Enzimas A. Propiedades generales de las enzimas B. Principios fundamentales de su acción catalítica C. Introducción a la cinética enzimática D. Enzimas regulador

A) Propiedades generales de las enzimas 1. Son los catalizadores de las reacciones químicas en los sistemas biológicos 2. Aceleran muchísimo la velocidad de las reacciones (106 – 1014 veces).

3. La actividad catalítica depende de la integridad de la estructura nativa

Interacciones no covalentes SITIO ACTIVO: Sitio de ligamiento: attracts and positions the substrate

Cambios conformacionales

Grupos catalíticos: (the reactive side chains of amino acids or cofactors,which carry out the bond-breaking and bond-forming reactions involved)

Grupo prostético : hemo en los citocromos (unión fuerte, covalente) Holoenzima: Holoenzima: Apoenzima (parte proteica, inactiva) +

Carácter inorgánico (iónes metálicos) Cofactor (unión debil) Carácter orgánico (NADH, FAD, Vitaminas, etc): Coenzimas

http://www.biorom.uma.es/contenido/cibertexto/enz/enz3.htm#mm

depa.pquim.unam.mx/proteinas/enzimas/img17.html

4. ESPECIFICIDAD DE SUSTRATO Complementariedad Geométrica Complementariedad electrónica (grupos de los aa que forman el sitio de unión) Absolutamente específica Sólo actúa sobre un sustrato Grupo específica Actúa sobre moléculas que comparten una característica estructural (gpo. funcional) Enlace específica Cataliza una combinación específica de enlaces Las E son estereoespecíficas (en virtud de su quiralidad inherente a L aa forman sitios activos asimétricos) Actúa sólo sobre uno de los estereoisómeros (D o L) Las E varían en especificidad geométrica

5. La ACTIVIDAD de las E depende no solo del mantenimiento de su estructura nativa sino del pH, temperatura

6. Control regulatorio: Efecto sobre la actividad catalítica por un efector (activador o inhibidor) hasta el control de la expresión y el turnover de proteínas

Las enzimas alteran las velocidades de reacción pero no los equilibrios (A) S (B) E + S

ES

P EP

E+P

energia de activación, v

∆G fijación

(A)

Cambio de energia libre (equilibrio)

(B)

Un equilibrio viene descripto por una constante de equilibrio K´eq= [P]/ [S] ∆G’° = -RT ln keq La constante de equilibrio es un reflejo de la variación de energía libre estandar gobal de la reacción Para una reacción unimolecular la velocidad de una reacción viene determinada por la concentración de sustrato (reactivos) y por una constante de velocidad (s-1) V= k [S] Si una reacción de primer orden tiene una constante de velocidad de 0,03 se puede interpretar que el 3% de sustrato será convertido en producto en un segundo

Energía de fijación: es la principal fuente de energía libre utilizada utilizada por las enzimas para disminuir la energía de activación de las reacciones Interacciones débiles no covalentes entre la E y el S: puente hidrógeno, interacciones iónicas donde e hidrofóbicas

De viene la La energía obtenida a partir energía que de la formación de una sola interacción debil es entre 4proporciona el 30 KJ/mol Para una reacción global se descenso necesitan 60-100 kJ/mol espectacular de la Energía Interacciones covalentes de activación entre la E y el S reducen la energía de activación: La energía de fijación entre enzima y sustrato proporciona especificidad de reacción y catálisis

Disminuye la entropía Disminuye la solvatación Ayuda a la redistribución electrónica Cambios conformacionales: teoría del encaje inducido Los grupos funcionales catalíticos pueden formar enlaces covalentes transitorios

Los grupos funcionales del S pueden transferirse transitoriamente a la Enzima

Interacciones no covalentes SITIO ACTIVO: Sitio de ligamiento: attracts and positions the substrate

Cambios conformacionales

Grupos catalíticos: (the reactive side chains of amino acids or cofactors,which carry out the bond-breaking and bond-forming reactions involved)

Descomponer en sus especies reactivas Catálisis ácidoácido-base Se puede estabilizar transfiriendo protones (agua, aa aa,, acidos orgánicos)

Intermediario cargado inestable

Catálisis covalente o nucleofílica A-B

Mecanismos catalíticos

A+ B H2O

A-B + E-X:

Catálisis de iones metálicos

Efectos de proximidad y orientación

A-X + B

A+X: + B H2O

1. Por unión a sustratos para orientarlos adecuadamente 2. Por mediación de reacciones de oxidoreducción 3. Por estabilización electrostática o protección de las cargas negativas

Unión preferencial del complejo del estado de transición

La mayoria de las enzimas utilizan una combinación de estrategias catalíticas para conseguir un incremento de la velocidad Grupos catalíticos específicos contribuyen a la catálisis

Catálisis covalente: ruptura de enlace peptidico Catálisis básica: grupo hidroxilo actua como nucleófilo

* La presencia de restos aminoacídicos cargados en el centro activo puede estabilizar el estado de transición, y por tanto contribuir a la catálisis enzimática. La catálisis enzimática debida a un mecanismo de catálisis ácido-base concertada, es muy frecuente, y como ejemplo podemos ver la hidrólisis de un éster por una esterasa:

La cinética enzimática como método para comprender el mecanismo de acción de una enzima

Variables o factores que influyen en la velocidad de una reacción enzimática

1. Concentración de sustrato 2. Concentración de enzima 3. pH 4. Temperatura 5. Efectores (Activadores e Inhibidores)

La concentración de sustrato afecta la velocidad de reacción catalizada por enzimas + E + Buffer de pH apropiado

Una cinética hiperbólica implica un proceso saturante:

La concentración de sustrato afecta la velocidad de una reacción catalizada por Enzimas Hipótesis de Michaelis - Menten

E+S

k+1

ES

k+2

E+P

k-1 - La primera parte del mecanismo,

k+1

E+S

ES

k-1 Tiene lugar mucho más rápidamente que la segunda:

ES

k+2

E+P

Hipótesis de Michaelis - Menten EQUILIBRIO RÁPIDO

E+S

k+1

k2

ES

k-1 La segunda reacción es la mas lenta. El paso que limita la velocidad de la reacción, es la descomposición del complejo ES

E+P

Significado de la constante Km 1. Constante de equilibrio de disociación del complejo ES (en condiciones de equilibrio rápido) 2. Medida inversa de la afinidad de la enzima por el sustrato (en condiciones de equilibrio rápido) 3. Mide la función de fijación (en cond.de equilibrio rápido) 4. Concentración de sustrato para la que la velocidad se hace igual a la mitad de la máxima (V0.5) 5. Se define para un complejo enzima-sustrato 6. Se mide en unidades de concentración

E+S

k+1

ES

k+2

E+P

k-1 Km = (k-1 + k+2)/k+1 en mecanismo de E.E. Cuando k2 es menor que K-1 Km = k-1/k+1 Entonces Km se define como una constante de disociación del complejo ES Muchas veces las reacciones enzimáticas transcurren en pasos múltiples después de la formación del complejo ES, en estos casos Km es una función compleja de muchas constantes de velocidad

La quimiotripsina,por ejemplo, procede con un mecanismo de este tipo:

K1

Del primer complejo ES se libera velozmente un primer producto P1 Mientras el complejo ES' tiende a acumularse en tanto la constante cinetica de trasformacion en E y P2 resulta mas pequeña que la constante cinetica de transformacion del complejo ES in ES' ( k4