Enzimas

slide show

1. Universidad de Guadalajara
Mecanismos de Reacciones
Enzimaticas
MCQ David Camacho Córdova
__________________________
Departamento de Química del CUCEI

2. Aminoácidos Proteínas Enzimas

Michaelis - Menten
Cinética Enzimática Lineweaver y Burck
Inhibición Covalente (Irreversible)
Reversible Competitiva
No competitiva
Acompetitiva
Enzimas alostéricas

3. ENZIMAS
Las enzimas son catalizadores biológicos, catalizan las reacciones
necesarias para digerir los alimentos, enviar señales nerviosas, o
contraer el.
Una enzima proporciona un ambiente específico en el cual una
reacción dada es más favorable energéticamente.
La característica distintiva de una reacción catalizada enzimáticamente
es que ocurre dentro de los confines de un bolsillo de la enzima llamado
sitio activo.
La molécula que es unida al sitio activo y en la cual actúa la enzima es
llamada sustrato.
El complejo enzima-sustrato es importante en la acción de las enzimas,
para la descripción teórica de mecanismos enzimáticos.

4. Modelo de la llave y la cerradura propuesto por Fisher
Enzima
A
B
2
Enzima
A
B
3
Sitio - Activo
Substrato
Enzima
A
B
1
Sitio-Activo
Enzima
A
B
4
Productos

5. Modelo del ajuste inducido propuesto por Daniel Koshland.

Enzyma
3
Sitio - Activo
Enzima
4
Productos
Enzima
A
B
2
A
B
Sitio - Activo
Substrato
Enzima
1
A
B
A
B

6. La unión del sustrato produce un cambio conformacional
de la enzima hexoquinasa (cinasa), la cual es monomérica.
Substrato
de glucosa
Sitio de
enlace

7. Velocidades de Reacción
Podemos determinar experimentalmente el orden de reacción
midiendo [A] o [P] como una función del tiempo; así que, en la
reacción: A P
La velocidad: V = - d [A]/dt = d [P]/dt
en donde V es la velocidad instantánea o velocidad de reacción.
Para la reacción de primer orden: A  P
V = - d [A]/dt = k [A]
Para las reacciones de segundo orden tales como: 2 A  P :
V = - d [A]/dt = k [A]
2
Mientras que para: A + B  P, una reacción de segundo orden,
que es de primer orden para [ A ] y de primer orden para [ B ].
V = - d [A]/dt = -d [B]/dt = k [A] [B]

8. CINETICA ENZIMATICA
Aunque las enzimas son sujetas a las mismas leyes de la
naturaleza que gobiernan el comportamiento de otras
sustancias, difieren de los catalizadores químicos
ordinarios en varios aspectos importantes.
1. Velocidades de reacción más grandes.
2. Condiciones de reacción más suaves.
3. Mayor especificidad de reacción.
4. Capacidad de regulación.
Una enzima acelera la velocidad de reacción
disminuyendo la energía de activación requerida para que
la reacción ocurra. La función de las enzimas y de otros
catalizadores es disminuir la energía de activación de la
reacción y por lo tanto aumentar la velocidad de reacción.
El equilibrio de la reacción no es afectado por la
enzima.

9. [Concentración]
Tiempo
Productos
Sustrato
[ES]
[E]
[ E ]
T
= [ E ] + [ ES ]

d [ ES ] » cte.

d T

10. LA ECUACION DE MICHAELIS-MENTEN

Modelo de reacción
Michaelis y Menten propusieron un modelo sencillo (en 1913) que explica la
mayoría de las características delas reacciones catalizadas
enzimáticamente. En este modelo, la enzima se combina reversiblemente
con el sustrato para formar el complejo E-S que subsecuentemente se
descompone en el producto, regenerando la enzima libre. El modelo,
involucra una molécula de sustrato, la cual es representada abajo:
K
1
K
2
E + S  E S  E + P
K
-1
u = k
2
[ES]
Velocidad de formación de [ES] = K
1
[E] [S]
Velocidad de descomposición [ES] = K
-1
[ES] + K
2
[ES] = (K
-1
+ K
2
) [ES]

11. Ecuación de Michaelis Menten

12. V
.máx
V
máx.
/2
K
m
[ S ] mM
ANALISIS DE LOS DATOS CINÉTICOS

13. Actividad enzimática

Se define la unidad de actividad enzimática (U) como la cantidad de
enzima que cataliza la conversión de 1 µmol de sustrato en un minuto.
La actividad específica es el número de unidades de enzima por
miligramo de proteína (U/mg prot) o por mililitro de disolución (U/ml).
Recientemente, el Sistema Internacional de unidades (SI) ha definido la
unidad de actividad enzimática como la cantidad de enzima que
transforma 1 mol de sustrato por segundo. Esta unidad se llama katal
(kat). Como 1 mol son 10
6
µmoles y 1 minuto son 60 segundos, resulta
que 1 katal equivale a 60 x 10
6
U. Esta unidad es muy grande, de forma
que se utilizan frecuentemente los submúltiplos como el microkatal
(µkat, 10
-6
kat) o el nanokatal (nkat, 10
-9
kat).

14. Número de recambio (K
cat
) : Es medida de su actividad
catalítica máxima. La K
cat
es definida como el número de
moléculas de sustrato convertidas en producto por molécula de
enzima por unidad de tiempo cuando la enzima es saturada con
el sustrato. El número de recambio es referido también como la
actividad molecular de la enzima.
K
cat
= V
max
/ [E
T
] = k
2

15. Eficiencia catalítica
Un parámetro muy importante es la eficiencia catalítica, la cual relaciona el
número de recambio con la constante de Michaelis; es decir, la eficiencia
catalítica es un parámetro que relaciona la afinidad con la velocidad intrínseca
de las enzimas. La ecuación:
V
Max
= K
2
[E
T
]
Indica que para el modelo de Michaelis Menten, Kcat = K
2
. Para enzimas con
mecanismos más complejos, Kcat puede ser función de varias constantes de
velocidad. Cuando [S] << K
M
se forma muy poco [ES]. Por tanto,
[E] @ [E
T
] con lo que se simplifica la ecuación a la siguiente expresión:
  V
0
 @
   
(K
2 
/Km)
 
[E
T
][S] ~   V
0
 @
  
(K
2 
/Km)[E] [S]
K
cat
/ K
M
  es  la  constante  de  velocidad  de  segundo  orden  aparente  de  la 
reacción enzimática; la velocidad varía directamente con la frecuencia a la que 
enzima y sustrato se encuentran uno con otro en solución. El valor de K
cat
/K
M

es, por tanto, una  medida de la eficiencia catalítica de la enzima.

16. La K
M
es un parámetro de
Actividad Enzimática
•La K
M
es inversamente proporcional
con la actividad de la enzima.
•Valor de K
M
grande, baja actividad
•Valor de K
M
pequeño, alta actividad

17. VALORES DE Kcat y K
cat
/K
M
PARA ALGUNAS ENZIMAS
ENZIMA K
cat
 (s
-1
)  K
M 
 (M)  K
cat
 / K
M
 (M
-1
s
-1
) 
Catalasa
Anidrasa Carbónica
Acetilcolinesterasa
Quimotripsina
DNA polimerasa 1 
10,000,000
1,000,000
14,000
100
15 
2.5X10
-2
1.2X10
-2
9.5X10
-5
6.6X10
-4
4X10
8
8.3X10
7
1.5X10
8
2.9X10
5
 

18.  
       V
0
 
= 
   V
MAX
  [S ]    
               K
m
 + [S ]
 
           Ecuación de Lineweaver and Burk 
 
 
1
=
K
M
. 1 + 1  
V
o
V
máx
[ S ] V
máx
 
        ( Y = m . X + b )

19. 1/V
1/[S]
-1/K
M
1/V
máx.
Ecuación de Lineweaver y Burk
1 = K
M
. 1 + 1
V V
máx.
[S] V
máx.

20. Gráfica de Eadie Hofstee
A  partir  de  la  ecuación  de  Michaelis  Menten  podemos  obtener  la 
ecuación de línea recta siguiente:
V
0
= - K
M
. V
o
+ V
máx.
[S]
( Y = m . X + b )
V
máx.
V
máx.
/ K
M
m = - K
M

21. INHIBICION
 
Muchas  sustancias  alteran  la  actividad  de  una  enzima, 
disminuyen su actividad ya sea porque bloquean la entrada del 
sustrato al sitio activo o por que impiden que se lleven a cabo 
las  reacciones  internas,  que  ocurren  en  el  sitio  activo, 
impidiendo así la generación de los productos. Las sustancias 
que reducen la actividad de una enzima de esta manera son 
conocidas como inhibidores.
           a) Inhibidores COMPETITIVOS
Inhibidores Reversibles b)Inhibidores No-competitivos o
MIXTOS
c)Inhibidores Acompetitivos
Inhibidores Suicidas a) Se unen covalentemente

22. Inhibidor Irreversible(Suicidas)
• Inhibición permanente
• Unión irreversible por medio de enlaces covalentes.
• Modificaciones químicas de los gps. catalíticos.
• Modificada la enzima, está siempre inhibida.
Para distinguirlo de los reversible se someten a diálisis y si no se
separan enzima e inhibidor, éste es permanente.

23. Inhibidor Irreversible
Acetilcolinesterasa
Acetilcolina
Acetato + Colina
Fluorofosfato de diisopropilo
(DFP)

24. Inhibidor Irreversible
Malatión
Acetilcolinesterasa
Tripsina
Elastasa
Fosfoglucomutasa
Cocoonasa (larvas de
gusanos de seda
Fluorofosfato de diisopropilo
(DFP)

25. Fluorofosfato de diisopropilo
(DFP)
Serina
Iodoacetamida
Cisteína
Histidina

26. • La unión del inhibidor y la enzima es
reversible.
• Al quitar el inhibidor del medio, se recupera la
actividad.
Hay 3 tipos:
Competitiva
No Competitiva
Acompetitiva
Inhibidor Reversible

27. Antibióticos
Insecticidas
Herbicidas
Venenos
Diferentes Medicamentos
Dolor
Inflamación
Infecciones virales
Cáncer
Inhibición
enzimática

28. Ecuación de Lineweaver y Burk sin inhibición
  
                 K
s
K
2
E + S  ES  E + P
+
I
 K
i
EI
Inhibición Competitiva
1 = K
M
. 1 + 1
V V
máx.
[S] V
máx.

1 = K
M
a 1 + 1
V V
máx.
[S] V
máx.

Ecuación de Lineweaver y Burk para la inhibición competitiva

29. Obtención de la ecuación de Michaelis- Menten mediante
las constantes de disociación.
                    K
S                
K
2
E  +  S       E S   E + P
                                                     
u =  k
2  
[ES] 
Ks 
=
 [ E ] [ S ]
[ ES ]

30. -1/K
M
. a
Ecuación de Lineweaver y Burk para la inhibición competitiva
1 = K
M
a . 1 + 1
V V
máx.
[S] V
máx.

1/V
máx.
1/V
1/ [ S ]
Sin inhibidor
Con inhibidor competitivo
Con inhibidor competitivo

32. zRdvnRcvo )aCts fv*anRCRo ado$is voCEii+nsiv
'Ed,RC -n,aiisvnaCoDsifvesRnRC
.ncstséafcanCvfaC/o0RécvéfsdolopnRdvéfsd
.dvéEfsnvdo 0vncfvdRodRo*vcRo
1dEvfEfRisdv 0$niaf Malonato Deshidrogenasa del ácido succínico
Sulfas Infecciones microbianas
Antihipertensores: Captopril y Enalopril
Alopurinol Controla la gota
Fluoruracilo Cáncer
Inhibidores Competitivos

33.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
COO
-
CH
2
CH
2
COO
-
-OOC
CH
HC
COO
-
COO
-
CH
2
COO
-
Succinato 
deshidrogenasa
Succinato
Fumarato
No hay reacción
Malonato
Succinato 
deshidrogenasa
Inhibición competitiva

34.   INHIBICIÓN NO COMPETITIVA (O MIXTA)
K
S
K
2
E + S  ES  E + P
+ +
I I
 K
I
 K’
I
EI ESI  No Reacciona
1 = K
M
a 1 + 1 . a
V V
máx.
[S] V
máx.

Ecuación de Lineweaver y Burk para la inhibición:
no competitiva o Mixta

36. -1/K
M
1/ [ S ]
1/ V
1 = K
M
a 1 + 1 . a
V V
máx.
[S] V
máx.

37. Inhibición acompetitiva
K
S
K
2
E + S  ES  E + P
+
I
 K
i
ESI  No Reacciona

1 = K
M
1 + 1 . a
V V
máx.
[S] V
máx.

1/V
1/[ S ]

40.  
FACTORES QUE INFLUYEN LA ACTIVIDAD DE LAS ENZIMAS
 
Los factores que influyen en la velocidad de las reacciones 
catalizadas enzimáticamente son: 
1.- pH
2.-Temperatura
3.-Concentración del sustrato [ S ]
      4.- Concentración de la enzima [ E ]
      5.-Tiempo
      6.-Productos de la reacción

41. EFECTOS DEL pH
Las  enzimas,  siendo  proteínas  tienen  propiedades  que  son 
muy sensibles al pH. La mayoría de las enzimas, de hecho, son 
activas  solamente  dentro  de  un  rango  de  pH  muy  estrecho, 
típicamente de 5 a 9; éste es el resultado del efecto del pH en 
una combinación de factores:
1.La unión del sustrato a la enzima. 
2.La actividad catalítica de la enzima.
3.La ionización del sustrato, y 
4.La  variación  de  la  estructura  de  la  proteína  (importantes 
solamente a extremos de pH).

42. Efecto del pH
% de actividad
2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
pH
100 %
50 %

46. Enzima Fuente pH
óptimo
Sucrasa
Acetilcolinesterasa
Arginasa
Pepsina
Tripsina
Succinato d.h.
intestino
RBC
hígado
mucosa gástrica
páncreas
corazón
6.2
7.5
8.4-9.7
1.5-2.5
7.8-8.0
7.6
pH óptimos de algunas enzimas

47. Enzimas alostéricas
una enzima alostérica, es decir, está formada de varias cadenas
polipeptídicas, pudiéndose tratar de un dímero, trímero, tetrámero,
etc., y por lo tanto su estudio debe realizarse con mucho cuidado
puesto que las reglas que siguen son un tanto diferentes a las de las
enzimas michaelianas, como denominamos a las enzimas que
siguen las leyes de Michaelis Menten.
Las enzimas alostéricas muestran un número de propiedades que las
distinguen de las no alostéricas, debe entenderse que no todas las
enzimas alostéricas mostrarán las propiedades mencionadas a
continuación. Dichas propiedades son una colección de
características, de al menos algunas de las cuales deberían
esperarse encontrar en las enzimas alostéricas, como:
La cinética de V vs. [ S ] presenta curva sigmoidea
Existencia de efectores
Respuesta bifásica a inhibidores competitivos
Pérdida de alostería por desnaturalización sueva
Estructura polimérica

50. Pie de la curva
Curva típica de una cinética de una enzima alostérica

55. Efectores alostéricos

A los inhibidores o activadores se les conoce como efectores
alostéricos y son de las razones principales de la importancia de las
enzimas alostéricas puesto que la alteración de la velocidad de
catálisis es la clave del control metabólico. La siguiente gráfica
muestra la forma en que los efectores alostéricos cambian el
comportamiento de las enzimas alostéricas.
Activadores alostéricos
Inhibidores alostéricos
Velocidad
[S]

56. Gracias por su atención