ENZIMAS CONTENIDO
Definición
Estructura
Modos de acción enzimática
Cofactores enzimáticos
Clasificación internacional
Factores que afectan la velocidad de las reacciones enzimáticas
Mecanismos de regulación de la actividad enzimática Prof. Yadidla de Muñoz. UNELLEZ, 2012.
Definición Las enzimas son moléculas de naturaleza proteica, con especificidad de acción, que catalizan reacciones bioquímicas, termodinámicamente posibles
Naturaleza proteica
La cadena aminoácida de los enzimas está genéticamente codificada y al igual que toda proteína se desnaturaliza
Especificidad de acción
Cada enzima actúa sobre una molécula o grupo de moléculas semejantes y participa en un tipo de reacción química
Poder catalizador
•Intervienen en reacciones energéticamente favorables •Actúan en pequeña cantidad y se recuperan indefinidamente •No modifican el sentido de una reacción, sino que aceleran su consecución •Disminuyen la energía de activación (ΔG±)
Ejemplos de especificidad Especificidad absoluta Algunas enzimas muestran especificidad absoluta, como la aspartasa que cataliza la adición reversible del amoníaco al doble enlace del ácido fumárico, pero no al de otros ácidos insaturados
Fumarato (isómero trans) + amoníaco HOOC – CH = CH – COO- + NH4 + aspartasa HOOC – CH2 - CHNH2 - COO- + H +
L- aspartato
+
hidrógeno
Especificidad relativa La quimotripsina hidroliza enlaces éster independientemente de la naturaleza aromática o alifática de los grupos adyacentes a este enlace
Poder catalizador Gráfica que representa la energía de activación (ΔG±) requerida para una reacción química en presencia y ausencia de una enzima Estado de transición o cima de la barrera de energía
Energía de activación sin la enzima
Energía de activación
(ΔG ±)
Energía de activación con la enzima
Curso de la reacción La energía de activación es la energía necesaria para que un compuesto alcance el estado de transición
Estructura Las enzimas son proteínas globulares, de tamaños muy variados cuya actividad catalítica viene determinada por su estructura tridimencional. Sustrato Centroactivo
Sustrato es la molécula sobre la cual actúa el enzima Centro activo es el lugar de unión entre la enzima y su sustrato, comprende los aminoácidos que hacen contacto directo con el sustrato y un sitio catalítico, directamente implicado en el mecanismo de la reacción.
Modos de Acción Enzimática
Enzima y sustrato forman un complejo “enzima –sustrato” (E-S) que representa el estado de transición. El sustrato modificado recibe el nombre de producto.
Ejemplo de modo de acción enzimática Hidrólisis de la molécula de sacarosa a)
Sacarosa (S)
glucosa
fructosa
c) Complejo E-S enlace
d) Productos
Centro activo
b) Invertasa (E)
a) El sustrato (S) de esta reacción enzimática es la sacarosa b) La enzima (E) se conoce como invertasa c) La sacarosa se une al centro activo de la invertasa formando el complejo enzima-sustrato (E-S) d) Los productos de esta reacción hidrolítica son la glucosa y la fructosa
Modelos de interacciĂłn enzima-sustrato sustrato
Complejo enzima-sustrato
Modelo de Fisher o TeorĂa de La llave y la Cerradura
enzima
Modelo de Koshland-Neet o TeorĂa del Ajuste Inducido
sustrato Complejo enzima-sustrato
enzima
Cofactores enzimáticos Iones o moléculas orgánicas no proteicas, termoestables, que participan en las reacciones enzimáticas. Iones: Fe ²+, Mg²+, Mn²+,
Zn²+,Cu²+, K..
Moléculas o coenzimas: Vitaminas, NAD, ATP, FAD…..
Anhidrasa carbónica
Las enzimas que precisan de iones metálicos se llaman metaloenzimas.
Un cofactor enzimático unido covalentemente a su enzima se denomina grupo prostético.
Función de los Cofactores Ión metálico
Centro catalítico primario Grupo puente para unir sustrato y enzima, formando un complejo de coordinación Agente estabilizante de la conformación catalíticamenteactiva de un enzima
Apoenzima
Coenzima Acepta, transporta y cede átomos o grupos químicos
+ Cofactor = Holoenzima
Clasificación 1.Óxidoreductasas Transferencia de electrones
2.Transferasas Transferencia de grupos: acilo fosfato, aldehidos
3.Hidrolasas Transformación de polímeros en monómeros
4.Liasas Adición a los dobles enlaces
5.Isomerasas Formación de isomeros
6.Ligasas Formación de enlaces covalentes con participación del ATP
C=C C=O C=N
Concentración del enzima Concentración del sustrato Tiempo
Factores que afectan la actividad de las enzimas
Temperatura pH Presencia de inhibidores
Efecto de la concentración de la enzima Para estudiar el efecto de la
Velocidad de reacción
concentración de la enzima sobre su actividad es necesario exceso de sustrato y condiciones optimas de pH y temperatura.
La
.
velocidad de reacción enzimatica es proporcional a la cantidad de enzima utilizada.
Dos
. concentración de la enzima
o tres de los puntos experimentalmente determinados, deben coincidir con el punto cero en una línea más o menos recta.
Efecto de la concentración del sustrato
Velocidad de reacción
Inicialmente, la velocidad de reacción
es proporcional a la concentración del sustrato. Luego, mayor aumento de concentración del sustrato, provoca el efecto de saturación de la enzima con su sustrato y la velocidad se mantiene más o menos constante.
La velocidad media de una reacción Km = Vmáx 2
concentración del sustrato (S)
enzimática, en función de la concentración del sustrato, se denomina Km o constante de Michaelis-Menten y se expresa en moles/L. Esta constante permite conocer la afinidad de la enzima por su sustrato.
Efecto del tiempo
Velocidad de reacción
La velocidad de una reacción enzimática decrece con el tiempo debido a: Inactivación de la enzima
Agotamiento del sustrato Acumulación de productos finales
tiempo
Efecto de la temperatura
Velocidad de reacción
Esta gráfica en forma de campana se interpreta de la siguiente manera: La velocidad de reacción enzimática,a bajas temperaturas es casi nula.
La
velocidad favorecida al temperatura.
de reacción incrementar
es la
La
temperatura
mayor velocidad de reacción se alcanza para la mayoría de las enzimas, entre 30 y 40°C, y representa su temperatura óptima. Temperaturas mayor a la óptima desnaturalizan la enzima.
Esta curva permite inferir que: Existe un pequeño rango de pH para el cual la velocidad de reacción enzimática es máxima, este valor de pH se denomina pH óptimo.
El pH óptimo de enzimas es cercano neutralidad (pH 7).
muchas a la
Valores de pH más bajos o más elevados al óptimo, reducen la velocidad de reacción enzimática.
Velocidad de reacción
Efecto del pH
Enzimas Inhibidores enzimáticos Son moléculas que disminuyen la actividad enzimática porque se unen al centro activo de la enzima o modifican su estructura.
inhibidor Proteasa del SIDA
Existen dos tipos de inhibidores enzimáticos: 1) Reversibles: El complejo enzima - inhibidor (EI) se disocia E + I
EI
2) Irreversibles: El complejo enzima - inhibidor (EI) no se disocia
E + I
EI
Inhibidores Reversibles Competitivo El inhibidor se une al centro activo de la enzima.
No Competitivo El inhibidor modifica el centro activo, en consecuencia, el sustrato no puede unirse a la enzima.
Altas concentraciones de sustrato desplazan al inhibidor
Regulación de la actividad enzimática Regulación alostérica
Una molécula efectora se une en el sitio alostérico de la proteína (otro sitio que no sea el sitio activo)
Los efectores que aumentan la actividad de la enzima se
denominan activadores alostéricos y aquellos que disminuyan dicha actividad se llaman inhibidores alostéricos
Regulación de la actividad enzimática Activación proteolítica Algunas enzimas no se sintetizan como tales, sino como proteínas
precursoras sin actividad enzimática. Estas proteínas se llaman proenzimas o zimógenos
Para activarse, los zimógenos sufren un ataque hidrolítico que origina la
liberación de uno o varios péptidos
El resto de la molécula proteica adopta la conformación y las propiedades
de la enzima activo
Ej.: quimotripsina, que se sintetiza en forma de quimotripsinógeno y en el tubo digestivo se convierte en su forma biológicamente activa
Regulación de la actividad enzimática Isozimas Algunas enzimas tienen distinta estructura molecular aunque su función
biológica es similar. Se llaman isozimas o isoenzimas.
Así, podemos observar la existencia de isoenzimas en función de: El tipo de tejido: la enzima lactato deshidrogenasa se presenta diferente en músculo y corazón. El compartimento celular donde actúa: como ejemplo, señalamos la
malato deshidrogenasa del citoplasma y la mitocondria.
El momento concreto del desarrollo del individuo: algunas enzimas de
la glicólisis del feto son diferentes en el adulto.
La utilización de las enzimas es amplia, su aplicación es muy extensa, inclusive es útil en diversos campos, como en medicina, farmacia, industrias, alimentos. La lechosa, por ejemplo, contiene el enzima papaína que a lo largo de los años ha tenido múltiples aplicaciones