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ENZIMASpor hernán valle
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2
ENZIMAS
Definición:Catalizadores biológicos;Largas cadenas de pequeñas moléculas llamadas
aminoácidos.
Función:Aumentar la velocidad de una reacción química.
Con excepción de un pequeño grupo de moléculas de RNA con propiedades catalíticas llamadas RIBOZIMAS, todas las enzimas son PROTEÍNAS.
Aminoácidos:
H
R C* COOH
NH2
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CARACTERÍSTICAS GENERALES
Comparación de enzimas con catalizadores químicos.
Característica Enzimas Cataliz. Químicos
Especificidad de sustrato alta baja
Naturaleza de su estructura compleja simple
Sensibilidad a T y pH alta baja
Condiciones de reacción (T, P e pH) suaves drásticas
Natureza del proceso finito contínuo
Consumo de energia Bajo alto
Formación de subproductos Bajo alta
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Característica Enzimas Cataliz. Químicos
Separación catalizador/ productos difícil Simple
Activ. Catalítica (temp. ambiente) alta baja
Presencia de cofactores si No
Estabilidad estructural Baja alta
Energia de Activación Baja alta
Velocidad de reacción alta baja
CARACTERÍSTICAS GENERALES
Comparación de enzimas con catalizadores químicos.
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5
CARACTERÍSTICAS GENERALES
H2O2 H2O O2+Catalasa
E E ++ SS EE ++ PP
Presentan alto grado de especificidad.Son altamente eficientes, acelerando la velocidad de
las reacciones (108 a 1011 + rápida).
Reducen la energia de activación.
No son consumidas en la reacción:
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6
Aceleran reacciones químicas
Ej: Decomposición de H2O2
H2O2 H2O O2+Catalasa
CARACTERÍSTICAS GENERALES
Condiciones de Reacción
Energia de ActivaciónKJ/mol
VelocidadRelativa
Sin catalizador 75,2 1
Platino 48,9 2,77 x 104
Enzima Catalasa 23,0 6,51 x 108
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7
Actúan en pequeñas concentraciones
1 molécula de CatalasaDescompone 5 millones de moléculas de H2O2
en 1 min; a pH = 6,8
Número de renovación = n° de moléculas de sustrato convertidas en producto por una sola molécula de enzima en una unidad dada de tiempo.
CARACTERÍSTICAS GENERALES
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8
Diferencia entrela energia libre
de S y P
Avance de reacción
Energia de activación con enzima
En
erg
ia
Energia de activación sin enzima
SSPP
CARACTERÍSTICAS GENERALES
No alteran el Estado de Equilíbrio: La Keq no cambia.
No se presenta un efecto termodinámico global: El G no cambia.
Disminuyen la Energia de Activación.
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9
RNARNA
Estrutura Estrutura EnzimáticaEnzimática
RibozimasRibozimas
Si es covalente
Apoenzima oApoproteína
Grupo Prostético
Holoenzima
Cofactor
Coenzima
Proteína
Puede ser:• íon inorgánico• molécula orgánica
CARACTERÍSTICAS GENERALES
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10
NOMENCLATURA Y CLASIFICACIÓN
S.S XIX (Século) → pocas enzimas identificadas.
Adición de sufijo ”ASA” al nombre del sustrato. Ej:
Nombres arbitrarios:Tripsina y pepsina:PROTEASAS.
Grasas (lipo - griego) – LIPASAAlmidón (amylon - griego) – AMILASA
1955 - Comisión de Enzimas (EC) de la Unión Internacional de Bioquímica (IUB) numerar y clasificar.
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NOMENCLATURA Y CLASIFICACIÓN
Cada enzima código con 4 dígitos que caracteriza el tipo de reacción catalizada:
Clasificación según la comisión de Enzimas
1er dígito: CLASE
Tipo de rxn general→ son 6.
2° dígito: SUBCLASE
Tipo de rxn específica.
3° dígito: SUB-SUBCLASE
Grupo funcional del sustrato implicado en la reacción.
4° dígito: SERIE
Tipo de sustrato y código de registro.
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1. Oxido-redutasas (reacciones de transferencia de electrones: REDOX)
1.1. actuando en CH-OH 1.2. actuando en C=O 1.3. actuando en C=O-
2. Transferasas (transfieren grupos funcionales entre moléculas)
2.1. grupos con un carbono 2.2. grupos aldeído o cetona 2.3. grupos acil
3. Hidrolasas (reacciones de hidrólisis)
3.1. ésteres 3.2. enlaces glicosídicos 3.4. enlaceses peptídicos
NOMENCLATURA Y CLASIFICACIÓN
1er dígito: Clase → Tipo de rxn general.
1.4. actuando en CH-NH2
1.5. actuando en CH-NH- 1.6. actuando en NADH, NADPH
2.4. grupos glicosil2.7. grupos fosfatos 2.8. grupos conteniendo azufre
3.5.otros enlaces C-N3.6.anidridos ácidos
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4. Liasas (catalizan la ruptura de enlaces covalentes y la remoción de moléculas de agua, amoniaco y gas carbónico)
4.1. =C=C= 4.2. =C=O 4.3. =C=N-
5. Isomerasas (transferencia de grupos en una misma molécula para formar isómeros)
5.1. Racemasas
6. Ligasas (catalizan reacciones de formación de nuevas moléculas a partir de la unión entre dos pre-existentes, consumiendo energia)
6.1. C-O 6.2. C-S 6.3. C-N 6.4. C-C
NOMENCLATURA Y CLASIFICACIÓN
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NOMENCLATURA Y CLASIFICACIÓN
2° dígito: Subclase → Tipo de rxn específica.
Ejemplos de Subclases
Tipo de reacción catalizada Clase
Hidratasas Adicionan H2O a insaturaciones Liasas
Quinasas Transfieren -PO3-2 del ATP Transferasas
Mutasas Cambian posición -PO3-2 Isomerasas
Sintasas Síntesis sin ATP Transferasas
Sintetasas Síntesis dependiente de ATP Ligasas
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ADP + D-Glucosa-6-fosfatoATP + D-Glucosa
Nombre IUB: ATP-glucosa fosfotransferasaATP-glucosa fosfotransferasa (2.7.1.1)(2.7.1.1)
NOMENCLATURA Y CLASIFICACIÓNEjemplo de Clasificación:
Clasificación según la comisión de Enzimas
1er dígito: 2 CLASE
Tipo de rxn general: Transferasa
2° dígito: 7 SUBCLASE
Tipo de rxn específica: Fosfotransferasa
3° dígito: 1SUB-SUBCLASE
Grupo funcional del sustrato: Hidroxilo
4° dígito: 1 SERIE
Tipo de sustrato: D-glucosa
Nombre común:Nombre común: HexoquinasaHexoquinasa
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MECANISMO DE ACCIÓN
EE ++ SS EE SS P P + + EE
Sustrato se liga al SÍTIO ACTIVOde la enzima
• MECANISMO GENERALMECANISMO GENERAL
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MECANISMO DE ACCIÓN
SITIO ACTIVO: Región de la enzima en la que se da iila transformación del sustrato en producto.
Puede poseer componentes no protéicos:cofactores.Posee aminoácidos auxiliares o de contacto.
COFACTOR
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EVENTOS DEL MECANISMO GENERAL
Emil Fischer (1894): Propuso la hipótesis La cerradura y la llave, que considera que la enzima posee un sitio activo que facilita la unión del sustrato (Modelo Rígido).
• FIJACIÓN DE FIJACIÓN DE SS A A EE
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Koshland (1958): hipótesis: Ajuste Inducido,, La enzima no acepta simplemente al sustrato, sino que también exige que el sustrato se distorcione a algo cercano al estado de transición (Modelo Flexible).
EVENTOS DEL MECANISMO GENERAL
• FIJACIÓN DE FIJACIÓN DE SS A A EE
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EVENTOS DEL MECANISMO GENERAL
• TRANSFORMACIÓN QUÍMICA DE TRANSFORMACIÓN QUÍMICA DE SS POR POR EE
Catalisis covalente
Modificaciones covalentes transitorias originadas por un fuerte nucleófilo.
Catalisis Acido-base
Grupos R del sitio activo participan como donadores o aceptores de protones (ácidos y bases).
Catalisis metálica
Catalizadores electrofílicos que actúan mediante estabilización de cargas.
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Catalisis covalente
OP
O
OO
P
O
OO
H2C
OH OH
OO
P
O
OO
N
N N
N
H2N
NH2
H2C
OH OH
OO
P
NH
O
O
N
N N
N
H2N
LysLys
P
O
OO
P
O
O O
+ATP
Ligase ミ Adenylate
• TRANSFORMACIÓN QUÍMICA DE TRANSFORMACIÓN QUÍMICA DE SS POR POR EE
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• TRANSFORMACIÓN QUÍMICA DE TRANSFORMACIÓN QUÍMICA DE SS POR POR EE
Catalisis ácido-base
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RNase A:
His 12 Base General Abstrae protón del 2’ hidroxilo.
His 119 Ácido general Dona protón al hidroxilo 5´.
• TRANSFORMACIÓN QUÍMICA DE TRANSFORMACIÓN QUÍMICA DE SS POR POR EE
Catalisis ácido-base
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• TRANSFORMACIÓN QUÍMICA DE TRANSFORMACIÓN QUÍMICA DE SS POR POR EE
Catalisis acido-base
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25
• TRANSFORMACIÓN QUÍMICA DE TRANSFORMACIÓN QUÍMICA DE SS POR POR EE
Catalisis ácido-base
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26
• TRANSFORMACIÓN QUÍMICA DE TRANSFORMACIÓN QUÍMICA DE SS POR POR EE
Catalisis ácido-base
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Catalisis Metálica
• TRANSFORMACIÓN QUÍMICA DE TRANSFORMACIÓN QUÍMICA DE SS POR POR EE
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Cinética ENZIMÁTICA
Definición:CINÉTICA: Estudia las velocidades de reacción y
los p/pios que permiten comprender cómo suceden las reacciones.
¿Cuántos pasos se necesitan?¿Qué p/pios químicos operan en cada paso?¿Cuál es el paso más lento y, por tanto el que
limita la velocidad de la reacción total?.
Ayuda a elucidar los mecanismos de reacción.
Y a determinar la función de una determinada enzima en una ruta metabólica.
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29
CINÉTICA ENZIMÁTICA
Victor Henri (1903): E E ++ S S ES ES
1913 1913 Leonor Michaelis -EnzimólogoLeonor Michaelis -EnzimólogoMaud Menten - PediatraMaud Menten - Pediatra
E + SK1
K-1
ESK2
E + P
Etapa rápida Etapa lenta
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30
Mecanismo general y ecuación de m-m
La ecuación mínima para la reacción más simple catalizada por una enzima es:
La velocidad de formación de productos depende de [ES] y de k2:
La [ES] no se puede medir, pero si la [S] y la concentración total de Enzima:
Entonces: [E] = [Et] – [ES] (Ec. 1)
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31
Además, la velocidad de descomposición y formación de [ES] son iguales (se supone “Estado Estacionario”):
Luego:
Reordenando:
1/KM
Puesto que:
Mecanismo general y ecuación de m-m
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32
Reescribiendo: ; Reemplazando por [E] = [Et] – [ES]
Tenemos:
Factorizamos [ES], así:
Reordenando: ; Reemplazando [ES] en:
Obtenemos: ;cuando la [S]>>KM : (saturación de la enzima = velocidad máxima de la enzima) entonces:
Ecuación de Michaelis - Menten
Mecanismo general y ecuación de m-m
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33
KM: Es la cantidad de sustrato necesario para alcanzar la ½ de la velocidad máxima.
Cuando KM → 0, es mejor la afinidad de la enzima por el sustrato.
0
;V = Vmax
Vmáx: Indica que todas las moléculas de la enzima están ocupadas con el sustrato y están realizando el paso catalítico.
Significado de km y Vmax
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34
v =Vmax [S]
Km + [S]Km + [S]
[S]
v
Vmax
2
v = Vmax
v = Vmax [S]Km
Km
11
22
33
1- [S] Km>>[S]
2- [S] [S]>>Km
3- v = Vmax
2
Gráfico de MIchaelis-menten (M-m)
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35
MÉTODOS GRÁFICOS para calcular km
maxV
1
[S]maxVmK
v
1
Gráfico de doble inverso de Lineweaver-Burk
1[S]
1 v
-1Km
11VVmaxmax
Km
VmaxInclinación =
Después de reordenar la ecuación de M-M en la forma de una ecuación de línea recta (y=mx+b),obtenemos:
Pendiente
Intercepto con el eje 1/v (y)
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36
Gráfico de Eadie-Hofstee
[S]
vm
Kmax
Vv
Vmax
Km
v -KmInclinación =
v[S]
Vmax
MÉTODOS GRÁFICOS para calcular km
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37
Cinética de la inhibición ENZIMÁTICA
Cualquier sustancia que reduzca la velocidad de una reacción enzimática.
REVERSIBLES IRREVERSIBLES
COMPETITIVOS NO COMPETITIVOS ACOMPETITIVOS
INHIBIDORESUnidos por interacciones no-covalentes
Unidos por interacciones covalentes
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38
Inhibición COMPETITIVA
[sustrato] necesaria para obtener la misma [ES]
afinidad de la enzima por el sustrato
I compuestos con estrutura molecular similar al S
Km aparente (K’M) de la enzima. K’M>KM
Inhibidor competitivo compite con el S por el sitio activo de la E libre.
I análogo no metabolizable, derivado de un S verdadero, S sustituto de la E o un P de la reacción.
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39
Inhibición COMPETITIVA
][
1)][
1(11
][)][
1(
][
][
]][[
maxmax
max
SK
I
V
K
Vv
SKI
K
SVv
EI
IEK
I
m
Im
I
Lineweaver-Burk
K’M
Michaelis-Menten
EE + + SS EESS EE + + PP
EEII
I I
+
+
K1
KI
K2
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40
Inhibición COMPETITIVA
V’máx= Vmáx K’M>KM
1- sin inhibidor
2- con inhibidor a una concentración [I1] 3- con inhibidor a una concentración [I2] > [I1]
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41
Ejemplos:Intoxicación por metanol → antídoto: Etanol. Así:
3
Metanol Formaldehído Produce ceguera
La enzima Alcohol deshidrogenasa, cataliza la rxn:
No produce ceguera
Un exceso de Etanol (sustrato) desplaza al Metanol, evitando la ceguera:
Inhibición COMPETITIVA
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42
Ejemplos: Inhibición por medicamentos antihipertensores:
Inhibición COMPETITIVA
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43
Se une a un sitio específico alterando la forma del sitio activo y por tanto disminuye la unión del sustrato.
Inhibición no-COMPETITIVA
I no tiene semejanza estructural con el S
[substrato] no diminuye la
inhibición
Km de la enzima NO se altera
Vmax con la presencia del inhibidor
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44
Lineweaver-Burk
)][
1(1
][
1)][
1(1
maxmax II
m
K
I
VSK
I
V
K
v
Michaelis-Menten
)][
1]([)][
1
][max
IIm
KI
SKI
K
SVv
][]][[
][]][[
I EISIES
EIIE
K
Inhibición no-COMPETITIVA
EE + + SS EESS EE + + PP
EEII + + SS EEIISS
++II
++II
KS
KI
K2
KIKS
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45
1- sin inhibidor
2- con inhibidor a una concentración [I1] 3- con inhibidor a una concentración [I2] > [I1]
Inhibición no-COMPETITIVA
V’máx< Vmáx K’M=KM
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46
Se une a ES formando un complejo ternario no productivo ESI.
Inhibición aCOMPETITIVA
I no tiene semejanza estructural con el S
Si se aumenta la [S], habría más [ES] disponible para unirse a I.
Entonces, se refuerza el efectoInhibidor de I.
Km y Vmax de la enzima
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47
EE + + SS EESS EE + + PP
EEIISS
++II
KSK2
KI
)][
1(1
][
11
][][
1
][][
1
][
]][[
maxmax
max
I
m
I
m
i
I
K
I
VSV
K
v
S
KI
K
S
KI
V
v
EIS
IESK
Lineweaver-Burk
Michaelis-Menten
Inhibición aCOMPETITIVA
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48
1- sin inhibidor.
2- con inhibidor a una concentración [I1] 3- con inhibidor a una concentració [I2] > [I1]
Inhibición aCOMPETITIVA
V’máx< Vmáx K’M<KM
![Page 49: ENZIMAS por hernán valle. 2 ENZIMAS Definición: Catalizadores biológicos; Largas cadenas de pequeñas moléculas llamadas aminoácidos. Función:](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081420/5665b4591a28abb57c90c2d4/html5/thumbnails/49.jpg)
49
Mecanismos de regulación enzimática
MECANISMOS DE REGULACIÓN ENZIMÁTICA
MODIFICACIÓN COVALENTE
FOSFORILACIÓN ADENILILACIÓNREDOX
REVERSIBLE IRREVERSIBLE ZIMÓGENOS
ALOSTERISMO
La capacidad de adaptación de los organismos ante EIinfluencias externas e internas: BIORREGULACIÓN.
Esto se logra por la interconversión de las formas activas E e inactivas de las proteínas (enzimas).
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50
• MODIFICACIÓN COVALENTE REVERSIBLEMODIFICACIÓN COVALENTE REVERSIBLE
FOSFORILACIÓNFOSFORILACIÓN
Por lo general la fosforilación activa la enzima.
E E
Cinasas: Transfieren un -PO3-2 del ATP a Ser, Tre y Tir (-OH).
Fosfatasas: Eliminan el fosfato por hidrólisis del R fosforilado.
El cambio de –OH por –OPO3-2, ↑ la polaridad ⇒cambia la conformación ⇒ influye en la actividad de la Enzima.
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51
OXIDO-REDUCCIÓNOXIDO-REDUCCIÓN Formación o eliminación de enlaces disulfuros –S-S- entre los grupos R de las cisteínas.
Esto causa un cambio de conformación que influye en la actividad de la Enzima.
• MODIFICACIÓN COVALENTE REVERSIBLEMODIFICACIÓN COVALENTE REVERSIBLE
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52
ADENILILACIÓNADENILILACIÓN Transferencia de un grupo adenilato desde un ATP
Esto causa un cambio de conformación que influye en la actividad de la Enzima.
• MODIFICACIÓN COVALENTE REVERSIBLEMODIFICACIÓN COVALENTE REVERSIBLE
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53
• MODIFICACIÓN COVALENTE MODIFICACIÓN COVALENTE iiiIRREVERSIBLE iiiIRREVERSIBLE
ZIMÓGENOS:ZIMÓGENOS:
Sufren modificaciones por Proteasas que los iiiitransforman en su formas activas.
Son proteínas precursoras inactivas (carecen de iiiiSitio Activo).
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54
ENZIMAS alostéricas
Funcionan a través de la unión no covalente iiireversible de un metabolito regulador llamado iiimodulador.
Moduladores pueden ser inhibidores o activadores.
Son mayores y más complejas, poseen dos o más iiicadenas polipeptídicas.
No siguen la cinética de Michaelis-Menten.
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55
ENZIMAS alostéricas
Subunidad Catalítica
Subunidad Reguladora
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56
1- Comportamiento tipo Michaelis-Menten.
2- Comportamiento Alostérico.
ENZIMAS alostéricas
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isoZIMAS
Las distintas formas moleculares de una enzima que iiicatalizan la misma reacción se denominan isoenzimas.
Ejemplo: Lactato deshidrogenasa (7 tipos celulares)