Enzimas

1. Enzimas - Son proteínas catalíticas. - Aceleran la velocidad de las reacciones en un medio con temperatura y pH controlados. - No modifican la Keq. ¿Cómo modifican la cinética de las reacciones? En la siguiente animación,podemos ver graficado el efecto de una enzima en la cinética ( velocidad) de la reacción.

3. Especificidad de las enzimas • Las enzimas interaccionan con los sustratos a través de las numerosas interacciones débiles, que se establecen por complementariedad estructural. • Las enzimas son esteroespecíficas • El sitio de unión de la enzima con el sustrato se llama SITIO ACTIVO (S.A) • El S.A es una pequeña porción de la enzima.

4. Ejemplo de estructura de una enzima: la quimotripsina , una enzima digestiva que hidroliza proteínas. • La estructura primaria de esta enzima consta de 245 aminoácidos. • La estructura cuaternaria de consta de tres cadenas polipeptídicas: a, b y c. • Los enlaces disulfuro unen las cadenas a,b y c entre sí. • Los aminoácidos del Sitio Activo son tres: His, Asp y Ser. • De 245 aminoácidos totales, solamente los grupos R de tres de ellos conforman el sitio activo de esta enzima.

5. Modelo espacial de la Quimotripsina • La enzima tiene un aspecto globular, dado por el plegamiento de las subunidades a,b y c. • El S.A se muestra en naranja. • Esta enzima tiene un solo S.A. • Las enzimas pueden tener un S.A por subunidad.

6. Modelo del esqueleto polipeptídico en forma de cinta Lámina plegada • Los grupos funcionales que componen el S.A están en rojo, y los puentes disulfuro en amarillo. • Puede observarse en detalle las superestructuras secundarias en alfa hélice y lámina plegada. a- hélice

7. Un acercamiento al sitio activo • En detalle pueden verse los grupos funcionales dela enzima que toman contacto con el sustrato de la reacción • En la siguiente animación se ve un modelo de enzima en acción.

9. CLASIFICACION INTERNACIONAL DE ENZIMAS Existen 6 categorías: 1- Oxidoreductasas: 2-Transferasas 3- Hidrolasas 4- Liasas 5- Isomerasas 6- Ligasas Nomenclatura La nomenclatura internacional reconoce a las enzimas mediante 4 números. Por ejemplo: Anhidrasa carbónica es la enzima 4.2.1.1

10. Cinética de saturación: curva experimental. La tangente de la curva en este punto es la V0 • Normalmente hay más sustrato que enzima en los sistemas de reacción,lo que explica el “efecto de saturación” observado en la curva de M.Menten. • Ni siquiera una alta concentración de sustrato influirá en la Vmax de la reacción. • Este tipo de curvas se conocen como Cinética Michaeliana.

11. Ecuación de Michaelis Menten • Este es el algoritmo de la curva experimental. • La V0 es la velocidad instantánea, o aceleración a tiempo cero según la cantidad de enzima. • La Km es una constante para cada enzima con un determinado sustrato, en condiciones de pH y tºC fijas.

12. ¿Qué pasa cuando la V0 es 1/2 de la Vmax? • Veamos qué ocurre con la ecuación de M.Menten en este caso. • Si V0 es 1/2 de la Vmax, entonces: • 1/2 Vmax= Vmax. [S] / Km + [S] • Km + [S] = 2 [S] • Km = [S] Cuando V0 es 1/2 de la Vmax • La concentración intracelular de los metabolitos están en el orden de los valores de Km de sus enzimas.

13. ¿Cuándo se alcanza la Vmax? • La Vmax se alcanza para valores muy altos de sustrato. Veamos en el cálculo. • Si V0 es el 99% de Vmax, entonces: • 0,99 Vmax = Vmax. [S] / Km + [S] • 0,99 Km + 0,99 [S] = [S] • 0,99 Km = 0,01 [S] • [S]= 99 Km • Las reacciones enzimáticas generalmente no operan a su Vmax

14. La Km es una constante para cada tipo de sustrato • Gráficamente puede verse que la mitad de la Vmax se alcanza con una determinada concentración de sustrato, cuyo valor es el de la Km. • La Km no cambia para distintas concentraciones de enzima,lo que evidencia una elevada aceleración del proceso.

15. Variación de la velocidad en función de la concentración de la enzima Producto • La tangente de cada una de las curvas representa la velocidad inicial para cada concentración de enzima. • La condición para obtener esta gráfica, es que la enzima esté saturada por el sustrato. • A mayor cantidad de enzima para un mismo Dt,la variación de velocidad es mayor. E1 E2 E3 tiempo

16. Valores de Km de algunas enzimas • El valor deKm depende del sustrato, como puede verse por ejemplo para la enzima hexoquinasa.

17. Otra forma de representar la cinéticaenzimática. Ecuación de Linneweaver-Burke

18. ¿Qué factores afectan la actividad de una enzima? • Los factores que afectan la actividad de las enzimas en general son: • pH • temperatura • concentración salina ( osmolaridad) • concentración de sustrato y producto • Sustancias inhibidoras • a) reversibles: competitivas y no competitivas. • b) irreversibles como muchos frámacos y agroquímicos

19. Efecto del pH en la actividad enzimática • La gráfica muestra la respuesta de una enzima digestiva en respuesta al pH. • La Pepsina es una hidrolas de proteínas ( proteasa), y su acción ocurre fuera de las células que la producen ( es una enzima extracelular).

20. Otro caso de respuesta de la actividad enzimática frente al pH • Esta enzima es una esterasa ( hidroliza enlaces éster). • La reacción que cataliza es la siguiente: • Glucosa-6-P + H2O • Glucosa + fosfato Glucosa 6-fosfatasa

21. Los inhibidores competitivos de las enzimas, son estructuralmente semejantes a los sustratos Inhibición competitiva

22. Los inhibidores no competitivos de las enzimas, no se parecen estructuralmente a los sustratos Inhibición no competitiva

23. Representación gráfica de la acción de inhibidores reversibles competitivos y no competitivos Competitiva, cambia la Km No competitiva, cambia la Vmax

24. La pareja Enzima-Coenzima o Enzima-Cofactor. • En algunos tipos de Enzimas, no basta el componente proteico para que sean reactivas. Necesitan la ayuda de otras especies que deben actuar junto con la enzima, y que pueden ser: • Orgánicas: como el NAD, FAD, CoA, ATP.Generalmente contienen vitaminas en su estructura, o son vitaminas. • Organometálicas: grupo Hemo ( porfirina más Fe) • Iones: Fe, K+, Mg2+, Ca2+, Mo ,Zn, Cu. • La interacción E-coenzima y E-cofactor es de tipo Reversible y No covalente.

25. Enzimas reguladorasEstas enzimas pueden ser reguladas por: • Concentración del producto final de una vía metabólica. • Concentracíon inicial del sustrato • Concentración de algún intermediario de la vía metabólica en la que participa. • Por hormonas • Por todos los factores mencionados • Entre las enzimas reguladoras, el grupo de las Enzimas alostéricas, es el de las que son modificadas por la acción reversible y no covalente de una molécula señal, que actúa en el Sitio Alostérico.

26. Las enzimas alostéricas responden a la acción de efectores positivos y negativos, respondiendo a modelos cinéticos No-Michaelianos como el del siguiente gráfico: • Las curvas tienen forma sigmoidal que indican un efecto cooperativo del sustrato. • La respuesta al efector positivo, acerca la cinética al modelo Michaeliano. • El modelo sigmoidal permite que la enzima sea activa en un rango de [S] más acotado que en el modelo Michaeliano. • Para cada efector, debe existir un sitio alostérico.

27. % de Vmax Catabólicas Anabólicas 0 0 ,8 0,9 1,0 Carga energética Ejemplo de regulación alostérica por la Carga Energética del sistema • Algunas enzimas alostéricas del metabolismo responden a la Carga Energética (CE) del Sistema. • Las del Catabolismo se inhiben con CE por encima de 0,8. • Las del Anabolismo se activan con CE por encima de 0,8. • En estado de homeostasis las enzimas operan a un 50% de su Vmax

28. REGULACION CELULAR DE LAS ENZIMAS • Modificación covalente de las enzimas reguladoras: la actividad de las enzimas se modifica por cambios covalente reversibles en las cadenas laterales de determinados aminoácidos de la enzima. Por ejemplo: a) fosforilación defosforilación de grupos hidroxilo; b) reducción de grupos disulfuro. • Activación por ruptura proteolítica: algunas enzimas son sintetizadas inicialmente en forma inactiva y deben ser modificadas para adquirir actividad. Las formas inactivas se denominan Zimógenos. • Regulación por isoenzimas: son diferentes formas moleculares de enzimas que catalizan la misma reacción, y poseen diferentes patrones cinéticos.

29. La actividad enzimática no se expresa en todos los tejidos por igual • El patrón proteico de cada célula, e incluso de cada compartimiento celular, depende de la expresión de los genes. • Las enzimas son proteínas, y la expresión de los genes que las codifican está regulada a nivel de la transcripción. • La forma más efectiva de modificar la actividad de una enzima, es provocando su síntesis o inhibiéndola, de modo de hacer que esté presente o no, en el sistema. • Otra forma de modificar la actividad la actividad es mediante la regulación del proceso de degradación de la enzima ( aumentar la velocidad de recambio).