ENZIMAS

Equilibrio químico

- Estado en que las concentraciones de reactivos y de productos no cambian con el tiempo

- es un equilibrio dinámico:

- ambas reacciones, directa e inversa, continúan produciéndose todo el tiempo

- velocidad reacción directa = velocidad reacción inversa

aA + bB cC + dD

TERMODINÁMICA versus CINÉTICA

La termodinámica predice si un proceso puede suceder espontáneamente(sin “ayuda” externa), y hasta qué punto puede llegar ese proceso.

Pero, no predice cuánto tiempo insumirá el proceso

La cinética química brinda información sobre las velocidades a las que ocurren los procesos.

Pero, no da información sobre si ese proceso puede suceder, ni hasta qué punto continuará.

Ejemplo de lo que puede predecir la termodinámica

A 2 B Keq = 0,1

Si se hace una mezcla de reacción donde inicialmente [A] = 10 mM y [B] = 10 mM,

¿qué se puede esperar que suceda?

Ejemplo de lo que puede predecir la termodinámica

A 2 B Keq = 0,1

Si se hace una mezcla de reacción donde inicialmente [A] = 10 mM y [B] = 10 mM,

¿qué se puede esperar que suceda?

Cociente de reacción Q = [B]2/[A]1

Q = 102 / 10Q = 10Q > KeqPara que el cociente de reacción Q alcance el valor la Keq, el numerador ([B]2) debe disminuir y/o el denominador ([A]1) debe aumentar.En tales condiciones iniciales,esta reacción transcurrirá de derecha a izquierda.

glucosa

C6H12O6 + 6 O2 6 CO2 + 6 H2O

¿En cuánto tiempo transcurre una reacción?

depende...

glucosa

100 g tejido cerebral consumen ~ 5,6 mg glucosa /minutoCerebro promedio 1400 gCada cerebro: 78,4 mg / min90 minutos de clase: 7 g de glucosa por cada cerebro30 personas: 210 g glucosa en 90 minutos

C6H12O6 + 6 O2 6 CO2 + 6 H2O

¿En cuánto tiempo transcurre una reacción?

En este salón, para cuando termine esta clase, como mínimo 210 g de glucosa se habrán transformado en CO2 y agua(sin que se haya activado la alarma de incendio!!!)

depende...

Algunos factores que puede acelerar una reacción química

• Concentración de los reactivos• Temperatura• Presión• Radiación• Etc.

En una reacción biológica, estos factores están muy acotados.

altas presionesaltas temperaturas

reaccionesquímicas

reaccionesbioquímicas

condiciones suaves(temperatura, presión, pH, etc)

Algunos factores que puede acelerar una reacción química

• Concentración de los reactivos• Temperatura• Presión• Radiación• Etc.

En una reacción biológica, estos factores están muy acotados.

solución al problema:

CATALIZADORES

Definición formal:Sustancia química que aumenta la velocidad de una reacción química sin afectar el cambio de la energía de Gibbs (ΔG) de ésta.

CATALIZADOR

• Catalizadores no biológicos

• Catalizadores biológicosenzimas (son proteínas)ribozimas (son ác. ribonucleicos)

aumentan la velocidad de una reacción química

no se consumen durante la reacción

Características de los catalizadores en general(biológicos y no biológicos)

no se altera permanentemente

no cambia las concentraciones del equilibrio

aumentan la velocidad de las reacciones

termodinámicamente favorables (G<0)

no promueven una reacción termodinámicamente

no favorable (G>0)

reacción sin catalizador: k = 2,8 x 10-16 s-1

reacción con enzima ODCasa: k = 38 s-1

vida media de orotidín monofosfato sin catalizador:

78 000 000 años

EJEMPLOreacción catalizada por la enzimaorotidín monofosfato descarboxilasa

velocidades de otras reacciones, con y sin enzima

https://es.wikipedia.org/wiki/Proceso_de_Haber#/media/File:Haber-Bosch-es.svg

Proceso de Haber-Bosch

N2 + 3H2 2NH3

https://en.wikipedia.org/wiki/Nitrogen_fixation#/media/File:Nitrogen_Cycle.svg

Proceso de fijaciónbiológica de nitrógeno

Presión: 150-200 atmósferasTemperatura: 400-500 °C

Presión: 1 atmósferaTemperatura: 15-25 °C

Una aclaración del lenguaje:

SUSTRATOS PRODUCTOS

aumentan la velocidad de una reacción química

no se consumen durante la reacción

Características de los catalizadores en general(biológicos y no biológicos)

no se altera permanentemente

no cambia las concentraciones del equilibrio

aumentan la velocidad de las reacciones

termodinámicamente favorables (G<0)

no promueven una reacción termodinámicamente

no favorable (G>0)

(d) Suponga la siguiente situación:La reacción químicaA Btiene una constante de equilibrio Keq = 0,1, y existe una enzima específica que cataliza dicha reacción.

En un experimento, se partió de una solución del sustrato A cuya concentración inicial era 110 mM, se le agregó enzima. Luego de un cierto tiempo, se midió la concentración del producto B, que resultó ser 10 mM. El experimentador no estaba satisfecho con la cantidad de producto B que había obtenido, y por lo tanto, agregó más enzima y dejó transcurrir más tiempo; pero la cantidad de B no cambió ¿Era esperable dicho resultado? Justifique la respuesta.

una pregunta de examen de Bioquímica

Cosas que diferencian a las enzimas de los catalizadores químicos no biológicos

1. Aumento de velocidad varios órdenes de magnitud mayor que catalizadores químicos.

2. No requieren condiciones extremas (temperatura, presión, pH, etc)

3. Alto grado de especificidad

4. Su capacidad catalítica puede regularse

IDENTIDAD DE SUSTRATO

IDENTIDAD DE PRODUCTO

(3) reacciones específicas

(3) reacciones específicas

(3) reacciones específicas

estereoespecificidad

-D-glucopiranosa -D-glucopiranosa

ejemplo: amilasas y celulasas

sitio activo

de la enzima

sustratositio activo

de la enzima

sustrato

especificidad geométricaidentidad y ubicación de los grupos químicos presentes en el sustrato

en este ejemplo se ve además cómo un centro no quiral puede transformarse en un centro quiral

Especificidad de sustrato:Las enzimas pueden ser tan específicas como para actuar sobre un único sustrato, o sobre un conjunto de sustratos muy similares. Ejemplo: maltasa hidroliza maltosa, pero no sacarosa.

Especificidad de producto:En moléculas que potencialmente pudieran reaccionar para dar productos diferentes (aunque similares), solo se forma uno de los posibles. Ej: glucoquinasa. De los 5 OH de la glucosa, solo se fosforila uno´particular (glucosa-6-fosfato)

Estereoespecificidad:Ante dos estereoisómeros, es muy frecuente que el sitio activo se adapte a solamente uno de ellos. Ej: amilasas vs. celulasas.

Especificidad de las enzimas. Resumen

Independientemente de la concentración de sustrato(s), la velocidad de reacción catalizada por enzimas puede ser regulada por otros factores

(A) concentración de enzima en la célula(regulación de la expresión génica, localización subcelular)

(B) modificación covalente de la enzima(ejemplos: fosforilación, proteólisis)

(C) unión no covalente de factores que modifican la estructura tridimensional de la enzima

(4) capacidad de regulación

(4) capacidad de regulación (parte A)

(A) concentración de enzima en la célula

- la concentración de la enzima depende de la velocidad de síntesis y de degradación de ésta en la célula (regulación de la expresión génica) (¿hay enzima? ¿hay mucha, hay poca?)

- un tipo celular determinado produce las enzimas para el metabolismo particular de ese tipo celular

- compartimentalización: enzima en un compartimiento celular determinado

(ejemplo: enzimas para síntesis de ácidos grasos en el citoplasma, y para degradación de ácidos grasos en la mitocondria)

(4) capacidad de regulación (parte B)

Ejemplo 1: glucógeno fosforilasa,fosforilación de Ser14 activa a la enzima.

Ejemplo 2: zimógenostripsinógeno → tripsinapepsinógeno → pepsina

(B) modificación covalente de la enzima

(4) capacidad de regulación (parte C)

(C) Regulación por unión no covalente de factores que modifican la estructura tridimensional de la enzima

La afinidad de la Enzima por el Sustrato depende de la estructura tridimensional de la Enzima.

(Depende de la adaptación del sustrato al sitio activo de la enzima)

REGULACIÓN ALOSTÉRICA

De la palabra griega ἄλλoστερεός: allos = otro sterós = sólido (3D)

Modelo propuesto por Jacques Monod, Jean-Pierre Changeux y Jeffries Wyman (Modelo MCW)

La unión de una molécula efectora en un sitio de la proteína modifica las condiciones de fijación de otra molécula en otro sitio de la proteína.

(4) capacidad de regulación (parte C)

(C) Regulación por unión no covalente de factores que modifican la estructura tridimensional de la enzima

Reguladores alostéricos positivos:PEP, F-1,6-BP

Reguladores alostéricos negativos:ATP, Alanina

Dominio de unióna nucleótidos

Dominio de uniónal sustrato

Dominio regulatorio

Piruvato kinasa, una proteína con 3 dominios

(4) capacidad de regulación (parte C)

(C) Regulación por unión no covalente de factores que modifican la estructura tridimensional de la enzima

Inhibidores alostéricos

y

activadores alostéricos

Allosteric effect induced by binding of the extracellular fragment of PAR1 (stick model in gold) to exosite I of thrombin (ribbon model in light green) on the conformation of the 215–219 β-strand

and the 220-loop (blue).

Gandhi P S et al. PNAS 2008;105:1832-1837

©2008 by National Academy of Sciences

Molecular basis of the allosteric communication between exosite I and the 215–219 β-strand and 220-loop spanning almost 30 Å across the thrombin molecule (see also Fig. 2).

Gandhi P S et al. PNAS 2008;105:1832-1837

©2008 by National Academy of Sciences

Phe34 -- Phe55

Arg73 -- Tyr52 y Asp50

Elemento Enzima

Cu 2+ Citocromo oxidasa

Fe 2+ y Fe 3+ Citocromo oxidasa, Catalasa, Peroxidasa

K + Piruvato kinasa

Mg 2+ Hexoquinasa, Glucosa-6-fosfatasa, Piruvato kinasa

Mn 2+ Arginasa, Ribonucleótido reductasa

Mo Dinitrogenasa

Ni 2+ Ureasa

Zn 2+ Anhidrasa carbónica, Alcohol deshidrogenasa

Algunas enzimas necesitan unir uno o más átomos o iones inorgánicos para su función.

Se llaman cofactores.

Ejemplos:

ADN polimerasa de Thermus aquaticus (“Taq Polimerasa”)

COFACTORES

Mg++

•Algunas enzimas necesitan unir moléculas

orgánicas o metaloorgánicas complejas.

•Estas moléculas se llaman coenzimas.

Muchas coenzimas son (o se sintetizan a partir de)

vitaminas.

En mamíferos —por ejemplo— es necesario

obtenerlos de una fuente exógena.

•Las coenzimas actúan como transportadores de

especies químicas específicas desde el sitio

donde se generan hasta el lugar donde tiene lugar

la reacción.

+

holoenzima

coenzimas - cofactores

Succinato deshidrogenasahttps://en.wikipedia.org/wiki/Cofactor_(biochemistry)#/media/File:Succinate_Dehydrogenase_1YQ3_Electron_Carriers_Labeled.png

FADH2 (contiene flavina)

Hemo (contiene Fe)

Centros Fe-S

Ubiquinona (Coenzima Q)

Ejemplo de un complejo enzimático con varias coenzimas - cofactores

Coenzima Ejemplos de grupos químicos que

transfieren

Precursor que debe ser

ingerido por los mamíferos

Biocitina CO2 Biotina

Coenzima A grupos acilo Ácido pantoténico y otros

compuestos

5’-Desoxiadenosil Cobalamina átomos de H y grupos alquilo Vitamina B12

Flavin Adenin dinucleótido Electrones Riboflavina (vitamina B2)

Lipoato Electrones y grupos acilo No es necesario ingerirlo

Nicotinamida Adenin Dinucleótido Iones hidruro (H -) Ácido nicotínico (niacina)

Piridoxal fosfato grupos amino Piridoxina (vitamina B6)

Tetrahidrofolato grupos con un carbono Ácido fólico

Tiamin pirofosfato aldehídos Tiamina (vitamina B1)

(tom

ad

a d

e L

eh

nin

ger)

Algunas coenzimas

❑ 6 clases de acuerdo a su función

6. Ligasas Reacciones de condensación con formación de enlaces

C-C;C-S; C-O; C-N acopladas a la hidrólisis de ATP

Nº nombre reaccción

Clasificación internacional

1. Oxidorreductasas Transferencia de electrones (iones hidruro o átomos de H)

2. Transferasas Transferencia de grupos funcionales

3. Hidrolasas Hidrólisis

4. Liasas Adición de grupos a dobles enlaces

o formación de enlaces dobles

5. Isomerasas Transferencia de grupos dentro de una

molécula para obtener isómeros

Dentro de estas 6 clases hay subclasificación hasta tres niveles más.

O sea, una actividad enzimática queda determinada por cuatro números

glucosa 6 fosfato isomerasa

5. 3. 1. 9

❑ Comité de Nomenclatura de la Unión de Bioquímica y Biología Molecular

(NC-IUBMB)(www.chem.qmul.ac.uk/iubmb/enzyme)

Clasificación internacional

isomerasas intramoleculares

interconversión entre aldosas y cetosas

isomerasa

¿Cómo actúan las enzimas?

Orienta a los sustratos: parte de la energía de activación se utiliza para

que los sustratos roten y se enfrenten con los átomos correctos para formar

los enlaces.

Agregan cargas a los sustratos: las cadenas laterales (R) de los

aminoácidos de las enzimas pueden participar directamente haciendo a los

sustratos químicamente más reactivos.

Inducen la deformación en el sustrato: cuando una sustancia se une al

sitio activo, la enzima puede causar que los los enlaces se estiren,

poniéndolo en un estado de transición inestable.

Cambio de forma de la enzima al unirse al sustrato: las enzimas son

flexibles y sus sitios activos pueden cambiar (expandirse) para acomodarse

a sus sustratos. Este cambio de forma causado por la unión al sustrato se

denomina ajuste inducido.

¿Cómo actúan las enzimas?

Ver video en: https://www.youtube.com/watch?v=yk14dOOvwMk

¿Cómo actúan las enzimas?

E + S ES E + P

Ruptura de enlacesFormación de enlacesOrientación de grupos funcionalesInestabilidad de cargas, Reorganización electrónica y atómica

Para que S se transforme en P deben deben romperse ciertas barreras energéticas

Estado de transición

¿Cómo actúan las enzimas?

Estado basal Estado

basal

❑ Energía libre de una reacción

(reaccion no catalizada)

¿Cómo actúan las enzimas?

Estado de transición

Estado de transición

Estado basal Estado

basal

Energía de activación

❑ Energía libre de una reacción

(reaccion no catalizada)

¿Cómo actúan las enzimas?

Estado de transición

Estado basal Estado

basal

❑ Energía libre de una reacción

(reaccion no catalizada)

¿Cómo actúan las enzimas?

Energía de activación

Estado de transición

Energía basal Energía

basal

Variación de energía libre de la reacción

❑ Energía libre de una reacción

(reaccion no catalizada)

¿Cómo actúan las enzimas?

❑ Energía libre de una reacción

(reaccion catalizada)E

nerg

ía lib

re, G

Coordenada de reacción

Estado de transición

¿Cómo actúan las enzimas?

LAS ENZIMAS HACEN DISMINUIRLA ENERGÍA DE ACTIVACIÓN

CINÉTICA ENZIMÁTICA

• Cinética Enzimática

• Inhibición

• Regulación

Cinética química:Estudia las velocidades a las que transcurren las reacciones químicas.

Velocidad:cantidad de reactivo que se transforma en producto por unidad de tiempo.

Cinética enzimática:velocidad de las reacciones catalizadas por ezimas.

TERMODINÁMICA: ¿ocurrirá la reacción?

CINÉTICA: ¿en cuánto tiempo?

La cinética depende del “camino” a través del cual transcurre la reacción.

Por lo tanto, depende del mecanismo de la reacción.

¿PARA QUÉ ESTUDIAR LA CINÉTICADE UNA REACCIÓN ENZIMÁTICA?

1. Permite determinar la afinidad de unión de la enzima con un sustrato o con un inhibidor.

2. Se puede averiguar cuál es la velocidad máxima que puede alcanzar la reacción.

3. Junto con datos estructurales, permite deducir el mecanismo de catálisis.

4. Cuando forma parte de una vía metabólica, se puede inferir el rol de la enzima en esa vía.

5. En condiciones adecuadas, la velocidad de reacción es proporcional a la cantidad de enzima. Estudios de cinética permiten deducir la cantidad de enzima presente, lo cual es la base de –por ejemplo- muchos análisis clínicos.

V = k [S] (M s-1)

Reacción unimolecular de primer orden

La velocidad de esta reacción depende de la concentración de S y de una constante de velocidad k.

[S]

tiempo

A medida que se va consumiendo S, va tomando importancia la reacción reversa.

Velocidad incial (V0) es la velocidad a tiempo cero.

En la práctica, se mide hasta 5%

consumo de S.

Sustrato Producto

¿Cómo se mide experimentalmente la velocidad inicial de una reacción?

(pizarrón)

Para una cantidad fija de enzima,¿cómo varía la velocidad inicial (V0) para diferentes concentraciones del sustrato?

Para una cantidad fija de enzima,¿cómo varía la velocidad inicial (V0) para diferentes concentraciones del sustrato?

Si hacemos un conjunto de experimentos independientesde medición de velocidad inicial, con la misma cantidad de enzima, y diferentes cantidades de sustrato, y luego graficamos para cada [S] el valor de V0 que se midió, obtendríamos un gráfico como éste:

Leonor Michaelis1875-1949

Maud Menten1879-1960 Michaelis & Menten

Nota:Siendo estrictos desde el punto de vista histórico, esta no es exactamente la ecuación que dedujeron Michaelis y Menten, que difiere ligeramente de ésta debido a las premisas en las que ellos se basaron para deducir su ecuación.Esta versión posterior, que igualmente se conoce como “de Michaelis-Menten” (y es la versión más conocida), está basada en postulados más generales que fueron propuestos por Briggs y Haldane en 1925.

𝑉0 =𝑉𝑚𝑎𝑥 [𝑆]

𝐾𝑀 + [𝑆]

Ecuación de Michaelis - Menten

Para una cantidad fija de enzima,¿cómo varía la velocidad inicial (V0) para diferentes concentraciones del sustrato S?

Se propone un modelo donde se hacen algunas suposiciones o postulados que sean coherentes con lo que se ha observado experimentalmente hasta ese momento.Luego, las predicciones que se pueden hacer a partir de ese modelo se contrastan con lo que sucede en la realidad.

(Apuntes para leer en casa)

Deducción de la ecuación de Michaelis-Menten (parte 1)

(1) Se propone la siguiente reacción simplificada, donde la enzima (E) reacciona con el sustrato (S), para dar un complejo enzima-sustrato (ES). Luego de la conversión del sustrato en producto, este se disocia para dar enzima libre (E) y producto (P). Notar, por ejemplo, que en la simplificación de la reacción, no se considera un complejo enzima producto (EP).

(2) Dado que el razonamiento se va a aplicar a condiciones iniciales de reacción, en tales condiciones la concentración inicial de producto P es despreciable, y en consecuencia, la reacción inversa (formación de complejo ES a partir de E+P), puede considerarse que no sucede de manera significativa. La reacción se simplifica:

A continuación, modelo propuesto por Briggs y Haldane, 1925, o “del estado estacionario”.

unión del sustrato etapa catalítica

En este modelo simplificado, la constate k2 corresponde a la constante de velocidad de catálisis, que se representa como kcat:

Además, la velocidad inicial de la reacción V0 está limitada por la velocidad en que el complejo enzima-sustrato se transforma en producto y enzima libre. Por lo tanto,

V0 = kcat [ES]

(Apuntes para leer en casa)

Deducción de la ecuación de Michaelis-Menten (parte 2)

(3) Nuevamente, con base en lo que se había observado en muy numerosos experimentos, en las reacciones catalizadas por enzimas se puede asumir que la concentración de sustrato es mucho mayor que la de enzima.

La cantidad de sustrato total que se agrega al inicio del experimento [S]0 va a estar repartida en las siguientes formas: sustrato libre S, sustrato que formó complejo ES, y sustrato que se transformó en producto P

Y como consecuencia de esto:

Como se acaba de ver, el aporte de [ES] es muy pequeño comparado con [S], y dado que estamos en condiciones iniciales, como se vio anteriormente, la [P] es despreciable. Por ende:

(4) De la ecuación química de la reacción, se deduce que la cantidad total de enzima que se usa en el experimento [E]T, se va a encontrar repartida entre enzima libre E y enzima que está formando complejo ES.

(5) Estado estacionario: se postula que, una vez que se mezclan enzima y sustrato, de manera muy rápida se forma una cierta cantidad de complejo enzima-sustrato ES, la cual se mantiene constante por lo menos durante el tiempo en que se considera que la reacción está en condiciones iniciales (“se alcanza un estado estacionario”).

(Apuntes para leer en casa)

Deducción de la ecuación de Michaelis-Menten (parte 3)

Luego de esos postulados propuestos para el modelo, ahora el objetivo es obtener una expresión matemática que relacione la velocidad inicial de una reacción catalizada por una enzima (V0) en función de parámetros que puedan ser medidos fácilmente. En particular, el experimentador conoce cuánta enzima [E]T y cuánto sustrato [S] utilizó para hacer su experimento. Dicho de otra manera, la meta es poder predecir V0 en función de [E]T y [S]

Si [ES] no cambia (estado estacionario), las velocidades de formación y de disociación del complejo son iguales:

De la ecuación de la reacción surge que:

A esta expresión,

conformada por constantes, se le da el nombre de constante de Michaelis-Menten KM.

Ateriormente (ver punto 4) se había visto que[E]T=[E] + [ES], de donde se deduce que[E] = [E]T – [ES].Sustituyendo en la ec. anterior:

(Apuntes para leer en casa)

Deducción de la ecuación de Michaelis-Menten (parte 4)De la “página” anterior:

Recordando lo que se había visto en el punto 2, la velocidad inicial se puede expresar comoV0 = kcat [ES]

Finalmente, considerando que la máxima velocidad teórica (V0 máx) que podría alcanzar la reacción sería cuando la totalidad de las enzimas estén saturadas con el sustrato, es decir, cuando [ES] = [E]T, entonces V0 máx = kcat[E]T. Este término se puede sustituir en la ecuación anterior para obtener la forma más habitual de la ecuación de Michaelis –Menten.

Nota: Para simplificar la escritura, V0 máx se suele escribir Vmax, pero no hay que olvidar que Vmax es una velocidad inicial (la velocidad inicial teórica de una reacción que comenzara con una concentración de sustrato infinita)

[S] (mM)

Velo

cidad

ini

cial

(M

/min

)

Vo = Vmax

Michaelis & Menten

Michaelis & Menten

Si se hace le cálculo (sustituyendo en la ecuación) cuánto vale la [S] cuando V0 = ½ Vmax, se puede demostrar que en tal situación [S] = KM.

¿Cómo se determinan Vmax y KM experimentalmente?

Se hace un conjunto de experimentos donde con cada uno se mide la desaparición de sustrato o la aparición de producto en función del tiempo. Cada experimento se hace con diferentes concentraciones de sustrato, pero siempre la misma cantidad de enzima.

Para cada valor de sustrato inicial, se grafica [S] vs. t (o [P] vs. t), y se calculan las pendientes para t = 0 de las curvas obtenidas (se obtienen valores de velocidad de reacción)

Se grafican los valores de velocidad en función de la [S] utilizada en el experimento correspondiente.

Se espera obtener un gráfico similar a este:

Pero...¿cómo se podría determinar el valor de Vmax a partir de un gráfico como este, si dicho valor es el de una asíntota para [S] = ∞

¿Cómo se determinan Vmax y KM experimentalmente?

Linealización de la ecuación de Michaelis-Menten de “los dobles recíprocos”

o de Lineweaver-Burk.

Hacemos el recíproco de ambos miembros de la ecuación y reordenamos la nueva ecuación:

Si en lugar de graficar V0 vs [S], se hace el gráfico 1/V0 vs. 1/[S], se obtiene una recta cuya pendiente es KM/Vmax, y el corte en el eje de ordenadas es 1/Vmax.

Determinación de Vmax y KM a partir de datos experimentales mediante gráfico de Lineweaver-Burk

Se grafica 1/V0 vs. 1/[S]

Se obtiene una recta.

Pendiente de la recta = KM/Vmax

Corte en el eje “y” = 1/Vmax

Algunos datos sobre la reacción a partir de KM y Vmax

KM está relacionado indirectamente con la afinidad de la enzima por el sustrato.De manera aproximada, a mayor KM, menor afinidad.La siguiente frase no es estricta desde el punto de vista formal, pero puede servir como mnemotecnia: “a mayor KM (menor afinidad) es menor la probabilidad de

encontrar al sustrato en el sitio activo”.

(ver deducción de la ecuación de M&M)

𝑉𝑚𝑎𝑥 = 𝑘𝑐𝑎𝑡 𝐸 𝑇 (ver deducción de la ecuación de M&M)

Dado que el experimentador conoce la cantidad de enzima que utilizó, a partir de Vmax se puede calcular kcat.La constante kcat , también llamada “número de recambio”, es la cantidad de moléculas de sustrato que la enzima procesa por unidad de tiempo.

Sirve para comparar enzimas diferentes que catalizan la misma reacción (por ej. diferentes tejidos, organismos, etc.)

Tener presente que Vmax no es una constante de la enzima, pues depende de la [E] utilizada en el experimento.Sin embargo, KM y kcat son verdaderas constantes, características de la enzima.Podemos utilizarlas para comparar enzimas que catalizan la misma reacción, o incluso para indicar, por ej., si dos enzimas obtenidas de dos tejidos diferentes son o no la misma molécula.

Kcat y Km son constantes específicos de cada enzima:

Parámetros cinéticos

Parámetros cinéticos

Inhibición de la actividad de una enzima

Inhibición irreversible : la enzima se destruye, o sufre modificaciones covalentes que no se revierten en condiciones fisiológicas. Las modificaciones pueden ser directamente sobre cadenas laterales del sitio activo, o pueden afectar indirectamente el sitio activo.

Inhibición reversible : dependiendo del tipo de inhibición reversible, el inhibidor se une no covalentemente (interacciones débiles) a la enzima, al complejo enzima-sustrato, o a ambos.

Tipos de inhibición reversible

Si se hacen experimentos para determinar los parámetros cinéticos de una enzima en presencia y en ausencia del inhibidor, se pueden encontrar tres situaciones diferentes.Llamamos KM aparente (KM

app) y Vmax aparente (Vmaxapp) a los

parámetros que se obtienen en presencia del inhibidor.

inhibidor competitivo Vmaxapp = Vmax KM

app > KM

inhibidor acompetitivo Vmaxapp < Vmax KM

app < KM

inhibidor mixto Vmaxapp < Vmax KM

app < KM

inhibidor mixto Vmaxapp < Vmax KM

app > KM

Tipos de inhibición reversible

Si se hacen experimentos para determinar los parámetros cinéticos de una enzima en presencia y en ausencia del inhibidor, se pueden encontrar tres situaciones diferentes.Llamamos KM aparente (KM

app) y Vmax aparente (Vmaxapp) a los

parámetros que se obtienen en presencia del inhibidor.

Tipos de inhibición reversible

Mecanismos

Inhibidor competitivo: tiene estructura similar al sustrato y compite por el sitio activo de la enzima.

Inhibidor acompetitivo: se une a un sitio diferente al sitio activo, pero solamente cuando la enzima está unida al sustrato (se une al complejo enzima-sustrato, pero no a la enzima libre)

Inhibidor mixto: se puede unir tanto a la enzima libre como al complejo enzima-sustrato

REGULACIÓN ALOSTÉRICA

De la palabra griega ἄλλoστερεός: allos = otro sterós = sólido(3D)

Modelo propuesto por Jacques Monod, Jean-Pierre Changeux y Jeffries Wyman (Modelo MCW)

La unión de una molécula efectora en un sitio de la proteína modifica las condiciones de fijación de otra molécula en otro sitio de la proteína.

M

M

sustrato

moduladorM

M+M-

Enzimas alostéricas

Estado

“tensionado” T

Estado

“relajado” R

sitioactivo

sitioregulatorio

Ejemplo: enzima ASPARTATO CARBAMILASA

También llamadaAspartato carbamoil transferasa (ATCasa)

Catalilza la primera reacción en la vía metabólica de síntesis de pirimidinas (Citidina, Timina, Uracilo)

En Escherichia coli, 12 subunidades (C6R6).

Ejemplo de regulación de una vía metabólica mediante una enzima con regulación alostérica (aspartato carbamilasa)

El CTP (citidíntrifosfato) es el producto final de la vía.Actúa como inhibidor de la primera reacción de la vía (retroalimentación negativa).La activación por ATP puede explicarse como un balance de la síntesis entre purinas (ej. ATP) y pirimidinas (ej. CTP).

Efectos de la temperatura y del pH en la actividad enzimática

Efecto de la temperatura:

Por un lado, toda reacción química aumenta la velocidad con la temperatura.

Por otro lado, la naturaleza proteica de la enzima implica que la estructura de la misma depende de la temperatura, hasta que finalmente se desnaturaliza completamente.

Efecto del pH:

Una combinación de factores.

(1) Unión del sustrato a la enzima.(2) Actividad catalítica de la enzima.(3) Ionización del sustrato.(4) Variación de la estructura de la enzima

(generalmente a pH extremos).