Catálisis Enzimática MODELO DE MICHAELIS- MENTEN

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Víctor Caballero Herrero
hace 9 años
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1 Catálisis Enzimática MODELO DE MICHAELIS- MENTEN

2 Enzima - Sustrato

3 La enzima dihidrofolato reductasa de E. coli con sus dos sustratos, dihidrofolato (derecha) y NADPH (izquierda), unidos al sitio activo. La proteina se muestra empleando un diagrama de listones con las hélices en rojo, las hojas en amarillo. 7DFR

4 Perfil de la Energía Libre de Gibbs para una reacción no catalizada (rojo) y otra catalizada por una enzima (azul)

5 Ensayos con Enzimas

6 Leonor Michaelis Berlín, Alemania 1875 Nueva York 1949 Maude Leonora Menten Ontario, Canadá en 1879 Ontario, Canadá 1960 Profesor a los 79 años

7 Mecanismo de sustrato sencillo para una reacción enzimática (Michaelis Menten)

8 Ecuación de Michaelis - Menten Definimos: De donde: La velocidad de formación del producto:

9 La concentración total de la enzima es: [E 0 ] = [E] + [ES] De donde la concentración de enzima libre es: Sustituyendo: [E] = [E 0 ] [ES] K m [ES] + [S][ES] = [E 0 ][S]

10 d[p]/dt o V 0 es la velocidad de producción de producto k 2 [E 0 ] o V max es la velocidad máxima. k 2 es frecuentemente llamada k cat Notar que [S] es grande comparada con K m, [S]/(K m + [S]) tiende a 1. La velocidad de formación de producto es igual a k 2 [E 0 ] en ese caso. Cuando [S] es igual a K m, [S]/(K m + [S]) vale 0.5. En ese caso, la velocidad de formación de producto es la mitad de la máxima(1/2 V max ). De la gráfica de V 0 contra [S] se puede determinar V max y K m. Esto requiere una serie de experimentos a E 0 constante y diferentes concentraciones de sustrato [S].

12 Ecuación de Michaelis - Menten v V K max[ m S ] [ S ] 1 v K m [ S ] V max [ S ] 1 v Km V [ S ] max 1 V max

13 Diagrama de Lineweaver-Burke

16 kcat / km

17 Inhibición Enzimática S P S P E E E E E + S ES EP E + P Qué sucede si el sustrato no se desprende del sitio activo? La enzima se bloquea (inhibe) para posteriores acciones con el sustrato Por qué inhibir? Para controlar [S] o [P] Aumentar [S] sin reaccionar Disminuir [P] formado

18 Ejemplos Aumento [S] Disminución de los niveles de GABA causa convulsiones GABA aminotransferasa degrada GABA Inhibición de la enzima aumenta los niveles de GABA Disminuye [P] La Xanthina se convierte a ácido úrico mediante la xanthina oxidasa El exceso de ácido úrico produce gota La inhibición de la enzima disminuye la producción de ácido úrico

19 Tipos de Inhibición Reversible Competitivo Acompetitivo Mixto Nocompetitivo Irreversible

21 Modelo estructural de la proteasa del virus del SIDA unida a un inhibidor de la proteasa, el ritonavir. La estructura de la proteasa se muestra mediante cintas de color rojo, azul y amarillo, mientras que el inhibidor es representado por una estructura de esferas y varillas cerca del centro de la proteasa. Modelos creado a partir del PDB 1HXW

22 Inhibidores enzimáticos

23 Inhibidores competitivos Se pueden unir a E, pero no a ES Aumenta el valor de K m (es decir, el inhibidor interfiere con la unión del sustrato) No afecta a la V max (el inhibidor no obstaculiza la catálisis ya que no se puede unir a ES). Inhibidores no competitivos Tienen afinidades idénticas por E y ES (K i = K i ') No cambia K m (es decir, no afecta a la unión del sustrato) Disminuye V max (es decir, la unión del inhibidor obstaculiza la catálisis) Inhibidores de tipo mixto Se unen tanto a E como a ES, Sus afinidades por estas dos formas de enzimas son distintas (K i K i ') Interfieren con la unión del sustrato (incremento de K m ) y dificulta la catálisis en el complejo ES (disminución de la V max )

24 Inhibición competitiva: el sustrato (S) y el inhibidor (I) compiten por el sitio activo.

25 Inhibición Reversible (IR) La IR puede afectar a V max o K m o a ambas a la vez Si sólo afecta K m IR Competitiva Si sólo afecta V max IR No-Competitiva Si afecta tanto a K m como a V max : IR Acompetitiva IR Mixta

27 La más común Inhibición Competitiva El inhibidor compite con el sustrato natural por el enlace al sitio activo El inhibidor tiene una estructura semejante a la del sustrato natural Se enlaza más fuertemente Puede o no reaccionar Si reacciona lo hace lentamente Proporciona información del sitio activo al comparar las estructuras

28 Inhibición Competitiva I y S compiten por E Un aumento en [I] Aumenta [EI] Reduce [E] disponible para unirse a S Se requiere mantener [I] alta para asegurar la inhibición

29 Ecuación de Michealis-Menten para la Inhibición Competitiva Donde = 1 + [I]/K I V V αk [S] [S] Función de la concentración y afinidad del inhibidor por la enzima = 1 cuando [I] = 0 Conforme [S] aumenta, V 0 se aproximará a V max para cualquier valor de S supera los efectos del inhibidor; satura Conforme [I] aumenta, K M aumenta por 0 Se requiere más S para alcanzar ½ V max La velocidad no aumenta rápidamente con [S] dada la inhibición max M

30 Inhibición Reversible Competitiva V v K max [ m 1 S ] [ S ] [I ] K i K i [ E ][ I ] [ EI ]

31 Inhibición Reversible Competitiva

32 Ecuación de Lineweaver-Burke para Inhibición Competitiva 1 V αk V 0 max Vmax Mayor pendiente (multiplicada by ) M 1 [S] Ordenada al origen no cambia 1 (V max el mismo valor) K M es mayor (multiplicada by )

33 Inhibición Acompetitiva El Inhibidor se une al complejo enzima-sustrato, no a la enzima libre El Inhibidor no requiere ser semejante al sustrato Sitio activo = multisustrato, o I en el segundo sitio Se distorsiona el sitio activo; evita que ocurra la reacción Aumento de [S] no cambia el enlace el inhibidor a ES (acompetitiva) V max es afectada por [I]

34 Inhibición Reversible Acompetitiva v V [ max S ] K '[ S ] m ' 1 [ I ] ' K i K i ' [ ES ][ I ] [ ESI ]

35 Inhibición Reversible Acompetitiva

36 V 0 V K Inhibición no Competitiva M [S] α'[s] max Aumento de [I] Disminuye V max (aumenta ordenada al origen) Disminuye K M (disminuye valor y=0) El cociente K M /V max es el mismo (pendiente)

37 Inhibición Reversible Mixta v V [ max S ] K '[ S ] m ' 1 [ I ] ' K i 1 [I ] K i

38 Inhibición Reversible Mixta

39 Inhibición Reversible no Competitiva v V [ max S ] K '[ S ] m Si =

40 Inhibición Mixta El inhibidor se une a E ó a S

41 Inhibición Mixta V 0 αk V M max [S] α'[s] Aumento de [I] Baja V max (aumenta ordenada al origen) Aumenta K M (aumenta el valor de y=0) CocienteK M /V max no es el mismo (cambia pendiente)

42 Inhibición Reversible no Competitiva

43 Diagramas de Lineweaver- Burke de los diferentes tipos de inhibidores enzimáticos reversibles. La flecha muestra el efecto producido por el incremento de las concentraciones de inhibidor.

44 Inhibición Irreversible Inhibidor Se une covalentemente, o Destruye el grupo funcional para la actividad enzimática, o Enlace no covalente muy estable

45 Inhibición Irreversible

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