Unidada 2 tema 1 cinética enzimática

CINÉTICA ENZIMÁTICACINÉTICA ENZIMÁTICA
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tema1tema1
Dra. Mercedes OrellanaDra. Mercedes Orellana

Imagen generada por ordenador de un modelo de la estructura tridimensional
de la enzima purina nucleósido fosforilasa bacteriana.

• La cinética enzimática estudia la
velocidad de las reacciones químicas que
son catalizadas por las enzimas.
• El estudio de la cinéticas de una enzima
permite elucidar los detalles de su
mecanismo catalítico, su papel en el
metabolismo, cómo es controlada su
actividad en la célula y cómo puede ser
inhibida su actividad por drogas o
venenos o potenciada por otro tipo de
moleculas

• Las enzimas son proteínas (macro-
moléculas) con la capacidad de manipular
otras moléculas, denominadas sustratos.
• Un sustrato es capaz de unirse al centro
catalítico de la enzima que lo reconozca y
transformarse en un producto a lo largo
de una serie de pasos denominados
mecanismo enzimático.

• Algunas enzimas pueden unir varios
sustratos diferentes y/o liberar diversos
productos, como es el caso de las
proteasas al romper una proteína en dos
polipéptidos.
• En otros casos, se produce la unión
simultánea de dos sustratos, como en el
caso de la ADN polimerasa, que es capaz
de incorporar un nucleótido (sustrato 1) a
una hebra de ADN (sustrato 2).

• Aunque todos estos mecanismos suelen
seguir una compleja serie de pasos,
también suelen presentar una etapa
limitante que determina la velocidad final
de toda la reacción.
• Esta etapa limitante puede consistir en
una reacción química o en un cambio
conformacional de la enzima o del
sustrato.

• El conocimiento adquirido acerca de la
estructura de las enzimas ha sido de gran ayuda
en la visualización e interpretación de los datos
cinéticos.
• Por ejm: la estructura puede sugerir cómo
permanecen unidos sustrato y producto durante
la catálisis, qué cambios conformacionales
ocurren durante la reacción, o incluso el papel
en particular de determinados residuos
aminoácidos en el mecanismo catalítico

• Algunas enzimas modifican su conformación
significativamente durante la reacción, en
cuyo caso, puede ser crucial saber la
estructura molecular de la enzima con y sin
sustrato unido (se suelen usar análogos que
se unen pero no permiten llevar a cabo la
reacción y mantienen a la enzima
permanentemente en la conformación de
sustrato unido).

• Los mecanismos enzimáticos pueden ser
divididos en mecanismo de único sustrato o
mecanismo de múltiples sustratos.
• Los estudios cinéticos llevados a cabo en
enzimas que solo unen un sustrato y la
velocidad con la que lo transforma en producto.
• Por otro lado, al estudiar una enzima que une
varios sustratos, la cinética enzimática puede
mostrar también el orden en el que se unen los
sustratos y el orden en el que los productos son
liberados.

La velocidad de la reacción va aumentando a medida que
aumenta la concentración de sustrato hasta que la enzima se
satura.

Principios generalesPrincipios generales
• La reacción catalizada por una enzima utiliza la misma
cantidad de sustrato y genera la misma cantidad de
producto que una reacción no catalizada. (no alteran en
absoluto)
• 1.- Sin embargo, al contrario que las reacciones
químicas, las enzimas se SATURAN.
• Esto significa que a > cantidad de sustrato, > número de
centros catalíticos estarán ocupados, lo que
incrementará la eficiencia de la reacción, hasta el
momento en que todos los sitios posibles estén
ocupados.
• En ese momento se habrá alcanzado el punto de
saturación de la enzima y, aunque se añada más
sustrato, no aumentará más la eficiencia.

Principios generalesPrincipios generales
• Las dos propiedades cinéticas más importantes
de una enzima son:
• El Tiempo que tarda en saturarse con un
sustrato en particular y
• La Máxima Velocidad de reacción que pueda
alcanzar.
• El conocimiento de estas propiedades hace
posible hipotetizar acerca del comportamiento
de una enzima en el ambiente celular y predecir
cómo responderá frente a un cambio de esas
condiciones.

ENSAYOS ENZIMÁTICOSENSAYOS ENZIMÁTICOS
• Un ensayo enzimático es un procedimiento,
llevado a cabo en un laboratorio, mediante el
cual se puede medir la velocidad de una
reacción enzimática.
• Como las enzimas no se consumen en la
reacción que catalizan, los ensayos enzimáticos
suelen medir los cambios experimentados bien
en la concentración de sustrato (que va
decreciendo), bien en la concentración de
producto (que va aumentando).

Curva de saturación de una reacción enzimática. La
pendiente representa, en el período inicial, la
velocidad de la reacción. La ecuación de Michaelis-
Menten describe cómo va variando la pendiente con
la concentración de sustrato o de enzima.

• Existen diversos métodos para realizar
estas medidas.
• La espectrofotometría permite detectar
cambios en la absorbancia de luz por
parte del sustrato o del producto (según la
concentración de estos)
• La radiometría implica incorporación o
liberación de radiactividad para medir la
cantidad de producto obtenido por tiempo.

• Los ensayos espectrofotométricos son los más
utilizados, ya que permiten medir la velocidad
de la reacción de forma continua.
• Por el contrario, los ensayos radiométricos
requieren retirar las muestras para medirlas, por
lo que son ensayos discontinuos.
• Sin embargo, estos ensayos son
extremadamente sensibles y permiten detectar
niveles muy bajos de actividad enzimática.

• Los ensayos enzimáticos más sensibles utilizan
láseres dirigidos a través de un microscopio
para observar los cambios producidos en
enzimas individuales cuando catalizan una
reacción. Estas medidas pueden utilizar
cambios producidos en la fluorescencia de
cofactores que intervienen en el mecanismo de
catálisis o bien unir moléculas fluorescentes en
lugares específicos de la enzima, que permitan
detectar movimientos ocurridos durante la
catálisis

• Estos estudios están dando una nueva
visión de la cinética y la dinámica de las
moléculas individuales, en oposición a los
estudios de cinética enzimática
tradicionales, en los que se observa y se
mide el comportamiento de una población
de millones de moléculas de enzima.

CARACTERÍSTICAS DE LA ACCIÓNCARACTERÍSTICAS DE LA ACCIÓN
ENZIMÁTICAENZIMÁTICA
• La característica más sobresaliente de los
enzimas es su elevada especificidad. Esta
es doble y explica que no se formen
subproductos:
• Especificidad de sustrato. El sustrato
(S) es la molécula sobre la que el enzima
ejerce su acción catalítica.
• Especificidad de acción. Cada reacción
está catalizada por un enzima específico.

• · La acción enzimática se caracteriza por la
formación de un complejo que representa el
estado de transición.
E + S ES E + P
• El sustrato se une al enzima a través de
numerosas interacciones débiles como son:
puentes de hidrógeno, electrostáticas,
hidrófobas, etc, en un lugar específico , el
centro activo.
• Este centro es una pequeña porción del enzima,
constituido por una serie de aminoácidos que
interaccionan con el sustrato.

• Algunas enzimas actúan con la ayuda de
estructuras no proteícas. En función de su
naturaleza se denominan:
• Cofactor. Cuando se trata de iones o
moléculas inorgánicas.
• Coenzima. Cuando es una molécula
orgánica.

1. Aquí se puede señalar, que muchas vitaminas
funcionan como coenzimas; y realmente las
deficiencias producidas por la falta de vitaminas
responde más bien a que no se puede sintetizar
un determinado enzima en el que la vitamina es
la coenzima.

• VITAMINAS
Algunas vitaminas son necesarias para la
actuación de determinados enzimas, ya
que funcionan como coenzimas que
intervienen en distintas rutas
metabólicas y , por ello, una deficiencia
en una vitamina puede originar
importantes defectos metabólicos, como
puede verse en el siguiente cuadro:

VITAMINAS FUNCIONES Enfermedades carenciales
C (acido
ascsrbico)
Coenzima de algunas peptidasas. Interviene en la smntesis de colageno Escorbuto
B1 (tiamina)
Coenzima de las descarboxilasas y de las enzima que transfieren grupos
aldehidos
Beriberi
B2 (riboflavina) Constituyente de los coenzimas FAD y FMN
Dermatitis y lesiones en las
mucosas
B3 (acido
pantotinico)
Constituyente de la CoA Fatiga y trastornos del sueqo
B5 (niacina) Constituyente de las coenzimas NAD y NADP Pelagra
B6 ( piridoxina) Interviene en las reacciones de transferencia de grupos aminos. Depresisn, anemia
B12 (cobalamina) Coenzima en la transferencia de grupos metilo. Anemia perniciosa
Biotina
Coenzima de las enzimas que transfieren grupos carboxilo, en
metabolismo de aminoacidos.
Fatiga, dermatitis...

FACTORES FÍSICO-QUÍMICOS QUEFACTORES FÍSICO-QUÍMICOS QUE
PUEDEN MODIFICAR LA ACTIVIDADPUEDEN MODIFICAR LA ACTIVIDAD
• TEMPERATURA: las enzimas son sensibles a la
temperatura pudiendo verse modificada su actividad por
este factor.
• Los rangos de temperaturas óptimos pueden llegar a
variar sustancialmente de unas enzimas a otras.

La T. Influye en la actividad. El punto
óptimo representa el máximo de
actividad. A temperaturas bajas, los
enzimas se hallan "muy rígidos" y
cuando se supera un valor considerable
(mayor de 50:) la actividad cae
bruscamente porque, como proteína, el
enzima se desnaturaliza.

• pH : el rango de pH óptimo también es
muy variable entre diferentes enzimas. Si
el pH del medio se aleja del óptimo de la
enzima, esta verá modificada su carga
eléctrica al aceptar o donar protones, lo
que modificará la estructura de los
aminoácidos por tanto la actividad
enzimática.

• El pH puede afectar de varias maneras:
– El centro activo puede contener aminoácidos con
grupos ionizados que pueden variar con el pH.
– La ionización de aminoácidos que no están en el
centro activo puede provocar modificaciones en la
conformación de la enzima.
– El sustrato puede verse afectado por las
variaciones del pH.
• Algunos enzimas presentan variaciones
peculiares. La pepsina del estómago,
presenta un óptimo a pH=2, y la fosfatasa
alcalina del intestino un pH= 12

• Concentración salina: al igual que en los
casos anteriormente mencionados, la
concentración de sales del medio es crucial
para una óptima actividad enzimática.
• Una elevada concentración o una ausencia
de sales en el medio pueden impedir la
actividad enzimática, ya que las enzimas
precisan de una adecuada concentración
de iones para mantener su carga y su
estructura.

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