D.-Cinética de las reacciones catalizadas enzimáticamente: cinética de Michaelis-Menten E.- Factores que afectan la actividad enzimática

Transcripción

1 A.- Concepto de catálisis B.- Los enzimas como biocatalizadores: características de la actividad enzimática C.-Mecanismo de la actividad enzimática Concepto de centro activo D.-Cinética de las reacciones catalizadas enzimáticamente: cinética de Michaelis-Menten E.- Factores que afectan la actividad enzimática Factores Físico-químicos Inhibición enzimática Regulación de la actividad enzimática F.- Cofactores: Coenzimas y vitaminas

2 Energía libre G Tema 7.- Enzimología Reacción exotérmica o exergónica Estas reacciones son espontáneas Estado de transición Energía de activación Estado inicial Estado final Transcurso de la reacción

3 Energía libre G Tema 7.- Enzimología A.- Concepto de catálisis Los catalizadores reducen la energía de activación Estado de transición Sin catalizar Estado inicial Estado final Transcurso de la reacción Reacción catalizada

4 COFACTORES METÁLICOS Algunos elementos metálicos que actúan como cofactores enzimáticos

5 Características de la actividad enzimática. En otros casos el cofactor es de naturaleza orgánica compleja.. NAD FAD Coenzima A En este caso reciben el nombre de Coenzimas

6 Los enzimas como biocatalizadores: Características de la actividad enzimática. Un mismo cofactor puede ser utilizado por diferentes enzimas

7 Mecanismo de la actividad enzimática La base de la actividad de los enzimas es la unión específica de la enzima con el sustrato Esta unión tiene lugar en el CENTRO ACTIVO del enzima. ENZIMA SUSTRATO NADP + COFACTOR COMPLEJO ENZIMA-SUSTRATO

8 Mecanismo de la actividad enzimática El proceso de la unión enzima sustrato es de tipo llave-cerradura

9 Mecanismo de la actividad enzimática Hipótesis del encaje inducido Hexoquinasa Glucosa: sustrato

10 Mecanismo de la actividad enzimática Los aminoácidos del centro activo tienen que conformar un entorno apropiado para la unión del sustrato y para la catálisis Sitio catalítico Sitio de unión Sustrato Centro activo de la quimotripsina

11 Cinética de las reacciones catalizadas enzimaticamente: cinética de Michaelis-Menten Si estudiamos la cinética de una reacción catalizada enzimaticamente K 1 K 3 E + S [E-S] E + P K 2 En la cinética más sencilla consideramos un único sustrato, y la concentración de enzima es constante. Si representamos la velocidad de la reacción frente a la concentración de sustrato

12 Velocidad de reacción mm de producto/min Tema 7.- Enzimología Con altas [S] la cinética es de orden O Con bajas [S] la cinética es de orden 1 Concentración de sustrato [S] mm

13 Velocidad de reacción mm de producto/min Tema 7.- Enzimología Enzima saturada Concentración de sustrato [S] mm

14 Cinética de Michaelis-Menten La expresión matemática de la velocidad de reacción y de la Km son: La K m, o constante de Michaelis-Menten, es un parámetro cinético muy importante para comparar las actividades enzimáticas

15 Tema 7.- Enzimología Cinética enzimática K m para algunas enzimas y sustratos Enzima Sustrato

16 Cinética enzimática Hexoquinasa Glucosa Glucosa 6 fosfato

17 Cinética enzimática K m para algunas enzimas y sustratos Enzima Sustrato La hexoquinasa de cerebro requiere una concentración 30 veces mayor de fructosa que de glucosa para catalizar la reacción

18 Apéndice: clasificación de las enzimas A cada enzima le corresponde un número precedido de E.C. (comisión de enzimas). El primer número corresponde a la clase anterior y los siguientes a las subclases y subtipos correspondientes. Ejemplo: ATP creatín fosfotransferasa E.C.: Clase 2: tranferasas, Subgrupo 7: grupos fosfato, Tipo 3: a partir de ATP, 2: número asignado a esta enzima <<<<<<

19 Factores que afectan la actividad enzimática Factores físico-químicos Temperatura. La mayoría de las enzimas trabajan a temperaturas óptimas entre 20 y 37ºC. Actividad enzimática Desnaturalización! 20-37º C 4º C 60º C Temperatura (Cº)

20 Actividad enzimática Tema 7.- Enzimología El ph del medio óptimo suele estar en el entorno de la neutralidad. Pero hay enzimas que trabajan a ph ácido, como la pepsina, y otras a ph básico como la tripsina o la fosfatasa alcalina Pepsina Amilasa salivar Fosfatasa alcalina ph

21 Factores físico-químicos Concentración salina del medio La cantidad de sales presentes en el medio celular puede influir en la actividad de algunas enzimas K + Ca 2+ Na + Na + Cl - Na + Ca 2+ K + Na + Cl - K + K + Cl - HCO 3 - HCO 3 - HCO 3 - Ca 2+ Cl - Na +

22 Factores que afectan la actividad enzimática Inhibición competitiva Los inhibidores competitivos tienen una semejanza estructural con el sustrato

23 Intoxicación con etilenglicol El etilenglicol es un inhibidor competitivo de la alcohol deshidrogenasa. El método más simple y eficaz para contrarrestar la intoxicación es la administración del sustrato de la alcoholdeshidrogenasa: el etanol 3 Etilenglicol Etanol

24 Factores que afectan la actividad enzimática Regulación de la actividad enzimática: Alosterismo. Efector alostérico negativo positivo EFECTOR ALOSTÉRICO POSITIVO

25 Regulación de la actividad enzimática: Alosterismo. Los efectores alostéricos normalmente actúan modificando la Km de los enzimas Modulación positiva Modulación negativa Diasminuye la Km: aumenta la afinidad Aumenta la Km: disminuye la afinidad

26 Alosterismo y retroalimentación por producto final Treonina deshidratasa

27 Regulación de la actividad enzimática Compartimentación celular. Muchas de las reacciones celulares ocurren en un orgánulo aisladas del entorno para mantener ciertas condiciones y mejorar el rendimiento. En el lisosoma el ph es menor de 5 Lisosoma fundiéndose con vesículas cubiertas. Imagen de M.E. de barrido

28 Regulación de la actividad enzimática Formación de complejos multienzimáticos Complejo multienzimático mitocondrial

29 Regulación de la actividad enzimática Modificación covalente Muchas enzimas pueden ser activadas o desactivadas al añadirse un grupo funcional mediante enlace covalente La más frecuente es la fosforilación que llevan a cabo las enzimas denominadas, genéricamente, Proteínas Quinasas (PK)

30 Isoenzimas: ejemplo La glucosa 6 fosfato isomerasa presenta dos formas isoenzimáticas: Glucosa 6 P isomerasa de músculo Km= 700 μm Glucosa 6 P isomerasa de cerebro Km= 210 μm La concentración fisiológica de glucosa en el cerebro es 130 μm y en músculo 450 μm

31 V Moles/min Tema 7.- Enzimología Comparación entre las isoenzimas glucosa 6 fosfato isomerasa de cerebro y músculo Glucosa 6P isomerasa de cerebro Glucosa 6 P isomerasa de músculo [glucosa] en cerebro 130 mm [glucosa] en músculo 450 mm Km= 210 mm Km= 700 mm [S] mm

32 Proenzimas Algunas enzimas son sintetizadas como proenzimas o zimógenos, y requieren un tratamiento de hidrólisis para ser activas. PEPSINÓGENO (inactivo) Peptidasas intestinales 7 aminoácidos PEPSINA (activa)

33 Control de la expresión génica.

34 Cofactores: Coenzimas y vitaminas Vitaminas hidrosolubles Vitamina C (Ácido ascórbico) Interviene en el metabolismo del colágeno. Las necesidades medias oscilan entre 40 y 60 mg al día. La avitaminosis produce el escorbuto

35 Vitaminas hidrosolubles Vitamina B 1 (Tiamina): interviene en el metabolismo de la glucosa y de los ácidos nucleicos. Los adultos requieren mg día, su carencia produce el Beri- Beri. Ciertos alimentos como algunos pescados y cereales aportan tiaminasa que impide su absorción

36 Vitaminas hidrosolubles Vitamina B 2 (Riboflavina): Relacionada con el coenzima FAD una coenzima de oxidación- reducción muy común (flavoproteínas) FAD: Los adultos requieren mg día, su carencia provoca múltiples síntomas.

37 Vitaminas hidrosolubles Vitamina B 3 (Niacina o factor PP): Relacionada con el coenzima NAD. Tiene muchos efectos y su carencia afecta a órganos con gran actividad metabólica. Los adultos necesitan 15 a 20 mg diarios Niacina/ ácido nicotínico NAD: La avitaminosis produce la Pelagra, con tres síntomas característicos: Dermatitis, Diarrea, Demencia.

38 Vitaminas hidrosolubles Vitamina B 5 (Ácido pantoténico): relacionada con el Coenzima A, un transportador de grupos acilo. Es una vitamina ampliamente distribuida cuya carencia es rara pero muy grave (3-7mg/día). Coenzima A

39 Vitaminas hidrosolubles Vitamina B 6 : Son cuatro sustancias activas las que se agrupan bajo este nombre. El fosfato de piridoxal es un coenzima que interviene en el metabolismo de los aminoácidos. Los adultos necesitamos de 1,6 a 2 mg/día. Su carencia no es común y produce síntomas poco definidos de tipo neurológico, debilidad, anemia

40 Vitaminas hidrosolubles Vitamina B 8 (Biotina): Relacionada con la Biocitina Tiene efectos muy importantes en el metabolismo de los ácidos grasos. Su deficiencia es rara, está ampliamente distribuida y además puede que la produzca nuestra flora intestinal. Un adulto requiere entre 30 y 200 μg/día. La Avidina de la clara de huevo impide su absorción intestinal Biotina

41 Vitaminas hidrosolubles Vitamina B 9 (Ácido fólico): Forma parte del tetrahidrofolato que interviene en el metabolismo de las bases nitrogenadas. Son necesarios de 180 a 200 μg/día. La carencia de esta sustancia afecta a muchos órganos produciendo anemias, debilidad pero los efectos más graves se producen en los niños que nacen después de una gestación con carencia de folatos. Esto produce defectos del tubo neural: médula bífida Ácido fólico

42 La carencia de Ácido fólico produce la espina bífida El defecto en el cierre de la columna vertebral produce la salida de la médula.

43 Vitaminas hidrosolubles Vitamina B 12 (Cianocobalamina): Relacionada con el enzima adenosil cobalamina. Su carencia produce anemia y síntomas neurológicos. Las necesidades diarias son de 1 a 2 μg Esta vitamina no se encuentra en productos vegetales.

44 Vitaminas liposolubles Vitamina A. Son un grupo de sustancias (retinol, retinal, ácido retinoico ) que derivan de las provitaminas A: los α y β Carotenos. β Caroteno

45 Vitamina D. Las sustancias que conocemos como tal son dos: Ergocalciferol (Vit D 2 ) y Colecalciferol (Vit D 3 ) Proceden de dos sustancias el Ergosterol (vegetal) y el Deshidrocolesterol (animal) que por acción de la luz ultravioleta se convierten en la sustancia activa Ergocalciferol Colecalciferol

46 Vitamina E. Hay varias sustancias con este efecto vitamínico. Es una vitamina con efecto antioxidante. De origen exclusivamente vegetal. Rara vez se produce la avitaminosis. Un adulto requiere entre 8 y 10 mg/día de αtocoferol

47 Vitamina K Hay tres grupos de sustancias con actividad vitamina K. Tiene efecto antihemorrágico. Esta vitamina se absorbe en el intestino grueso donde es producida por la flora intestinal.