Enzimas y catálisis<br />
Enzimas<br />Son típicamenteproteínasquesirvencomocatalizadoresparalasreaccionesbioquímicas.  Algunos ARNs (ribozimas) y a...
Clasificación de enzimas<br />Sistemaoficial: <br />Lactatodehidrogenasa= EC 1.1.1.27<br />
Incremento de la tasa de lasreacciones<br />Formación del ácidocarbónico a partir de CO2 y H2O.<br />Tasa no catalizada	= ...
Incrementos en la tasa de reacciónporalgunasenzimas<br />
Ejemplos de ActividadEnzimática<br />Catálisis del rompimiento de un enlace peptídico<br />proteasa<br />
Actividadesterasa<br />Muchasproteasamanifiestanactividadesterasa (capacidad romper enlaces ester).<br />
Rompimiento de un enlace peptídico<br />El “clivaje” ocurre en el ladocarboxilo de unacadena lateral.<br />Trypsin<br />
Cofactors<br />Algunasenzimasrequierencofactoresparasuactividad<br />(Apoenzima<br />         +<br />Cofactor =<br />Holoe...
Go'y Keq'<br />Keq' = 0.0475<br />Triosafosfato<br />Isomerasa<br />DGo' = - RT lnKeq' = - 8.314(298) ln0.0475<br />DGo' ...
‘<br />
TasaCatalizadavsNo catalizada<br />Medición de la formación de producto (o la pérdida de sustrato) con el tiempo<br />
Modelos de formación del Complejo ES<br />
k1<br />k2<br />    E + S	     ES	          	  E + P <br />k-1<br />Tasa de Reacciónvs[S]<br />ES e un complejo no covalen...
ComplejoEnzimaSubstrato, ES<br />(no covalente)<br />
Residuos del sitioactivo<br />No tienenqueestaradyacentes en la secuencia.<br />La estructura 3o los posiciona<br /> en el...
Llave& Cerradura– Fischer (1894)<br />
AjusteInducido– Koshland (1963)<br />
Estrategias de catálisis<br />Catálisis Covalente: El sitio activo contiene un grupo reactivo, usualmente un nucleófilo fu...
Clases de Proteasas<br />Proteasas Serina<br />
Clases de Proteasas<br />
Clases de Proteasas<br />Proteasas Serina<br />
Clases de Proteasas<br />Proteasas Serina<br />
Clases de Proteasas<br />Proteasas Cisteína<br />
Clases de Proteasas<br />Aspartil Proteasas<br />
Clases de Proteasas<br />Metaloproteasas<br />
k1<br />k2<br />E + S	       ES		E + P <br />k-1<br />Cinética<br />[E] = 	Enzyme concentration<br />[S] = Concentración d...
k1<br />k2<br />    E + S	     ES	          	  E + P <br />k-1<br />Gráfica de  Michaelis-Menten<br />Relacióngráfica entr...
Velocidadinicial, Vo<br />Tasa al comienzo de unareaccióncatalizadaporunaenzima<br />
k1<br />k2<br />E + S	       ES		E + P <br />k-1<br />Cinéticaenzimatica<br /><ul><li>Complejo Enzyme-Substrato(ES)  - Com...
k1<br />k2<br />E + S	       ES		E + P <br />k-1<br />The Michaelis-MentenEquation<br />Asumiendocondiciones de estadoesta...
Reaction Constituents<br />
k1<br />k2<br />E + S	       ES		E + P <br />k-1<br />Derivación de la ecuación de Michaelis-Menten<br />1. Tasa general d...
Derivación de la ecuación de Michaelis-Menten<br />5. Resolviendopara [ES], usamos el balance de 	enzimaparaeliminar [E].	...
Derivación de la ecuación de Michaelis-Menten<br />       ET[S]<br />10. Continuando:                 [ES] = -------------...
GráficoMichaelis-Menten<br />Relates reaction velocity and substrate concentration<br />	Vmax[S]      vo  =    -----------...
GráficoLineweaver-Burke<br />Gráfica del doblerecíproco<br /> 1           KM+ [S]<br />----   =  ----------------<br />voV...
k1<br />k2<br />E + S	       ES		E + P <br />k-1<br />Constantecatalíticakcat<br />En unareaccióncatalizadaporenzima, la t...
Costante de MichaelisKM<br />KM = (k-1 + k2) / k1<br /><ul><li>Cuando KM = [S] entonces vo = 1/2 Vmax.
Generalmente, a menor valor numérico de KM, la unión ES es más fuerte.
KM puede usarse como indicador de la afinidad de la E por el S.</li></li></ul><li>
= kcat (s-1)<br />
EficienciaCatalítica (kcat/KM)<br />kcat/KM= Eficiencia<br />Al reescribirkcat/KM en términos de lasconstantescinéticas se...
EficienciaCatalítica (kcat/KM)<br />kcat	           k1k2                                                         	        ...
EficienciaCatalítica (kcat/KM)<br />
Reacciones Multi-substrato<br />SecuencialOrdenado<br />Ordenado= todos los reactivosunidos antes de que la reacciónocurra...
Notación de Cleland<br />Ordenadosecuencial<br />
Reacciones Multi-substrato<br />Ordenado al azar<br />Creatina Quinasa<br />
Notación de Cleland<br />Ordenado al azar<br />
Reacciones Multi-substrato<br />Ping Pong<br />Substrate and product alternate in and out<br />
Notación de Cleland<br />Ping Pong<br />
InteracciónAlostérica<br />Modelos<br />a) En el modelo concertado, la enzima existe sólo en dos conformaciones. Los sustr...
InteracciónAlostérica<br />
Inhibición de la Actividad<br />Unión no covalente del inhibidor:<br />Competitiva	(I  se une solo a E)<br />Incompetitiva...
Inhibition competitiva<br />
InhibiciónCompetitiva<br />(I  se une solo a E)<br />
Inhibición Competitiva<br />KMi = KM· α<br />[I]<br />Ki<br />KMi = KM(1+ ------)<br /> KMaumenta; VMigual<br />
Inhibición Competitiva<br />Dihidrofolato<br />reductasa<br />Methotrexate<br />Aminopterina<br />Trimethoprim<br />
Inhibición Competitiva<br />Dihidrofolato<br />reductasa<br />
InhibiciónIncompetitiva<br />
InhibiciónIncompetitiva<br /> (I se une solo a ES)<br />
Inhibición Incompetitiva<br />α = (1 + [I]/Ki) <br />KM<br />KMi = <br />α<br />VMAX<br /> KM & VMdisminuyen<br />VMAXi = ...
Inhibición no Competitiva<br />
Inhibition no Competitiva<br />(I se unetanto a E como a ES)<br />
Inhibition no Competitiva<br />VMAX<br /> KMigual; VMAXdisminuye<br />VMAXi = <br />α<br />
Inhibición Irreversible - Grupo Específica<br />DIPF:  Diisopropilfosfofluoridato<br />
Inhibición Irreversible - GrupoEspecífica<br />
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Enzimas

  1. 1. Enzimas y catálisis<br />
  2. 2. Enzimas<br />Son típicamenteproteínasquesirvencomocatalizadoresparalasreaccionesbioquímicas. Algunos ARNs (ribozimas) y anticuerpos (abzimas)handemostradocapacidadcomocatalizadores. <br />Se caracterizanpor:<br />1. Catálisissobre la tasa de lasreacciones<br />2. Especificidadporsubstrato la cualvaría con la enzima<br />3.Regulaciónde reacciones o vias<br />4. Cofactores<br />Algunasusancofactores y otras no.<br />
  3. 3. Clasificación de enzimas<br />Sistemaoficial: <br />Lactatodehidrogenasa= EC 1.1.1.27<br />
  4. 4. Incremento de la tasa de lasreacciones<br />Formación del ácidocarbónico a partir de CO2 y H2O.<br />Tasa no catalizada = 1.3 x 10-1moléculas/seg<br />Tasacatalizada = 1.0 x 106 moléculas/seg<br />Incremento = 7.7 x 106 veces<br />Anhidrasacarbónica<br />
  5. 5. Incrementos en la tasa de reacciónporalgunasenzimas<br />
  6. 6. Ejemplos de ActividadEnzimática<br />Catálisis del rompimiento de un enlace peptídico<br />proteasa<br />
  7. 7. Actividadesterasa<br />Muchasproteasamanifiestanactividadesterasa (capacidad romper enlaces ester).<br />
  8. 8. Rompimiento de un enlace peptídico<br />El “clivaje” ocurre en el ladocarboxilo de unacadena lateral.<br />Trypsin<br />
  9. 9. Cofactors<br />Algunasenzimasrequierencofactoresparasuactividad<br />(Apoenzima<br /> +<br />Cofactor =<br />Holoenzima)<br />
  10. 10. Go'y Keq'<br />Keq' = 0.0475<br />Triosafosfato<br />Isomerasa<br />DGo' = - RT lnKeq' = - 8.314(298) ln0.0475<br />DGo' = - 2478 (-3.05) = 7550 J/mol = 7.55 kJ/mol<br />
  11. 11. ‘<br />
  12. 12. TasaCatalizadavsNo catalizada<br />Medición de la formación de producto (o la pérdida de sustrato) con el tiempo<br />
  13. 13. Modelos de formación del Complejo ES<br />
  14. 14. k1<br />k2<br /> E + S ES E + P <br />k-1<br />Tasa de Reacciónvs[S]<br />ES e un complejo no covalente<br />
  15. 15. ComplejoEnzimaSubstrato, ES<br />(no covalente)<br />
  16. 16. Residuos del sitioactivo<br />No tienenqueestaradyacentes en la secuencia.<br />La estructura 3o los posiciona<br /> en el sitioactivo.<br />
  17. 17. Llave& Cerradura– Fischer (1894)<br />
  18. 18. AjusteInducido– Koshland (1963)<br />
  19. 19. Estrategias de catálisis<br />Catálisis Covalente: El sitio activo contiene un grupo reactivo, usualmente un nucleófilo fuerte que temporalmente es modificado covalentemente durante la catálisis. (Ej: El aa Ser en la Quimitripsina)<br />Catálisis Acido-Base: Una molécula diferente del agua juega el papel de donante o aceptor de un protón. (Ej: La función del aaHis de la Quimotripsina)<br />Catálisis con ion metálico: Ocurre de varias maneras. <br />El ion metálico como catalizador electrofílico para estabilizar la carga negativa en un intermediario de la reacción.<br />El ion puede generar un nucleófilo por el incremento de la acidez de en una molécula cercana.<br />El ion puede unirse al sustrato contribuyendo a la fuerza de interacción E-S. <br />Catálisis por Aproximación: En reaccione que implican dos sustratos, la tasa se incrementa cuando la enzima provee una superficie que permite la orientación correcta de los mismos . (El: La s NMP quinasas.<br />
  20. 20. Clases de Proteasas<br />Proteasas Serina<br />
  21. 21. Clases de Proteasas<br />
  22. 22. Clases de Proteasas<br />Proteasas Serina<br />
  23. 23. Clases de Proteasas<br />Proteasas Serina<br />
  24. 24. Clases de Proteasas<br />Proteasas Cisteína<br />
  25. 25. Clases de Proteasas<br />Aspartil Proteasas<br />
  26. 26. Clases de Proteasas<br />Metaloproteasas<br />
  27. 27. k1<br />k2<br />E + S ES E + P <br />k-1<br />Cinética<br />[E] = Enzyme concentration<br />[S] = Concentración de sustrato<br />[ES] = Concentración del complejo<br />Enzima-Sustrato<br />[P] = Concentración de producto<br />k1 = Constante de formation de ES<br />k-1 = Constante de descomposición de ES<br />k2 = Constante de descomposición de ES<br />
  28. 28. k1<br />k2<br /> E + S ES E + P <br />k-1<br />Gráfica de Michaelis-Menten<br />Relacióngráfica entre la velocidad de reacción y concentración de substrato<br />Order Cero <br />(Alta [S])<br />Primer Orden<br />(Baja [S])<br />
  29. 29. Velocidadinicial, Vo<br />Tasa al comienzo de unareaccióncatalizadaporunaenzima<br />
  30. 30. k1<br />k2<br />E + S ES E + P <br />k-1<br />Cinéticaenzimatica<br /><ul><li>Complejo Enzyme-Substrato(ES) - Complejo no covalenteformadocuandosubstratosespecíficos se ajustan en el sitioactivo de unaenzima</li></ul>Cuando [S] >> [E], todaslasmoléculas de enzima se unen a substrato (la enzimaestásaturada con substrato)<br />Bajoestascondiciones la tasa de reaccióndepende solo de la [E], y la reacciónes de pseudo-first order.<br />
  31. 31. k1<br />k2<br />E + S ES E + P <br />k-1<br />The Michaelis-MentenEquation<br />Asumiendocondiciones de estadoestacionario: <br /> Formation ES = Descomposición de ES<br />Definimos la “Constante de Michaelis” como:<br />KM = (k-1 + k2) / k1<br />La velocidad general de reacciónes dada por la tasa de conversion de ES en E + P.<br />v = k2[ES] = kcat[ES]<br />
  32. 32. Reaction Constituents<br />
  33. 33. k1<br />k2<br />E + S ES E + P <br />k-1<br />Derivación de la ecuación de Michaelis-Menten<br />1. Tasa general de formación de producto: v = k2 [ES]<br /> 2. Tasa de formación de [ES]: vf= k1[E][S]<br /> 3. Rate of decomposition of [ES]: vd= k-1[ES] + k2 [ES]<br />ES formation = Descomposition de ES<br />(Estado estacionario)<br />4. Portanto: k1[E][S] = k-1[ES] + k2 [ES]<br />
  34. 34. Derivación de la ecuación de Michaelis-Menten<br />5. Resolviendopara [ES], usamos el balance de enzimaparaeliminar [E]. ET = [E] + [ES]<br />k1 (ET - [ES])[S] = k-1[ES] + k2 [ES]<br /> k1 ET[S] - k1[ES][S] = k-1[ES] + k2 [ES]<br />6. Factorizando:<br />K1(ET[S] - [ES][S]) = (k-1 + k2) [ES]<br />ET[S] = KM [ES] + [ES][S]<br />ET[S] = (KM + [S]) [ES] <br />
  35. 35. Derivación de la ecuación de Michaelis-Menten<br /> ET[S]<br />10. Continuando: [ES] = -----------------------<br />KM + [S]<br />11. Multiplicandopork2: k2ET [S]<br />k2 [ES] = -----------------------<br />KM + [S]<br />12. Dado que:<br /> “Vo = k2 [ES]” “Vmax = k2 [ET]”<br />Vmax[S] vo = ----------- KM + [S]<br />
  36. 36. GráficoMichaelis-Menten<br />Relates reaction velocity and substrate concentration<br /> Vmax[S] vo = ----------- KM + [S]<br />
  37. 37. GráficoLineweaver-Burke<br />Gráfica del doblerecíproco<br /> 1 KM+ [S]<br />---- = ----------------<br />voVmax[S]<br /> 1 KM1 1 ---- = ------ • ---- + ----- voVmax[S] Vmax<br />f(x) = mx + b<br />
  38. 38. k1<br />k2<br />E + S ES E + P <br />k-1<br />Constantecatalíticakcat<br />En unareaccióncatalizadaporenzima, la tasa general de formación de productoes:<br />v = k2 [ES].<br />Si todaslasmoléculas de enzimaestán en complejocomosustrato(exceso de S), se da la máximavelocidad de reacción:<br />Vmax= kcatET<br />aquí, kcates la constante general de reacción.<br />kcat= Vmax/ET<br />kcat = Número de recambio<br />
  39. 39. Costante de MichaelisKM<br />KM = (k-1 + k2) / k1<br /><ul><li>Cuando KM = [S] entonces vo = 1/2 Vmax.
  40. 40. Generalmente, a menor valor numérico de KM, la unión ES es más fuerte.
  41. 41. KM puede usarse como indicador de la afinidad de la E por el S.</li></li></ul><li>
  42. 42. = kcat (s-1)<br />
  43. 43. EficienciaCatalítica (kcat/KM)<br />kcat/KM= Eficiencia<br />Al reescribirkcat/KM en términos de lasconstantescinéticas se obtiene:<br />kcatk1k2 ------- = ----------- KM k-1 + k2<br />Portanto, cuandok2espequeña, el denominador se convierte en “k-1” y kcat/KMespequeña<br />
  44. 44. EficienciaCatalítica (kcat/KM)<br />kcat k1k2 ------- = -----------<br /> KM k-1 + k2<br />Y cuando k2 es grande, el denominador se convierte en k2 y kcat/KM estará limitada por el valor de k1, es decir, la formación del complejo ES.<br />Su formación es a su vez limitada por la tasa de difusión de S al sitio activo of E. Este valo máximo teórico en solución acuosa es:<br />~109 sec-1 M-1<br />
  45. 45. EficienciaCatalítica (kcat/KM)<br />
  46. 46.
  47. 47. Reacciones Multi-substrato<br />SecuencialOrdenado<br />Ordenado= todos los reactivosunidos antes de que la reacciónocurra<br />LDH<br />LDH: Lactato deshidrogenasa<br />
  48. 48. Notación de Cleland<br />Ordenadosecuencial<br />
  49. 49. Reacciones Multi-substrato<br />Ordenado al azar<br />Creatina Quinasa<br />
  50. 50. Notación de Cleland<br />Ordenado al azar<br />
  51. 51. Reacciones Multi-substrato<br />Ping Pong<br />Substrate and product alternate in and out<br />
  52. 52. Notación de Cleland<br />Ping Pong<br />
  53. 53. InteracciónAlostérica<br />Modelos<br />a) En el modelo concertado, la enzima existe sólo en dos conformaciones. Los sustratos y los<br />activadores poseen una mayor afinidad por el estado R. Los inhibidores favorecen el estado T.<br />(b) En el modelo secuencial, una subunidad asume una conformación R al unirse al sustrato. Conforme la primera subunidad cambia su conformación, se afecta la afinidad de las subunidades cercanas por los ligandos.<br />R<br />T<br />
  54. 54. InteracciónAlostérica<br />
  55. 55. Inhibición de la Actividad<br />Unión no covalente del inhibidor:<br />Competitiva (I se une solo a E)<br />Incompetitiva (I se une solo a ES)<br />No competitive (Ise une a E o a ES)<br />Unión covalente del inhibidor– irreversible<br />Grupoespecífica<br />Análogos del estado de transición<br />Suicidas<br />
  56. 56. Inhibition competitiva<br />
  57. 57. InhibiciónCompetitiva<br />(I se une solo a E)<br />
  58. 58. Inhibición Competitiva<br />KMi = KM· α<br />[I]<br />Ki<br />KMi = KM(1+ ------)<br /> KMaumenta; VMigual<br />
  59. 59. Inhibición Competitiva<br />Dihidrofolato<br />reductasa<br />Methotrexate<br />Aminopterina<br />Trimethoprim<br />
  60. 60. Inhibición Competitiva<br />Dihidrofolato<br />reductasa<br />
  61. 61. InhibiciónIncompetitiva<br />
  62. 62. InhibiciónIncompetitiva<br /> (I se une solo a ES)<br />
  63. 63. Inhibición Incompetitiva<br />α = (1 + [I]/Ki) <br />KM<br />KMi = <br />α<br />VMAX<br /> KM & VMdisminuyen<br />VMAXi = <br />α<br />
  64. 64. Inhibición no Competitiva<br />
  65. 65. Inhibition no Competitiva<br />(I se unetanto a E como a ES)<br />
  66. 66. Inhibition no Competitiva<br />VMAX<br /> KMigual; VMAXdisminuye<br />VMAXi = <br />α<br />
  67. 67. Inhibición Irreversible - Grupo Específica<br />DIPF: Diisopropilfosfofluoridato<br />
  68. 68. Inhibición Irreversible - GrupoEspecífica<br />
  69. 69. Inhibición Irreversible porAnálogos del Sustrato<br />
  70. 70. Inhibición Irreversible porAnálogos del Sustrato<br />Bromoacetol Fosfato: Análogo de la Dihidroxiacetona fosfato<br />
  71. 71. Inhibición Irreversible –Basada en el Mecanismo de Reacción<br />El inhibidor es modificado por la enzima antes de unirse covalentemente a ella.<br />Suicidio<br />
  72. 72. Análogos del Estado de Transición<br />Inhibidor<br />ProlinaRacemasa<br />
  73. 73. Abzimas<br />Anticuerpos con actividad enzimática<br />La inserción de un ion metálico en una porfirina (enzima ferroquelatasa) procede a través de un estado de transición en que su estructura es doblada.<br />La N-Metilmesoporfirina es análogo de dicho estado que puede usarse para generar Abs capaces de catalizar la inserción de un ion metálico a la porfirina.<br />Porfirina<br />N-Metilmesoporfirina<br />

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