Download Biocatalizadores Versión para WINDOWS del MS-DOS

Lidia Cardella Rosales.
Gustavo KouríCardellá.
Leonardo Vega Cisnero.
Otto Cardellá Rosales.
Ciudad de la Habana
Septiembre 2000
Dayana B. González Domínguez.
Adrián Gómez Collantes.
Lic. Daniel E. Benítez Zequeira.
MSc.Lic. Luisa Pacios Fernández
Agradecemos toda la colaboración del Dpto. de Informática de nuestra
facultad, y al profesor Daniel por darnos la oportunidad de realizar este
trabajo. Además a todos aquellos que de una forma u otra ayudaron con
la realización del mismo.
Este trabajo es para todos nuestros compañeros
que como nosotros estudian y luchan por el
bienestar del hombre, su salud plena, para un
mayor goce de la vida.
Dayana y Adrián.
En este animado se presentan aspectos
esenciales de los biocatalizadores:
-Centro activo y mecanismo de acción general.
-Cinética enzimática
-Regulación
Se incluye además una autoevaluación que le permite
comprobar el grado de dominio alcanzado en la temática.
Los biocatalizadores o enzimas son proteínas que
presentan actividad catalítica.
Aumentan la velocidad de la reacción al disminuir
la energía de activación.
La enzima se une al sustrato por el sitio activo,
formando el complejo Enzima-Sustrato; éste último
se convierte en producto, regenerándose enzima libre
El centro activo es la zona
de la enzima por donde
ésta se une al sustrato para
ejercer su acción catalítica.
Está formado por
un esqueleto peptídico
que le da su conformación.
Posee una porción rica en
aminoácidos apolares.
Grupos catalíticos constituidos
entre otros por residuos:
-SH de cisteína
-OH de serina
-anillo imidazol de la
histidina, los que
determinan la acción
catalítica de la enzima.
Grupos fijadores o ligandos,
que intervienen en la unión de
la
enzima con el sustrato y
frecuentemente son
radicales de aminoácidos
apolares o polares iónicos.
Al ocupar el sustrato el sitio activo,
se produce una transconformación de la enzima.
1
2
Ocurre el ajuste inducido, se produce
la catálisis enzimática.
3
4
La enzima recupera su
conformación inicial,
el producto abandona
el centro activo y la
enzima queda libre.
El efecto de los biocatalizadores sobre la energía de
activación se puede apreciar fácilmente en un
diagrama energético.
Diagrama energético
P- productos
R- reaccionantes
E- energía
E
R
P
t
En toda reacción química para
que ésta ocurra, las especies E
reaccionantes deben alcanzar
el estado de complejo activado.
La energía que se requiere
para ello se reconoce como
la energía de activación
(Ea).
A menor Ea mayor velocidad de
reacción.
Ea
R
P
t
Los biocatalizadores disminuyen
la Ea y por ello incrementan la
E
velocidad de la reacción
La energía de reacción (G)
está dada por la diferencia
de energía libre entre
productos y reaccionantes.
R
Ea
G
P
T
reacción no catalizada
reacción catalizada
Factores que afectan la velocidad de la reacción:
Concentración de enzima [E].
Ph.
Temperatura.
Concentración de sustrato [S].
Inhibidores.
La cantidad de enzima(E) afecta la
velocidad de la reacción.
Al aumentar la concentración de
enzima la velocidad de reacción
se incrementa
V
ya que existe mayor número de
centros activos disponibles,
capaces de reaccionar con más
moléculas de sustrato.
El gráfico obtenido es una linea recta
que indica proporcionalidad directa.
E
V
El pH del medio influye sobre el
estado iónico de la enzima.
Existe un valor de pH en el cual
la conformación del centro activo
es la más adecuada para su
Interación con el sustrato y por
ello la velocidad de la reacción
es máxima.
El valor del pH al cual la velocidad de
la reacción se hace máxima se
denomina ph óptimo.
A menor pH la configuración iónica
se modifica, la afinidad de la enzima
por el sustrato es menor y la
velocidad decrece.
Algo similar sucede al aumentar
el valor del pH.
Ph óptimo
Ph
Al elevarse la temperatura la
Velocidad de reacción enzimática V
aumenta por incremento de las
colisiones efectivas entre las
moléculas reaccionantes.
Pero si se sobrepasa determinado
valor de temperatura las proteínas
enzimáticas comienzan a
desnaturalizarse, pierden su actividad
catalítica y la velocidad disminuye.
T
La cantidad de sustrato afecta
la velocidad de la reacción enzimática.
Al aumentar la concentración de
V
sustrato la velocidad de reacción
Vm
incrementa pues el mismo ocupa
con mayor facilidad el sitio activo
de la enzima presente.
Si se producen nuevos incrementos
en la [S] la velocidad seguirá
aumentando hasta que todos los
sitios activos se saturen.
En esas condiciones la velocidad
de la reaccion es la máxima (Vm)
y no se modifica por nuevos
adicionamientos de sustrato: la
Velocidad se hace constante.
[S]
V
Vm
Vm
2
Km
[S]
La [S] a la cual se alcanza la velocidad
semimáxima se denomina Constante de
Michaels (Km) y es un indicador de la
afinidad de la enzima por el sustrato.
Los inhibidores son compuestos químicos que
disminuyen la actividad de la enzima.
Estos pueden ser:
Competitivos
No competitivos
La presencia de uno de ellos afecta la velocidad de la reacción
enzimática, el mecanismo de acción difiere en cada caso.
Los inhibidores competitivos(Ic)
V
son estructuralmente semejantes
Vm
al sustrato y se unen a la enzima
Vm
por el sitio activo formando el
2
complejo enzima inhibidor (E-I),
lo que impide que el sustrato
ocupe el sitio activo, no se forma
Km Km´
complejo E-S.
[S]
Estos inhibidores disminuyen la
Leyenda
afinidad de la enzima por el
sustrato por lo que aumenta la Km.
Con Inhibidor
Al aumentar [S] este desplaza al inhibidor
del sitio activo formando el complejo E-S.
Sin inhibidor
Por lo que se alcanza la Vm.
Observe que Km´>Km y la Vm no se afecta
Los inhibidores no competitivos no
son desde el punto de vista
V
estructural semejantes al sustrato. Vm
Se unen a la enzima por un sitio
diferente al centro activo por lo que Vmi
Vmi
no impiden que este pueda ser
2
ocupado por el sustrato: forman el
complejo ternario E-S-I.
El aumento de la [S] no desplaza
al inhibidor.
En este tipo de inhibidor la Km no
se modifica y la Vm se hace menor
Observe que Vmi<Vm y que Km
no se modifica.
Km
Leyenda
Con Inhibidor
Sin inhibidor
[S]
La regulación o control del metabolismo se produce
mediante la regulación de una o más enzimas
que intervienen en tales procesos.
Ello permite la adaptación del organismo a los
cambios del entorno.
Las enzimas resultan reguladas por la modificación
de su cantidad o de su calidad.
La modificación de la cantidad de la enzima se
realiza por mecanismos genéticos:
La inducción enzimática
La represión enzimática
La modificación de la calidad de una enzima
significa cambios de su actividad catalítica.
Las modificaciones de la actividad enzimática descansan
en 5 mecanismos fundamentales:
1- Cascada enzimática.
2- Modificación Covalente.
3- Modificación Alostérica.
4- Isoenzimas.
5- Zimógenos.
A continuación se le presenta una prueba de selección
múltiple que le permitirá conocer el grado de dominio
en toda la temática.
Cada pregunta sólo tiene una respuesta.
Preste atención a si se le pide la opción
correcta o la incorrecta.
Seleccione la opción correcta:
Los biocatalizadores :
Incrementan la energía de reacción.
Disminuye la energía de reacción.
No afecta la energía de reacción.
Sí afecta el estado de equilibrio.
Seleccione la opción incorrecta:
La primera etapa es la de unión y depende de la
afinidad de la enzima por el sustrato.
La segunda etapa es de transformación y determina
la eficiencia catalítica de la enzima.
Las enzimas incrementan la energía de activación.
Al final de la reacción la enzima queda libre y puede
volver a reaccionar.
Seleccione la opción incorrecta:
El centro activo de la enzima contiene grupos
catalíticos que participan en la transformación del
sustrato.
En el centro activo están presentes los grupos
fijadores que intervienen en su unión al sustrato.
La conformación del centro activo es inmutable
y el sustrato encaja en este como si fuera una
cerradura.
Al unirse el sustrato al centro activo ocurre una
transconformación de la enzima y se produce el
ajuste inducido.
Seleccione la opción correcta:
Al aumentar concentración de la enzima la
velocidad de reación:
No se modifica.
Decrece en forma lineal.
Aumenta linealmente.
Se modifica obteniéndose una gráfica
en forma de campana.
Seleccione la opción correcta:
Al aumentar la [S] la velocidad de reacción
Decrece proporcionalmente
Al aumentar la [S] la velocidad de reacción
aumenta hasta que la enzima es saturada y la
velocidad se hace constante.
Al aumentar la [S] la velocidad aumenta hasta
que la enzima se desnaturaliza y la velocidad
decrece
La velocidad máxima se alcanza a una
concentración semisaturante de sustrato.
Seleccione la opción correcta:
Al aumentar la temperatura:
La velocidad de reacción aumenta continua y
mantenidamente pues las enzimas son termoestables.
La velocidad de reacción se hace cero pues todas
las enzimas se desnaturalizan a temperaturas superiores
a 100°C.
No se afecta la velocidad de reacción enzimática a
menos que la temperatura aumente a 60°C o más.
Aumenta la velocidad de reacción hasta cierto valor de
temperatura en que la enzima se desnaturaliza y
la velocidad desciende bruscamente.
Seleccione la opción correcta:
Existe un valor de pH al cual la velocidad de
reacción es máxima pues la conformación iónica
del centro activo es la más idónea para reaccionar
con su sustrato.
La conformación iónica del centro activo sólo
se beneficia por incremento del pH lo cual induce
la activación de la enzima.
La conformación iónica del centro activo se hace
más apropiada para su unión con el sustrato a valores
de pH neutro para todas las enzimas.
Solo los valores extremos de pH afectan la velocidad
de reacción porque la enzima se inactiva.
Seleccione la opción incorrecta:
Km es el valor de la [S] a la que se alcanza la
velocidad semimáxima.
Km es un indicador de la afinidad de la enzima
por el sustrato. A mayor Km mayor afinidad.
Km es un indicador de la afinidad de la enzima
por el sustrato. A menor Km mayor afinidad.
Km se relaciona con la etapa de unión de la reacción
enzimática.
Seleccione la opción correcta:
Los inhibidores competitivos:
Disminuyen Km.
Aumentan Km.
Disminuyen Vm.
Aumentan Vm.
Seleccione la opción incorrecta:
Los inhibidores competitivos :
Se parecen estructuralmente al sustrato.
Se unen a la enzima por el sitio activo.
Son desplazados del centro activo a grandes
concentraciones de sustrato.
Aumenta la afinidad de la enzima por el sustrato.
Seleccione la opción correcta:
Lo inhibidores no competitivos:
Son estructuralmente similares al sustrato.
Se unen a la enzima por el sitio activo.
Disminuyen la afinidad de la enzima por
el sustrato.
No son desplazados de su unión a la enzima
aunque se aumente considerablemente la [S].
Seleccione la opción correcta:
El mecanismo de regulación Alostérica:
Se basa en la modificación de la cantidad
de enzima.
Consiste en la adición o sustracción de
grupos químicos unidos covalentemente
a la enzima.
Se basa en la existencia de una forma
inactiva de la enzima que se activa por
proteolísis parcial.
Consiste en el paso reversible entre las
formas activas e inactivas de una enzima por
la unión no covalente de ciertas sustancias
efectoras.
Seleccione la opción correcta:
Un efector positivo desplaza el equilibrio hacia
la forma R y aumenta la actividad de la enzima.
Un efector positivo desplaza el equilibrio hacia
la forma T y por ello aumenta la actividad de la enzima.
Un efector negativo provoca que la gráfica [S]
contra la velocidad de reacción se acerque a la típica
de la cinética de Michales-Menten.
Seleccione la opción incorrecta:
En la modulación covalente:
Existen dos formas enzimáticas con función,
composición y actividad diferente.
Las dos formas enzimáticas se encuentran en
equilibrio y son interconvertibles por la acción de
ciertas sustancias efectoras.
Enzimas quinasas y fosfatasas catalizan la
interconversión entre las dos formas.
En dependencia de la enzima la forma activa será
la fosfatada o la no fosfatada.
Seleccione la opción incorrecta:
La cascada enzimática provoca un efecto de
amplificación.
En la modulación Alostérica la interconversion
de las formas activas e inactivas es, provocado
por sustancias específicas llamadas efectores.
La regulación por Zimógeno se basa en la
eliminación de un segmento de enzima por
proteolísis parcial.
En la modulación covalente la fosfatasa cataliza
el paso a la forma fosfatada y la quinasa a la no fosfatada.
Muy bien.
Continue y pruebe con
el resto.Suerte.