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U.T.I. BiologĂ­a Celular

Enzimas

Departamento de BioquĂ­mica Noviembre de 2005


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. Enzimas reguladores


A. Propiedades generales de las enzimas (I) 1. Son los catalizadores de las reacciones quĂ­micas de los sistemas biolĂłgicos 2. Tienen gran poder catalĂ­tico 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 coenzimas grupos 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: Fosfotransferasa 1. Fosfotransferasas con OH como aceptor 1. D-glucosa como aceptor del fosfato Nombre sistemático: ATP:glucosa fosfotransferasa Nombre trivial: 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. 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 reacci贸n pero no los equilibrios (A) S (B) E + S

ES

(A)

P EP

E+P

(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

V = k [S]

P

Keq’ =

k=

KT

[P] [S]

∆G’o = - RT ln Keq’

e - ∆G‡ / RT

h K = constante de Boltzmann h = constante de Planck


Las interacciones d茅biles entre enzima y sustrato son 贸ptimas en el estado de transici贸n


En el estado de transici贸n las interacciones entre la enzima y el sustrato son 贸ptimas


La energ铆a de fijaci贸n entre enzima y sustrato proporciona especificidad de reacci贸n y cat谩lisis


Grupos catalíticos específicos contribuyen a la catálisis


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. Enzimas reguladores


El modelo de Michaelis-Menten (1913)

Leonor Michaelis

Maud Menten


La concentraci贸n de sustrato afecta la velocidad de reacci贸n catalizada por enzimas


CinĂŠtica del estado estacionario


CinĂŠtica del estado estacionario


La relaciรณn entre concentraciรณn de sustrato y velocidad de reacciรณn enzimรกtica puede expresarse de manera cuantitativa

Ecuaciรณn de Michaelis - Menten


Ecuaci贸n 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 Km = k-1/k1 = Ks (o KD de ES) • La Vmax de enzimas michaelianas es equivalente a k2 [ET] Si k2 es la limitante de reacción entonces k2 = kcat 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 mรกs sustratos


Inhibici贸n competitiva


Inhibici贸n no-competitiva


Inhibici贸n acompetitiva


Efecto del pH sobre la actividad enzimรกtica


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. Enzimas reguladores


Mecanismo de acci贸n 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. Enzimas 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


Fosforilaci贸n / defosforilaci贸n


Activaci贸n de zim贸genos


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