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LIC. NUTRICIÓN
QUÍMICA BIOLÓGICA
2016
LIC. NUTRICIÓN
QCA. BIOLÓGICA
PROGRAMA ANALITICO Y/O DE EXAMEN
Tema 1: Introducción a la Bioquímica de la Nutrición. Objeto de
estudio. Relación con otras ramas de las ciencias biológicas y de la
salud. Compuestos constituyentes de la materia viva. Función
de los nutrientes y otros componentes dietéticos en la nutrición
Concepto de Metabolismo. Anabolismo y catabolismo. Vías, ciclos
y cascadas metabólicas.
.
Enzimas. Caracteres generales. Nomenclatura y
clasificación. Coenzimas.
Cinética enzimática. Factores que afectan la actividad
enzimática: temperatura, pH, concentración de enzima y
concentración de sustrato. Ecuación de MichaelisMenten.
Inhibición de enzimas: competitiva y no competitiva.
Regulación enzimática: compartimentalización,
enzimas alostéricas, modificación por unión covalente.
Isoenzimas. Zimógenos.
¿Cómo se mide la Actividad de una Enzima?
[S] + E
[ ES ]
E + [P]
La Actividad de una enzima puede
determinarse midiendo
 La cantidad de producto que se forma
ó
 La cantidad de sustrato que se consume
 En un tiempo dado
 En una mezcla que contenga todos los factores
requeridos para la reacción
ACTIVIDAD ENZIMÁTICA
Formas de expresar la Actividad de una Enzima
• Unidades Internacionales (UI)
Cantidad de enzima que cataliza la transformación de
1 mmol de S por minuto
(1 katal = 6 x
107
U.I.E.)
mmol de S transformados
U.I.E. =
min
• Actividad Molecular ó Numero de Recambio
Moléculas de S convertibles en P por unidad de tiempo
y por molécula de enzima
mmol de S transformados/min
Actividad molecular =
Mol de enzima
Actividad Específica
Actividad enzimática por cada miligramo de proteína
presente en la muestra
A
Prot.Tot: ∑
+
+
B
+
Prot.Tot: ∑
+
+
Prot.Tot: ∑
+
D
Actividad
específica
U.I.E.
=
Activ. Enzimática
=
mgr de proteína
Prot. totales
Prot.Tot: ∑
¿Qué cambios ocurren
en las reacciones enzimáticas?

Las transformaciones químicas en los sistemas biológicos se
acompañan de cambios energéticos.

Conocer estos cambios permite entender la lógica y sentido del
METABOLISMO celular.

Los seres vivos requieren y utilizan la energía de su entorno,
para realizar trabajo.

Energía libre (G) (Energía de Gibbs): es la
fracción de la energía liberada en las
reacciones bioquímicas que es disponible
para realizar trabajo útil (mecánico, químico,
osmótico)

Si se determina el cambio de G (DG), se
puede predecir el sentido de una reacción
química, si ocurrirá espontáneamente o no.

Si los Reactivos tienen mayor energía que los
Productos
Si G del sistema disminuye (- DG)
La reacción es exergónica, se libera energía
durante la reacción





Si los P tienen más energía que los Reactivos
Si G del sistema aumenta (+DG)
La reacción es endergónica, necesita
energía para que ocurra
Reacción espontánea
Reacción NO
espontánea
Diagrama de coordenadas de una reacción
catalizada y sin catalizar
Energía
Libre (G)
Estado de transición o de activación
Energía de Activación
de la reacción
NO catalizada
S
Enz-S
Enz-P
P
Progreso de la reacción
Energía de
Activación
de la reacción
CATALIZADA
por una
ENZIMA
 Energía de activación (Ea): es la energía necesaria para
alcanzar el estado activado
 El estado de transición o barrera de activación,
representa los cambios que se generan en la molécula del
S.
 Es por esto que las reacciones sin catalizar tienden a ser
muy lentas.
 Todas las moléculas biológicas son muy estables al pH
neutro, temperatura suave y ambiente acuoso en el interior
de las células.
 Todas las reacciones químicas celulares se llevan a cabo
porque las enzimas actúan disminuyendo la barrera
energética entre el S y el P
 Las enzimas actúan disminuyendo la Ea
Factores que afectan
la Actividad Enzimática
• Concentración de Enzima
• pH
• Temperatura
• Concentración de Sustrato
Efecto de la concentración de Enzima
sobre la Actividad Enzimática
Vo
Concentración saturante de sustrato,
pH y T°C constantes
Se establece la relación entre
Cantidad y Actividad de
enzima
Velocidad de reacción
directamente proporcional a
la concentración de enzima
[E]
•
Los cambios del pH del medio
afectan el estado de ionización de
grupos funcionales de las moléculas
de E y S.
•
Para la formación del [ES] es
necesaria una correcta distribución
de las cargas en ambas moléculas
pH óptimo
• Concentración de sustrato, E y
T°C constantes
6
8
pH óptimo es aquel en el cual el estado de disociación de los grupos
esenciales es el más apropiado para interaccionar en el complejo ES
Ejemplos de enzimas con diferentes pH óptimo
Influencia de la Temperatura
sobre la Actividad Enzimática
Concentración de S, E y pH
constantes
Temperatura óptima
Actividad
enzimática
Temperatura(°C)
Influencia de la concentración de Sustrato
sobre la velocidad inicial
[E], pH, T°C: constantes
Curva hiperbólica
ECUACIÓN DE MICHAELIS- MENTEN
Ecuación de Michaelis – Menten
Cinética del estado estacionario
Reacción de orden cero
Km = [S]
cuando
V0 = ½ Vmáx
V0= Velocidad inicial de la reacción
Vmáx=
Velocidad
Máxima
V0= Velocidad
inicial
de la reacción
Km= constante de Michaelis
Vmáx= Velocidad Máxima
[S]= concentración del sustrato
Km= constante de Michaelis
[S]= concentración del sustrato
Reacción de 1° orden
Ecuación de Michaelis – Menten
= Km, Constante de Michaelis
Constante de Michaelis (Km)
 Es característica de una enzima y su sustrato
particular
 Refleja la afinidad del sustrato por la enzima, en
relación inversa:
menor Km
mayor afinidad E por el S
Km = [S]
cuando
V0 = ½ Vmáx
 Km es numéricamente igual a la concentración
del sustrato que corresponde a una velocidad de
reacción igual a la mitad de la velocidad máxima.
 En condiciones definidas de pH, T°C, Km tiene un
valor fijo para cada enzima y sirve para
caracterizarla.
Gráfica doble recíproca o de
Lineweaver-Burk
Ordenada al Origen = 1 / Vmáx
Pendiente = Km / Vmáx
Intersección con eje X = - 1 / Km
INHIBICIÓN ENZIMÁTICA
COMPETITIVA
INHIBICION
REVERSIBLE
NO COMPETITIVA
(ACOMPETITIVA)
POR ENLACE COVALENTE
INHIBICION
IRREVERSIBLE
DIFP
Penicilina
INHIBIDOR SUICIDA
Alopurinol
Quimotripsina
Transpeptidasa
Xantina oxidasa
INHIBICION REVERSIBLE
INHIBICION COMPETITIVA
E + S
ES
E + P
E
+
I
E
EI
Ki =
E
[E] [I]
[EI]
KM ap = Km(1 + [I]/Ki)
Ejemplo de Inhibidor competitivo
Succinato + FADH2
Fumarato + FAD+
Succinato
deshidrogenasa
COO-
COO-
(CH2)2
CH2
COO-
COO-
Succinato
Malonato
v
Gráfica
de M-M
Efecto de un
Inhibidor Competitivo
sobre la Actividad Enzimática
Km
Km ap
[S]
1/v
Gráfica de
L-B
-1/Km
-1/Kmap
1/[S]
Km
= Vmáx
INHIBICION NO COMPETITIVA
E
E + S
ES
+
+
I
I
E
E + P
I
I
EI
+
S
E
ESI
E
I
I
v
Gráfica
de M-M
Efecto de un
Inhibidor No Competitivo
sobre la Actividad Enzimática
Km
[S]
1/v
Gráfica de
L-B
Vmax.s/I
Vmáx ap.=
Km(1 + [I]/Ki)
-1/Km
1/[S]
= Km
Vmáx
Características de los diferentes tipos de
inhibición reversible
Tipo de
inhibición
Competitiva
El Inhibidor Efecto
se une a
s/Vmáx
E
Ninguno
Efecto
s/Km
Aumenta
Km c/I. = Km s/Inh. x (1+ [I]/Ki)
No competitiva
E y ES
Disminuye
Ninguno
Vmáx c/I= Vmáx. s/Inh. / 1 + [I]/ Ki
Acción de inhibidores a distinta
concentración
COMPETITIVA
Pendiente = Km / Vmáx
NO COMPETITIVA
INHIBICION IRREVERSIBLE
Por unión covalente del inhibidor
- Acetilcolinesterasa
Enzima inactivada
- Quimotripsina
Diisopropilfluorfosfato (DFP)
INHIBICION IRREVERSIBLE
Inhibidor suicida
Se asemeja a la estructura del S.
Se une al sitio activo de la enzima y ésta cataliza la modificación
del inhibidor a otro compuesto que permanece unido a la enzima.
Produce un cambio permanente sobre la enzima.
Ej: El ALOPURINOL es un inhibidor suicida que actúa sobre la enzima
xantina oxidasa (degradación de purinas).
Se forma el oxopurinol el cual queda unido a la enzima.
REGULACIÓN DE LAS REACCIONES CATALIZADAS
POR ENZIMAS
REGULACION DE LA ACTIVIDAD DE LAS ENZIMAS
ENZIMAS ALOSTERICAS
REGULACION POR
PROTEINAS
REGULACION DE LA SINTESIS
DE LAS ENZIMAS
POR MODIFICACIÓN
COVALENTE
REGULACION
POR PROTEOLISIS
ENZIMAS INDUCIBLES
ENZIMAS ALOSTÉRICAS
Enzima
1
Enzima
2
Enzima 1
MODULADORES POSITIVOS
Enzima
Enzima
3
4
ENZIMA ALOSTERICA
MODULADORES NEGATIVOS
PROPIEDADES DE LAS ENZIMAS
ALOSTÉRICAS
• Poseen un sitio de unión a un metabolito regulador o sitio
alostérico, diferente al sitio activo. (Allo: otro, stereo:lugar)
• La unión del metabolito a la enzima es de carácter reversible
y no covalente.
• En general poseen dos o mas sitios reguladores.
• La mayoría posee dos o mas cadenas polipeptídicas o
subunidades.
• En general tienen un comportamiento cinético sigmoideo
• La regulación es inmediata
ENZIMAS ALOSTÉRICAS
MODULADORES POSITIVOS
MODULADORES NEGATIVOS
CINETICA DE UNA ENZIMA ALOSTÉRICA
Curva Sigmoidea
EJEMPLOS DE ENZIMAS ALOSTÉRICAS
• Hexoquinasa, Fosfofructoquinasa y Piruvato Quinasa
Vía glicolítica
• AcetilCoA carboxilasa
• Aspartato Transcarbamilasa
Biosíntesis de lípidos
Biosíntesis de nucleó
tidos pirimidínicos
• Glutamato Deshidrogenasa
Degradación de
aminoácidos
• Citrato sintasa, isocitrato y a-cetoglutarato deshidrogenasas
Ciclo de Krebs
Ej. Regulación Alostérica
Actividad de Aspartato transcarbamilasa (ATCasa)
v
Aspartato (mM)
REGULACIÓN POR MODIFICACIÓN COVALENTE
•POR UNION COVALENTE DE GRUPOS (FOSFATOS , ADENILATOS, ETC.)
•INTERVIENEN ENZIMAS: QUINASAS, FOSFATASAS
•LA UNION DEL GRUPO PUEDE ACTIVAR O INHIBIR LA ENZIMA POR UN CAMBIO
CONFORMACIONAL
•ES INMEDIATA
Enzima
Enzima
Fosforilación
Fosfoadenilación
ADP-Ribosilación
REGULACIÓN POR MODIFICACIÓN COVALENTE
HO-CH2
CH2- HO
Fosforilasa b
(Cadena lateral de Ser)
(menos activa)
Fosforilasa
quinasa
ATP
2 Pi
ADP
2 H2O
P -O-CH2
Fosforilasa
fosfatasa
CH2- O- P
Fosforilasa a
REGULACIÓN POR PROTEÓLISIS
• Por eliminación de una cadena peptídica, enzimas inactivas
se convierten en enzimas activas y viceversa.
ZIMÓGENOS
• Las enzimas digestivas: pepsinógeno y quimotripsinógeno se
convierten en las enzimas activas pepsina y tripsina.
• Suele ocurrir una activación secuencial produciéndose una
cascada de activaciones. Ej. Coagulación sanguínea.
ISOENZIMAS
 Diferentes formas moleculares de una
misma enzima.
 Son sintetizadas por genes diferentes
 Tienen diferente composición aminoacídica
por lo que pueden separarse por electroforesis.
Catalizan la misma reacción, actuando sobre
el mismo sustrato para dar el mismo producto
Lactato deshidrogenasa (LDH)
Presenta 5 isoenzimas con distinta composición
en cuanto a sus subunidades y c/u es específica
de un tejido.
H4
H3M
H2M2 HM3
M4
M > Músculo
H > Corazón
Piruvato + NADH
Lactato + NAD+
Ejemplo de isoenzimas:
Glucoquinasa y Hexoquinasa
Actividad
enzimática
Glucoquinasa
•Cuando la
concentración de
glucosa en sangre es
baja solo actúa la
hexoquinasa.
•Cuando es elevada, por
ejemplo luego de una
comida, actúan ambas:
hexoquinasa y
glucoquinasa.
Hexoquinasa
Km. hexq
Km. glucq
[glucosa mmol/l
BIBLIOGRAFÍA
-BLANCO, A., "Química Biológica", Ed. El Ateneo, 9° Edición,
Bs.As, 2011
-CHAMPE, HARVEY, FERRIER, “Bioquímica”,Ed Mac Graw- Hill
Interamericana, 3° Edición. 2006
-LEHNINGER, A.L., NELSON, D., COX, M., "Principios de
Bioquímica", Editorial Omega, S.A., 4° Ed., 2006.
Reimpresión año 2008.