Enzimas 17



Concepto de biocatalizador.(pg 89-apartado 6)



Enzimas: definición y características ( actividad y especificidad enzimática)(pg 90 apartado 6.1. subiendo y bajando las colinas energéticas; especificidad de los enzimas ( pg 93- Apartado 63-)



Factores que regulan la actividad enzimática:





Concentración de sustrato.(pg 93. apartado 6.4 cinética enzimática)



Temperatura. (pg 94)



pH (pg 94)



Inhibidores (apuntes)



Cofactores.( pg 91 partado 6.2)

Las vitaminas: definición, (coenzimas)(pg 91 y 92 apartado 6.2.)

BIOCATALIZADORES HORMONAS, VITAMÍNAS Y ENZIMAS

LE 8-3

CO2

H2 O Chemical energy

Primera ley de la termodinámica La energía puede transferirse o transformarse, pero nunca crearse o destruirse.

La energía química (potencial) de los alimentos se convertirá en la energía cinética del movimiento del guepardo

Heat

Segnda ley de la termodinámica Cada transferencia o transformación de energía incrementa el desorden (entropía) del universo.

Se añade desorden al entorno del guepardo en la forma de calor y de las pequeñas moléculas que son subproductos del metabolismo

HIDRÓLISIS DE SACAROSA POR LA ENZIMA SACARASA

NATURALEZA DE LAS ENZIMAS ACTIVIDAD ENZIMATICA: CATÁLISIS ENZIMÁTICA

LAS ENZIMAS DISMINUYEN LA BARRERA DE ENERGÍA DE ACTIVACIÓN.

UNA UNAENZIMA ENZIMACATALIZA CATALIZA UNA REACCIÓN UNA REACCIÓN DISMINUYENDO DISMINUYENDOLA LA BARRERA BARRERADE DEENERGÍA ENERGÍADE DE ACTIVACIÓN EA. LO QUE ACTIVACIÓN EA. LO QUE PERMITE PERMITEQUE QUELAS LAS MOLÉCULAS DE MOLÉCULAS DEREACTIVO REACTIVO ABSORBAN SUFICIENTE ABSORBAN SUFICIENTE ENERGÍA ENERGÍAPARA PARAALCANZAR ALCANZAR EL ESTADO DE TRANSICIÓN EL ESTADO DE TRANSICIÓN AÚN AÚNAATEMPERATURAS TEMPERATURAS MODERADAS. MODERADAS.

LE 8-14

A

B

C

D

Free energy

Transition state

A

B

C

D

EA

Reactants A

B ď &#x201E;G < O

C

D

Products Progress of the reaction

LE 8-15

Free energy

Desarrollo de la reacción sin enzima

EA sin enzima

EA con una enzima es más baja

Reactants Desarrollo de la reacción con una enzima

G no se ve afectada por la enzima

Products Progress of the reaction

“

Efecto de las enzimas en la velocidad de reacción

” Sin afectar al cambio de energía libre de una reacción, una enzima la acelera al reducir su energía de activación Ea

ESPECIFICIDAD DE SUSTRATO DE LAS ENZIMAS EL REACTIVO SOBRE EL CUAL ACTÃ&#x161;A UNA ENZIMA SE CONOCE COMO EL SUSTRATO DE LA ENZIMA. COMPLEJO ENZIMA-SUSTRATO ENSIMA: SACARASA

ESPECIFICIDAD DE SUSTRATO DE LAS ENZIMAS 

 

La reacción catalizada por cada enzima es muy específica; una enzima puede reconocer su sustrato específico aún entre compuestos íntimamente relacionados como los isómeros.

La especificidad de una enzima resulta de su forma, que es consecuencia de su secuencia de aminoácidos. Únicamente una región restringida de la molécula enzimática se une al sustrato.

Esta región, llamada sitio activo, es un surco u oquedad en la superficie de la proteína.

â&#x20AC;&#x153;

Modelo llave-cerradura: Fischer

â&#x20AC;?

AJUSTE INDUCIDO ENTRE UNA ENZIMA Y SU SUSTRATO En

este modelo gráfico realizado por ordenador el sitio activo de esta enzima (hexoquinasa, que se muestra en azul) forma un surco en su superficial Su sustrato es glucosa (rojo). Cuando

el sustrato entre al sitio activo, induce un cambio en la forma de la proteína. Este cambio permite que se formen enlaces más débiles, lo que determina que el sitio activo abrace al sustrato y lo mantenga en su lugar.

LE 8-16

Substrate

Active site

Enzyme

Enzyme-substrate complex

AJUSTE INDUCIDO ENTRE UNA ENZIMA Y SU SUSTRATO KOSHLAND

CATÁLISIS EN EL SITIO ACTIVO DE LA ENZIMA   

 





En una reacción enzimática, el sustrato se une al sitio activo.

En la mayoría de los casos, el sustrato se mantiene en el sitio activo por medio de interacciones débiles.

Las cadenas laterales de unos pocos aminoácidos que constituyen el sitio activo catalizan la conversión del sustrato al producto, y el producto sale del sitio activo.

La enzima está libre para tomar otra molécula de sustrato en su sitio activo.

El ciclo completo ocurre con tanta rapidez que una misma molécula de enzima actúa típicamente sobre cerca de 1000 moléculas de sustrato por segundo.

Algunas enzimas son mucho más rápidas, las enzimas, como otros catalizadores, emergen de la reacción con su forma original.

Por tanto, cantidades muy pequeñas de enzima pueden tener un enorme impacto metabólico al funcionar una y otra vez en ciclos catalíticos.

LE 8-17

Los sustratos entran al sitio activo, La enzima cambia de forma de modo que su sitio activo abraza al sustrato (ajuste inducido); .

Los sustratos son mantenidos en el sitio activo por interacciones débiles Como puentes de hidrógeno y enlaces iónicos

Substrates Enzyme-substrate complex

El sitio activo queda disponible para dos nuevas moléculas de sustrato.

El sitio activo y los grupos R de los aminoácidos, pueden bajar a Ea y acelerar la reacción al: * actuar como molde para la orientació del sustrato. *tensar los sustratos y estabilizar El estado de transición. *suministrar un microambiente favorab *Participación directamente En la reacción catalítica.

Enzyme

Se liberan Los productos

Los sustratos se convierten a productos

Products

Factores que regulan la actividad enzimรกtica: Concentraciรณn de sustrato

Concentración del sustrato

Para muchos enzimas, la velocidad de catálisis varía con la concentración del sustrato. A una concentración de enzima constante, la velocidad de reacción aumenta al aumentar la concentración del sustrato hasta que se llega a una velocidad máxima. En cambio, las reacciones no catalizadas no presentan este efecto de saturación.

A una concentración de enzima fija, la velocidad de reacción es casi proporcionalmente lineal a la concentración de sustrato, cuando la concentración del sustrato es pequeña. A una concentración alta de sustrato, la velocidad es, prácticamente, independiente de la concentración del sustrato. Michaelis-Mente, propusieron un sencillo modelo que explica estas características cinéticas, se basa en la formación del complejo específico enzima-sustrato intermediario de la catálisis.

Concentración de sustrato

La velocidad máxima se obtiene cuando los centros del enzima están saturados por el sustrato, es decir, cuando prácticamente todo el enzima se encuentra en forma de complejo enzimasustrato.

La km se define como la concentración de sustrato a la cual la velocidad de la reacción es la mitad de la velocidad máxima, hace referencia a la afinidad del enzima por el sustrato y, por tanto, a su eficacia catalítica, es decir, a la velocidad a la que se lleva a cabo el proceso catalítico.

Temperatura Al igual que ocurre en la mayoría de las reacciones químicas la velocidad de las reacciones catalizadas por enzimas se incrementa en general con la temperatura, dentro del intervalo en que el enzima es estable y permanece totalmente activo.

La velocidad de muchas reacciones enzimáticas se duplica aproximadamente por cada 10ºC que aumenta la temperatura. Como la función enzimática depende de la estructura terciaria (o cuaternaria) la actividad de la enzima puede llegar a desaparecer si se producen cambios notables de temperatura.

La mayoría de las enzimas se inactivan a Tª comprendidas entre 50 y 60ºC, excepto las que se encuentran en determinadas bacterias termófilas, capaces de resistir Tª de hasta 80ºC. El descenso de la Tª disminuye la actividad enzimática pero no llega a desnaturalizar las enzimas, así los animales po2quilotermos, que carecen de mecanismos homeostáticos para regular la Tª se ven obligados a hibernar en la estación fría, pues la actividad de sus enzimas queda muy reducida en esa época.

Existe una temperatura óptima en que la actividad enzimática es máxima; por encima de ella la actividad disminuye e incluso desaparece por desnaturalización del enzima (en general es un fenómeno que ocurre en todas las proteínas).

pH Cuando todos los demás factores permanecen constantes, la velocidad de las reacciones enzimáticas depende del ph del medio. Pequeñas variaciones del pH del medio interno ocasionan grandes cambios en la actividad de las enzimas, pues se modifican las cargas superficiales y se altera la conformación espacial de la estructura terciaria o cuaternaria.

Todas las enzimas poseen una zona de pH, en la que alcanza su máxima velocidad, las enzimas como proteínas responden a los cambios de pH, tienen grupos disociables y el grado de disociación que presentan está relacionado con las propiedades catalíticas. A medida que el pH cambia, las cargas de los diferentes aminoácidos se modifican y lo mismo sucede con la forma de la enzima, hasta que se altera tanto que deja de funcionar; lo más importante sería que las cargas del centro activo y del sustrato cambian de manera que afecta la capacidad de fijación.

El pH ejerce una acción parecida a la de la Tª y existe, por tanto, también un ph óptimo tal que, ala alejarse de él, disminuye la actividad enzimática.

El pH es diferente para los distintos enzimas de un organismo y así la pepsina del estómago está adaptada aun pH ácido, mientras que la tripsina o la quimotripsina del intestino están adaptadas a un pH ligeramente alcalino.

Factores que regulan la actividad enzimática: pH

Factores que regulan la actividad enzimรกtica Inhibidores; Definiciรณn y tipos



Inhibición irreversible.-



Es este tipo de inhibición la enzima se une con el inhibidor covalentemente de manera que se modifica el centro activo de la enzima necesario para la catálisis. Estos inhibidores son compuestos que se unen irreversiblemente a determinados grupos del centro activo de una enzima y anulan su capacidad catalítica. Ejemplo el cianuro (citocromo oxidasa), gases nerviosos e insecticidas organofosforados, inhiben la acetilcolinesterasa, enzima implicada en la transmisión del impulso nervioso ocasionando parálisis o muerte.



INHIBIDORES Determinadas sustancias se comportan como inhibidores enzimáticos, porque disminuyen e incluso anulan la velocidad de la reacción catalizada. Estas sustancias pueden ser varios tipos:

Clostridium botulinum

“ INHIBICIÓN IRREVERSIBLE

”



INHIBICIÓN IRREVERSIBLE

Inhibidores que se unen covalentemente al sitio activo de una enzima, esta unión es permanente e inactiva a la enzima destruyendo su capacidad de unirse al sustrato. Ej: el DIPF reacciona con el aminoácido serina del sitio activo de la enzima acetilcolinesterasa, inhibiéndola irreversiblemente. Esta enzima participa en el mecanismo de propagación de los impulsos nerviosos. El DIPF es conocido como gas nervioso, algunos ej. son la SARIN (usado en el ataque terrorista en un subte en Tokio en 1995)y el MALATION (insecticida).



b1. Inhibición competitiva.-



La característica es que el inhibidor puede combinarse con el enzima libre de tal modo que compite con el sustrato normal para unirse al centro activo.



Mientras el enzima tenga unido un inhibidor no puede formarse el complejo enzima-sustrato y, por tanto, la reacción no se da.



Como la unión no es irreversible, un descenso en la concentración del inhibidor o un aumento en la del sustrato permiten el desplazamiento del inhibidor.

Inhibición reversible Cuando no se inutiliza el centro activo de la enzima, sino que se dificulta la acción de éstos, disminuyendo su eficacia.

Podemos diferenciar dos tipos atendiendo a su mecanismo de actuación.

Inhibiciรณn reversible: competitiva



b2. Inhibición no competitiva.



El inhibidor puede unirse a la enzima en un lugar distinto al centro activo, provocando un descenso de la velocidad pero no impide la unión ES. Un inhibidor no competitivo puede combinarse con el enzima libre o bien con el complejo ES, interfiriendo en la acción de ambos.



Los inhibidores no competitivos se unen al centro del enzima distinto del centro activo, a menudo para deformar al enzima, de modo que no puede formarse el complejo ES a su velocidad normal y que una vez formado no se descomponen a su velocidad habitual para liberar los productos de reacción.



INHIBICIÓN REVERSIBLE INHIBICIÓN NO COMPETITIVA

LE 8-19

Un sustrato puede unirse normalmente al sitio activo de Una enzima

Substrate Active site

Enzyme

Normal binding Un inhibidor competitivo imita al sustrato, y c compite por el sitio activo

Competitive inhibitor

Competitive inhibition

Un inhibidor no competitivo se une a la enzima en un sitio distinto del sitio activo y altera su conformacion de modo que su sitio actiov ya no sea funcional.

Noncompetitive inhibitor Noncompetitive inhibition

COFACTORES: son iones inorgánicos que se unen temporalmente a las enzimas

molécula

papel en la reacción catalizada

Hierro Fe 2+ o Fe 3+

Oxidación / reducción

Cobre, Cu + o Cu 2+

Oxidación / reducción

Cinc, Zn2+

Ayuda a unir el NAD

COENZIMAS: moléculas pequeñas que tiene carbono, interaccionan débilmente durante la catálisis. La mayor parte de las coenzimas son vitaminas, muchas de las cuales deben ser incorporadas con la dieta.

molécula

papel en la reacción catalizada

Hemo

une iones O2 y electrones, contiene el cofactor hierro

Flavina

Une electrones

Retinal

Cofactor en la absorción de la luz