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Tema 7.- Enzimología
A.- Concepto de catálisis
B.- Los enzimas como biocatalizadores: características de la actividad enzimática
C.-Mecanismo de la actividad enzimática
-Concepto de centro activo
D.-Cinética de las reacciones catalizadas enzimáticamente: cinética de Michaelis-Menten
E.- Factores que afectan la actividad enzimática
Factores Físico-químicos
Inhibición enzimática
Regulación de la actividad enzimática
F.- Cofactores: Coenzimas y vitaminas
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Ene
rgía
lib
re G
Transcurso de la reacción
Estado
inicialEstado
final
Estado de transición
Energía de
activación
Reacción exotérmica o exergónica
Estas reacciones son espontáneas
Tema 7.- Enzimología
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Reacción exotérmica o exergónica
Estas reacciones son espontáneas
Tema 7.- Enzimología
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Los catalizadores reducen la energía de activación
Transcurso de la reacción
Ene
rgía
lib
re G
Estado de transición
Estado
final
Estado
inicial
Sin catalizar
Reacción
catalizada
Tema 7.- Enzimología
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Enzima
Substrato
Producto
Disminución de la energía de activación
Tema 7.- Enzimología
productoo
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▪Especificidad de sustrato y de reacción
▪Eficacia
-Alta velocidad de catálisis
-No generan subproductos
▪ Trabajan a temperaturas “bajas”
▪ Necesitan cofactores
VELOCIDAD DE CATÁLISIS
Tema 7.- Enzimología
Características de la actividad enzimática
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Muchas enzimas necesitan un cofactor enzimático
HOLOENZIMA = APOENZIMA + COFACTOR
Tema 7.- Enzimología
Ap
oen
zim
a
Ap
oe
nzi
ma
Ap
oen
zim
a
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Algunos elementos metálicos que actúan como cofactores enzimáticos
COFACTORES METÁLICOS
Tema 7.- Enzimología
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En otros casos el cofactor es de naturaleza orgánica compleja..
En este caso reciben el nombre de coenzimas
NAD FAD
Coenzima A
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Un mismo cofactor puede ser utilizado por diferentes enzimas…
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La base de la actividad de los enzimas es la unión específica de la enzima con el sustrato
Esta unión tiene lugar en el Centro activo del enzima.
ENZIMA
COMPLEJOENZIMA-SUSTRATO
SUSTRATO
COFACTOR
NADP+
Tema 7.- Enzimología
Mecanismo de la actividad enzimática
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El proceso de la unión enzima sustrato es de tipo llave-cerradura
Tema 7.- Enzimología
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Hipótesis del encaje inducido
Tema 7.- Enzimología
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Hipótesis del encaje inducido
Tema 7.- Enzimología
El sustrato entra en el centro
activo del enzima
La enzima abraza el sustrato formando un
encaje inducido
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Hipótesis del encaje inducido
Hexoquinasa
Glucosa
Tema 7.- Enzimología
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Los aminoácidos del centro activo tienen que conformar un entorno apropiado para la unión del sustrato y para la catálisis
Centro activo de la quimotripsina
Sustrato
Sitio de unión
Sitio catalítico
Tema 7.- Enzimología
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E + S [E-S] E + P
Cinética de las reacciones catalizadas enzimaticamente: cinética de Michaelis-Menten
Si estudiamos la cinética de una reacción catalizada enzimaticamente…
En la cinética más sencilla consideramos un único sustrato, y la concentración de enzima es constante
Si representamos la velocidad de la reacción frente a la concentración de sustrato…
K1 K3
K2
Tema 7.- Enzimología
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Concentración de sustrato [S] mM
Ve
loci
dad
de
re
acci
ón
mM
de
pro
du
cto
/min
Con altas [S] la cinética es de orden O
Con bajas [S] la cinética es de orden 1
Tema 7.- Enzimología
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Concentración de sustrato [S] mM
Ve
loci
dad
de
re
acci
ón
mM
de
pro
du
cto
/min
Enzima saturada
Tema 7.- Enzimología
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Cinética de Michaelis-Menten
La expresión matemática de la velocidad de reacción y de la Km son:
La Km, o constante de Michaelis-Menten, es un parámetro cinético muy importante para comparar las actividades enzimáticas
Tema 7.- Enzimología
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Cinética de Michaelis-Menten
La Km nos indica, aproximadamente, la afinidad del enzima por el sustrato.
Puesto que es un valor de [S]…
►↓Km alta afinidad del enzima por el sustrato
►↑Km baja afinidad del enzima por el sustrato
Tema 7.- Enzimología
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Km para algunas enzimas y sustratos
Enzima Sustrato
Tema 7.- Enzimología
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Hexoquinasa
Glucosa Glucosa 6 fosfato
Tema 7.- Enzimología
La hexoquinasa es una enzima que puede unirse a dos sustratos: la glucosa o la fructosa. Catalizando la reacción de fosforilación
Hexoquinasa
Fructosa Fructosa 6 fosfato
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Km para algunas enzimas y sustratos
Enzima Sustrato
La hexoquinasa de cerebro requiere una concentración 30 veces mayor de fructosa que de glucosa para catalizar la reacción
Tema 7.- Enzimología
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Apéndice: clasificación de las enzimas
Tema 7.- Enzimología
Las enzimas se clasifican de acuerdo a la reacción que catalizan …
Nº CLASE TIPO DE REACCIÓN CATALIZADA
1 OXIDOREDUTASAS Reacciones de transferencia de electrones (redox)
2 TRANSFERASAS Reacciones de transferencia de grupos funcionales
3 HIDROLASAS Reacciones de hidrólisis: ruptura de enlaces
4 LIASASReacciones de adición de grupos a dobles enlaces o de formación de estos por eliminación de grupos funcionales
5 ISOMERASAS Reacción de conversión de una molécula en un isómero
6 LIGASASReacción de formación de enlaces por reacciones de condensación acopladas a ATP
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TEMPERATURA. La mayoría de las enzimas trabajan a temperaturas óptimas entre 20 y 37ºC.
Act
ivid
ad e
nzi
mát
ica
Temperatura (Cº)
20-37º C4º C 60º C
¡Desnaturalización!
Tema 7.- Enzimología
Factores físico-químicos
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El pH óptimo suele estar en el entorno de la neutralidad. Pero hay enzimas que trabajan a pH ácido, como la pepsina, y otras a pH básico como la tripsina o la fosfatasa alcalina
Act
ivid
ad e
nzi
mát
ica
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 pH
Amilasa salivarPepsina
Fosfatasa alcalina
Tema 7.- Enzimología
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CONCENTRACIÓN SALINA DEL MEDIO
La cantidad de sales presentes en el medio celularpuede influir en la actividad de algunas enzimas
K+
Na+
K+
Ca2+
Cl-
HCO3-
HCO3-
HCO3-
Na+
Na+Na+
Na+
K+
K+
Ca2+
Ca2+
Cl-
Cl-
Cl-
Tema 7.- Enzimología
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Los inhibidores son sustancias químicas que impiden la catálisis.
Hay varios tipos de inhibición enzimática. Los dos más comunes son:
◼ Inhibición irreversible: el inhibidor se une covalentemente al centro activo del enzima bloqueándolo. Es permanente.
◼ Inhibición reversible: la enzima puede volver al estado inicial.
El tipo más común de este tipo es la inhibición competitiva
Tema 7.- Enzimología
Inhibición enzimática
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INHIBICIÓN COMPETITIVA
Los inhibidores competitivos tienen una semejanzaestructural con el sustrato
Tema 7.- Enzimología
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REGULACIÓN DE LA ACTIVIDAD ENZIMÁTICA
La célula dispone de mecanismos que le permiten controlar la actividad de las enzimas, y consecuentemente el trabajo de dicha célula:
►Alosterismo►Compartimentación celular
►Complejos multienzimáticos►Modificación covalente►Isoenzimas►Proenzimas►Regulación de la expresión génica
Tema 7.- Enzimología
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ALOSTERISMO
EFECTOR ALOSTÉRICO POSITIVO
Efector alostérico negativoEfector alostérico positivo
Tema 7.- Enzimología
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Los efectores alostéricos normalmente actúan modificando la Km de los enzimas
Modulación positiva
Modulación negativa
Disminuye la Km: aumenta la afinidad
Aumenta la Km: disminuye la afinidad
Tema 7.- Enzimología
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Tema 7.- Enzimología
TreoninadeshidratasaEl producto final puede actuar
como un efector alostériconegativo de la primera enzima de la ruta metabólica
Cuando disminuya la concentración del producto final esta inhibición cesa y vuelve a activarse esta secuencia de reacciones
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COMPARTIMENTACIÓN CELULAR
Muchas de las reacciones celulares ocurren en un orgánulo aisladas del entorno para mantener ciertas condiciones y mejorar el rendimiento.
En el lisosoma el pH es menor de 5
Lisosoma fundiéndose con vesículas cubiertas. (Imagen de M.E. de barrido)
Tema 7.- Enzimología
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FORMACIÓN DE COMPLEJOS MULTIENZIMÁTICOS
Complejo multienzimático
mitocondrial
Tema 7.- Enzimología
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Tema 7.- Enzimología
MODIFICACIÓN COVALENTE de la glicógeno sintasa
Cuando es fosforilada por una PKA pasa a una forma inactiva
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◼ Comparación entre las isoenzimas glucosa 6 fosfato isomerasa de cerebro y músculo
Glucosa 6P isomerasa de cerebro
Km= 210 mM
V M
ole
s/m
in
[S] mMKm= 700 mM
Glucosa 6 P isomerasa de músculo
[glucosa] en cerebro 130 mM
[glucosa] en músculo 450 mM
Tema 7.- Enzimología
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PROENZIMAS
Algunas enzimas son sintetizadas como proenzimas o zimógenos, y requieren un tratamiento de hidrólisis para ser activas.
PEPSINÓGENO (inactivo)
PEPSINA (activa)
Peptidasasintestinales
7 aminoácidos
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CONTROL DE LA EXPRESIÓN GÉNICA
Tema 7.- Enzimología