Enzimas - Biología Celular

U.T.I. Biología Celular
Enzimas
Departamento de Bioquímica
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
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
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 reacción
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 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. Introducción a la cinética enzimática
D. Mecanismos de acción enzimáticos
E. Enzimas reguladores
El modelo de Michaelis-Menten (1913)
Leonor Michaelis
Maud Menten
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 Michaelis - Menten
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
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 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. Mecanismos 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. 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
Fosforilación / defosforilación
Activación de zimógenos