Las reacciones metabólicas son las reacciones químicas que tienen lugar entre las moléculas de los seres vivos. Estas reacciones actúan secuencialmente y están catalizadas por enzimas. Las enzimas son proteínas que aceleran las reacciones metabólicas sin ser consumidas en el proceso. Existen diferentes mecanismos para regular la actividad de las enzimas y controlar así las reacciones metabólicas en los organismos.

2. Características de las reacciones
metabólicas
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Las reacciones metabólicas son las reacciones que tienen
lugar entre las moléculas que forman parte de los seres
vivos.
Características generales de las reacciones metabólicas:







Las reacciones metabólicas actúan secuencialmente.
http://www.mhhe.com/sem/Spanish_Animations/sp_biochemical_
pathway.swf
http://biomodel.uah.es/biomodel-misc/anim/enz/ruta.html
Existen rutas convergentes y divergentes.
Las rutas metabólicas más importantes son comunes en la
mayoría de los organismos.
Pueden clasificarse en catabólicas y anabólicas. Las rutas
anfibólicas participan tanto en el catabolismo como en el
anabolismo.
Todas las reacciones metabólicas están catalizadas por
enzimas.

3. Enzimas

Son proteínas con función catalítica.
Enzimas
Compuestas por
El apoenzima
El cofactor puede
parte proteica:
aporta la
ser un catión
apoenzima y no
estructura para la
metálico o una
proteica grupo
Compuestas sólo
unión con el
molécula orgánica,
prostético (unido
por amminoácidos
sustrato. El
se llama entonces
permanentemente
cofactor o el grupo
coenzima. Las
al apoenzima) o
prostético realiza
vitaminas actúan
cofactor (unión no
la catálisis
como coenzimas.
permanente.

4. Propiedades de las enzimas


Se desnaturalizan.
Elevado grado de especificidad.
 Para
el sustrato.
 Para la reacción que cataliza.
Las enzimas no se gastan en la reacción
química, pero con el tiempo pueden
estropearse, es necesario reponerlas.
Ejercicios 16.2, 16.4 y 16.5.


5. Mecanismos de las reacciones
enzimáticas.

6. Esquemas


http://biomodel.uah.es/biomodelmisc/anim/enz/proxim.html proximidad y
orientación.
http://biomodel.uah.es/biomodelmisc/anim/enz/quim.html Gliceraldehido-3-P

7. Reacciones exotérmicas y
endotérmicas
¿Que gráfica representa una reacción exotérmica?
Razona la respuesta.
¿Podemos afirmar que la reacción exotérmica
transcurre de forma espontanea? Razona la
respuesta.

8. Modelo llave cerradura y modelo
de ajunte inducido.
Como
trabajan
las
enzimas
Modelos de acción enzimática. Modelo
llave-cerradura de
Fischer.
Modelos de acción enzimática. Modelo
de ajuste inducido de
Koshland.

9. Cinética enzimática (De MichaelisMenten)

La cinética de Michaelis-Menten describe la
velocidad de reacción de muchas reacciones
enzimáticas. Su nombre es en honor a Leonor
Michaelis y Maude Menten. Este modelo sólo
es válido cuando la concentración del sustrato
es mayor que la concentración de la enzima, y
para condiciones de estado estacionario, o
sea que la concentración del complejo
enzima-sustrato es constante.

10. Determinación de constantes

Para determinar la velocidad máxima de una reacción enzimática, la
concentración de sustrato ([S]) se aumenta hasta alcanzar una velocidad
constante de formación de producto. Esa es la velocidad máxima (Vmax) de
la enzima. En ese caso, los sitios activos de la enzima están saturados con
sustrato.


Diagrama de velocidad de reacción y constante de Michaelis-Menten.

11. Velocidad de
reacción/velocidad'V'

La velocidad V indica el número de reacciones
por segundo que son catalizadas por una
enzima. Con concentraciones crecientes de
sustrato[S], la enzima va acercándose
asintóticamente su velocidad máxima Vmax,
pero nunca la alcanza. Por esta razón, no hay
un [S] determinado para la Vmax. De todas
formas, el parámetro característico de la
enzima está definido por la concentración de
sustrato a la cual se alcanza la mitad de la
velocidad máxima (Vmax/2).

12. Constante de Michaelis KM'


Entonces, aunque la concentración de sustrato a
Vmax no puede ser medida exactamente, las
enzimas pueden ser caracterizadas por la
concentración de sustrato a la cual la velocidad
de reacción es la mitad de la velocidad máxima.
Esta concentración de sustrato se conoce como
constante de Michaelis-Menten (KM).
Esta constante representa (para enzimas que
exhiben una cinética de Michaelis-Menten
simple), la constante de disociación (la afinidad
del complejo enzima-sustrato (ES) por el
sustrato). Valores bajos indican que el complejo
ES está unido muy fuertemente y raramente se
disocia sin que el sustrato reaccione para dar
producto.

13. Ecuación
La derivación de Michaelis-Menten está descrita por Briggs y Haldane. Se
obtiene de la siguiente manera:
Se supone que la reacción enzimática es irreversible, y que el producto no se
liga con la enzima después de la reacción.
Siguiendo la aproximación del estado estacionario, que señala que la
concentración del complejo enzima-sustrato (ES) es pequeña y se mantiene
casi constante a lo largo de la reacción enzimática:
(1)
Se define:

14. Ecuación
Entonces:
Reordenando:
Km[ES] + [S][ES] = [E0][S
La velocidad de reacción es:
(4)
(2)
La concentración total de la enzima:
Sustituyendo(4) en (2) :
[E0] = [E] + [ES]
Por lo tanto:
[E] = [E0] − [ES] (3)
Sustituyendo(3) en(1) da:
Esta ecuación puede ser analizada
experimentalmente con un diagrama de
Lineweaver-Burke

15. Diagrama de LineweaverBurk

En bioquímica, el diagrama de Lineweaver-Burk se emplea como
herramienta gráfica para calcular los parámetros cinéticos de una
enzima.

Su utilidad consiste en que el recíproco de la cinética de MichaelisMenten es fácilmente representable y que de él emanan mucha
información de interés.
Cuyo recíproco es:
La representación gráfica de LineweaverBurk permite identificar el Km y Vmax; el
punto de corte con el eje de ordenadas es
el equivalente a la inversa de Vmax, y el de
abscisas es el valor de -1/Km
Ejercicios: 16.6, 16.7, 16.8 y 16.9

16. Ejercicio 16.9
;
;

17. Factores que influyen en la
velocidad de las reacciones
enzimáticas
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

La concentración de sustrato.
El pH, existe un pH óptimo para cada enzima.
Valores extremos de pH pueden
desnaturalizar el enzima.
Temperatura. Sucede lo mismo que con el pH.
Ejercicio 16.10

18. Mecanismos que aumentan la
eficacia enzimática
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


Compartimentación celular: así puede
aumentar la concentración del enzima y propiciar
un ambiente óptimo para la actividad enzimática
en el interior de un orgánulo.
Reacciones en cascada: ver figura 16.17
Complejos multienzimáticos: Aumenta la
eficacia de los procesos gracias a la idónea
disposición espacial de las enzimas que
interviene en una parte de una ruta metabólica.
Isozimas. Son enzimas que catalizan la misma
reacción pero tiene KM diferentes.

19. Regulación de la actividad
enzimática



La regulación de las reacciones metabólicas
se lleva a cabo a nivel enzimático.
Se puede regular la velocidad de actuación
del enzima y también se puede regular la
cantidad de enzima presente.
Los mecanismos de regulación de la actividad
enzimática son: La activación e inhibición
enzimática y el alosterismo.

20. Activación enzimática
La activación de un enzima suele realizarse por la
unión de una molécula activadora, esta unión
provoca un cambio conformacional en el centro
activo del enzima, el cambio conformacional dota
al centro activo de la conformación apropiada
para la unión del sustrato.
 Con frecuencia el propio sustrato puede actuar
como activador.
 Algunos cationes como Ca y Mg actúan como
activadores.
Ejercicios: 16.12, 16.14 y 16.15 pág. 215


21. Inhibición
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Inhibición feed-back o retoinhbición.
Mecanismo de retoinhibición
Inhibición irreversible. Venenos metabólicos.
El inhibidor se une covalentemente al enzima
alterando su estructura.
Unión reversible. El inhibidor no se une
covalentemente al enzima y el enzima recobra
su actividad normal si desaparece el inhibidor.
La inhibición reversible puede ser:

22. Inhibición competitiva
sustrato
inhibidor
Enzima
Sin inhibidor
Enzima
con inhibidor
Los inhibidores competitivos son sustancias, muchas veces similares químicamente a los
sustratos, que se unen al centro activo impidiendo con ello que se una el sustrato. El
proceso es reversible y depende de la cantidad de sustrato y de inhibidor, pues ambos
compiten por la enzima.

23. Inhibición no competitiva
sustrato
No se produce la
catálisis
Enzima
Enzima
Con inhibidor
Sin inhibidor
inhibidor
Los inhibidores no competitivos son sustancias que se unen a la enzima en lugares
diferentes al centro activo alterando la conformación de la molécula de tal manera que,
aunque se forme un complejo enzima-sustrato, no se produce la catálisis. Este tipo de
inhibición depende solamente de la concentración de inhibidor.

24. Animacion
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Animación, sustratos, enzima, inhibidor

25. Inhibición Reversible IR
La IR puede afectar a Vmax o Km o a ambas a la vez
Si sólo afecta Km
IR Competitiva
Si sólo afecta Vmax
IR No-Competitiva
Si afecta tanto a Km y a Vmax
IR Acompetitiva
IR Mixta

26. Inhibición competitiva
El inhibidor competitivo es
muy similar al sustrato normal
de la enzima. Dada esa
similitud estructural, este tipo
de inhibidor se une
reversiblemente al foco activo
de la enzima.
La Vmax se mantiene constante con o sin
inhibidor competitivo. Sin embargo, cuando
está presente el inhibidor Km aumenta y
Vmax nunca se alcanza:
Por la gráfica de Lineweaver Burk
observamos que, como la inhibición
competitiva no afecta la Vmax: el intercepto
en "y" (1/Vmax) es identico para todas las
posibles concentraciones del inhibidor
competitivo; todas la líneas intersectan en
el mismo punto en el eje de "y":

27. Inhibición acompetitiva
El inhibidor se combina sólo con ES
(no con la enzima), por lo que el
inhibidor ejerce su efecto sólo a
altas concentraciones de sustrato
en las que hay gran cantidad de
complejo enzima-sustrato (ES).
A bien baja concentración de sustrato ( [S]--->0),
la enzima está libre (E). Como el inhibidor no se
combina con E, éste no afecta la velocidad, así
como tampoco la pendiente Km/Vmax, por lo
que las pendientes son independientes de la
concentración del inhibidor. Sólo se afectan los
interceptos en "y" (1/Vmax) y en "x" (-1/Km) .
Como resultado se obtienen una serie de líneas
paralelas cuando se usan diferentes

28. Inhibición mixta
Inhibición mixta: intermedia entre acompetitiva y
competitiva. El inhibidor (que no tiene porqué
parecerse al sustrato) no se une al centro activo
aunque tiene efecto de competitivo. La unión de uno y
otro no son excluyentes. El resultado final depende de
cual de los dos prevalezca.

29. Inhibición no competitiva
- Inhibición no competitiva: si KI =K´I el
inhibidor se une por igual al enzima que al
complejo enzima - sustrato y K mI = K m. El
punto de corte en abscisas es igual con
inhibidor que sin él. En ordenadas es más
grande por lo que V baja. Si K m se
mantiene igual y V baja la pendiente
aumenta
Ejercicios, 6.16, 6.17 y 6.18 pág
217

30. Alosterismo


Los enzimas alostéricos regulan reacciones
importantes, el inicio de rutas metabólicas y los
puntos de ramificación.
Características:
Estructura cuaternaria.
 Poseen varios lugares para la unión de activadores e
inhibidores.
 Dos estructuras reversibles: R, relajada y T tensa. La
forma T aparece en presencia de inhibidores y la R
en presencia de activadores.
 Presentan cooperatividad.
 Presentan una cinética particular.


31. Cinética de enzimas alostéricos

Algunas reacciones enzimáticas dan lugar a
curvas sigmoideas, al ser representadas en una
curva de saturación, lo que suele indicar una
unión cooperativa del sustrato al centro catalítico
de la enzima. Esto quiere decir que la unión de
una molécula de sustrato influye en la unión de
las moléculas de sustrato posteriores. Este
comportamiento es el más común en las enzimas
multiméricas, que presentan varias zonas de
interacción con el sustrato. Las enzimas con este
tipo de comportamiento son denominadas
alostéricas. La cooperatividad positiva tiene lugar
cuando la primera molécula de sustrato unida
incrementa la afinidad del resto de zonas de
interacción.

32. Gráfica sigmoide.

33. Nomenclatura y clasificación de las
enzimas.
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Nombre común. Pepsina
Nombre sistemático: alude al tipo de reacción
que tiene lugar
(sustrato) (acción) (asa)
ATP: creatin fosfotransferasa
Número de clasificación. Designado por la
comisión de enzimas EC
EC 2.7.3.2