Presentacion sobre las propiedades, cinetica y regulacion de la enzimas.

1. ENZIMASENZIMAS
Bioquimica UDCABioquimica UDCA

2. Las enzimas son proteínasLas enzimas son proteínas
Catalizan reacciones químicas necesarias para
la sobrevivencia celular
Sin las enzimas los procesos biológicos serían
tan lentos que las células no podrían existir.
Las enzimas pueden actuar dentro de la célula
, fuera de ésta, y en el tubo de ensayo.
E + SE + S ESESEPEP  E + PE + P
E E E E

3. La enzima disminuye la energía deLa enzima disminuye la energía de
activaciónactivación
Tiempo de la reacción
E + S
E + P
Sin enzima
Con enzima
• La Ea de la hidrólisis de la urea
baja de 30 a 11 kcal/mol con la
acción de las enzimas, acelerando
la reacción 1014
x
• El aumento de temperatura
necesario para producir la reacción
no catalizada seria de 529ºC

4. Enzima - CatalizadorEnzima - Catalizador
Tanto la enzima como el catalizador
aceleran la velocidad de una reacción
química.
Una enzima puede transformar 1000
moléculas de sustrato/ segundo
Las enzimas tienen 3 propiedades que los
catalizadores NO tienen
◦ Especificidad por el sustrato
◦ Se inactivan por desnaturación
◦ Pueden ser reguladas

6.  Las enzimas se unen a los reactivos
(sustratos) reduciendo la energía de
activación
 Cada enzima tiene una forma única
con un sitio o centro activo en el que
se une al sustrato
 Después de la reacción, enzimas y
productos se separan.
 Las moléculas enzimáticas no han
cambiado después de participar en la
reacción

7. Las enzimas cumplen su papel catalítico gracias a:
• Fijación estereoquímicamente complementaria
del substrato
• Transformación catalítica del mismo
En ambas funciones participan:
• Cadenas laterales de los aminoácidos
• Grupos o moléculas no proteicas:
 Grupos prostéticos
 Iones metálicos
 Cofactores

8. Los siguientes hechos:
 Especificidad de la reacción enzimática
 Carácter heterogéneo de la catálisis enzimática
Nos llevan a postular la existencia de un Centro Activo en
la molécula de enzima, capaz de:
 Fijar específicamente al substrato
 Transformarlo catalíticamente.

9. Enzima
Sitio activoSitio activo
SustratoSustrato

10. La unión del sustrato es muyLa unión del sustrato es muy
específicaespecífica
 Complementariedad geométrica
 Complementariedad de cargas, uniones
iónicas
 Modelos:
 Encaje inducido
 Llave – cerradura.
 Estado de transición

11. Teorías de la acción enzimática, 1
Modelo de Llave y CerraduraModelo de Llave y Cerradura (Emil Fischer)(Emil Fischer)
Substrato y enzima se acoplan de forma estereospecífica,
de la misma manera que una llave se ajusta a su
cerradura.
Modelo aceptado durante mucho tiempo; hoy se
considera insuficiente al no explicar algunos fenómenos
de la inhibición enzimática

12. Teorías de la acción enzimática, 2
Modelo de Ajuste InducidoModelo de Ajuste Inducido (Koshland)(Koshland)
Tanto la enzima como el substrato sufren una
alteración en su estructura por el hecho físico de la
unión.
Está mucho más de acuerdo con todos los datos
experimentales conocidos hasta el momento.

13. Clasificación y nomenclatura de
enzimas

14. Nombre común (sustrato+”asa”): Hexokinasa
Clasificación y nomenclatura
ATP : hexosa fosfotransferasa
Nombre sistemático:
Donador Aceptor
Grupo transferido
Tipo de reacción catalizada
Número Enzyme Commission:
Grupos
químicos
EC 2. 7. 1. 1
Enzyme Comission Grupo Subgrupo No. Enzima

15. EC 1.x ⇒ Oxidorreductasas
EC 2.x ⇒ Transferasas
EC 3.x ⇒ Hidrolasas
EC 4.x ⇒ Liasas
EC 5.x ⇒ Isomerasas
EC 6.x ⇒ Ligasas
Clasificación de enzimas por Grupos
Clasificación y nomenclatura

16. Cinética Enzimática

17. Cinética Enzimática
 La cinética enzimática es el análisis cuantitativo del efecto de
cada uno de los factores que intervienen en la actividad
enzimática, que se evalúa a través de la velocidad de la
reacción catalizada.
 Las variables más importantes son:
• Concentración de enzima, sustratos y productos
(incluyendo inhibidores y/o activadores)
• pH
• Temperatura

18. Baja
concentración
de sustrato
ALTA
concentración
de sustrato
SATURACION

19. v
[s]
Efecto de la concentración de substrato
.
.
.
. . . . .

20. dt
t
s
p
[ ]
Concepto de velocidad inicial
d[P]
v = , t 0

21. E + S ES E + P
k+1
k-1
k+2
Una cinética hiperbólica implica un proceso saturante:
Hay un número limitado de sitios en la enzima
para fijar substrato; una vez que están ocupados
todos, por mucho que aumente la concentración
de substrato, la velocidad permanecerá constante
tendiendo a un valor asintótico

22. Relación entre Km yVmaxRelación entre Km yVmax
Michaelis y MentenMichaelis y Menten
Concentración de Sustrato [S]
Velocidaddelareacción(v)
Km
Vmax
Vmax/2
La Km es la concentración de sustrato
donde se obtiene la mitad de la Vmax

23. Concentración de Sustrato [S]
Velocidaddelareacción(v)
Km
Vmax
Vmax/2
A mayor Km, menor es la afinidad de la enzima por el sustrato
A menor Km mayor es la afinidad de la enzima por el sustrato

24. Representación directa
s
0 20 40 60 80 100
v
0
20
40
60
80
100
Km
Vmax
v
V s
K s
m x
m
=
+

25. 1 1 1
v
K
V s V
m
m x m x
= ⋅ +-1/Km
1/Vmax
Representación Lineweaver-BurkeRepresentación Lineweaver-Burke

26. Definición Actividad EnzimáticaDefinición Actividad Enzimática
Es el número de moles de sustrato que reaccionan
para formar producto, por mol de enzima y por
unidad de tiempo. Esto supone que la enzima está
plenamente saturada con sustrato y por tanto que
la reacción se efectúa con su máxima rapidez
El índice de recambio muestra la eficiencia
impresionante de la catálisis enzimática

27. Efecto del pH en la ENZIMAEfecto del pH en la ENZIMA
Cada enzima tiene un pH óptimo para su actividadCada enzima tiene un pH óptimo para su actividad
El pH afecta las interacciones iónicasEl pH afecta las interacciones iónicas

28. 1. Sobre la fijación del substrato al centro activo:
- Grupos disociables de la enzima
- Grupos disociables del substrato
2. Sobre la transformación catalítica del substrato
3. Sobre la estructura de la proteína enzimática
Efecto del pH

29. Efecto de la temperatura en la ENZIMAEfecto de la temperatura en la ENZIMA
Cada enzima tiene una temperatura óptima.Cada enzima tiene una temperatura óptima.
Temperatura
15º 40º 75º
Aumento de la
velocidad
Desnaturación
por calor

30. CoenzimasCoenzimas
Las coenzimas son pequeñas moléculasLas coenzimas son pequeñas moléculas
orgánicas, que se unen a la enzima.orgánicas, que se unen a la enzima.
Las coenzimas colaboran en la reacciónLas coenzimas colaboran en la reacción
enzimática recibiendo transitoriamente algúnenzimática recibiendo transitoriamente algún
grupo químico: Hgrupo químico: H++
, OH, CH, OH, CH33 ..
La enzima sin la coenzima recibe el nombreLa enzima sin la coenzima recibe el nombre
de APOENZIMAde APOENZIMA

31. El NAD es una coenzima aceptora de HEl NAD es una coenzima aceptora de H
Sustrato
oxidado

32. Algunas enzimas requieren metales para mejorar suAlgunas enzimas requieren metales para mejorar su
actividadactividad

34. Isoenzimas o IsozimasIsoenzimas o Isozimas
Son formas moleculares diferentes de una misma
enzima
Catalizan la misma reacción
Ejemplo: Lactato deshidrogenasa
Lactato + NAD ==== Piruvato + NADH
M4, M3H1, M2H2, M1H3 y H4
Se diferencian por su movilidad electroforética
Usadas en clínica: sueros normales y sueros con
alguna patología

35. Inhibición enzimática

36. Inhibidor:
Efector que hace disminuir la actividad enzimática, a través de
interacciones con el centro activo u otros centros específicos
(alostéricos).
Esta definición excluye todos aquellos agentes que inactivan a
la enzima a través de desnaturalización de la molécula enzimática
De esta forma, habrá dos tipos de inhibidores:
I. Isostéricos: ejercen su acción sobre el centro activo
II. Alostéricos: ejercen su acción sobre otra parte de la
molécula, causando un cambio conformacional con
repercusión negativa en la actividad enzimática.

37. Inhibición enzimática isostérica

38. Los inhibidores isostéricos pueden ser de dos tipos:
1. Inhibidor reversible: establece un equilibrio con la enzima libre,
con el complejo enzima-substrato o con ambos:
E + I EI
2. Inhibidor irreversible: modifica químicamente a la enzima:
E + I E’
ES + I ESI

39. Inhibición reversible
(a) El inhibidor se fija al centro activo de la enzima libre,
impidiendo la fijación del substrato: Inhibición Competitiva
(b) El inhibidor se fija a la enzima independientemente de que lo
haga o no el substrato; el inhibidor, por tanto, no impide la
fijación del substrato a la enzima, pero sí impide la acción
catalítica: Inhibición No Competitiva
(c) El inhibidor se fija únicamente al complejo enzima-substrato
una vez formado, impidiendo la acción catalítica; este tipo
se conoce como Inhibición Anticompetitiva

40. Inhibición Competitiva

41. Inhibidores CompetitivosInhibidores Competitivos
Compiten con el sustrato por el sitio
activo de la enzima
Se une solo a la enzima libre
V máx no se altera y K M cambia

42. Inhibición competitivaInhibición competitiva
Al aumentar la cantidadAl aumentar la cantidad
de SUSTRATO elde SUSTRATO el
inhibidor competitivo esinhibidor competitivo es
desplazado y se formadesplazado y se forma
productoproducto

44. E ES
EI
I
S
E + P
Características:
- Las fijaciones de substrato e inhibidor son mutuamente excluyentes
- A muy altas concentraciones de substrato desaparece la inhibición
- Por lo general, el inhibidor competitivo es un análogo químico del
substrato.
- El inhibidor es tan específico como el substrato
Se define una constante de
equilibrio de disociación del
inhibidor:
Ki =
[E] [I]
[EI]

45. Km
Sin
inhibidor
Km
con
inhibidor
Sin inhibidor
Con inhibidor
El inhibidor competitivo
aumenta la Km

46. 1/s
-0.3 -0.2 -0.1 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6
1/v
0.00
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
0.06
0.07
-1/Km
-1/(Km(1 + i/Ki))
1/Vmax
Inhibición competitiva - Representación recíproca doble

47. Ejemplo Inhibidor CompetitivoEjemplo Inhibidor Competitivo
Ácido succínico + FAD == ácido fumárico
+ FADH2
El inhibidor competitivo es el ácido
malónico
Es un análogo estructuralmente parecido
al ácido succínico

48. Ácido Fólico y SulfanilamidaÁcido Fólico y Sulfanilamida
La sulfanilamida es un análogo estructural del
ácido p - aminobenzoico (PABA)
PABA es el punto de partida para la síntesis de
ácido fólico en las bacterias
El ácido fólico es una vitamina esencial para la
proliferación (división) bacteriana
Sulfanilamida se usa en el tratamiento algunas
infecciones

49. Metotrexato y DihidrofolatoMetotrexato y Dihidrofolato
El ácido fólico en sus formas de dihidro y
tetrahidrofolato es coenzima de la reacción
catalizada por la dihidrofolato reductasa
 Esta reacción es parte del metabolismo de los
nucleótidos para la síntesis de DNA
Metotrexato se usa en la terapia de algunos
cánceres, inhibiendo la síntesis de DNA

50. Inhibidor competitivoInhibidor competitivo
su estructura es similar a la del sustratosu estructura es similar a la del sustrato
No se forma producto

53. Inhibición No Competitiva

54. Inhibidor No CompetitivoInhibidor No Competitivo
Se une a un lugar diferente del sitio activo
la enzima
Se une a la enzima libre y también al
complejo enzima-sustrato
Por acción del inhibidor disminuye laVm
pero el valor de Km no se altera

55. Inhibición NO competitivaInhibición NO competitiva

56. Inhibidor NO competitivoInhibidor NO competitivo
El inhibidor NO competitivo se une a la enzima en un
sitio diferente del sitio activo

58. E ES
EI
I
S
E + P
I
ESI
S
Inhibición
No Competitiva
El inhibidor se fija indistintamente a la enzima libre E
y al complejo enzima-substrato ES; ni el complejo EI
ni el complejo ESI son productivos

60. Inhibición Anticompetitiva o Incompetitiva

61. Inhibidor IncompetitivoInhibidor Incompetitivo
En este tipo de inhibición el inhibidor se une a otro lugar
diferente del centro activo pero solo después de que el sustrato
lo haya hecho al centro activo y, por tanto, inhibidor y sustrato no
compiten. De esta manera, aunque todo el sustrato esté
saturando la enzima y toda la enzima esté como complejo ES, el
inhibidor puede enlazarse produciendo un complejo inactivo ESI.
No permite formación de producto.
Como I solo se une a ES estimula la formación de ES y, por tanto,
incrementa la unión del sustrato a la enzima, disminuyendo Km .
Sin embargo, el complejo ESI no conduce a productos y Vm
disminuye.

62. Inhibidor IncompetitivoInhibidor Incompetitivo
Se une a un lugar diferente del sitio activo
de la enzima
Se une sólo al complejo enzima-sustrato
Los efectos que tiene: disminuye el valor
de Km y también el deVmáx

63. E ES
S
E + P
I
ESI
Inhibición
Anticompetitiva
El inhibidor sólo puede fijarse al complejo ES;
el complejo ESI no es productivo

64. Inhibición Irreversible
- Los inhibidores irreversibles reaccionan con un grupo
químico de la enzima, modificándola covalentemente
- Su acción no se describe por una constante de equilibrio Ki,
sino por una constante de velocidad ki:
E + I E’
- A diferencia de la inhibición reversible, el efecto de los
inhibidores irreversibles depende del tiempo de actuación
del inhibidor.
- Los inhibidores irreversibles son, por lo general, altamente
tóxicos.

65. Inhibidores IrreversiblesInhibidores Irreversibles
Producen inactivación permanente de la
actividad enzimática
Se interfiere con el normal desarrollo de
una reacción o vía metabólica
Ejemplos: p-cloromercuribenzoato,
yodoacetato, diisopropilfluorfosfato

66. Algunos tipos de inhibidores irreversibles
1. Reactivos de grupos -SH
2. Organofosfóricos
3. Ligandos de metales
4. Metales pesados

67. Inhibición enzimática alosterica

68. Enzimas Alostéricas regulablesEnzimas Alostéricas regulables
 Son enzimas cuya estructura proteica está formada de
varias subunidades
 No se rigen por la cinética de M - M
 Además del sitio o centro activo tienen sitios alostéricos
o de regulación
 Sitio activo/sustratos;
 Sitio alostérico/moduladores o reguladores
 La relación entre la velocidad de reacción y la
concentración de sustrato sigue cinética sigmoídea

69. Enzimas alostéricasEnzimas alostéricas
 Las enzimas alostéricas
presentan estructura
cuaternaria.
 Tienen diferentes sitios
activos, unen mas de una
molécula de sustrato
 La unión del sustrato es
cooperativa
 la curva de velocidad presenta
una forma sigmoidal

71. Moduladores AlostéricosModuladores Alostéricos
También reciben el nombre de efectores y
pueden ser positivos o negativos
Se unen al sitio alostérico que puede estar
en la misma subunidad que tiene al sitio
activo o en las subunidades regulatorias
Su unión produce un cambio
conformacional que afecta al sitio activo
Pueden unirse de forma covalente y no
covalente

72. Efectores no covalentesEfectores no covalentes
El sustrato mismo es el principal efector
no covalente, se une de manera transitoria
cuando las condiciones así lo permitan de
igual forma se puede separar.
Efectores covalentesEfectores covalentes
El principal efector covalente es el grupo
fosfato PO4. . Se une fuerte y de manera
permanente a la enzima por medio de
reacción química catalizada por otra enzima

73. Fosforilación / desfosforilación
La unión del grupo fosfato a una enzima se denomina fosforilación. Lo
hace por medio de enzimas denominadas Kinasas (quinasas o
cinasas).
El grupo fosfato se puede separar de la enzima por medio de otra
enzima denominada Fosfatasa, el proceso se denomina
desfosforilación.

74. RESUMENRESUMEN