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ACTIVIDAD CATALITICA DE LAS ENZIMAS Una molécula de enzima no tiene por qué actuar siempre a la misma velocidad. Su actividad puede estarmodulada por: cambios en el pH cambios en la temperatura presencia de cofactores las concentraciones del sustrato y de los productos finales presencia de inhibidores modulación alostérica modificación covalente activación por proteólisisisoenzimas proteólisisisoe nzimas
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EFECTOS DEL pH SOBRE LA ENZIMA Los enzimas poseen grupos químicos ionizables (carboxilos -COOH; amino -NH2; tiol -SH; imidazol, etc.) en las cadenas laterales de sus aminoácidos. Según el pH del medio, estos grupos pueden tener carga eléctrica positiva, negativa o neutra. Como la conformación de las proteínas depende, en parte, de sus cargas eléctricas, habrá un pH en el cual la conformación será la más adecuada para la actividad catalítica (Figura de la derecha). Este es el llamado pH óptimo. La mayoría de los enzimas son muy sensibles a los cambios de pH. Desviaciones de pocas décimas por encima o por debajo del pH óptimo pueden afectar drásticamente su actividad. Así, la pepsina gástrica tiene un pH óptimo de 2, la ureasa lo tiene a pH 7 y la arginasa lo tiene a pH 10 (Figura de la izquierda). Como ligeros cambios del pH pueden provocar la desnaturalización de la proteína, los seres vivos han desarrollado sistemas más o menos complejos para mantener estable el pH intracelular: Los amortiguadores fisiológicos.
EFECTO DE TEMPERATURA En general, los aumentos de temperatura aceleran las reacciones químicas: por cada 10ºC de incremento, la velocidad de reacción se duplica. Las reacciones catalizadas por enzimas siguen esta ley general. Sin embargo, al ser proteínas, a partir de cierta temperatura, se empiezan a desnaturalizar por el calor. La temperatura a la cual la actividad catalítica es máxima se llama temperatura óptima (Figura de la derecha). Por encima de esta temperatura, el aumento de velocidad de la reacción debido a la temperatura es contrarrestado por la pérdida de actividad catalítica debida a la desnaturalización térmica, y la actividad enzimática decrece rápidamente hasta anularse.
EFECTO DE COFACTORES A veces, un enzima requiere para su función la presencia de sustancias no proteicas que colaboran en la catálisis: los cofactores. Los cofactores pueden ser iones inorgánicos como el Fe ++, Mg++, Mn++, Zn++ etc. Casi un tercio de los enzimas conocidos requieren cofactores. Cuando el cofactor es una molécula orgánica se llama coenzima. Muchos de estos coenzimas se sintetizan a partir de vitaminas. En la figura de la izquierda podemos observar una molécula de mioglobina (proteína que transporta oxígeno al tejido muscular) y su coenzima (el grupo hemo, representado en color rojo). Cuando los cofactores y las coenzimas se encuentran unidos covalentemente al enzima se llaman grupos prostéticos. La forma catalíticamente activa del enzima, es decir, el enzima unida a su grupo prostético, se llama holoenzima. La parte proteica de un holoenzima (inactiva) se llama apoenzima, de forma que:
apoenzima + grupo prostético= holoenzima
EFECTO DE LAS CONCENTRACIONES La velocidad de una reacción enzimática depende de la concentración de sustrato. La Figura de la
derecha muestra la velocidad sustrato.
e una reacción enzimática a 6 concent aciones distintas de
Además, la presencia de los pro uctos finales puede hacer que la reacci n sea más lenta, o incluso invertir su sentido (Figura inferior)
EFECTO DE INHIBIDORES Ciertas moléculas pueden inhibir la acción catalítica de un enzima: son l inhibidores bien pueden ocupar t emporalmente el centro activo por semeja sustrato original (inhibidor com etitivo) o bien alteran la conformación impidiendo su unión al sustrato (i nhibidor no competitivo) (Figuras inferiores
Inhibidor competitivo
s inhibidores. Estos za estructural con el spacial del enzima, .
Inhibidor no competitivo
SITIO ACTIVO Es el espacio de la enzima en el cual se lleva a cabo la interacción co el substrato. Los aminoácidos que conforman el sitio activo pueden esta en posiciones consecutivas o ercanas dentrode la cadena proteica o bie n estar completamente distantes e n la estructura primaria, pero cercanos debi do a los plegamientos de la cadena proteica.
Incluso, el sitio activo puede estar formado por aminoácidos de distintas subunidades proteicas.E ,Modelo de Llave-cerradura, Modelos de interacción Enzima-Substrat
BASES MOLECULARES Las enzimas1 son moléculas de naturaleza proteica y estructural que catalizan reacciones químicas, siempre que sean termodinámicamente posibles: una enzima hace que una reacción química que es energéticamente posible (ver Energía libre de Gibbs), pero que transcurre a una velocidad muy baja, sea cinéticamente favorable, es decir, transcurra a mayor velocidad que sin la presencia de la enzima.2 3 En estas reacciones, las enzimas actúan sobre unas moléculas denominadas sustratos, las cuales se convierten en moléculas diferentes denominadas productos. Casi todos los procesos en las células necesitan enzimas para que ocurran a unas tasas significativas. A las reacciones mediadas por enzimas se las denomina reacciones enzimáticas. Debido a que las enzimas son extremadamente selectivas con sus sustratos y su velocidad crece sólo con algunas reacciones, el conjunto (set) de enzimas sintetizadas en una célula determina el tipo de metabolismo que tendrá cada célula. A su vez, esta síntesis depende de la regulación de la expresión génica. Como todos los catalizadores, las enzimas funcionan disminuyendo la energía de activación (∆G‡) de una reacción, de forma que se acelera sustancialmente la tasa de reacción. Las enzimas no alteran el balance energético de las reacciones en que intervienen, ni modifican, por lo tanto, el equilibrio de la reacción, pero consiguen acelerar el proceso incluso millones de veces. Una reacción que se produce bajo el control de una enzima, o de un catalizador en general, alcanza el equilibrio mucho más deprisa que la correspondiente reacción no catalizada.
BASES TERMODINÁMICA Al igual que sucede con todos los catalizadores, las enzimas no alteran el equilibrio químico de la reacción. Generalmente, en presencia de una enzima, la reacción avanza en la misma dirección en la que lo haría en ausencia de enzima, sólo que más rápido. Sin embargo, en ausencia de enzima, podría producirse una reacción espontánea que generase un producto diferente debido a que en esas condiciones, dicho producto diferente se forma más rápidamente. Además, las enzimas pueden acoplar dos o más reacciones, por lo que una reacción termodinámicamente favorable puede ser utilizada para favorecer otra reacción termodinámicamente desfavorable. Por ejemplo, la hidrólisis de ATP suele ser utilizada para favorecer otras reacciones químicas.51 Las enzimas catalizan reacciones químicas tanto en un sentido como en el contrario. Nunca alteran el equilibrio, sino únicamente la velocidad a la que es alcanzado. Por ejemplo, la anhidrasa carbónica cataliza su reacción en una u otra dirección dependiendo de la concentración de los reactantes, como se puede ver a continuación: \mathrm{CO_2 + H_2O \xrightarrow H_2CO_3} (en tejidos; alta concentración de CO2) \mathrm{H_2CO_3 \xrightarrow CO_2 + H_2O} (en pulmones; baja concentración de CO2) Si el equilibrio se ve muy desplazado en un sentido de la reacción, es decir, se convierte en una reacción muy exergónica, la reacción se hace efectivamente irreversible. Bajo estas condiciones, la enzima únicamente catalizará la reacción en la dirección permitida desde un punto de vista termodinámico.
BIBLIOGRAFIA Grisham, Charles M.; Reginald H. Garrett (1999). Biochemistry . Philadelphia: Saunders College Pub. pp. 426–7. ISBN 0-03-022318-0.
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genesis.uag.mx/edmedia/material/qui
Determinación experimental de los parámetros cinéticos de la ecuación de Michaelis Menten
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METODOS DE INHIBICION ENZIMATICA (IRREVERSIBLES, REVERSIBLES, COMPETITIVAS, NO COMPETITIVAS, ACOMPETITIVAS)
Inhibición enzimática Los inhibidores enzimáticos son agentes moleculares que intervienen en la catálisis, haciendo más lentas o deteniendo las reacciones. Las enzimas catalizan virtualmente todos los procesos celulares, por lo que no es sorprendente que los inhibidores enzimáticos se encuentren entre los agentes farmacéuticos más importantes, por ejemplo, la aspirina (acetilsalicilato) inhibe la enzima que cataliza el primer paso de la síntesis de las prostaglandinas, compuestos que intervienes en muchos procesos, algunos de los cuales producen dolor . El estudio de los inhibidores enzimáticos también a proporcionado información valiosa sobre mecanismos enzimáticos y ha ayudado a definir algunas rutas metabólicas.
Los inhibidores pueden clasificarse en:
1) Reversibles 2) Irreversibles. 3) Competitivos 4) No competitivos 5) Acompetitiva
INHIBICION IRREVERSIBLE En la inhibición irreversible el inhibidor queda covalentemente o no unido a la enzima o ligado tan fuertemente a el que su disociación es muy lenta.
Los inhibidores irreversibles son generalmente específicos para un tipo de enzima y no inactivan a todas las proteínas. No funcionan destruyendo la estructura proteínica, sino alterando específicamente la estructura tridimensional del sitio activo inhabilitándolo. Por ejemplo, el pH y las temperaturas extremas causan la desnaturalización de casi todas las proteínas, pero este no es un efecto específico.
Reacción del diisopropilfluorofosfato (DFP) con una serín-proteasa.
inhibidor
irreversible
INHIBICION REVERSIBLE
La inhibición reversible se caracteriza, por contraste con la inhibición irreversible, por la rápida disociación del complejo enzima- inhibidor. Presentan una unión no covalente de un inhibidor a la enzima, suelen clasificarse en
Competitiva No competitiva Acompetitiva
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INHIBICION COMPETITIVA
En la inhibición competitiva el inhibidor se combina reversiblemente con la enzima en el sitio por el cual se debería unir el sustrato, impidiendo por lo tanto la formación del complejo activo enzima-sustrato. De ahí el nombre de competitiva porque efectivamente tanto el inhibidor como el sustrato compiten por el mismo sitio y tratan de desplazarse mutuamente de la enzima. Las posibles formas de reaccionar del sustrato y el inhibidor con la enzima pueden presentarse por las ecuaciones:
Por ello este tipo de inhibición se caracteriza en considerablemente aumentando la concentración de sustrato.
que
puede
disminuirse
En este tipo de inhibidores se incluyen sustancias que estructuralmente son muyparecidas al sustrato y que por lo pueden ocupar el lugar que ocuparía el mismo sobre la enzima pero que no pueden ser atacas por la misma. Un ejemplo clásico de este tipo de inhibición es el de la inhibición de la succinatodeshidrogenasa, enzima que tiene por sustrato el ácido succínico, por otras sustancias estructuralmente parecidas al ácido succínico, como el ácido malónico, el ácido oxálico, y el ácido glutárico.
AC. SUCCINICO
A . MALONICO
AC. OX LICO
AC. GLUTARICO
El inhibidor reduce la velocidad de reacción, pero la velocidad máxima (Concentraciones de sustrato grandes) sigue siendo la misma
INHIBICION NO COMPETITI A
En la inhibición no competiti a, se postula que el inhibidor se une con la nzima enotro sitio, que no es aquel por el c al se une el sustrato. Por esa razón la unión delsustrato con la enzima no es afectada p r la presencia del inhibidor y se puede form r entones un complejo enzima-sustrato- in ibidor. Pero este complejo es catalíticamente inactivo y no puede escindirse en product s de la reacción y complejo enzima-inhibidor. En este caso, las posibles formas de reaccionar del sustrato y el inhibidor con la enzima se representan por las ecuaciones siguientes.
Este tipo de inhibición se c racteriza entonces porque no puede ser revertido por un aumento de la concentració de sustrato. El sustrato no puede desplaz r al inhibidor unido a la enzima.
INHIBICIÓN ACOMPETITIV : En inhibidor acompetitivo es l que se fija a un sitio distinto al que se fija el sustrato en el sitio activo y
que, a diferencia del inhibidor competitivo, solo se une al complejo ES. En presencia de un inhibidor acompetitivo, la ecuación de Michaelis-Menten cambia a:
Como se describe en la ecuación, a elevadas concentraciones de sustrato, V o se aproxima a V máx /α’. Así un inhibidor acompetitivo disminuye la V máx medida. La K m aparente también disminuye, debido a que la [S] necesaria para alcanzar la mita de la V max y disminuye en un factor α’. Grafica representativa de una in ibición acompetitiva. Los cambios en los puntos de intersección con los ejes indican cambios enV
BIBLIOGRAFIAS Lubert styer, bioquimica, 6ta dición pag.(225-230) http://ocw.unicam.es/ciencia- e-la-salud/bioquimica/material-de-clase1/tema6_enzimas.pdf
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y
K m.