3) La Medida de concentraciones de reactivos y
productos a distintos tiempos de iniciada la reacción.
4) Temperatura y presión a la cual se lleva a cabo.
La CINÉTICA QUÍMICA es Empírica
Ley de acción de masas de una reacción química simple
EstequeometríaMolecularidadReversibilidadSustratosProductosVelocidad de reacción v
v
Dada:
v
n: orden de reacción estequiométrico
PROCEDIMIENTOS EN CINÉTICA
1. Establecer la ecuación de velocidad en forma experimental.
2. Analizar los valores de la constante de velocidad, desde un punto de vista termodinámico (efecto de la temperatura y la presión), según el Principio de Le Chatellier.
3. Proponer un mecanismo de reacción consistente con la ecuación de velocidad.
Cinetica enzimatica y el estado estacionario.
Dependencia de la concentracion de sustrato en funcion del tiempo:
v
Orden de reacción
En general, para cualquier reaccion del tipo A + B + C +···→ P, la ecuacion de velocidad puede ser generalizada por
A + 2 B 3 C + D
A. Definición de velocidad (1)
dt
Bd
dt
Ad
dt
Rd
Velocidad de consumo de reactivos
dt
Dd
dt
Cd
dt
Pd
Velocidad de formación de productos
J = componente
[v] = Concentración/t = molar/seg
A. Definición de velocidad (2)
dt
Bd
dt
Ad
dt
Cd
dt
Dd
2
1
3
1
A partir de la estequeometria
Por lo tanto hay diferentes velocidades relacionadas con esta reacción.
DEFINIMOS VELOCIDAD DE REACCIÓN (V)
A + 2 B 3 C + D
dt
Jd
vv
j
1
vj = Número estequiométrico de sustancia J con su signo
A. Definición de velocidad (3)
Ejemplo, dado:
2 AB(g) 2 A (g) + B (g)
vA = 1.6 x 10-4 M/seg (formación)
vAB = 1.6 x 10-4 M/seg (consumo)
vB = 0.8 x 10-4 M/seg (formación)
vr = vAB = vA = vB1/2 1/2
Orden de reacción química• Si la velocidad de una reacción es independiente
de la concentración de un reactante en particular, la reacción se considera que es de orden cero con respecto de la concentración del reactante (n = 0).
• Si la velocidad de la reacción es directamente proporcional a la concentración de un reactante en particular, la reacción se considera de primer orden respecto de la concentración de dicho reactante (n = 1).
• Si la velocidad de la reacción es proporcional al cuadrado de la concentración de un reactante en particular, se considera la reacción de segundo orden o de orden dos, respecto de la concentración del reactante (n = 2).
Dado: A + 2 B 3 C + D
B. Ecuación y constante de velocidad
CONSTANTE DE VELOCIDAD k
La ECUACIÓN DE VELOCIDAD v = k [A] [B] [C] [D] [Xj] x
La ecuación de velocidad se determina EXPERIMENTALMENTE y, en general, NO SE PUEDE DEDUCIR DE LA ECUACIÓN QUÍMICA
Independiente de las concentraciones
Dependiente de la T y P
C. Orden de reacción (1)
A + 2 B 3 C + D
El exponente al que se eleva la concentración de una especie (reactivo o producto) en una ecuación de velocidad, es el orden con respecto a esa especie.
El orden de reacción global es la suma de los órdenesindividuales.
v = k [A] [B] [C] [D] [Xj] x
No tiene por que coincidir con los coeficientes
estequiométricos.
A2 + B2 2 ABka (A2) (B2)1/2
v =kb + (AB) / (B2)
Se obtiene experimentalmente.
Puede ser un número entero o fraccionario, positivo o negativo.
C. Orden de reacción (2)
v = k [A]0
Orden cero: la velocidad de la reacción no depende de la cantidad
(concentración) de ese reactivo; es decir es constante mientras [A] O
v = k [A]1
Orden uno: la velocidad de la reacción depende de la cantidad (concentración) de ese reactivo; es decir disminuirá a medida que se consume A.
v = k [A]2 ó v = k [A] [B]Orden dos: la velocidad de la reacción depende de la cantidad (concentración) de reactivo(s); es decir disminuirá a medida que se consuma A y/o B.
C. Orden de reacción (3)
ECUACIONES DE VELOCIDAD INTEGRADAS
k
dt
Adv
kdtAd
tA
Ao
dtkAd0
ktAoA
Akdt
Adv
kdtA
Ad
tA
Ao
dtkA
Ad
0
ktAoA lnln
2Akdt
Adv
kdtA
Ad2
tA
Ao
dtkA
Ad
02
ktAoA
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Orden 0 Orden 1 Orden 2 ([A]= [B])
Orden cero, n=0
Orden uno, n=1
Orden uno, n=1. Reducción decimal D
Orden dos, n=2
Orden tres, n=3
Las unidades de k dependen del orden (global) de la reacción (las
unidades de v no cambian)
De acuerdo al orden las unidades de la constante de velocidad son diferentes
Orden cero v = k [k] = [v] [k] = M/s = M s -1
Orden uno v = k (A) [k] = [v/C] [k] = M s -1/M = s-1
Orden dos v = k (A)2 [k] = [v/C2] [k] = M s -1/M2 = M-1 s -1
Es el tiempo necesario para que para que la concentración de un reactivo
se reduzca a la mitad de su valor inicial arbitrario.
TIEMPO DE VIDA MEDIA
Orden cero t1/2 = [A]o / 2k [t1/2] = año-1, d-1, etc.
Orden uno t1/2 = ln 2 /k [t1/2] = M. año-1, M. d-1 , etc.
Orden dos t1/2 = 1 /k[A]o [t1/2] = año. M2, d. M2, etc.
Reacciones t1/2 (s)
Muy lentas >4 x 10 7 (1 año)
Lentas 105 (1 día)
Relativamente rápidas 4 x 103 (1 hora)
Rápidas 102-10-1
Muy rápidas < 10-4
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DETERMINACIÓN experimental DE LA ECUACIÓN DE VELOCIDAD
MÉTODO DEL AISLAMIENTOLa concentración de todos los reactivos, excepto uno, están en gran exceso
v = k [A] [B] [B] en exceso; permanece igual v = k´ [A]
MÉTODO DE LAS VELOCIDADES INICIALES
Se extrapola al comienzo arbitrario t=0
v = k´ [A] vo= k´ [A]o log vo = log k´ + log[A]o
MÉTODO GRÁFICO
ktAoA ktAoA lnln kt
AoA
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Reacción multiorden
Para una reaccion deOrden n-esimo
Vs. tiempo
Con k de pendiente positiva
Enzimas multi sitios activos. Acción cooperativa. Buscar cuales pueden
ser???
DEPENDENCIA DE LA VELOCIDAD DE REACCIÓN Enzimatica, CON LA TEMPERATURA
Explosión Catálisis Oxidación Oxido nitrico + O2
del carbón
De la Temperatura, afecta la constante de velocidad
ln k = - Ea / R.T + ln A
A = factor de frecuencia (extrapolado)
Ea = energía de activación de la reaccion quimica catalizada
A.PARÁMETROS DE ARRHENIUS para una reaccion enzimatica (cambios en el valor de la constante de reaccion en funcion de la 1/Temperatura)
ECUACIÓN DE ARRHENIUS
ln k = -Ea/RT + ln A
k = A. e-Ea/RT
INTERPRETACIÓN DE LOS PARÁMETROS( Teoría de las colisiones)
LA ENERGÍA DE ACTIVACIÓN ES LA ENERGÍA CINÉTICA MÍNIMA QUE DEBEN TENER LOS componentes REACTIVOS PARA PODER FORMAR PRODUCTOS
EL FACTOR PREEXPONENCIAL A, ES UNA MEDIDA DE LA VELOCIDAD A LA QUE OCURREN LAS COLISIONES INDEPENDIENTEMENTE DE SU ENERGÍA.
Cinética Enzimática
Derivacion de Michaelis - Menten
Velocidad de formación de ES, v
Velocidad de desaparición de ES, v
Efecto de la concentracion de sustrato sobre la velocidad de una reaccion enzimatica.
Saturacion de la velocidad de conversion de sustratos a productos…. KM
Derivación de Ec M-MEn el equilibrio ambas velocidades se igualan… y
Ec M-M
Ecuación de Michaelis - Menten
Y cuando vo = vmax / 2 [S] = Km
Michaelis-Menten
Transformacion de Lineweaver-Burk.
V max varia mucho su valor de una enzima a otra
Parametros de la transformacion de Lineweaver-Burk
K cat: n° de moles transf / U de tiempo (en segundos)
K cat suele usarse como parámetro de la reacción Enzimática, ya que es un paso limitante de la reacción globalK cat = k2 / Et
Parametros de Michaelis-Menten para algunas enzimas ordenadas por aumento en
el Kcat/Km
Especificidad enzimatica. Preferencia de la quimotripsina para distintos
sustratos.
Especificidad. Constantes de velocidad para la hidrolisis por la quimiotripsina.
Otras parametrizaciones: Eadie-Hofstee
][max
S
KmVVV
Determinacion de parametros cineticos enzimaticos por
linealizacion
Inhibicion Enzimatica.Cinetica Enzimatica : velocidad de reaccion y
orden de reaccion.Orden cero, uno y dos...
Formación del complejo E-S y el mecanismo de inhibición Enz
Inhibición enzimática aplicado en fármacos. Clasificación
Esquemas con las diferentes inhibiciones (I) enzimáticas de tipo reversibles
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Inhibicion Competitiva
Competitividad por un segundo sustrato
Esquema de la reaccion de Inhibicion Enzimatica reversible competitiva
Un ej. sustrato y su inhibidor
competitivo
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Los Efectos de la
inhibicion competitiva
en los parametros
de la cinetica enzimatica
Transformacion de Lineweaver-Burk para un inhibidor competitivo
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Efectos en parámetros de la cinética enzimática, por el incremento de la concentración de un inhibidor
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Inhibicion reversible
Acompetitiva o No
Competitiva
Esquema de Reaccion para Inhibicion Reversible No Competitiva
Efectos de la Inhibicion
Reversible no competitiva
sobre parametros
de la cinetica enzimatica
Lineweaver-Burk para inhibidor rev. no competitivo
Esquema de Inhibicion Enzimatica Reversible Mixta
Inhibición E. R. Mixta No Competitiva
Lineweaver-Burk, para un inhibidor mixto
Síntesis de mecanismos de inhibición enzimática y sus representaciones
Resumen de las distintas formas de inhibicion enzimatica.
Inhibidores Irreversibles de enzimas
Inhibidores Irreversibles de enzimas
Valores de parámetros cinéticos aparentes para diferentes modelos
Graficas secundarias para la determinacion de parametros cineticos
Bibliografia
• Bioquímica. Lehninger. Mc Graw – Hill. 2002.
• Bioquímica, ejercicios y problemas. Serie Schawnn. Mc Graw – Hill. 1998.
