Download modulación alostérica de la actividad enzimática

ENZIMAS
Beta lactamasa + penicilina
ARN- polimerasa (blanco), doble hélice de ADN (azul) y cadena de ARN
naciente (rojo). Roger Kornberg (Premio Nobel de Química 2006)
Enzimas
-Generalidades
-Las enzimas... ¿Qué son y cómo funcionan?
-Naturaleza química de las enzimas
-El complejo Enzima Sustrato
-Nomenclatura
-Clasificación
-Regulación de la actividad enzimática
-Cinética enzimática
Generalidades
 Las enzimas son catalizadores biológicos
altamente específicos
 La sustancia sobre la que actúa el enzima
se llama sustrato
 El sustrato se une a una región concreta
del enzima, llamada centro activo
 Una vez formados los productos la
enzima puede comenzar un nuevo ciclo de
reacción
Hidrólisis del almidón
Molécula de almidón
Las enzimas son catalizadores biológicos muy
específicos. Esta especificidad está determinada por la
geometría del sitio activo
¿Cómo funcionan las enzimas?
2 H2O2
2 H2O + O2
Perfil energético de una reacción espontánea Perfil energético de una reacción catalizada
Ea reacción espontánea= 18 kcal/mol
Ea reacción c/ Platino (Pt)= 12 kcal/mol
Se acelera 20.000 veces
Ea reacción c/ Catalasa = 6 kcal mol
Se acelera 370.000 veces!
¿Cómo funcionan las enzimas?
Las enzimas alteran las velocidades de reacción,
pero no los equilibrios ni la posibilidad termodinámica
de que una reacción se lleve a cabo, o sea que
actúan sobre la energía de activación.
proteica
Naturaleza química de las enzimas
Sumner (cristalización de la ureasa) (PN de
Química 1946)
Northop (cristalización de tripsina y pepsina)
RNA
(PN 1946)
Altman, Cech y las ribozima
(PN de Química 1989)
Centros activos
El centro activo es una unidad
tridimensional.Los aa que lo
constituyen están distribuidos
espacialmente de manera precisa.
Están situados a veces en posiciones
distantes en la cadena polipeptídica,
pero convergen en una región
restringida del espacio
El Complejo ES
- La formación de este complejo fue propuesto sobre
bases teóricas y luego demostrado experimentalmente
- La unión de la E a su S involucra la formación de
enlaces no covalentes
- Los grupos químicos del sitio activo capaces de
interaccionar con el sustrato se enfrentan al
correspondiente del sustrato específico en la posición
adecuada.
- El S unido a la enzima sufre deformación de los enlaces
que han de ser afectados y pasa a un estado “tenso”
desde el cual pasa fácilmente a los productos
Nomenclatura de las enzimas
Nombres particulares: antiguamente, las enzimas se
designaban arbitrariamente por su descubridor (ej. Ptialina,
tripsina, quimiotripsina)
Nombre sistemático: consta de tres partes:
realizado
-el sustrato preferente
-el tipo de reacción
-terminación "asa“
Nombre de la Comisión Enzimática (E. C.):
-Código numérico, encabezado por las letras EC (enzyme
commission), seguidas de cuatro números separados por puntos
-El primer número indica a cual de las seis clases pertenece el
enzima, el segundo se refiere a distintas subclases dentro de
cada grupo, el tercero y el cuarto se refieren a los grupos
químicos específicos que intervienen en la reacción.
Ejemplo:
ATP + glucosa
E
ADP + D-glucosa-6- fosfato
E  ATP:glucosa fosfotransferasa (nombre sistemático)
E.C. 2.7.1.1
Significado de los cuatro dígitos (a.b.c.d) de EC.
a.- Tipo de enzima atendiendo a la clase de reacción que catalizan:
1.- Oxidorreductasas: participan en reacciones redox.
2.- Transferasas: catálisis de transferencias de grupos.
3.- Hidrolasas: hidrólisis.
4.- Liasas: adición de grupos para formar dobles enlaces o
eliminación de
grupos para formar dobles enlaces.
5.- Isomerasas: isomerización cambiando de sitio los grupos.
6.- Ligasas: formación de enlaces que requieren aporte de ATP
b.- Tipo de grupo que interviene en la catálisis.
c.- Clase de sustrato sobre el que actúan.
d.- Orden de clasificación.
Clasificación de las enzimas
Clase 1: OXIDORREDUCTASAS
Catalizan reacciones de oxidorreducción, es decir,
transferencia de hidrógeno (H) o electrones (e-) de un
sustrato a otro, según la reacción general:
AH2 + B
A + BH2
A red + Box
Aox + Bred
Compuesto A
reducido
Compuesto
A
oxidado
Compuesto B
oxidado
Compuesto
B
reducido
Clasificación de las enzimas
Clase 2: TRANSFERASAS
Catalizan la transferencia de un grupo químico (distinto del
hidrógeno) de un sustrato a otro, según la reacción:
A-B + C
Glucosa
A + C-B
Glucosa 6-P
Clasificación de las enzimas
Clase 3: HIDROLASAS
Catalizan reacciones de ruptura de enlaces C-O, C-N,
C-S y O-P por adición de H2O:
A-B + H2O
AH + B-OH
Clasificación de las enzimas
Clase 4: LIASAS
Catalizan reacciones de ruptura de enlaces C-C, C-S y C-N
(excluyendo las uniones peptídicas) de la molécula de
sustrato por un proceso distinto a la hidrólisis:
A-B
ácido acetacético
A+B
CO2 + acetona
Clasificación de las enzimas
Clase 5: ISOMERASAS
Catalizan la interconversión de isómeros:
A
B
Clasificación de las enzimas
Clase 6: LIGASAS
Son También llamadas sintetasas o sintasas. Catalizan la
unión de dos sustratos con hidrólisis simultánea de un
nucleótido trifosfato (ATP, GTP, etc.):
A + B + XTP
A-B + XDP + Pi
piruvato + CO2 + ATP
oxaloacetato + ADP + Pi
REGULACIÓN DE LA ACTIVIDAD ENZIMÁTICA
Una molécula de enzima no tiene por qué actuar siempre
a la misma velocidad. Su actividad puede estar modulada
por:
Cambios en el pH
Cambios en la temperatura
Presencia de cofactores
Las concentración de sustratos y productos finales
Presencia de inhibidores
Modulación alostérica
Modificación covalente
Activación por Proteolisis
Isoenzimas
Efecto del pH
La mayoría de las enzimas tienen su actividad óptima en un pH
entre 6 y 8. Las excepciones se explican en base al medio donde
actúan
Los cambios de pH afectan el estado de ionización de grupos
funcionales de la molécula de enzima y de sustrato
El pH óptimo puede definirse como el pH en el cual el estado de
disociación de los grupos esenciales es el más apropiado para
interaccionar en el complejo ES.
pH extremos provocan pérdida de la actividad enzimática por
desnaturalización proteíca
Efecto del pH
Cada enzima está adaptada a operar en un rango específico
de pH
Amilasa
salival
Pepsina
Actividad
enzimática
Acido
Arginasa
Básico
Efecto de la temperatura
Efecto de la temperatura
Como consecuencia de un incremento de la Ec, la velocidad de u
reacción aumenta cuando aumenta la temperatura
La velocidad de muchas reacciones biológicas se duplica cada
10ºC de aumento de la temperatura
 Cada sistema enzimático tiene una “temperatura óptima”, por
arriba de la cual la velocidad de una reacción cae bruscamente
La mayoría de las enzimas de los animales homeotermos tienen
una temp. óptima de 37ºC. Estas enzimas son normalmente
inactivadas a temperaturas superiores a 60ºC.
Presencia de cofactores
Casi un tercio de los enzimas conocidos requieren
cofactores
Muchos de estos coenzimas se sintetizan a partir de
vitaminas
Los cofactores
Iones inorgánicos
Complejo orgánico
Coenzima unida covalentemente a la proteína
Coenzima
Grupo prostético
apoenzima + grupo prostético= holoenzima
inactiva
funcional
Efecto de las concentraciones sobre la actividad
enzimática
La velocidad de una reacción
enzimática depende de la
concentración de sustrato
La presencia de los productos finales puede hacer que la
reacción sea más lenta, o incluso invertir su sentido
MODULACIÓN ALOSTÉRICA DE LA ACTIVIDAD
ENZIMÁTICA
Hay enzimas que pueden adoptar 2 conformaciones
interconvertibles llamadas R (relajada) y T (tensa). R es
la forma más activa porque se une al sustrato con más
afinidad. Las formas R y T se encuentran en equilibrio
R <==> T
MODULACIÓN ALOSTÉRICA DE LA ACTIVIDAD
ENZIMÁTICA
Ciertas sustancias tienden a estabilizar la forma R. Son
los llamados moduladores positivos
Inhibidor alostérico
Activador alostérico
Enzima
Substrato
Enzima
Substrato
Las moléculas que favorecen la forma R pero que actúan sobre una región del
enzima distinta del centro activo son los activadores alostéricos
Las sustancias que favorecen la forma T y disminuyen la actividad
enzimática son los moduladores negativos. Si estos moduladores actúan en
lugares distintos del centro activo del enzima se llaman inhibidores
alostéricos
EFECTO DE LA MODIFICACIÓN COVALENTE SOBRE LA
ACTIVIDAD ENZIMÁTICA
Otros enzimas pasan de una forma menos activa a otra más
activa uniéndose covalentemente a un grupo químico de
pequeño tamaño como el Pi o el AMP
También se da el caso inverso, en el que una enzima muy activa se
desactiva al liberar algún grupo químico
En las enzimas de las vías degradativas del metabolismo, la forma
fosforilada es más activa que la no fosforilada, mientras que en las
vías biosintéticas ocurre lo contrario.
ACTIVACIÓN PROTEOLÍTICA DE LA ACTIVIDAD
ENZIMÁTICA
Algunas enzimas no se sintetizan como tales, sino como
proteínas precursoras sin actividad enzimática. Estas
proteínas se llaman proenzimas o zimógenos
Isoenzimas
En un organismo y aún en una célula, pueden existir
proteínas diferentes dotadas de la misma actividad
enzimática
isoenzimas
El método más usado para su visualización es la
electroforesis en geles, seguida por una tinción
específica
LDH presenta 5 isoenzimas en la mayoría de los tejidos
animales. Se enumeran de acuerdo a su movilidad
electroforética. Aunque todas catalizan la misma
reacción, tienen distintas capacidades funcionales. Esto
otorga a los organismos flexibilidad fisiológica