ENZIMAS - IES Drago

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INDICE
• ENZIMAS: Naturaleza Química- Propiedades GeneralesNomenclatura y Clasificacion- Coenzimas y Grupos Prostéticos.
• Actividad Enzimática: Unidad de enzima- Actividad específicaActividad molecular.
• Complejo ES- Ecuación de Michaelis Menten Significado e
importancia de Km Inhibición competitiva y no Competitiva.
• Factores que afectan la actividad enzimatica: [Enzima]- pH – T[S]
• Regulación Enzimática: Enzimas alostéricas (propiedades y
cinética)- Zimógenos- Modulación Covalente
• Isoenzimas: Propiedades e importancia.
ENZIMAS
• Transformación de nutrientes simples en
moléculas complejas y viceversa
• Extracción de energía desde combustibles
por oxidación
• Polimerización de subunidades para
formar macromoléculas, etc
CARACTERISTICAS DE LAS
ENZIMAS
• PROTEINAS y RNA (Ribozimas): Estructura terciaria y cuaternaria
• SITIO DE UNION AL SUSTRATO: Uniones no Covalentes (puente
de hidrógeno, hidrofóbicas, electrostáticas
• NECESITAN DE FACTORES ENZIMATICOS: Inorgánicos
(metales) y orgánicos (Coenzimas)
• ESPECIFICIDAD DE SUSTRATO: Estereoespecificidad y
especificidad geométrica
•
SON REGULABLES: La síntesis de la proteína, su actividad y
degradación.
DISTRIBUCION DE LAS
ENZIMAS
• COMPARTIMENTALIZACION: Diferentes
localización dentro de la célula.
• SISTEMAS MULTIENZIMATICOS: Enzimas
relacionadas agrupadas formando verdaderos
complejos
• ENZIMAS MULTIFUNCIONALES: Una enzima
que presenta distintos sitios catalíticos
Tipos de reacciones catalizadas
por enzimas
•
•
•
•
•
Oxido-reducción
Rotura y formación de enlaces C-C
Reorganizaciones internas
Transferencia de grupos
Reacciones de condensación
Cómo se clasifican las enzimas???
Clase
-
subclase
Lactato
1
deshidrogenasa
1-OXIDORREDUCTASAS
Alcohol deshidrogenasa
(EC 1.1.1.1)
2. TRANSFERASAS
Hexoquinasa
(EC 2.7.1.2)
1
-
subsubclase
1
-
nº de orden
27
3. HIDROLASAS
Carboxipeptidasa A
(EC 3.4.17.1)
4. LIASAS
Piruvato
descarboxilasa
(EC 4.1.1.1)
5. ISOMERASAS
Fumarasa ó malato
isomerasa
(EC 5.2.1.1)
6. LIGASAS
Piruvato
carboxilasa
(EC 6.4.1.1)
Ejemplos de Enzimas que requieren iones
metálicos como cofactores
Citocromo oxidasa
Catalasa
Fe++ ó Fe+++
Peroxidasa
Anhidrasa carbónica
Zn++
Hexoquinasa
Glucosa-6-fosfatasa
Mg++
Piruvato quinasa
Piruvato quinasa
K+
ACTIVIDAD ENZIMATICA
• Unidades Internacionales
Cantidad de enzima que cataliza la transformación
de 1 umol de S por minuto
• Actividad Específica Actividad enzimática por cada
miligramo de proteína presente en la muestra
• Actividad Molecular
Moléculas de S convertibles
en P por unidad de tiempo y por molécula de enzima
¿Cómo funcionan las enzimas?
Modelo llave-cerradura
Sitio
activo
Modelo inducido
Sitio
activo
Estado de
transición
(ES)
Ejemplo: REACCION CATALIZADA POR LA
HEXOQUINASA
D-Glucosa
Factores que afectan la actividad enzimática
• Concentración de Sustrato
• Concentración de Enzima
• pH
• Temperatura
EFECTO DE LA CONCENTRACION DE SUSTRATO SOBRE LA
VELOCIDAD INICIAL: Ecuación de Michaelis - Menten
Vo
Km se considera una medida de la
afinidad de la enzima por el sustrato
[S]
Efecto de la concentración de
enzima sobre la actividad
v
[E]
Concentración saturante de
sustrato, pH y temp. constantes
Influencia del pH sobre la
actividad enzimática
Actividad
enzimática
pH
Ejemplos de enzimas con
diferentes pH óptimo
Influencia de la Temperatura sobre la
actividad enzimática
Actividad
enzimática
T. óptima
T(ºC)
ISOENZIMAS
 Diferentes formas moleculares de una
misma enzima.
 Son sintetizadas por genes diferentes
 Tienen diferente composición aminoacídica
por lo que pueden separarse por electroforesis.
Catalizan la misma reacción, actuando sobre
el mismo sustrato para dar el mismo producto
Dos isoenzimas presentan en general
diferentes valores de Km y Vmáx.
 Se encuentran ubicadas en diferentes
compartimentos de la célula ó en diferentes
tejidos.
 Son utilizadas en clínica para determinar
el origen del tejido dañado
Ejemplo de isoenzima: Glucoquinasa y
hexoquinasa
Actividad
enzimática
Glucoquinasa
Hexoquinasa
Km. hexq
Km. glucq
[glucosa mmol/l
EJEMPLOS DE ISOENZIMAS
• Regulación de la hexoquinasa y glucoquinasa
• La Hexoquinasa y la Glucoquinasa son izoenzimas, es
decir enzimas diferentes que catalizan reacciones de
fosforilación, pero poseen diferentes pesos
moleculares, diferenTes velocidades de reacción,
diferentes Km.
a) Semejanzas: Ambas enzimas son quinasas, es
decir fosforilan; mediante este proceso se aseguran
que la glucosa no salga al espacio extracelular.
Ambas son enzimas ubicadas en el citosol. Utilizan el
catión Mg++ como cofactor. Ambas realizan
reacciones endergónicas e irreversibles.
• b) Diferencias:
Glucoquinasa
• Es específica para la D-Glucosa
• Baja afinidad, por lo tanto alta Km=10 mM
• Localizada en el hígado y páncreas
Hexoquinasa
Fosforila D-Glucosa, D-Manosa y D-Fructosa
Alta afinidad, por lo tanto baja Km=0,1 mM
Localizada en todos los tejidos
a) La regulación de la hexoquinasa depende de las
concentraciones relativas de glucosa y glucosa 6 P, ya
que al haber mayor cantidad de glucosa en sangre, la
actividad de esta enzima se incrementa, por lo que la
velocidad de la glucólisis aumenta proporcionalmente
Sin embargo al disminuir los niveles de glucosa y al
aumentar los niveles de glucosa 6P, la actividad
disminuye debido a la escasez de sustrato y al aumento
de producto. Éste último es un modulador alostérico
negativo de la hexoquinasa.
b) La regulación de la glucoquinasa está dada de
manera indirecta por las concentraciones de glucosa y
glucosa 6P. Al haber mayores concentraciones de
glucosa 6P, su transformación en fructosa 6P se
favorece. Este producto induce el transporte de
glucoquinasa al núcleo, en donde se encuentra su
proteína reguladora, la cual se encarga de inactivarla
bajo estas condiciones.
Cuando los niveles de glucosa aumentan en la sangre,
el GLUT 2 desencadena una cascada rápida en la cual
la proteína se desacopla a la glucoquinasa de su
proteína reguladora; por lo tanto, puede ser nuevamente
llevada al citosol, donde realiza su actividad quinasa.
Energía de activación de una Reacción
catalizada y una reacción no catalizada
INHIBICION ENZIMATICA
COMPETITIVA
INHIBICION
REVERSIBLE
NO COMPETITIVA
ACOMPETITIVA
POR ENLACE COVALENTE
INHIBICION
IRREVERSIBLE
DIFP
Penicilina
Quimotripsina
Transpeptidasa
(Análogos del estado de transición)
INHIBIDOR SUICIDA
Alopurinol
Xantina oxidasa
INHIBICION REVERSIBLE
INHIBICION COMPETITIVA
E + S
ES
E + P
E
+
I
E
EI
La eficacia depende de las Km de ambos
E
Ejemplo de Inhibidor competitivo
Fumarato + FAD+
Succinato + FADH2
Succinato
deshidrogenasa
COO(CH2)2
COO-
Succinato
COOCH2
COOMalonato
v
Km
Km ap
Gráfica
de M-M
[S]
INHIBICION NO COMPETITIVA
E
E + S
ES
+
+
I
I
E
E + P
I
I
EI + S
E
ESI
E
I
I
v
Km
[S]
Gráfica
de M-M
INHIBICION ACOMPETITIVA
E + S
ES
E + P
+
I
E
E
E
ESI
E
I
Características de los diferentes tipos de
inhibición reversible
Tipo de
inhibición
El Inhibidor
se une a
Efecto
s/Vmáx
Efecto
s/Km
Ninguno
Aumenta
Competitiva
E
No competitiva
E y ES
Disminuye
Ninguno
Acompetitiva
ES
Disminuye
Disminuye
INHIBICION ENZIMATICA
COMPETITIVA
INHIBICION
REVERSIBLE
NO COMPETITIVA
ACOMPETITIVA
POR ENLACE COVALENTE
INHIBICION
IRREVERSIBLE
INHIBIDOR SUICIDA
INHIBICION IRREVERSIBLE
. Por unión covalente del inhibidor
- Acetilcolinesterasa
- Quimotripsina
Enzima
inactivada
Diisopropilfluorfosfato (DFP)
INHIBICION IRREVERSIBLE
Inhibidor suicida
Se une al sitio activo de la enzima y ésta cataliza la modificación
del inhibidor a otro compuesto que permanece unido a la enzima.
El ALOPURINOL es un inhibidor suicida que actúa sobre la
enzima xantina oxidasa (degradación de purinas).
Se forma el oxopurinol el cual queda unido a la enzima.
REGULACION DE LAS REACCIONES
CATALIZADAS POR ENZIMAS
REGULACION DE LA ACTIVIDAD DE LAS ENZIMAS
ENZIMAS ALOSTERICAS
REGULACION POR
PROTEINAS
REGULACION DE LA SINTESIS
DE LAS ENZIMAS
REGULACION COVALENTE
REGULACION
POR PROTEOLISIS
ENZIMAS INDUCIBLES
ENZIMAS ALOSTERICAS
Enzima
1
Enzima
2
Enzima 1
MODULADORES POSITIVOS
Enzima
Enzima
3
4
ENZIMA ALOSTERICA
MODULADORES NEGATIVOS
PROPIEDADES DE LAS ENZIMAS
ALOSTERICAS
• Poseen un sitio de unión a un metabolito regulador (sitio
alostérico)
• La unión del metabolito a la enzima es de carácter
reversible y no covalente.
• En general poseen dos o mas sitios reguladores.
• La mayoría posee dos o mas cadenas polipeptídicas o
subunidades.
EJEMPLOS DE ENZIMAS
ALOSTERICAS
• Hexoquinasa, Fosfofructoquinasa y Piruvato
Quinasa
Vía glicolítica
• AcetilCoA carboxilasa
• Aspartato Transcarbamilasa
Biosíntesis de lípidos
Biosíntesis de nucleó
tidos pirimidínicos
• Glutamato Deshidrogenasa
Degradación de
aminoácidos
• Citrato sintasa, isocitrato y a-cetoglutarato
deshidrogenasas
Ciclo de Krebs
REGULACION POR MODIFICACION
COVALENTE
Enzima
Enzima
Enzima
Enzima
Fosforilacion
ADP-Ribosilación
Enzima
Fosfoadenilacion
Enzima
REGULACION POR PROTEOLISIS
• Por eliminación de una cadena peptídica, enzimas
inactivas se convierten en enzimas activas y
viceversa.
ZIMOGENOS
• Las enzimas digestivas: pepsinógeno y
quimotripsinógeno se convierten en las enzimas
activas pepsina y tripsina.
• Suele ocurrir una activación secuencial
produciéndose una cascada de activaciones. Ej.
Coagulación sanguínea.
REGULACION POR PROTEINAS
• Modifican la actividad de enzimas
involucradas en el metabolismo celular.
Por ej. Indirectamente activando o
inhibiendo la actividad de la glutamina
sintetasa.
• RNA polimerasa: Asn, Gln, Glu, Lys y Arg
forman enlaces hidrógenos con las bases
del DNA

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