Fisiología del tubo digestivo. Metabolismo intermedio

Transcripción

1 Fisiología de la Nutrición Fisiología del tubo digestivo Metabolismo intermedio Nutrición

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5 PROTEÍNAS AGUA LÍPIDOS CARBOHIDRATOS Á. NUCLEICOS VITAMINAS MINERALES

6 Qué cosas entran y cuáles salen de la caja?

7 Qué cosas entran y cuáles salen de la caja? ALIMENTOS PELOS/FIBRAS LECHE O2 CRÍA(s) MOVIMIENTO (trabajo) CH4 CALOR CO2 HECES AGUA (orina, vapor, lágrimas)

8 Fisiología de la Nutrición Fisiología del tubo digestivo Trata los movimientos y las secreciones del tubo digestivo, su regulación y los procesos de digestión, fermentación y absorción de nutrientes. Metabolismo intermedio Trata las reacciones bioquímicas por las que se degradan o se sintetizan las biomoléculas en el organismo (vías metabólicas), su regulación e interconexión y el destino de sus productos finales e intermediarios en diferentes órganos. Nutrición Trata el análsis cuantitativo de los componentes y productos del cuerpo, las fuentes de energía y de nutrientes, su disponibilidad en los alimentos, su dinámica corporal y los intercambios con el ambiente.

9 ENZIMAS CATALIZADOR BIOLÓGICO ALTO PODER CATALÍTICO ESPECIFICIDAD MUCHOS ESTÁN REGULADOS PROTEÍNAS RNA CATALITICAMENTE ACTIVAS FUERZAS INTERMOLECULARES ORIENTACIÓN ÓPTIMA

10 LOS ENZIMAS TIENEN UN ENORME PODER CATALÍTICO Aceleran la velocidad de reacción veces. Ej. reacción de hidratación del CO 2 ( anhidrasa carbónica) 10 5 moléculas de CO 2 / seg MUY ESPECIFICOS SUSTRATO Única reacción o reacciones relacionadas

11 Algunas enzimas proteolíticas (hidrolizan enlaces peptídicos) son completamente específicas. Tripsina: lado del COOH de Lys o Arg. Trombina: lado COOH debe ser Arg mientras que el lado NH 2 debe ser Gly.

12 Clasificación de las enzimas según la reacción catalizada Comisión Internacional de Bioquímica y Biología Molecular (IUBMB)

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15 Energía libre de activación Una reacción química A B transcurre a través de un estado de transición, con mayor energía que la de A o la de B. La velocidad de la reacción depende de la diferencia de energía libre entre A y el estado de transición: Energía libre de Gibbs (..y de la T) G= G estado de transición G sustrato

16 Las enzimas aceleran las reacciones porque disminuyen la energía de activación de una reacción química. La combinación sustrato-enzima crea un estado de transición de < E de la que tendría en ausencia de la enzima. Energía libre Avance de la reacción

17 Reacción enzimática La enzima se une al o los sustratos formando un complejo transitorio E + S ES E + P Sitio activo Complejo enzima-sustrato

18 El CENTRO ACTIVO comprende un sitio de unión formado por los aminoácidos que están en contacto directo con el sustrato 1.- El enzima y su sustrato 2.- Unión al centro activo 3.- Formación de productos

19 + E + S ES E + P

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23 Apoenzimas / coenzimas Muchas enzimas necesitan para funcionar de una molécula no proteica: coenzima Complejos orgánicos grupo prostético cofactores HOLOENZIMA = APOENZIMA + COENZIMA enzima total proteína parte no proteica Una coenzima pude unirse a diferentes apoenzimas y actuar sobre diferentes sustratos (ej. NAD, nicotinamida adenina dinucleótido, aceptora de H + sustraídos al sustrato).

24 COENZIMAS Estructura de Nicotinamida Adenina Dinucleótico NAD Y NADH

25 Estructura de Nicotinamida Adenina Dinucleótico Fosfato NADP + NADPH +

26 Estructura de flavin adenín dinucleótico FAD Y FADH 2

27 VITAMINAS esenciales para los procesos biológicos

28 IONES METÁLICOS Enlaces covalentes coordinados con AA laterales Metaloenzimas Ej: Mg +2 hidrólisis del ATP ATP

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30 CELULA FÁBRICA ENZIMAS ALOSTÉRICAS COORDINACIÓN Y REGULACIÓN Enzimas que además del sitio activo, poseen otro sitio/s (alostérico) a los cuales pueden unirse en forma reversible: * activadores/inhibidores (moduladores +/-) * el propio sustrato de la reacción

31 CONTROL A NIVEL DE SUSTRATO HEXOQUINASA G-6P CONTROL POR RETRACCIÓN E

32 ACTIVACIÓN / INHIBICIÓN G Ej: regulación de purinas y pirimidinas para formación de ADN ENTENDER ENZIMAS ALOSTÉRICOS REGULAN A DISTANCIA

33 ZIMÓGENO Algunas se sintetizan como precursores inactivos: zimógenos o proenzimas ENZIMAS DIGESTIVAS PROTEASAS PANCREÁTICAS Activan por ruptura proteolítica Ej: Tripsina Quimiotipsina Elastasa Carboxipeptidasa Tripsinógeno Quimiotipsinógeno Proelastasa Procarboxipeptidasa Se degradan tras haber cumplido su ciclo

34 ISOENZIMAS Formas múltiples de una E ( en secuencia de AA) Catalizan la misma reacción. las isoenzimas tienen diferente distribución tisular, su estudio es un importante instrumento en la determinación del daño sufrido por órganos específicos. Ej: Hexoquinasa y Glucoquinasa Ambas enzimas catalizan la fosforilación de la glucosa: Glucosa + ATP Glucosa 6 (P) + ADP Presentes en hígado, páncreas y cerebro

35 Hexokinasa I tiene un bajo Km y es inhibida por Glucosa 6 (P). Glucokinasa no es inhibida por Glucosa 6 (P) y tiene un alto Km. Estos dos hechos indican que la actividad de Glucoquinasa depende de la disponibilidad de substrato y no de la demanda del producto. QUÉ FACTORES PARTICIPAN?

36 CINÉTICA ENZIMÁTICA

37 Energía libre de activación

38 FACTORES QUE AFECTAN LA ACTIVIDAD DE LAS ENZIMAS Actividad en un rango de ph específico - Fijación de la E y S ph - Estado de ionización de los AA intervinientes en act. catalítica - Ionización del sustrato - Variación de la estructura proteica (ph extremos)

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40 Temperatura Ideal en la que presentan mayor act. catalítica - A mayor temp. aumenta la velocidad de reacción - En general se inactivan entre ºC - Existen excepciones (bacterias termófilas)

41 FACTORES QUE AFECTAN LA ACTIVIDAD DE LAS ENZIMAS Inhibidores IRREVERSIBLES Irreversibles Reversibles Competitivos No competitivos E + I E-I Altera la tridimensionalidad del sitio activo. Inactiva permanentemente la act. Enzimática. Interrumpe desarrollo de reacción en vía metabólica.

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43 FACTORES QUE AFECTAN LA ACTIVIDAD DE LAS ENZIMAS REVERSIBLES Competitivos S I

44 Ej: Succinato deshidrogenasa Se revierte al S

45 REVERSIBLES No competitivos E puede unirse a ambos ( S- I) Disminuye el número de recambio: N de moléculas de S convertidas en P / unidad de t, cuando E saturada No se desplaza al S

46 FACTORES QUE AFECTAN LA ACTIVIDAD DE LAS ENZIMAS Enzima Temperatura ph Cofactores Coenzimas Sustrato COORDINACIÓN Y REGULACIÓN

47 VELOCIDAD DE REACCION Considerando la reacción mas sencilla A B Velocidad de reacción: velocidad de formación de B, disminución de A. V d B dt Mol/l seg V d A dt Velocidad de la reacción es proporcional a [A] V d B dt d A K 1 [ A ] (1º orden) dt Cte. de velocidad 1/seg

48 VELOCIDAD DE REACCION K: proporciona una medida directa de la rapidez con que se produce la reacción K 1 elevada Reacción rápida A B K 1 baja Reacción lenta [A 0] 0,5 0,4 Concentracion / tiempo [Ao] concentración inicial t = 0 0,3 0,2 0,1 [Ao] exponencialmente con t Tiempo

49 VELOCIDAD DE REACCION Alternativa : medir la velocidad inicial (Vo) para [Ao] Si Vo es proporcional a [Ao] V Grafico de velocidad reacción de 1º orden K 1 pendiente a la recta [ A0]

50 VELOCIDAD DE REACCION A K 1 B d A V = K 1 [ A ] + K -1 [ B ] dt K -1 Reacciones de segundo orden K 2 2 A B V d B = K 2 [ A ] 2 dt Cte. de velocidad 2º orden

51 VELOCIDAD DE REACCION Reacciones de orden 0 Reacciones de 1º orden Reacciones de 2º orden V 60 Orden cero V 60 Orden uno V 60 Orden dos [ A ] [ A ] [ A ] V = K [ A] 0 V = K [ A] 1 V = K [ A] 2 V K V [ A] En una ecuación de orden cero, la velocidad de reacción es cte, independiente de [A] En una ecuación de 1º orden, la velocidad de reacción es directamente proporcional a [A] En una ecuación de 2º orden, la velocidad de reacción es proporcional al cuadrado de [A]

52 CINÉTICA DE LA CATÁLISIS ENZIMÁTICA Cada reacción se define por una cte específica de velocidad K 1, K -1 y K 2 Vi Vi Fig A [ E ] Fig B [ S ]

53 CINÉTICA ENZIMÁTICA Haciendo consideraciones matemáticas, compatibles con las fig A y B. 1- La concentración total de enzima es la suma de la concentración de enzima complejada [ES] y la enzima libre [E]. [ ET ] = [ ES ] + [ E ] 2 La etapa más lenta es la descomposición del complejo ES Velocidad inicial [ E ] libre máxima [ S ] modificado mínima Tiempo tiende a cero Vo [ ES ] : directamente proporcional

54 CINÉTICA ENZIMÁTICA Estableciendo la constante K : K M = K -1 + K 2 relaciona las tres ctes. individuales K 1 En función de estos postulados se llega a las siguientes ecuaciones: [ ES ] = [ E T ]. [ S ] K M + [ S ] V = V máx. [ S ] K M + [ S ] K M : cte. de velocidad ( Michaelis Menten )

55 CINÉTICA ENZIMÁTICA 3 Michaelis y Menten establecieron que la Velocidad máxima ( V máx) se logra cuando [ ES] es máxima. V máx [ ES ] máxima toda la E está complejada con el S [ E ] = 0 V máx [ ET ] 4 El estado estacionario corresponde a un equilibrio en todas las reacciones de un organismo vivo ( 1925 Briggs y Baldane). Incluye los siguientes postulados:

56 CINÉTICA ENZIMÁTICA a) La velocidad de desaparición del S es igual a la velocidad del P - d [ S ] d t d [ P ] d t b) La velocidad de formación del complejo ES será siempre igual a sus velocidades de disociación en E libre y S, y de descomposición en E libre y P. V formación = V disociación + V descomposición V formación = K 1. [ E ]. [ S ] V disoc. + V descomp. = K -1. [ E ] + K 2 [ ES ] K 1. [ E ]. [ S ] = K -1. [ E ] + K 2 [ ES ]

57 CINÉTICA ENZIMÁTICA K M - propia para cada enzima - unidades de concentración Veloc. de reacción Meseta : Valor asintótico Implica: [ ES] máx [ E ] libre = 0 Concentración de sustrato Baja [ S ] Alta [ S ]

58 CINÉTICA ENZIMÁTICA Describe la V de reacción de una enzima. Las reacciones enzimáticas presentan saturación por sustrato. Cuando [S] es pequeña, V es casi proporcional a [S] Cuando [S] es elevada, V es prácticamente independiente de [S] Vmáx: valor máximo al que tiende la curva experimental. V cuando todos los centros activos están ocupados. K M : [S] a la cual la V de la reacción es la mitad de la Vmáx.

59 CINÉTICA ENZIMÁTICA Partiendo de la ecuación de Michaelis Menten se puede averiguar la [ S ] que corresponde a la V máx./ 2. V = V máx. [ S ] K M + [ S ] V máx = V máx. [ S ] 2 K M + [ S ] Simplificando V máx. y reordenando: K M + [ S ] = 2 [ S ] K M = 2 [ S ] [ S ] K M = [ S ] para V máx / 2 K M : [ S ] que corresponde a una velocidad igual a la mitad de la velocidad máxima.

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62 CINÉTICA ENZIMÁTICA Curva de Michaelis - Menten Ecuación de Lineweaver - Burk Inversas: 1/ V y 1 / S

63 CINÉTICA ENZIMÁTICA EFECTO DE LOS INHIBIDORES Inhibidor competitivo INHIBICIÓN COMPETITIVA E + S E S E + P + I K 1 K -1 K 2 Sitio activo de la enzima Sustrato Inhibidor E I Productos El inhibidor impide la unión del sustrato El sustrato y el inhibidor pueden unirse al sitio activo

64 CINÉTICA ENZIMÁTICA EFECTO DE LOS INHIBIDORES V - I + I + I 1/V 1/Vmáx + I - I [ S ] 1/[ S ] -1/ Km -1/ Km ap. Inhibidor competitivo K M = V máx

65 CINÉTICA ENZIMÁTICA EFECTO DE LOS INHIBIDORES Inhibidor no competitivo K 1 E + S E S E + P + I K -1 + I K 2 Sitio activo Sitio inhibidor INHIBICION NO COMPETITIVA Al unirse el inhibidor se distorsiona la forma de la enzima K 1 K 1 E I + S K 1 K -1 E I S En usencia del inhibidor los productos pueden ser formados La presencia del inhibidor enlentece la velocidad de formación del producto El sustrato y el inhibidor pueden unirse a la enzima simultáneamente

66 CINÉTICA ENZIMÁTICA EFECTO DE LOS INHIBIDORES V máx V - I 1/V + I + I 1/Vmáx ap - I [S] 1/Vmáx 1/[S] K M -1/ Km Inhibidor no competitivo = K M V máx

67 CINÉTICA ENZIMÁTICA ENZIMAS ALOSTÉRICAS Muestran unión cooperativa del sustrato y pueden responder a diversos inhibidores y activadores T : baja afinidad R: alta afinidad No siguen gráfica M-M

68 CINÉTICA ENZIMÁTICA RESUMIENDO K M : [ S ] que corresponde a una velocidad igual a la mitad de la velocidad máxima. K M : unidades de concentración (mol/l), (g/ml), etc K M : inversa de la afinidad, a mayor K M menor afinidad Velocidad: variación de concentración / tiempo ( mol/l/ min) Gráficamente: inversas 1/ V vs 1/ S - (Lineweaver Burk)