5. Cinética Enzimática PDF

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BIOQUÍMICA I

2º CURSO

CINÉTICA ENZIMÁTICA La cinética química estudia la velocidad y el modo de llevar a cabo las reacciones químicas. -

La velocidad de una reacción es una magnitud positiva que expresa cómo cambia la concentración del reactivo a producto con el tiempo Equilibrio cuando la velocidad R  P y P  R son iguales

La ecuación integrada de la velocidad se da por la linealización de la gráfica de la velocidad de una reacción de primer orden. Si es de segundo orden la línea recta se obtiene representando 1/[A] frente al tiempo. -

Se puede saber si una reacción es de primer o segundo orden en función de la gráfica linealizada: o Primer orden. o Segundo orden. Pendiente positiva

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Efecto de la concentración de sustrato La velocidad de la reacción depende de la concentración de sustrato, la cual cambia a medida que la reacción progresa. Para estudiar el efecto de la concentración de sustrato se mide la velocidad inicial, porque en función de [S] cambia la V0. La tangente de cada curva a tiempo cero (necesita un tiempo primero para que se estabilice) define la velocidad inicial de la reacción a cada concentración de sustrato. A bajas concentraciones de sustrato, la velocidad de una reacción catalizada aumenta casi linealmente con el incremento de [S]. A medida que aumenta [S] los incrementos de velocidad son menores y a altas concentraciones la V 0 aumenta muy lentamente hasta asintotizarse.

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Formación del complejo ES La combinación de una enzima con su molécula de sustrato forma necesariamente un complejo enzima sustrato (ES) para la catálisis enzimática.

TEORÍA GENERAL DE LA ACCIÓN ENZIMÁTICA. El complejo ES se descompone en un segundo paso más lento dando lugar a la enzima libre y el producto de la reacción.

Estado estacionario La concentración de los intermediarios de reacción permanece constante con el tiempo. Es decir, [ES] y [E] no varían su concentración porque igualan sus velocidades en ambas reacciones. Si hay mucha enzima libre se puede formar más complejo ES, por lo que si se añade sustrato aumenta considerablemente la velocidad de la reacción. Si hay más concentración de ES que de E libre, la velocidad no aumenta al añadir más sustrato porque la mayoría de la enzima está pillada.

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ECUACIÓN DE MICHAELIS – MENTEN Se basa en: -

Equilibrio. Velocidad depende de la concentración de producto con el tiempo Estado estacionario. ES se mantiene constante

Por lo que se forma (k1) lo mismo que se destruye (k-1 y k2). No hay k -2 porque la concentración de P es tan baja que no se lleva a cabo la reacción en ese sentido. Deducción de la ecuación. No hace falta sabérselo  Cuando la [S] es muy elevada, todo el enzima está en forma de ES y la velocidad es máxima (Vmáx = k2*[Et]) Km: constante de velocidad.

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no sabemos el valor exacto de la velocidad máxima K2/k1 es la relación entre la formación de producto y la formación de ES Ks es la constante de disociación del complejo ES, cuando Ks (y por tanto Km) disminuye, quiere decir que se disocia muy poco porque es muy fuerte. -

Hay mayor afinidad del enzima por el sustrato

Menos km mayor afinidad por el sustrato  si Km es baja se necesita menos concentración de sustrato para llegar a la velocidad máxima

Actividad enzimática La medida de la actividad enzimática es una buena medida indirecta y comparativa para la velocidad. -

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IU. Unidad internacional de enzima. Cantidad de enzima que, en condiciones óptimas de temperatura, pH y fuerza iónica, es capaz de transformar en producto(s) un micromol de sustrato por minuto. Katal. Cantidad de enzima que, en condiciones óptimas de temperatura, pH y fuerzas iónicas, es capaz de transformar en producto(s) un mol de sustrato por segundo

[S] = 10*Km  Vo = Vmáx * [S] /(Km + [S]) = Vmáx * 10km / (km + 10 km) = 0,91Vmax

Para manejar manualmente la ecuación de Michaelis – Menten se utiliza su linealización:

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Representación de Lineweaver – Burk: linealización de la ecuación de Michaelis – Menten 1/Vo frente a 1/[S]  dobles inversos Si 1/S = 0  1/Vo = 1/Vmax Km =Vmax/2  1/Km = 2/Vmax Si Vo es muy pequeña  gran error al medir. El inverso de algo muy pequeño es algo muy grande  mucho error

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Linealización de Eadie – Hofstee

Valores de Km de algunas enzimas

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Mayor km significa menos afinidad por el sustrato, ya que k1 es más bajo

La constante catalítica (kcat) La km es la afinidad del proceso de que el sustrato se una a la enzima La kcat mide la velocidad a la cual el complejo EP se convierte en E + P. No la velocidad en que se convierta en producto, sino de que se separe -

Cte de velocidad de primer orden porque solo hay un reactivo Unidades: segundos ^-1 Proceso global, viene dado por el paso más lento o Si el paso más lento de la reacción es ES  EP. La Vmax tiene la k2 o Si el paso más lento es ES  E + P. la Vmax tiene la k2 de la parte anterior

Kcat: Número de moles transformados por mol de enzima en una unidad de tiempo -

La Vmax no es una constante universal porque depende de la cantidad de enzima total

V= kreaccion * [reactivo]

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Eficiencia catalítica (kcat/km) Permite comparar diferentes enzimas entre sí o una misma enzima con diferentes sustratos. Velocidad de transformar sustrato en producto / velocidad de unión del sustrato a la enzima Depende de cómo se unirá cada sustrato con la enzima

Significado de kcat y kcat/km Región A: la velocidad no depende de la cantidad de sustrato porque la enzima está saturada -

Kcat (tasa de conversión del complejo ES en E+P) ya que no depende de sustrato, sólo de la cantidad de enzima Región de orden 0 respecto al sustrato

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Región B: la velocidad depende de la cantidad de sustrato y de enzima -

Kcat/km (tasa global de conversión de E+S en E+P cuando la concentración de sustrato es muy baja) Es región de orden 1 respecto al sustrato porque depende de su concentración

Perfección cinética Se llega cuando kcat >>k-1  kcat/km ~ k1 (E + S  ES)

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Por tanto la eficiencia catalítica es similar a 1 cuando se llega a la perfección cinética  siempre que se encuentran se unen -

Molécula que pasa molécula que es transformada (perfección cinética)

Dependerá de la unión enzima – sustrato

(perfección)

Integración de la ecuación de Michaelis – Menten Velocidad total = velocidad media: v/(tfinal – tinicial) Velocidad instantánea: en cada momento, varía en función de la [S] Velocidad inicial: V instantánea a t=0

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- Orden cero

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- Orden uno

Podemos calcular la eficiencia catalítica (kcat/km) conociendo [E]

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REACCIONES CON MÚLTIPLES SUSTRATOS Gran parte de las reacciones bioquímicas con dos o más sustratos, se representan como reacciones bisustrato y pueden ser de dos clases: -

Desplazamiento secuencial. Todos los sustratos se unen a la enzima antes de que se libere ningún producto. Se forma un complejo ternario entre la enzima y los sustratos. Pueden ser: o Desplazamiento ordenado, los sustratos se unen en una secuencia definida

o

-

Desplazamiento al azar

Desplazamiento doble (ping – pong). Algunos productos se liberan antes de que se unan todos los sustratos.

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Varía km  no paralelas

+ [S 2]  + reacción; + Vmax  - 1/Vmax; + Km  -1/km Más [S2] baja la línea La unión de [S2] no se ve afectada por [S1]

Vmax y km cambian pero igualmente  Vmax/km = cte  pendiente cte

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Permiten variar mucho V en un rango estrecho de [S]

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