Tema 5. Enzimologia
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TEMA 5. Enzimología
Bioquímica Estructural y Metabólica
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TEMA 5. Enzimología
Bioquímica Estructural y Metabólica
Jesús Navas Méndez
TEMA 5. Enzimas.
Clasificación. Principios de la catálisis enzimá6ca. Energía de ac6vación. Velocidad de reacción y equilibrio de reacción. Ciné6ca enzimá6ca: ecuación de Michaelis-‐Menten. Ecuación de los dobles recíprocos. Inhibición enzimá6ca. Tipos de inhibición. Mecanismos de regulación de la ac6vidad enzimá6ca: alosterismo, modificación covalente, proenzimas. Isoenzimas.
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TEMA 5. Enzimología
Bioquímica Estructural y Metabólica
Jesús Navas Méndez
• Catalizadores de las reacciones biológicas. • La mayoría son proteínas aunque hay moléculas de RNA con ac6vidad catalí6ca (ribozimas). • Gran poder catalí6co. • Alto grado de especificidad. • Actúan en soluciones acuosas a 37°C y pH neutro. • Su ac6vidad puede regularse. • El 25% de los genes humanos codifican enzimas que catalizan reacciones metabólicas.
ENZIMAS
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TEMA 5. Enzimología
Bioquímica Estructural y Metabólica
Jesús Navas Méndez
IMPORTANCIA DE LOS ENZIMAS
• Cada paso de una vía metabólica está catalizado por un enzima.
• La medida de la acKvidad enzimáKca en fluidos biológicos o tejidos es importante para el diagnósKco de muchas enfermedades.
• Muchas fármacos son inhibidores de la ac6vidad enzimá6ca.
• Importancia en la industria de alimentación y agricultura.
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TEMA 5. Enzimología
Bioquímica Estructural y Metabólica
Jesús Navas Méndez
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TEMA 5. Enzimología
Bioquímica Estructural y Metabólica
Jesús Navas Méndez
• Cofactor: necesario para la ac6vidad enzimá6ca. Pueden ser iones metálicos o una molécula orgánica, denominada coenzima. Si el cofactor está unido fuertemente al enzima se denomina grupo prosté6co.
• Apoenzima: parte proteica del enzima (no ac6va).
• Holoenzima: apoenzima + cofactor.
SUSTRATO + TIPO DE REACCIÓN + ASA
ENZIMAS: DEFINICIONES
NOMENCLATURA DE LOS ENZIMAS
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TEMA 5. Enzimología
Bioquímica Estructural y Metabólica
Jesús Navas Méndez
UN TERCIO DE LOS ENZIMAS REQUIEREN ALGÚN IÓN METÁLICO
Nelson, DL and Cox, M.M. Lehninger Principles of Biochemistry. 3ª ed. Worth Publishers, 2000.
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Bioquímica Estructural y Metabólica
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MUCHAS VITAMINAS SON COFACTORES O PRECURSORES DE COFACTORES DE ENZIMAS
Nelson, DL and Cox, M.M. Lehninger Principles of Biochemistry. 3ª ed. Worth Publishers, 2000.
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Bioquímica Estructural y Metabólica
Jesús Navas Méndez
CLASES DE ENZIMAS
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TEMA 5. Enzimología
Bioquímica Estructural y Metabólica
Jesús Navas Méndez
E + S = ES = E + P
LOS ENZIMAS ACELERAN LAS REACCIONES DISMINUYENDO LA ENERGÍA DE ACTIVACIÓN
Nelson, DL and Cox, M.M. Lehninger Principles of Biochemistry. 3ª ed. Worth Publishers, 2000.
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TEMA 5. Enzimología
Bioquímica Estructural y Metabólica
Jesús Navas Méndez
Mathews & Van Holde. Bioquímica. McGraw-‐Hill, 1998.
LOS ENZIMAS SON ESTEREOESPECÍFICAS PORQUE FORMAN VARIAS INTERACCIONES ENTRE AMINOÁCIDOS DEL CENTRO ACTIVO Y LOS
DISTINTOS GRUPOS DEL SUSTRATO
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Bioquímica Estructural y Metabólica
Jesús Navas Méndez
Progreso de la reacción
EL CENTRO ACTIVO DE LOS ENZIMAS ES COMPLEMENTARIO AL ESTADO DE TRANSICIÓN DE LA REACCIÓN CATALIZADA
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Bioquímica Estructural y Metabólica
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Cambio conformacional inducido por glucosa en la hexoquinasa (Hexoquinasa = ATP: glucosa fosfotransferasa = 2.7.1.1 ).
D-‐Glucosa
Encaje inducido
Nelson, DL and Cox, M.M. Lehninger Principles of Biochemistry. 3ª ed. Worth Publishers, 2000.
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Bioquímica Estructural y Metabólica
Jesús Navas Méndez
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Bioquímica Estructural y Metabólica
Jesús Navas Méndez
LA Vmax SE ALCANZA CUANDO TODOS LOS CENTROS ACTIVOS ESTÁN OCUPADOS CON SUSTRATO
Km
Velocida
d inicial
Concentración de sustrato [S]
Garreh, R.H. and Grisham, C.M. Biochemistry. 2ª ed. Saunders College Publishing. 1999.
1/2 Vmax
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Bioquímica Estructural y Metabólica
Jesús Navas Méndez
RELACIÓN ENTRE Vo y [E]
Vo
[E]
La velocidad inicial es función lineal de la concentración de enzima, siempre que la concentración de sustrato sea alta.
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Bioquímica Estructural y Metabólica
Jesús Navas Méndez
ECUACIÓN DE MICHAELIS-‐MENTEN
Vmax (S) Km + (S)
Vo =
E + S ES P K1
K–1
K2
K2 + K–1 Km = K1
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Bioquímica Estructural y Metabólica
Jesús Navas Méndez
1/2 Vmax
Km
Velocida
d inicial
Concentración de sustrato [S]
LA Vmax SE ALCANZA CUANDO TODOS LOS CENTROS ACTIVOS ESTÁN OCUPADOS CON SUSTRATO
Garreh, R.H. and Grisham, C.M. Biochemistry. 2ª ed. Saunders College Publishing. 1999.
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Bioquímica Estructural y Metabólica
Jesús Navas Méndez
CALCULO DE Km Y Vmax POR LA REPRESENTACIÓN DE LINEWEAVER-‐BURK
Garreh, R.H. and Grisham, C.M. Biochemistry. 2ª ed. Saunders College Publishing. 1999.
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Bioquímica Estructural y Metabólica
Jesús Navas Méndez
1. Km (constante para cada enzima) = concentración de S a la que la Vo es 1/2 Vmax. Es una medida de la afinidad del enzima por S. Cuanto menor es Km, mayor es la afinidad del enzima por S.
2. Kcat (constante para cada enzima) = número de recambio = número de moléculas de sustrato conver6das en producto por molécula de enzima y unidad de 6empo, en condiciones de saturación de sustrato.
3. Vmax = velocidad máxima teórica = la velocidad cuando todos los centros ac6vos están ocupados con sustrato (nunca alcanzada en la realidad).
4. Unidad de enzima = can6dad de enzima que transforma 1 µmol de sustrato por min = una forma común de expresar la velocidad.
5. AcKvidad específica = unidades por mg de proteína total de la preparación enzimá6ca. En el caso de enzimas en suero: unidades/L.
PARÁMETROS ENZIMÁTICOS
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Bioquímica Estructural y Metabólica
Jesús Navas Méndez
Nelson, DL and Cox, M.M. Lehninger Principles of Biochemistry. 3ª ed. Worth Publishers, 2000.
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Bioquímica Estructural y Metabólica
Jesús Navas Méndez
EFECTO DEL pH SOBRE LA ACTIVIDAD ENZIMÁTICA
Los enzimas poseen grupos químicos ionizables (carbo-‐xilos -‐COOH; amino -‐NH2; 6ol -‐SH; imidazol, etc.) en las cadenas laterales de sus aminoácidos. Según el pH del medio, estos grupos pueden tener carga eléctrica posi-‐6va, nega6va o neutra. Como la conformación de las pro-‐teínas depende, en parte, de sus cargas eléctricas, habrá un pH en el cual la conformación será la más adecuada para la ac6vidad catalí6ca. Este es el llamado pH óp6mo.
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Bioquímica Estructural y Metabólica
Jesús Navas Méndez
La mayoría de los enzimas son muy sensibles a los cambios de pH. Desviaciones de pocas décimas por encima o por debajo del pH óp6mo pueden afectar drás6camente su ac6vidad. Así, la pepsina gástrica 6ene un pH óp6mo de 2, y la tripsina lo 6ene a pH 6.
Ligeros cambios del pH pueden provocar la desnaturali-‐zación de la proteína, los seres vivos han desarrollado siste-‐mas más o menos complejos para mantener estable el pH intracelular: los amor6guadores fisiológicos.
EFECTO DEL pH SOBRE LA ACTIVIDAD ENZIMÁTICA
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Bioquímica Estructural y Metabólica
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EFECTO DEL pH SOBRE LA ACTIVIDAD ENZIMÁTICA
(Garret & Grisham)
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Bioquímica Estructural y Metabólica
Jesús Navas Méndez
Los aumentos de temperatura por lo general aceleran las reacciones químicas. Las reacciones catalizadas por enzi-‐mas siguen esta ley, solo que al ser proteínas a par6r de cierta temperatura se empiezan a desnaturalizar.
Esa temperatura se llama temperatura óp6ma y es aquella en la que la velocidad enzimá6ca es máxima.
EFECTO DE LA TEMPERATURA SOBRE LA ACTIVIDAD ENZIMÁTICA
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Bioquímica Estructural y Metabólica
Jesús Navas Méndez
VARIACIÓN DE LA ACTIVIDAD ENZIMÁTICA EN FUNCIÓN DE LA TEMPERATURA
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Bioquímica Estructural y Metabólica
Jesús Navas Méndez
• Inhibición irreversible (uniones covalentes entre inhibidor y enzima. Ejemplo: fármacos).
• Inhibición reversible. COMPETITIVA.
NO COMPETITIVA.
INHIBICIÓN ENZIMÁTICA
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Bioquímica Estructural y Metabólica
Jesús Navas Méndez
+ Inhibidor Unión del Inhibidor al centro ac6vo, compi6endo con S:
• Aumenta Km. • No cambia Vmax.
Inhibidor compe66vo Sustrato
Adaptado de: Nelson, DL and Cox, M.M. Lehninger Principles of Biochemistry. 3ª ed. Worth Publishers, 2000.
INHIBICIÓN COMPETITIVA
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Bioquímica Estructural y Metabólica
Jesús Navas Méndez
Unión del Inhibidor a un si6o del enzima dis6nto del centro ac6vo: no compite con S:
• No cambia Km. • Disminuye Vmax.
Adaptado de: Nelson, DL and Cox, M.M. Lehninger Principles of Biochemistry. 3ª ed. Worth Publishers, 2000.
Inhibidor no compe66vo
Sustrato Sustrato
+ Inhibidor
INHIBICIÓN NO COMPETITIVA
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TEMA 5. Enzimología
Bioquímica Estructural y Metabólica
Jesús Navas Méndez
INHIBICION COMPETITIVA INHIBICION NO COMPETITIVA
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TEMA 5. Enzimología
Bioquímica Estructural y Metabólica
Jesús Navas Méndez
Inhibidor acompe66vo Sustrato
Inhibidor compe66vo
Inhibidor no compe66vo
Sustrato
Sustrato
Berg, Tymoczko and Stryer. Biochemistry. 5ª ed. Freeman and Co, 2002.
![Page 32: Tema 5. Enzimologia](https://reader038.fdocuments.co/reader038/viewer/2022102601/544dd2d3af7959f7138b517d/html5/thumbnails/32.jpg)
TEMA 5. Enzimología
Bioquímica Estructural y Metabólica
Jesús Navas Méndez
• Regulación de la canKdad de enzima presente en las células.
• Inhibición reversible por productos. • Interacción con moduladores (proteínas u otros):
-‐ AcKvacion/inhibición alostérica: ·∙ El modulador alostérico se une a un si6o dis6nto del centro ac6vo. ·∙ La unión del modulador es reversible e implica cambio conformacional. ·∙ Suelen ser enzimas mul6méricas. ·∙ Tienen ciné6ca sigmoidea.
-‐ Modificación covalente: ·∙ Fosforilación. ·∙ ADP-‐ribosilación. ·∙ Me6lación.
• AcKvación proteolíKca de pro-‐enzimas.
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TEMA 5. Enzimología
Bioquímica Estructural y Metabólica
Jesús Navas Méndez
ENZIMAS ALOSTÉRICOS
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TEMA 5. Enzimología
Bioquímica Estructural y Metabólica
Jesús Navas Méndez
LOS ENZIMAS ALOSTÉRICOS NO PRESENTAN CINÉTICA MICHAELIANA
![Page 35: Tema 5. Enzimologia](https://reader038.fdocuments.co/reader038/viewer/2022102601/544dd2d3af7959f7138b517d/html5/thumbnails/35.jpg)
TEMA 5. Enzimología
Bioquímica Estructural y Metabólica
Jesús Navas Méndez
El sustrato es modulador posi6vo.
+ Modulador alostérico posi6vo.
+ Modulador alostérico nega6vo.
Nelson, DL and Cox, M.M. Lehninger Principles of Biochemistry. 3ª ed. Worth Publishers, 2000.
![Page 36: Tema 5. Enzimologia](https://reader038.fdocuments.co/reader038/viewer/2022102601/544dd2d3af7959f7138b517d/html5/thumbnails/36.jpg)
TEMA 5. Enzimología
Bioquímica Estructural y Metabólica
Jesús Navas Méndez
Nelson, DL and Cox, M.M. Lehninger Principles of Biochemistry. 3ª ed. Worth Publishers, 2000.
ACTIVACIÓN/INACTIVACIÓN DE ENZIMAS POR FOSFORILACIÓN EJEMPLO: GLUCÓGENO FOSFORILASA
![Page 37: Tema 5. Enzimologia](https://reader038.fdocuments.co/reader038/viewer/2022102601/544dd2d3af7959f7138b517d/html5/thumbnails/37.jpg)
TEMA 5. Enzimología
Bioquímica Estructural y Metabólica
Jesús Navas Méndez
Garreh, R.H. and Grisham, C.M. Biochemistry. 2ª ed. Saunders College Publishing. 1999.
UNA ENZIMA PUEDE TENER VARIOS MECANISMOS DE REGULACIÓN
![Page 38: Tema 5. Enzimologia](https://reader038.fdocuments.co/reader038/viewer/2022102601/544dd2d3af7959f7138b517d/html5/thumbnails/38.jpg)
TEMA 5. Enzimología
Bioquímica Estructural y Metabólica
Jesús Navas Méndez
Auto-‐ac6vación de quimotripsina
Nelson, DL and Cox, M.M. Lehninger Principles of Biochemistry. 3ª ed. Worth Publishers, 2000.
ACTIVACIÓN DE PROENZIMAS POR PROTEÓLISIS
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TEMA 5. Enzimología
Bioquímica Estructural y Metabólica
Jesús Navas Méndez
1%
3%
18%
45%
33%
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TEMA 5. Enzimología
Bioquímica Estructural y Metabólica
Jesús Navas Méndez
• Lehninger Principles of Biochemistry. 5ª ed. Freeman, 2009. Cap 6.
• Mark’s Basic Medical Biochemistry. A clinical approach. 3ª ed. LWW., 2008. Cap 8.
• Devlin. Textbook of Biochemistry with Clinical correla>ons. 7ª ed. Wiley, 2010. Cap 10.
• Feduchi y cols. Bioquímica: conceptos esenciales. Panamericana, 2011. Cap 8.
• Berg, Tymoczko and Stryer. Biochemistry. 7ª ed. WH. Freeman, 2011. Caps 8, 9.
• Voet and Voet. Biochemistry. 4ª ed. Wiley, 2011. Caps 13, 14, 15.
• Baynes and Dominiczak. Bioquímica Médica. 3ª ed. Elsevier, 2011. Cap 6. • Garreh and Grisham. Biochemistry. 4ª ed. 2009. Caps 13, 14, 15.
BIBLIOGRAFÍA