Enzimas

Qu son y cmo trabajan las enzimas?

Enzimas. Objetivos de AprendizajeEnzimas. Objetivos de Aprendizaje

Entender cmo las enzimas difieren de los catalizadores no biolgicos Entender que la barrera de la energa de activacin determina la

velocidad de la reaccin enzimtica Entender cmo la enzima baja esta barrera de activacin Entender mecanismos de estabilizacin del estado de transicin Entender la relacin entre velocidad y concentracin de sustrato en una

reaccin catalizada por una enzima Entender los significados de KM y Vmax en la ecuacin de Michaelis-

Menten Entender cmo se determinan experimentalmente los parmetros

cinticos KM y Vmax

Las enzimas

Definicin: catalizadores de los sistemas biolgicos

Caractersticas:

Poder cataltico:

velocidad adecuada al sistema

Aceleran las reacciones, hasta ms de 1 millon de

especificidad

Aceleran las reacciones, hasta ms de 1 millon de veces

Para la reaccin que catalizanPara el sustrato

regulablesControl por retroalimentacin

Efectores positivos y negativos

inhibidores

No alteran los equilibrios de reaccin

Aceleran las reacciones por un mismo factor

A 10-4 s-1 B

10-6 s-1

[B] kF 10-4K = ---- = ---- = ------= 100

[A] kR 10-6

La concentracin de equilibrio de B es 100 veces la de A, haya o no enzima presente

Los organismos vivos utilizan catalizadores llamados enzimas para aumentar las velocidades de las reacciones qumicas

La mayor parte de las enzimas son protenas, pero algunas pocas estn formadas por RNA

La catlisis ocurre en una cavidad en la estructura de la protena, conocida como sitio activo

Enzimas. Algunos conceptos generalesEnzimas. Algunos conceptos generales

conocida como sitio activo Las enzimas son muy eficientes, tipicamente aceleran la velocidad

unas 106 veces Las enzimas muestran especificidad de reaccin Las actividades de muchas enzimas son reguladas, de forma que el

organismo puede responder a las condiciones cambiantes del ambiente o seguir un programa genticamente determinado.

Vitaminas y coenzimas

Estabilizan el estado de transicin

Estado de transicin: momento de la reaccin que se realiza en el menor tiempo debido a que presenta mayor energa libre

Cmo trabajan las enzimas?Cmo trabajan las enzimas?

Cmo trabajan las enzimas?Cmo trabajan las enzimas?

Primera etapa de la catlisis: formacin del complejo enzima sustrato

El sustrato queda unido a una regin especfica de la enzima denominada sitio activo

Caractersticas de los sitios activos

Residuos de reconocimientoResiduos catalticos: participan directamente en la produccin y ruptura de enlaces

El sustrato se une a la enzima por varias fuerzas dbiles: interacciones hidrofbicas, ptes. de H, van der Waals, hidrofbicas

Modelo llave-cerradura, por Fisher en 1890

Modelo de ajuste inducido, por Koshland 1958

Cmo trabajan las enzimas?. Cmo trabajan las enzimas?. Proximidad y orientacinProximidad y orientacin

LentoLentoLentoLento RpidoRpidoRpidoRpido RpidoRpidoRpidoRpidoMuy Muy Muy Muy RpidoRpidoRpidoRpido

Las enzimas usan mecanismos catalticos qumicosLas enzimas usan mecanismos catalticos qumicos

Sin catlisis Catlisis cida Catlisis bsica Catlisis cida

y bsica

Cadenas laterales de aminocidos que pueden actuar Cadenas laterales de aminocidos que pueden actuar como catalizadores cido como catalizadores cido -- basebase

Metales:

pueden ayudar a orientar al sustrato o estabilizar el estado de transicin

Catlisis cido Catlisis cido base. base. El mecanismo de las serinaEl mecanismo de las serina--proteasasproteasas

Mecanismo cataltico de las serinaMecanismo cataltico de las serina--proteasasproteasas

Curva de progreso

Como se puede medir la actividad enzimtica?

Ver la aparicin de producto

Medir la desaparicin de sustrato

Condiciones: hay que mantener constanteConcentracin de enzima

Concentracin de sustrato

Concentracin de buffer: pH del medio

temperatura

E + S K1 ES E + P K2 k3

Midiendo la actividad enzimtica a diferentes tiempos:

t 0 5 10 15 20

Producto (uM)

Tiempo (min)

Al inicio la concentracin de producto es cinticamente cero

Vi= P/ t(uM/min)

S PEquilibrio de velocidades: La V de formacin, es igual a la velocidad de desaparicin de sustrato y producto

Vi: tangente al tiempo cero

Si voy variando las concentraciones de S, manteniendo constante la concentracin de enzima, buffer, T

t 0 5 10 15 20

S1

S2

P

S1

S3S4

S2

Vi4

Vi1

t 0 5 10 15 20

t 0 5 10 15 20

S3

t 0 5 10 15 20

S4

T

Las pendientes van aumentando, las Vi tambin aumentan

Con mayor concentracin de sustrato, mayor velocidad

Posteriormente, puedo dibujar la Vi en funcin de la concentracin de S

PS1

S3S4

S2Vi1

Vi

Vmax

T

1

[S]

Curva de progreso Curva de saturacin

Qu pasa si agrego mas enzima en la parte mas alta de cada curva?Qu pasa si agrego mas sustrato en la parte mas alta de cada curva?

Efecto de la concentracin de sustrato sobre la Efecto de la concentracin de sustrato sobre la actividad de una enzimaactividad de una enzima

S1 km= 1 mM

S2 km= 2 Mm

> afinidad

< afinidad

k2

E + S ES E + Pk1 k3

k2

Km= k2 + k3

k1

Km= k2/k1 + k3/k1

Ks= k2/k1

disociacionAfinidad= k1/k2

Transformacin de LineweaverTransformacin de Lineweaver--Burk o grfico de Burk o grfico de dobles recprocosdobles recprocos

Valores de Valores de KKMM y y kkcatcat de algunas enzimasde algunas enzimas

Curvas de saturacin con diferentes cantidades de Curvas de saturacin con diferentes cantidades de enzimaenzima

ConclusinConclusinConclusinConclusin:::: SeSeSeSe puedepuedepuedepuede medirmedirmedirmedir lalalala cantidadcantidadcantidadcantidad dededede unaunaunauna enzimaenzimaenzimaenzima

determinandodeterminandodeterminandodeterminando lalalala velocidadvelocidadvelocidadvelocidad dededede lalalala reaccinreaccinreaccinreaccinquequequeque ellaellaellaella catalizacatalizacatalizacataliza

Efecto de la concentracin de enzimaEfecto de la concentracin de enzima

UnaUnaUnaUna UnidadUnidadUnidadUnidad dededede enzimaenzimaenzimaenzima eseseses lalalala CANTIDADCANTIDADCANTIDADCANTIDAD dedededeenzimaenzimaenzimaenzima quequequeque catalizacatalizacatalizacataliza lalalala transformacintransformacintransformacintransformacin dededede 1111 molmolmolmoldededede sustratosustratosustratosustrato enenenen productoproductoproductoproducto enenenen 1111 minminminmin

ActividadActividadActividadActividad especficaespecficaespecficaespecfica:::: UnidadesUnidadesUnidadesUnidades dededede enzimaenzimaenzimaenzima porporporpormgmgmgmg dededede protenasprotenasprotenasprotenas totalestotalestotalestotales

Efecto del pH sobre la actividad de una enzimaEfecto del pH sobre la actividad de una enzima

El pH afecta:El pH afecta: La unin de sustrato a la La unin de sustrato a la

La curva de actividad en funcin del pH para muchas La curva de actividad en funcin del pH para muchas enzimas tiene forma de campanaenzimas tiene forma de campana

La unin de sustrato a la La unin de sustrato a la enzimaenzima

El estado de ionizacin de los El estado de ionizacin de los residuos del sitio activoresiduos del sitio activo

El estado de ionizacin del El estado de ionizacin del sustratosustrato

La estructura de la protenaLa estructura de la protena

Dependencia del pHDependencia del pH

Figura 4 .La velocidad de una reaccin enzimticacatalizada es funcin de la concentracin de sustrato.