Enzimas - Resumen realizo con el libro \"Quimica Biologica\" de Antonio Blanco. PDF

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Resumen realizo con el libro "Quimica Biologica" de Antonio Blanco. ...

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Enzimas -Catalizadores biológicos (aceleran las rq, sin formar parte de los prod finales y desgastarse en el proceso) -Disminuyen la E de actv de las rq -Son altamente específicas -Las sustancias sobre la que actúan son los sustratos -Su especificidad le permite distinguir entre # sustratos e incluso, entre sus isómeros ópticos. -No alteran el equilibrio global, solo consiguen que se alcance más rápidamente -Son regulables -Sujetas a inhibición Existen dos tipos de catalizadores: •Orgánicos (enzimas) •Inorgánicos: -Ácidos, bases, metales. -Baja especificidad. -Baja velocidad de catálisis. -No se inhiben. -No son regulables -Se consumen durante la catálisis Clasificación de enzimas: •Oxidorreductasas: Catalizan r de óxido reducción. Pueden ser: -Deshidrogenasa: el s es donante de H -Reductasa: la r se indica en el sentido inverso -Oxidasas: catalizan r en el que el aceptor de H es el O2 -Oxigenasas: el O2 es incorporado al s -Peroxidasas: enzimas que utilizan H2O2 como aceptor de H •Transferasas: Catalizan la transferencia de un grupo de atomos, como amina o carboxilo, desde un s considerado donante a otro compuesto aceptor. •Hidrolasas: Catalizan la ruptura de enlaces C-O, C-N, C-S, y O-P por adición de agua. •Liasas: Catalizan la ruptura de uniones C-C, C-S y C-N (excluyendo uniones peptídicas) de la molecula del s, por un proc # al de hidrolisis. Algunas eliminan grupos del S y forman dobles = o ciclos, o agregan grupos a =.

•Isomerasas: Interconvierten isómeros de cualquier tipo (ópticos, geométricos o de posición). •Ligasas: Catalizan la unión de 2 molec, acoplada con la hidrolisis de un enlace de alta E de nucleósidos trifosfato. Además las E pueden ser: •Simples: Constituidas por proteínas que no requieren de la unión de otra molécula o grupo químico para realizar su actividad catalítica. •Conjugadas: Son aquellas enz que solo pueden realizar su función en asociación con otra molécula no proteica (coenzima). -Coenzima (cofactor): -pueden estar fuertemente unidas a la enz por uniones covalentes u otro tipo de enlace fuerte, formando complejos difíciles de separar. -Las dos porciones (proteica y no proteica) son indispensables para la act de la enz. -El sist completo se llama holoenzima y está constituido por la p, designada apoenzima, y la coenzima.

-Intervienen activamente en la reacción experimentando cambios que compensan las transf sufridas por el sustrato -Muchas presentan estructuradas de tipo nucleotidico. -Están relacionadas con vitaminas -Pueden unirse a distintas apoenzimas y actuar frente a diferentes sustratos (la especificidad de la holoenzima depende de la parte proteica) -Pueden actuar como un segundo substrato, salen modificados del sitio catalítico y por lo general requieren otra enzima para volver al estado original. La diferencia entre cofactor y coenzima es que los primeros son inorgánicos (Mg, Fe, K, Se, etc.) y los segundos son elementos orgánicos, como vitaminas. Catálisis enzimática Las enz + la vel de reaccion – la E de activ. De esta manera, + nro de molec alcanzan el estado intermediario y la transf química se acelera. Las enz + enormemente la vel de reaccion y, como todo catalizador, no modifican el cambio neto de E, ni la constante de equilibrio.

¿Necesidad de biocatalisis? ¿Por qué la gran mayoría de las reacciones en los seres vivos necesitan ser catalizadas para que ocurran a una velocidad apreciable? -Porque de lo contrario estarían todas en el equilibrio o requerirían condiciones “extremas” para suceder. -Porque así la célula puede regular en forma diferencial su velocidad, regulando la actividad de los catalizadores dentro de ella, de esta forma regula las reacciones que deben ocurrir en momentos determinados Cinética vs termodinámica -Las reacciones proceden espontáneamente si hay un descenso en la energía libre cuando la temperatura y la presión se mantienen constantes. -Muchas reacciones bioquímicas, que son termodinámicamente posibles, ocurren a velocidades despreciables, es decir son cinéticamente imposibles. -Necesidad de la catálisis enzimática para incrementar sus velocidades -Lo que determina si una reacción química es termodinámicamente posible es el valor del cambio en la energía libre del sistema (ΔG’°), determinando los equilibrios de reacción. -Lo que determina si una reacción es cinéticamente posible y también determina la velocidad de la reacción, es el valor de su energía de activación (ΔG‡). Reacción enzimática simple Si una enz E cataliza la transf del sustrato S en prod P, primero se unen enz y sustrato para formar el complejo ES, el cual luego se disocia en enz y prod. E + S   ES  E + P Especificidad de una enzima -Unión específica a la proteína de las moléculas de sustrato (y de moléculas reguladoras). -Reactividad específica de la proteína con el (los) sustrato (s). Sitio activo -Es el lugar definido de la enz, en donde se fija el S y donde se cumple la acción catalítica. -El lugar del S posee sitios de unión y catalítico. Al fijarse al primero, el S se dispone de manera que el enlace a ser modificado en la reaccion se ubica exactamente en el sitio catalítico. -Tanto la unión como la acción catalizadora exigen una conformación tridimensional altamente especifica a nivel del SA, en el cual las cadenas laterales de los restos aminoacidicos aportan grupos funcionales esenciales. -El SA es una agrupación no muy grande de aa, distribuidos espacialmente de manera específica. Esta disposición se mantiene gracias a la contribución de estrc (1°, 2° y 3°) de la prot. - El S se une a la enz por enlaces no covalentes (puentes de H, en. Iónicos, etc.) -Los grupos químicos del SA están dispuestos en el espacio de tal modo que enfrenta a los grupos del S espec y lo fijan en la posición apropiada.

-La molec de S fijada a la enz sufre una deform en los en q han de ser afectados por la reacción y adquiere un estado “tenso”, desde el cual pasa fácilmente a formar el o los prod. Este estado, es el llamado intermediario de transición y explica pq la enz reduce la Ea. -La coenz también participa en asegurar la conf optima, y a veces forma parte del lugar del S. Especificidad unión E-S •Estereoespecificidad -Centros activos asimétricos: sólo L-aa -Capacidad de distinguir entre estereoisómeros •Especificidad geométrica -Grupos químicos que interactúan con el sitio activo. -Más limitante que la estereoespecificidad. Energía de fijación (ΔGB) -Es la principal fuente de energía libre utilizada por las enzimas para disminuir la EA de las reacciones. -Las interacciones de fijación (enlaces débiles) entre E y S proporcionan la fuerza impulsora principal de la catálisis enzimática. -Contribuye tanto a la especificidad como a la catálisis Teoría de adaptación o ajuste inducido -Considera a la E como una estrc dotada de plasticidad y flexibilidad. -Se trata de una masa modificable en contacto con el S, que se adapta a el, orientando los residuos esenciales en la posición optima en el momento de formar el complejo ES. -Solo el S adecuado provoca en la enz la disposición precisa de cadenas laterales necesaria para la catálisis. Cuando el S se une a la enz induce cambios conformacionales en la molec de esta, y recién entonces se acomodan los grupos func críticos para asegurar la ubicación mas efectiva. Isoenzimas -Son enzimas que difieren en su secuencia aminoacídicas, por lo que son físicamente distintas, pero que poseen la misma actividad catalítica, es decir que catalizan la misma reacción. -En general, tienen diferentes parámetros cinéticos o diferentes propiedades reguladoras. -Se expresan diferencialmente en distintos tejidos, organelos o estados fisiológicos o patológicos. Factores que afectan la actividad enzimática •Concentración de enzima: cuando haya sustrato disponible, un aumento en la concentración de enz aumenta la velocidad enzimática hasta cierto limite. •Concentracion de sustrato: La V de la reaccion aumenta al aumentar la concentración de S. A mayor concentración del sustrato, a una concen fija de enz, se obtiene la V max. Desp de q se alcanza esta V, un aumento en la conc de S no tiene efecto en la V de la reaccion.

•Temperatura: -En general, cuando aumenta la T, aumenta la velocidad de reacción, debido a que hay más moléculas con la E suficiente para alcanzar el estado de transición. -La T a la cual la V es máxima se denomina Temperatura óptima. -Aumentos de 10 °C, suelen duplicar la V, sin embargo, las enzimas son proteínas que se desnaturalizan a T altas (T> 60 °C). •pH: El pH puede actuar sobre: -Para la mayoría de las enz su pH optimo es de 6 a 8 -La unión E-S (grupos ionizables del S y del sitio de unión a la E) -La catálisis (afectando los grupos ionizables del sitio catalítico) -La estructura de la proteína nativa (terciaria y cuaternaria) La mayoría de las enzimas son muy sensibles a los cambios de pH •Presencia de cofactores: La concentración del cofactor debe ser igual o mayor que la concentración de la enzima para obtener una máxima actividad catalítica. •Presencia de inhibidores enzimáticos: son agentes químicos que inhiben la acción catalítica de enz. Esta puede ser reversible o irreversible: -Inhibidores irreversibles: producen cambios permanentes en la molecula de enz, con deterioro definitivo de su capacidad catalítica. Dentro de estos se incluyen los “inhibidores suicidas” , q forman uniones covalentes con la enz y bloquean el SA permanentemente; son altamente específicos. -Inhibidores reversibles: existen 3 tipos: 1- Inhibidores competitivos: aumentan el valor de Km, pero no modifican la V maz de la enz. Estos efectos se alcanza por # mecanismos: el I presenta similitud estrc con el S y ambos compiten por el SA de la enz; otros se unen al SA sin presentar similitud estruc con el S; I y S se fijan a # sitios de la enz, pero la unión de uno de ellos impide la del otro. La inhibición de tipo competitivo puede ser revertida aumentando la concentración de sustrato. 2-Inhibidores no competitivos: se unen a las enz en un lugar de la molec # del SA y disminuyen la V max sin modificar la constante Km; este tipo de I no es revertida por aumento de la concen de sustrato. 3- Inhibidores anticompetitivos: reducen Km y V máx. no es revertida por aumento de la concen de S. Zimógenos Se sintetizan en las células de origen al estado de precusores inactivos. Estos son proteínas simples que se convierten en enz activa por un proceso de hidrolisis. Agentes especif, producen ruptura de la cadena polipeptídica del zimógeno, cambian la conformación de la molécula y le otorgan act catalítica.

Cinética enzimática Consiste en el estudio de la catálisis enzimática, que proporciona información sobre la velocidad de reacción y el modo en el que cambia en respuesta a modificaciones de parámetros experimentales. La cinética y la dinámica química de una enz permiten explicar: -mecanismo catalítico -su papel en el metabolismo -actividad en la célula -inhibición de su actividad en fármacos Velocidad de reacción Es el cambio de la concentración de un reactante o un producto por unidad de tiempo, osea el tiempo que tarda un S en convertirse en un prod. (unidades de concentración/unidad de tiempo) Teniendo en cta las variables que afectan la V de la reacción, podemos decir: 1-Concentracion de sustratos La Teoría de Michaelis-Menten describe la velocidad inicial (Vo) de la reacción en función de la concentración de sustrato [S]. Asume que: - [S] >> [E], por lo que el porcentaje de sustrato unido a la enzima en cualquier momento es muy pequeño. [E] constante. - [ES] no cambia en el tiempo, es decir, la velocidad de formación de ES es igual a la velocidad de degradación (E + P) (HIPOTESIS DE ESTADO ESTACIONARIO). - Se utiliza la velocidad inicial de reacción (Vo), ya que la velocidad de la reacción se mide tan pronto como el S y la E se mezclan, por lo que la concentración de producto es muy pequeño y la reacción inversa, es decir, P S, puede ignorarse

Al comienzo, la act enzimática aumenta rápidamente con el incremento de concentración de sustrato, pero a niveles mas elevados de esta la V crece mas lentamente y tiende a alcanzar un max.

Cuando la concentración de S es baja, la act crece de forma lineal con la concen de S. A medida q aumenta esta, los incrementos de V son cada vez menores y se llega a una sit en la cual la act no aumenta por mas que se eleve concen de S. La curva hiperbólica es carac de reacciones en las cuales participa un S. Una cinética hiperbólica rectangular implica un proceso saturante: Hay un número limitado de sitios de la enzima para fijar sustrato, una vez que todos están ocupados, por más que se aumente la concentración de sustrato, la velocidad permanecerá constante, tendiendo a un valor asintótico. Cinética de primer orden: La velocidad de reacción es proporcional a la [S]. La relación lineal cuando [S] Km y con eso determinar Vmáx, que es una medida de [E]. -La medida de Km indica una relativa adecuación de diferentes sustratos con una enzima determinada. O sea, el sustrato con menor valor de Km tendrá mayor afinidad por la enzima Velocidad máxima Es la velocidad límite a la que tiende la reacción catalizada por enzimas a concentraciones saturantes de sustrato, es decir, cuando toda la enzima se encuentra formando el complejo ES. Es una medida de la [E].

Efecto de la concentración de enzima sobre la V de reacción La velocidad de la reacción es directamente proporcional a la concentración de enzima, a cualquier concentración de sustrato. Enzimas multi saturadas La mayoría de las enzimas catalizan reacciones con dos o más sustratos. Monosustrato

Multisustrato

Para c/s hay Km y Vmax Ecuación de Lineweaver-burk Forma lineal de la ecuación de Michaelis-Menten, gráfica de dobles recíprocos Los valores de Vmáx y Km pueden calcularse gráficamente si se representan los valores 1/Vo vs. 1/[S].

Donde: Y = 1/Vo X = 1/[S]

m y b son constantes m = pendiente = Km/Vmáx b = ordenada al origen = 1/Vmáx Ecuacion de Hanes-Woolf Reestructuración matemática de la ecuación de L-B para dar la ecuación lineal de Hanes-Woolf, multiplicando a ambos miembros por [S].

Ecuación de Eadie-Hofstee Se obtiene multiplicando la ecuación de M-M a ambos miembros por (Km+[S]).

Regulación de la actividad enzimática -Incremento en la cantidad de enzima •La regulación de la actividad enzimática puede estar dada por la alteración de la velocidad de síntesis de la enzima en un determinado sitio, mediante un control genético. •Puede presentarse una inducción o represión de la síntesis de determinada enzima, pero su eficiencia no se modifica. •Su efecto es lento, comparado con otros tipos de regulación.

•Principal mecanismo de regulación de enzimas que se requieren en una etapa del desarrollo o bajo condiciones fisiológicas específicas -Enzimas alostericas • Son llamadas enzimas regulables, su actividad se modula por moléculas efectoras (efectores alostéricos) que se unen reversiblemente en lugares distintos al sitio activo, llamados sitios alostéricos o regulables. • Generalmente son mayores y más complejos que las enzimas sencillas, la mayoría tienen 2 o más cadenas polipeptídicas o subunidades. • Catalizan pasos reguladores claves de las rutas bioquímicas. • La regulación puede ser: (+) ACTIVACIÓN ALOSTÉRICA (-) INHIBICIÓN ALOSTÉRICA

Las propiedades cinéticas de las enzimas alostéricas difieren del comportamiento catalítico de Michaelis-Menten. La curva de actividad enzimática en función de [S] es una curva sigmoidea. La presencia de una sigmoide implica la existencia de cooperatividad en la fijación del sutrato.

Concepto de cooperatividad

La unión de los sustratos al sitio activo de una subunidad produce un cambio conformacional que por contacto físico se transmite a las subunidades vecinas, facilitando/dificultando las interacciones. •Cooperatividad positiva: la fijación de una molécula de sustrato favorece la fijación del siguiente, y así hasta ocuparse toda la molécula. •Cooperatividad negativa: la fijación de una molécula de sustrato dificulta la fijación del siguiente. Concepto de retro inhibición En muchas rutas metabólicas las etapas reguladoras están catalizadas por enzimas alostéricas, siendo inhibidas en forma específica por el producto final de la ruta metabólica. -Modificación covalente reversible -En otra clase de enzimas reguladoras se modula la actividad por modificación covalente de la molécula enzimática - Entre los grupos modificadores se encuentran: el fosforilo, adenilo, uridilo, metilo y adenosina difosfato ribosilo. Los grupos modificadores pueden aumentar o disminuir la actividad enzimática -Generalmente estos grupos se unen y se eliminan de la enzima por la acción de otras enzimas •Fosforilacion/desfosforilacion -La fosforilación es la modificación covalente reguladora más frecuente. Las enzimas pueden tener 1 o más residuos fosforilables. -Dependiendo de la enzima la forma fosforilada puede ser más o menos activa. -Compartimentalización La mayoría de las enzimas están localizadas en organelos específicos. Esta compartimentalización sirve para aislarlas de otras reacciones y tener un ambiente favorable para la reacción. - Enzimas intracelulares -Enzimas extracelulares -Regulación general - Las propias concentraciones de S y P . - El pH y la T. - La presencia de cofactores y coenzimas. -Regulacion especifica 1. Control de la expresión 2. Alosterismo 3. Modificaciones covalentes reversibles 4. Síntesis de formas inactivas: Zimógenos o proenzimaz 5. Compartimentalización...