Enzimas y Cinetica Enzimatica

ENZIMAS Y CINETICA ENZIMATICA

Elaborado por: Q. Arcadia Hernández Beltrán 1


BREVE REVISIÓN HISTÓRICA

El nombre de enzima, fue propuesto en 1867 por el fisiólogo alemán Wilhelm Kühne (1837-1900), deriva de la frase griega en zyme, que significa “en fermento”. Sin duda, la fermentación alcohólica es la reacción enzimática más antigua que se conoce, se creía que este fenómeno y otros similares eran reacciones espontáneas, hasta que en 1857 el químico francés Louis Pasteur comprobó que la fermentación sólo ocurre en presencia de células vivas. Sin embargo, el químico alemán Eduard Buchner descubrió en 1897 que un extracto de levadura libre de células puede producir fermentación alcohólica, la antigua incógnita se resolvió; - la levadura produce la enzima y ésta lleva a cabo la fermentación -. En 1783 el biólogo italiano Lazzaro Spallanzani había observado que la carne podía ser digerida por jugos gástricos extraídos de halcones. Éste fue el primer experimento en el que se llevó a cabo una reacción vital fuera de los organismos vivos. Tras el descubrimiento de Buchner, los científicos asumieron que en general, las fermentaciones y las reacciones vitales eran producidas por enzimas. Pero todos los intentos de aislar e identificar su naturaleza química fracasaron, más tarde en 1926, el bioquímico estadounidense James B. Sumner consiguió aislar y cristalizar la ureasa. Cuatro años después John H. Northrop aisló y cristalizó pepsina y tripsina. Northrop demostró que la enzima era proteína y no un simple transportador de otro compuesto

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En los últimos años, la investigación sobre la química enzimática ha permitido aclarar algunas de las funciones vitales más básicas de las enzimas. La ribonucleasa, una enzima tridimensional simple descubierta en 1938 por el bacteriólogo estadounidense René Jules Dubos y aislada en 1946 por el químico estadounidense Moses Kunitz, fue sintetizada por científicos estadounidenses en 1969. La síntesis consiste en unir 124 moléculas de aminoácidos en una secuencia muy específica para formar la macromolécula. Dicha síntesis permitió identificar aquellas áreas de la molécula que son responsables de sus funciones químicas, e hizo posible crear enzimas especializadas con propiedades de las que carecen las sustancias naturales. Este potencial se ha visto ampliado durante los últimos años por las técnicas de ingeniería genética que han hecho posible la producción de algunas enzimas en grandes cantidades.

¿PARA QUE SIRVEN LAS ENZIMAS?

Algunas enzimas, como la pepsina y la tripsina, que intervienen en la digestión de las proteínas de la carne, controlan muchas reacciones diferentes; mientras que otras como la ureasa, son muy específicas y sólo pueden acelerar una reacción. Otras liberan energía para la contracción cardiaca y la expansión y contracción de los pulmones. Muchas facilitan la conversión de azúcar y alimentos en distintas sustancias que el organismo precisa para la construcción de tejidos, la reposición de células sanguíneas y la liberación de energía química para mover los músculos. Además, la pepsina, la tripsina y otras enzimas poseen la propiedad peculiar denominada autocatálisis que les permite originar su propia formación a partir de un precursor inactivo denominado zimógeno. El uso médico de las enzimas está ilustrado por la investigación sobre la L-asparaginasa, que se piensa es una herramienta importante para el tratamiento de la leucemia; se ha descubierto que las dextrinasas pueden prevenir la caída de los dientes, y que las alteraciones enzimáticas están ligadas a enfermedades como la fenilcetonuria, la diabetes, la anemia y otros trastornos sanguíneos. Como norma, las enzimas no atacan a las células vivas. Sin embargo, tan pronto muere una célula, ésta es digerida por enzimas que rompen sus proteínas. La resistencia de las células vivas se debe a la incapacidad de las enzimas de atravesar la membrana celular mientras las células tienen vida. Cuando la célula muere, su membrana se hace permeable y la enzima puede penetrar en la célula y destruir las proteínas en su interior. La fermentación alcohólica y otros procesos industriales importantes dependen de la acción de enzimas, sintetizadas por las levaduras y bacterias empleadas en el proceso de producción. Algunas enzimas se utilizan con fines médicos; en ocasiones son útiles en el tratamiento de zonas de inflamación local; la tripsina se emplea para eliminar sustancias extrañas y tejido muerto de las heridas y quemaduras

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IMPORTANCIA DE LAS ENZIMAS

Dentro de la gran variedad de funciones que realizan las proteínas, una de las que se puede considerar como de mayor importancia es la capacidad que tienen para actuar como catalizadores. Desde el punto de vista del nivel de estructuración proteíca, una enzima es funcional y por tanto debe tener estructura terciaria o cuaternaria. Sin embargo, existen muchas enzimas que no solamente requieren de una parte proteíca (a la parte proteíca se le conoce como apoenzima y por si sola es inactiva) para poder acelerar la velocidad de una reacción, sino que ademas requieren de una molécula pequeña de peso molecular bajo, que puede ser inorgánica u orgánica (a esta molécula se le conoce como cofactor) y que ayuda a la enzima a realizar su trabajo aceptando o donando grupos químicos.

Al complejo apoezima más cofactor se le conoce como haloenzima y es totalmente activo. El cofactor es una molécula que se va a encargar de ayudar a la enzima en su trabajo enzimático aceptando o donando grupos que la enzima no puede aceptar o donar por que modificaría su estructura y por tanto su función. El cofactor puede ser un ión metalico como: Fe

2+, Zn

2+, Mn

2+, Mg

2, Cu

2+, etc. o una molécula orgánica

como las vitaminas o derivados de las vitaminas y a estas últimas por enlazarse debilmente a la enzima se conocen como coenzimas.

NOMENCLATURA Y CLASIFICACION

La forma de nombrar originalmente a las enzimas se hizó relacionando el nombre del sustrato sobre el cual actúan y adicionando la terminación ASA; p.ej. la enzima que cataliza la hidrolisis de la urea -ureasa-; la enzima que cataliza la hidrólisis de la maltosa a dos moléculas de glucosa - maltasa-; la enzima que realiza la hidrólisis de la sacarosa a una molécula de glucosa y una de fructosa - sacarasa, etc. Posteriormente se combinó el nombre del sustrato o el nombre del producto con el tipo de la reacción que catalizaba, p.ej. la enzima que transforma al ácido lactico en ácido piruvico se llamó lactico deshidrogenasa, pues realizaba la deshidrogenación del ac. láctico Actualmente ,se ha establecido una forma sistemática de clasificar y nombrar a las enzimas de acuerdo a la recomendación de la Comisión Internacional de Enzimas. Este sistema divide a las enzimas en seis clases principales, cada una de las cuales se divide a su vez en subclases y subsubclases, además cada enzima se le denomina de acuerdo a un nombre recomendado, generalmente corto y apropiado para su uso, un nombre sistemático que identifica a la reacción que cataliza y por un número de clasificación que posee cuatro digitos y se utiliza cuando es necesaria la identificación precisa de una enzima en especial, como es el caso de los trabajos de investigación que se publican en revistas científicas.

T.2. Grupos propuestos por la Comisión de Enzimas

1. Oxidoreductasas. Enzimas que catalizan oxidorreducciones de los grupos CH-OH, CH-CH, C=O, CH- NH2 y CH= NH. Subclases representativas: 1.1 Enzimas que actúan sobre el grupo CH-OH como donador de electrones. Por ejemplo: 1.1.1.1 Alcohol:NAD

+ oxidoreductasa [alcohol deshidrogenasa]

1.4 Enzimas que actúan sobre el grupo CH-NH2 como donador de electrones.



2. Transferasas. Enzimas que catalizan la transferencia de grupos (distintos del Hidrógeno) de un sólo carbono, residuos aldehídicos o cetónicos, y grupos acilo, alquilo, glucósilo o que contienen fósforo o azufre. Subclases representativas: 2.3 Aciltransferasas. 2.7 Enzimas que catalizan la transferencia de grupos que contienen fósforo. Por ejemplo 2.7.1.1 ATP:D-hexosa-6-fosfotransferasa [Hexocinasa].

3. Hidrolasas. Enzimas que catalizan la hidrólisis de los enlaces de tipo éster, éter, péptido, glucosilo, anhídrido de ácido, C-C, C-halogeno o P-N. Subclases representativas: 3.1 Enzimas que actúan sobre los enlaces de tipo éster. Ejemplo: 3.1.1.8. Acilcolina acilhidrolasa [seudocolinesterasa]. 3.2 Enzímas que actúan sobre compuestos glucosílicos. 3.4 Enzimas que actúan sobre los enlaces peptídicos.

4. Liasas. Enzimas que catalizan la remosión de grupos de los sustratos por mecanismos diferentes de la hidrólisis, formando dobles ligaduras. Incluyen enzímas que actúan sobre los enlaces C-C, C-O, C-N, C-S, C-halogeno. Subgrupos representativos: 4.2. Carbono oxígeno liasas.

5. Isomerasas. Esta clase comprende todas las enzimas que catalizan la interconversión de isómeros ópticos, geométricos o de posición. Hay dos subclases: 5.2 Cis-Trans isomerasas. 5.3 Enzimas que catalizan la interconversión de aldosas y cetosas.

6. Ligasas o sintetasas. Enzimas que catalizan la combinación de dos compuestos acoplada a la ruptura de un enlace pirofosfórico en el ATP o compuesto semejante. Se incluyen enzimas que catalizan reacciones que forman enlaces C-O, C-S, C-N y C-C. Subclases representativas: 6.3 Enzimas que catalizan la formación de enlaces C-N 6.4 Enzimas que catalizan la formación de enlaces C-C.

ENZIMAS OLIGOMERICAS E ISOENZIMAS

Existen enzimas que constan de una sola cadena polipeptídica integrando un monómero; a este grupo pertenecen enzimas como la lisozima, ribonucleasa, tripsina. Otro grupo de enzimas contienen dos o más subunidades asociadas por enlaces no covalentes; a este grupo pertenecen algunas enzimas de la glicólisis, las isoenzimas y las enzimas alostéricas.

T.3 Enzimas Oligoméricas ENZIMAS NO.

SUBUNIDADES PM. C/SUBUNIDAD PM TOTAL

Fosforilasa a 4 92,500 370,000

Hexocinasa 4 27,500 102,000

Ffructocinasa 2 78,000 190,000

Enolasa 2 41,000 82,000

Desh. Láctica 4 35,000 150,000

Las isoenzimas o isozimas son diferentes proteínas con la misma actividad enzimática, que se originan en diferentes tejidos y presentan un desplazamiento electroforético diferente. Difieren en su composición aminoácida, por lo que sus diferencias están determinadas genéticamente. El caso más ilustrativo es el de la deshidrogenasa láctica, enzima tetramérica que posee dos subunidades diferentes: H (corazón); M (músculo). estas dos subunidades se combinan en cinco formas diferentes para formar cinco isoenzimas: H4 , H3 M, H2M2, HM3 y M4. Cada una de ellas presenta parámetros cinéticos diferentes.



T.4 Isoenzimas LDH

TIPO COMPOSICIÓN LOCALIZACIÓ

N

LDH-1 HHHH Miocardio

LDH-2 HHHM Miocardio

LDH-3 HHMM Carebro y riñon

LDH-4 HMMM Suero

LDH-5 MMMM Hígado y Musc.

Esquelético

CARACTERISTICAS ESPECIALES DE LAS ENZIMAS

Las enzimas son catalizadores biológicos de naturaleza proteíca que se encargan de acelerar la velocidad con la que ocurren las reacciones que se llevan a cabo en una célula. Realizan la transformación de la molécula sobre la cual actúan a la que se le llama sustrato. Todas las enzimas son proteínas y presentan tres características que no presentan los catalizadores químicos que normalmente se conocen: 1) son los catalizadores mas eficientes que se conocen, pues en pequeñisimas cantidades ( del orden

de los nanogramos) son capaces de acelerar la velocidad de una reacción termodinámicamente favorable hasta un millón de veces o incluso más;

2) presentan especificidad que se refiere a la capacidad que tienen las enzimas de actuar sobre un solo

sustrato (especificidad absoluta) o sobre dos o más sustratos que generalmente son químicamente parecidos (especificidad relativa) y;

3) presentan la particularidad de que su actividad esta sujeta a regulación, es decir, la presencia de

moléculas denominadas moduladores provoca que la enzima aumente o disminuya notablemente su actividad.

SITIO ACTIVO

La especificidad enzimática reside en una determinada región de la superficie enzimática, formada por aminoácidos especiales llamado sitio activo. El modelo original de,sitio catalítico para referirse al sitio activo, fue propuesto por Fisher y supone la interacción sustrato-enzima como una analogía entre llave-cerradura; el modelo considera al sitio catalítico rigido; pero las proteínas en solución son flexibles, por lo cual no se explica del todo la actividad enzimática. Koshland en 1967 propuso un modelo al que llamo -ajuste inducido- , en este caso se propone que el sustrato induce un cambio conformacional en la estructura terciaria de la proteína que produce un acomodo muy particular entre enzima y sustrato (como la mano en un guante). El modelo permite explicar la influencia de otros sitios, llamados reguladores o alostéricos, que modifican la actividad al provocar cambios conformacionales en el sitio catalítico.



LOCALIZACION Y DISTRIBUCION DE LAS ENZIMAS

Dentro de un organismo las enzimas se encuentran distribuidas en los diferentes órganos y tejidos donde realizan su función específica. en la célula, algunas enzimas se encuentran compartamentalizadas y ordenadas. P. ej. en células hepáticas, las enzimas de la glicólisis están localizadas en el citoplasma, mientras que las del ciclo de Krebs en las mitocondrias.

T1.Localización intracelular de las principales enzimas y rutas metabólicas

REGIÓN CELULAR RUTAS METABÓLICAS Y ALGUNAS ENZIMAS PRESENTES

Citoplasma

Glucólisis: ruta de las hexosa monofostato; glucogénesis y glucogenolisis: síntesis de acidos grasos; catabolismo de purinas y pirimidinas. Enzimas: peptidasas; aminotransferasas; aminoacilsintetasas

Mitocondria Ciclo de los ácidos tricarboxilicos; oxidación de ácidos grasos; oxidación de aminoácidos; alargamiento de ácidos grasos; síntesis de la urea; transporte electrónico y fosforilación oxidativa acoplada.

Lisosomas Enzimas: Lisozima; fosfatasa ácida; hidrolasas, incluyendo proteasas, nucleasas, glucosidasas, arilsulfatasas, lipasas, fosfolipasas y fosfatasas.

Retículo endoplasmático (microsomas)

Rutas de síntesis de proteínas; síntesis de fosfoglicéridos triacilgliceroies, síntesis y reducción de esteroides Enzimas: NADH y NADPH citocromo c reductasas; oxidasas de función mixta relacionadas con el citocromo b, y el citocromo P450; glucosa 6 fosfatasa; nucleósido difosfatasa; esterasa, glucuronidasa, y glucuroniltransferasa

Golgi Enzimas: Galactosil y glucosiltransferasa; condroitina sulfotransferasa; 5-nucleotidasa; NADH-citocromo c reductasa, glucosa 6-fosfatasa

Peroxisomas Oxidación de ácidos grasos de cadena larga. Enzimas: Urato oxidasa; D-aminoácido oxidasa; alfa-hidroxiácido oxidasa; catalasa;

Núcleo Rutas para la Biosíntesis de ADN y ARN

¿COMO ACTÚAN LAS ENZIMAS?

Un catalizador, actúa disminuyendo la energía de activación que las moléculas reaccionantes requieren para poder transformarse en productos. El catalizador en este caso la enzima se combina transitoriamente con la molécula reaccionante para formar un complejo (Enzima-sustrato) que tiene un estado de transición de menor energía de activación que el que tendría la misma reacción no catalizada. Un catalizador ayuda a que un mayor número de moléculas reaccione por unidad de tiempo que las que reaccionarían en ausencia de la enzima.



E + S ES E + P

En donde: E = Enzima S = Sustrato ES = Complejo Enzima-Sustrato P = Producto

Para el caso de los catalizadores proteícos como las enzimas es necesario que ocurran una serie de eventos para que pueda existir la formación de un producto: a. Acercamiento y orientación favorable entre la enzima y el sustrato. b. Reconocimiento químico, entre enzima y sustrato (puede ser por medio de grupos funcionales). c. Fijación del sustrato por la enzima ( a través de algún tipo de enlace). d. Transformación química (Ataque nucleofílico, electrofílico, adición o eliminación de un grupo, etc.

cualquier tipo de reacción en la cual participe una enzima) e. Liberación del producto. Después de estos eventos la enzima se encuentra libre y en posibilidad de volver a transformar otra molécula de sustrato, y así sucesivamente.

CINÉTICA ENZIMÁTICA

La cinética enzimática se encarga del estudio de la velocidad de las reacciones catalizadas por enzimas y de los factores que las afectan. El primer tratamiento matemático de cinética enzimática que se realizó, lo llevaron a cabo Michaellis y Menten y llegaron a establecer un modelo matemático que explica de una manera muy aproximada el comportamiento de una reacción enzimática con un solo sustrato.

TRATAMIENTO DE MICHAELLIS-MENTEN

k1 k3

E + S ES E + P k2 Se define lo siguiente: [ ET ] = Concentración total de Enzima [ S ] = Concentración de Sustrato [ ES ] = Concentración del complejo Enzima-Sustrato [ P ] = Concentración del producto [ EL ] = Concentración de Enzima libre [ EL ] = [ ET ] - [ ES ]

velocidad de formación:

V1 = d [ ES ] / d t = K1 ( [ E L ] [ S ] ) ----------------------- (1)



= K1 ( [ ET ] - [ ES ] ) [ S ] ----- (2)

velocidad de descomposición:

V2 = - d [ ES ] / d t = K2 [ ES ] ------------------------ (3)

V3 = - d [ ES ] / d t = K3 [ ES ] ------------------------ (4) En el equilibrio:

velocidad de formación = velocidad de descomposición [ ES ] = constante

K1 ( [ ET ] - [ ES ] ) [ S ] = K2 [ ES ] + K3 [ ES ]

K1 ( [ ET ] - [ ES ] ) [ S ] = [ ES ] ( K2 + K3 )

( [ ET ] - [ ES ] ) [ S ] ) / [ ES ] = ( K2 + K3 ) / K1

KM Constante de Michaellis

( [ ET ] - [ ES ] ) [ S ] = KM [ ES ]

( [ ET ] [ S ] - [ ES ] [ S ] ) = KM [ ES ]

[ ET ] [ S ] = KM [ E S ] + [ E S ] [ S ]

[ ET ] [ S ] = [ E S ] ( KM + [ S ] )

[ E S ] = [ ET ] [ S ] / KM + [ S ] ------------- (5)

Vo = K3 [ E S ] --------- (6)

sustituyendo (5) en (6):

Vo = K3 [ ET ] [ S ] / KM + [ S ] ------- (7)

Vmax = K3 [ ET ] -------- (8)

[ ET ] = Vmax / K3 ---- (9)

sustituyendo (9) en (7):

Vo = K3 ( Vmax [ S ] / K3 ) / KM + [ S ]

Vo = Vmax [ S ] / KM + [ S ] ECUACION DE MICHAELLIS-MENTEN



Cuando Vo = ½ Vmax KM = [ S ]

Vo

VMax

VMax /2

[ S ] KM

TRATAMIENTO DE LINEWEAVER-BURK

Inverso de la ecuación de Michaellis:

1 / V = KM + [ S ] / V Max [ S ] Rearreglando:

1 / V = KM / V Max [ S ] + [ S ] / V Max [ S ]

1 / V = KM / V Max 1 / [ S ] + 1 / VMax

Y = m X + b

1 / Vo

m = KM / Vmax

b = 1 / VMax

- 1 / KM 1 / [ S ]



FACTORES QUE AFECTAN LA VELOCIDAD DE UNA REACCION ENZIMATICA.

Las enzimas son proteínas y por tanto su solubilidad se ve modificada al variar ciertos factores ambientales como son el pH, la temperatura, la concentración salina, el solvente, etc. Sin embargo, no todas las proteínas se afectan de la misma forma al variar cada uno de los diferentes factores, así mismo, se puede hablar de un comportamiento general de la variación de la velocidad de reacción enzimática con respecto a cada uno de los factores que la modifican, pero al hablar de enzimas específicas existen algunas cuyo comportamiento puede caer en alguna situación extrema.

pH Debido a su naturaleza proteíca, las enzimas se ven afectadas estructural y funcionalmente al variar el pH del medio en el cual se encuentran y por lo tanto su actividad catalítica se puede regular en la célula por variaciones de este factor. El comportamiento general de la velocidad de una reacción catalizada por enzima con respecto a las variaciones de pH tiene una forma de campana de Gauss; en la cual se puede observar un máximo que indica un valor o un rango de pH, en el cual la actividad catalítica de la enzima es máxima y hacía ambos lados se observa una disminución de actividad, por efecto de la neutralización que puede existir de los grupos cargados que existen en la superficie de la enzima y que en un momento dado pueden llevar a la desnaturalización de la enzima, momento en el cual se observa su minima actividad lo cual puede ocurrir en valores de pH inferiores o superiores al pH óptimo.

TEMPERATURA El efecto que la temperatura puede ejercer sobre la velocidad de una reacción, se debe al aumento de energía cinética de las moléculas reaccionantes que les permite alcanzar más rápidamente la cima energética que deben sobrepasar para transformarse en productos. Se conoce que por cada aumento de 10 grados en la temperatura la velocidad de una reacción se duplica, pero en el caso de las enzimas es necesario considerar el efecto de desnaturalización térmica. Una gráfica de vel de reacción vs temperatura muestra en un principio un efecto positivo, al aumentar la temperatura existe un aumento de la vel de reacción, posteriormente se observa una zona en la cual la velocidad es maxima y después decrece, el punto maximo indica una temperatura óptima de trabajo de la enzima donde existe un mínimo de desnaturalización, después el efecto desnaturalizante es mayor que el efecto de aumento en la energía cinética de los reaccionantes y se observa una disminución de actividad, que en muchas ocasiones puede ser muy drástico.



TIEMPO

En una grafica de velocidad de reacción vs tiempo, se observa una linea recta de pendiente positiva es decir a mayor tiempo la velocidad aumenta, siempre y cuando la concentración de sustrato sea mucho mayor que la concentración de enzima. Para una determinada cantidad de enzima se forma una cierta cantidad de producto; al permitir que el sustrato y la enzima interaccionen más tiempo el producto formado es mayor y esto se puede observar como un aumento en la velocidad de reacción.

CONCENTRACIÓN DE ENZIMA

Una grafica de vel. de reacc vs concentración de enzima, muestra que a mayor concentración de enzima la velocidad de reaccción aumenta. Mientras mayor sea la cantidad de enzima presente mayor cantidad del complejo enzima sustrato se va a formar y mayor será la cantidad de producto obtenido, siempre y cuando la concentración de sustrato no sea un factor limitante, es decir, la concentración de sustrato siempre debe ser mayor a la concentración de enzima.

Vo

[ E ]

INHIBICION ENZIMÁTICA Existen dos tipos de inhibición: la inhibición irreversible y la inhibición reversible. En la inhibición irreversible el inhibidor ( I ) se une covalentemente y modifica uno o más grupos funcionales esenciales para la catalisis lo que provoca la inactivación total de la molécula de enzima, la cual no tiene posibilidad de regenerarse, este tipo de inhibición se considera como un envenenamiento enzimático. En el caso de una inhibición reversible existen tres tipos: competitiva, no competitiva y acompetitiva y cada una de ellas se puede reconocer perfectamente por los efectos que el inhibidor provoca sobre la cinética de la reacción. Experimentalmente se realiza por comparación de los parámetros cinéticos en presencia y ausencia de una molécula inhibidora. Para que el estudio cinético sea válido el inhibidor debe combinarse rápida y reversiblemente con la enzima o con el complejo enzima-sustrato.

Inhibición competitiva En una inhibición competitiva, el sustrato ( S ) y el inhibidor ( I ) compiten por unirse al sitio activo de la enzima ( E ) . El inhibidor y el sustrato son químicamente parecidos y ambos pueden formar un complejo con la enzima, pero uno de ellos no puede sufrir disociación posterior para formar un producto y regenerar a la enzima. Los efectos inhibitorios disminuyen al aumentar la concentración de sustrato, simplemente por efecto de Ley de acción de masas.

E + S ES E + S E + I EI X



Los efectos que un inhibidor competitivo provoca sobre la cinética de una reacción, se pueden observar al hacer la representación doble reciproca, en presencia y ausencia del inhibidor. Lo que se puede observar en este caso, es que la grafica con inhibidor cruza al eje de las Y aproximadamente en el mismo punto que la recta de la cinética normal y al eje de las X en un punto más cercano al origen que el caso de la normal. Esto significa que un Inhibidor competitivo afecta la KM pero no modifica a la VMax.

Inhibición no competitiva En la inhibición no competitiva, el inhibidor y el sustrato se unen a la enzima en sitios físicos diferentes; no es necesario que el inhibidor sea quimicamente parecido al sustrato pues no existe competencia por el sitio activo. El inhibidor y el sustrato se unen tanto a la enzima libre como al complejo ES. Este tipo de inhibición no disminuye sus efectos con el aumento de concentración del sustrato.

E + I EI X ES + I ESI X Al realizar la representación doble reciproca en presencia y ausencia del inhibidor, se puede observar que la recta con inhibidor cruza al eje de las Y en un valor más elevado que la gráfica de la cinética normal y al eje de las X la cruza en un punto mas o menos cercano o igual que la gráfica de la cinética normal. Esto significa que un inhibidor no competitivo disminuye a la Vmax pero no modifica a la KM .

Inhibición acompetitiva o incompetitiva La inhibición acompetitiva o incompetitiva se presenta generalmente en reacciones enzimáticas con dos o más sustratos. Es un tipo de inhibición compleja en la cual el inhibidor se une unicamente al complejo enzimas sustrato ES para formar un complejo inactivo que no sufre disociación posterior para formar un producto y regenerar a la enzima.

ES + I ESI X En una representación doble reciproca, se reconoce a este tipo de inhibición porque al comparar las graficas con y sin inhibidor se observan dos rectas paralelas, es decir, para este tipo de inhibición la pendiente de las rectas permanece constante, pero ambos parámetros cinéticos cambian. Esto significa que un inhibidor acompetitivo provoca que relación KM /VMax permanezca constante.

1/ Vo No competitiva Competitiva Normal

Acompetitiva

1 / [S]



ACTIVIDAD ENZIMATICA

La actividad de una enzima se expresa en términos de la cantidad de producto formado (o desaparición de sustrato) por cantidad determinada de enzima por unidad de tiempo. La unidad estándar de actividad enzimática (U) es la cantidad de enzima que cataliza la transformación de un micromol de sustrato por minuto a 25 C en condiciones óptimas d ensayo. La actividad específica se define como el número de unidades de enzima por miligramos de proteína (U/mg de proteína). El antiguo “número de recambio” fue recientemente sustituido por actividad molecular o molar, se define como el número de moles de sustrato transformado por un mol de enzima por minuto (mol/min/Mol d enzima). La Comisión de enzimas de la Union Internacional de biqouímica ha propuesto una nueva unidad, el Katal (Kat) que se define como la conversión de un mol de ustrato por segundo.

T.5 Actividad Molecular de algunas enzimas ENZIMA ACTIVIDAD MOLECULAR

Anhidrasa carbónica 36,000,000

Catalasa 5,600,000

Beta- amilasa 1,100,000

Beta-galactosidasa 12,000

Succinato deshidrogenasa 1, 150

REGULACION ENZIMATICA En un tubo de ensayo, las enzimas funcionan como un sistema cerrado y se acumula el producto de la reacción. Sin embargo, en la célula, los productos de una reacción no se acumulan, ya que son utilizados como sustratos de otra enzima, y los productos de ésta son sustratos de otra enzima y asi sucesivamente hasta llegar al llamado producto final, es decir las reacciones en las células se dan con sistemas multienzimáticos, que son todas las enzimas que partciicpan en una determinada via o ruta metabólica .

E1 E2 E3 E4 E8 I J A B C D E E6 E7 E5 F G H E1 enzima alostérico

Los sistemas multienzimáticos (SM) básicamente pueden ser de tres tipos: a) SM. soluble b) Complejo multienzimático c) SM. Asociado a membrana Aunque todas las reacciones catalizadas por enzimas son reversibles en el tubo de ensayo, en la célula, la característica secuencial de las vías metabólicas hace que el flujo del metabolismo celular sea irreversible y permanentemente dinámico. En un sistema tan complejo como la célula existen mecanismos muy finos de regulación o control de la multitud de reacciones simultaneas que ocurren. 1. pH 2. Temperatura 3. Presencia o ausencia de moduladores: moduladores + (Activadores); moduladores - (Inhibidores) Inhibición: Irreversible y/o Reversible : competitiva , no competitiva , feed back 4. Regulación alostérica 5. Otros medios de regulación: Algunos enzimas se encuentran en todas las células y otros solo se encuentran en determinados tipos celulares. Las enzimas se encuentran en distintos compartimentos, restringiendo su acción a un lugar y a un sustrato concreto. Organización de las enzimas en distintos niveles de complejidad



a. Enzimas independientes en el citoplasma b. Se asocian y funcionan en conjunto. Cada una por separado es inactiva.

c. Se asocian a estructuras supramoleculares 6. Existen otros formas de regulación enzimática como la regulación covalente: Fosforilación/desfosforilación (fosforilasa del glucógeno), entre otras. Regulación alostérica La actividad catalítica de algunas enzimas se ve afectada por ciertas moléculas que producen un cambio en la actividad, pero no se modifican por la acción. Estas moléculas se denominan efectores, modificadores o moduladores, por lo general, estos tienen poca o nula semejanza estructural con el sustrato. Un modulador alostérico cambia la afinidad de la enzima hacia el sustrato. Los efectores alostéricos positivos (+) incrementan la afinidad enzima- sustrato y los efectores alostéricos negativos (-) hacen lo inverso. El sitio alostérico donde se une el efector positivo se conoce como centro activador. El sitio alostérico donde se une un efector negativo se denomina centro inhibidor. Una enzima alostérica, es aquella cuya actividad puede ser regulada por la presencia de moduladores. Represión e inducción Los estudios de regulación enzimática han permitido reconocer tres tipos de proteínas enzimáticas: constitutivas, inducibles y reprimibles. las enzimas constitutivas están presentes en concentraciones constantes durante toda la vida de la célula, debido probablemente a una relación constante entre síntesis y degradación, son las enzimas de las vías metabólicas principales. Las enzimas inducibles son aquellas que normalmente se encuentran en concentración baja en la célula y a medida que se requiere mayor cantidad la velocidad de síntesis aumenta, con respecto a su degradación. P. ej. Beta- galactosidasa en E. Coli. El tercer tipo de enzimas es el de las reprimibles. La síntesis de estas enzimas se suspende si esta presente en abundancia el peroducto final de la vía metabólica donde funcionan.. P. ej, Síntesis de histidina en Salmonella. BIBLIOGRAFIA

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