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QUÍMICA BIOLÓGICA

QUÍMICA BIOLÓGICA. LIC. NUTRICIÓN. 2014. LIC. NUTRICIÓN QCA. BIOLÓGICA. PROGRAMA ANALITICO Y/O DE EXAMEN. Bolilla 2:

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QUÍMICA BIOLÓGICA

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  1. QUÍMICA BIOLÓGICA LIC. NUTRICIÓN 2014

  2. LIC. NUTRICIÓN QCA. BIOLÓGICA PROGRAMA ANALITICO Y/O DE EXAMEN Bolilla 2: ENZIMAS: Naturaleza Química- Propiedades Generales- Nomenclatura y Clasificacion- Coenzimas, importancia de las Vitaminas. Grupos Prostéticos. Compartimentalización. Complejo ES- Actividad Enzimática: Unidad de enzima- Actividad específica- Actividad molecular Factores que afectan la actividad enzimatica: [Enzima]- pH – T- [S], Ecuación de MichaelisMenten y Ecuación de LineweaverBurk- Inhibición de las enzimas, competitiva y no Competitiva. Regulación Enzimática: Enzimas alostéricas (propiedades y cinética)- Regulación Covalente-Zimógenos. Isoenzimas: Propiedades e importancia.

  3. ¿Cómo se mide la Actividad de una Enzima? [S] + E [ ES ] E + [P] • La Actividad de una enzima puede determinarse midiendo • La cantidad de producto que se forma • ó • La cantidad de sustrato que se consume • En un tiempo dado • En una mezcla que contenga todos los factores • requeridos para la reacción

  4. mmol de S transformados U.I.E. = min mmol de S transformados/min Actividad molecular = Mol de enzima ACTIVIDAD ENZIMÁTICA Formas de expresar la Actividad de una Enzima • Unidades InternacionalesCantidad de enzima que cataliza la transformación de 1 mmol de S por minuto • Actividad Molecular ó Numero de RecambioMoléculas de S convertibles en P por unidad de tiempo y por molécula de enzima (1 katal = 6 x 107 U.I.E.)

  5. A B Prot.Tot: ∑ + + D Prot.Tot: ∑ + + + U.I.E. Activ. Enzimática Actividad específica = = Prot.Tot: ∑ + mgr de proteína Prot.Tot: ∑ Prot. totales Actividad Específica Actividad enzimática por cada miligramo de proteína presente en la muestra

  6. ¿Qué cambios ocurren • en las reacciones enzimáticas? • Las transformaciones químicas en los sistemas biológicos se acompañan de cambios energéticos. • Conocer estos cambios permite entender la lógica y sentido del METABOLISMO celular. • Los seres vivos requieren y utilizan la energía de su entorno, para realizar trabajo.

  7. Energía libre (G) (Energía de Gibbs): es la fracción de la energía liberada en las reacciones bioquímicas que es disponible para realizar trabajo útil. • Se puede predecir el sentido de una reacción química, si ocurrirá espontáneamente o no. • Si los P tienen menos energía que los Reactivos • Si G del sistema disminuye (- DG) • La reacción es exergónica • Si los P tienen más energía que los Reactivos • Si G del sistema aumenta (+DG) • La reacción es endergónica Reacción espontánea Reacción NO espontánea

  8. Diagrama de coordenadas de una reacción enzimática catalizada y sin catalizar Energía Libre (G) Estado de transición o de activación Energía de activación de la reacción NO catalizada Energía de aactivación de la reacción CATALIZADA S Enz-S Enz-P P Progreso de la reacción

  9. Energía de activación (Ea): es la energía necesaria para alcanzar el estado activado • El estado de transición o barrera de activación, representa los cambios que se generan en la molécula del S. • Es por esto que las reacciones sin catalizar tienden a ser muy lentas. • Todas las moléculas biológicas son muy estables al pH neutro, temperatura suave y ambiente acuoso en el interior de las células. • Todas las reacciones químicas celulares se llevan a cabo porque las enzimas actúan disminuyendo la barrera energética entre el S y el P. • Las enzimas actúan disminuyendo la Ea.

  10. Factores que afectan la actividad enzimática • Concentración de Enzima • pH • Temperatura • Concentración de Sustrato

  11. Vo [E] Efecto de la concentración de Enzima sobre la actividad Concentración saturante de sustrato, pH y T°C constantes Se establece la relación entre Cantidad y Actividad de enzima Velocidad de reacción directamente proporcional a la concentración de enzima

  12. Los cambios del pH del medio afectan el estado de ionización de grupos funcionales de las moléculas de E y S. • Para la formación del [ES] es necesaria una correcta distribución de las cargas en ambas moléculas pH óptimo • Concentración de sustrato, E y T°C constantes 6 8 pH óptimo es aquel en el cual el estado de disociación de los grupos esenciales es el más apropiado para interaccionar en el complejo ES

  13. Ejemplos de enzimas con diferentes pH óptimo

  14. actividad por de la temperatura Actividad enzimática de temperatura provoca desnaturalización Temperatura(°C) Influencia de la Temperatura sobre la actividad enzimática Concentración de S, E y pH constantes Temperatura óptima

  15. Influencia de la concentración de Sustrato sobre la velocidad inicial [E], pH, T°C: constantes Curva hiperbólica

  16. ECUACIÓN DE MICHAELIS- MENTEN Cinética del estado estacionario Ecuación de Michaelis – Menten Reacción de orden cero Km = [S] cuando V0 = ½ Vmáx Reacción de 1° orden V0= Velocidad inicial de la reacción Vmáx= Velocidad Máxima Km= constante de Michaelis [S]= concentración del sustrato V0= Velocidad inicial de la reacción Vmáx= Velocidad Máxima Km= constante de Michaelis [S]= concentración del sustrato

  17. Ecuación de Michaelis – Menten = Km, Constante de Michaelis • Constante de Michaelis (Km) • Es característica de una enzima y su sustrato particular • Refleja la afinidad del sustrato por la enzima, en relación inversa: • menor Km mayor afinidad E por el S • Km es numéricamente igual a la concentración del sustrato que corresponde a una velocidad de reacción igual a la mitad de la velocidad máxima. • En condiciones definidas de pH, T°C, Km tiene un valor fijo para cada enzima y sirve para caracterizarla. Km = [S] cuando V0 = ½ Vmáx

  18. Gráfica doble recíproca o deLineweaver-Burk Ordenada al Origen = 1 / Vmáx Pendiente = Km / Vmáx Intersección con eje X = - 1 / Km

  19. Quimotripsina DIFP Xantina oxidasa Alopurinol Penicilina Transpeptidasa INHIBICIÓN ENZIMÁTICA COMPETITIVA NO COMPETITIVA ACOMPETITIVA INHIBICION REVERSIBLE POR ENLACE COVALENTE (Análogos del estado de transición) INHIBIDOR SUICIDA INHIBICION IRREVERSIBLE

  20. E + S ES E + P E + I I E EI E [E] [I] [EI] Ki = INHIBICION REVERSIBLE INHIBICION COMPETITIVA S     KM ap = Km(1 + [I]/Ki)

  21. Succinato + FADH2 Fumarato + FAD+ Succinato deshidrogenasa COO- (CH2)2 COO- COO- CH2 COO- Ejemplo de Inhibidor competitivo Succinato Malonato

  22. v Gráfica de M-M Km Kmap [S] 1/v Gráfica de L-B 1/[S] -1/Km -1/Kmap

  23. S E E E + S ES E + P S + + I I I I E S EI + S ESI E S I I INHIBICION NO COMPETITIVA

  24. v Gráfica de M-M Km [S] 1/v Gráfica de L-B Vmax.s/I Vmáx ap.=      Km(1 + [I]/Ki) -1/Km 1/[S]

  25. Tipo de El Inhibidor Efecto Efecto inhibición se une a s/Vmáx s/Km CompetitivaE Ninguno Aumenta No competitivaE y ESDisminuyeNinguno Características de los diferentes tipos de inhibición reversible Km c/I. = Km s/Inh. x (1+ [I]/Ki) Vmáx c/I= Vmáx. s/Inh. / 1 + [I]/ Ki

  26. COMPETITIVA NO COMPETITIVA Acción de inhibidores a distinta concentración Pendiente = Km / Vmáx

  27. - Acetilcolinesterasa - Quimotripsina Enzima inactivada INHIBICION IRREVERSIBLE . Por unión covalente del inhibidor Diisopropilfluorfosfato (DFP)

  28. INHIBICION IRREVERSIBLE . Inhibidor suicida Se une al sitio activo de la enzima y ésta cataliza la modificación del inhibidor a otro compuesto que permanece unido a la enzima. El ALOPURINOL es un inhibidor suicida que actúa sobre la enzima xantina oxidasa (degradación de purinas). Se forma el oxopurinol el cual queda unido a la enzima.

  29. REGULACION COVALENTE ENZIMAS ALOSTERICAS REGULACION POR PROTEINAS REGULACION POR PROTEOLISIS ENZIMAS INDUCIBLES REGULACION DE LAS REACCIONES CATALIZADAS POR ENZIMAS REGULACION DE LA ACTIVIDAD DE LAS ENZIMAS REGULACION DE LA SINTESIS DE LAS ENZIMAS

  30. Enzima Enzima Enzima Enzima 1 2 3 4 Enzima 1 ENZIMA ALOSTERICA MODULADORES POSITIVOS MODULADORES NEGATIVOS ENZIMAS ALOSTERICAS

  31. PROPIEDADES DE LAS ENZIMAS ALOSTERICAS • Poseen un sitio de unión a un metabolito regulador (sitio alostérico) • La unión del metabolito a la enzima es de carácter reversible y no covalente. • En general poseen dos o mas sitios reguladores. • La mayoría posee dos o mas cadenas polipeptídicas o subunidades. • En general tienen un comportamiento cinético sigmoideo

  32. MODULADORES POSITIVOS MODULADORES NEGATIVOS ENZIMAS ALOSTERICAS

  33. CINETICA DE UNA ENZIMA ALOSTERICACurva Sigmoidea

  34. v Aspartato (mM) Regulación de la actividad de la Aspartato transcarbamilasa (ATCasa)

  35. EJEMPLOS DE ENZIMAS ALOSTERICAS • Hexoquinasa, Fosfofructoquinasay Piruvato QuinasaVía glicolítica • AcetilCoA carboxilasaBiosíntesis de lípidos • Aspartato TranscarbamilasaBiosíntesis de nucleó tidos pirimidínicos • Glutamato DeshidrogenasaDegradación de aminoácidos • Citrato sintasa, isocitrato y a-cetoglutarato deshidrogenasas Ciclo de Krebs

  36. REGULACION POR MODIFICACION COVALENTE • POR UNION COVALENTE DE GRUPOS (FOSFATOS , ADENILATOS, ETC.) • INTERVIENEN ENZIMAS: QUINASAS, FOSFATASAS • LA UNION DEL GRUPO PUEDE ACTIVAR O INHIBIR LA ENZIMA POR UN CAMBIO CONFORMACIONAL Fosforilacion Enzima Enzima Fosfoadenilacion ADP-Ribosilación

  37. HO-CH2 CH2- HO (Cadena lateral de Ser) Fosforilasa b (menos activa) Fosforilasa quinasa 2 Pi 2 H2O Fosforilasa fosfatasa ATP ADP P -O-CH2 CH2-O- P Fosforilasa a REGULACION POR MODIFICACION COVALENTE

  38. REGULACION POR PROTEOLISIS • Por eliminación de una cadena peptídica, enzimas inactivas se convierten en enzimas activas y viceversa. • Las enzimas digestivas: pepsinógeno y quimotripsinógeno se convierten en las enzimas activas pepsina y tripsina. • Suele ocurrir una activación secuencial produciéndose una cascada de activaciones. Ej. Coagulación sanguínea. ZIMÓGENOS

  39. ISOENZIMAS • Diferentes formas moleculares de una misma enzima. • Son sintetizadas por genes diferentes • Tienen diferente composición aminoacídica por lo que pueden separarse por electroforesis. • Catalizan la misma reacción, actuando sobre el mismo sustrato para dar el mismo producto

  40. REGULACION POR PROTEINAS • Modifican la actividad de enzimas involucradas en el metabolismo celular. Por ej. Indirectamente activando o inhibiendo la actividad de la glutamina sintetasa. • RNA polimerasa: Asn, Gln, Glu, Lys y Arg forman enlaces hidrógenos con las bases del DNA

  41. Lactato deshidrogenasa (LDH) Presenta 5 isoenzimas con distinta composición en cuanto a sus subunidades y c/u es específica de un tejido. H4 H3M H2M2 HM3 M4 M > Músculo H > Corazón

  42. Actividad enzimática Glucoquinasa Hexoquinasa Km. hexq Km. glucq [glucosa mmol/l Ejemplo de isoenzima: Glucoquinasa y hexoquinasa • Cuando la concentración de glucosa en sangre es baja solo actúa la hexoquinasa. • Cuando es elevada, por ejemplo luego de una comida, actúan ambas: hexoquinasa y glucoquinasa.

  43. BIBLIOGRAFÍA BLANCO, A., "Química Biológica", Ed. El Ateneo, 8° Edición, Bs.As, 2006. Reimpresión año 2007 CHAMPE, HARVEY, FERRIER, “Bioquímica”,Ed Mac Graw- Hill Interamericana, 3° Edición. 2006 LEHNINGER, A.L., NELSON, D., COX, M., "Principios de Bioquímica", Editorial Omega, S.A., 4° Ed., 2006. Reimpresión año 2008.

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