17. 3 enzimas

Bioquímica 1Unidad 5. Enzimas

Briseño

2

Unidad 5. Enzimas

5.3 Cinética enzimática> Sitio de fijación> Sitio catalítico> Especificidad enzimática> Complejo enzima-sustrato> Cinética química> Cinética enzimática> Constante de Michaelis-Menten y

significado fisiológico> Inhibición enzimática> Energía de activación. Briseño

Catálisis enzimática

3BriseñoBioquímica. Rawn. 1a edición. 1989. Editorial Mc. Graw Hill. Volumen 1. Parte 2. Conformación y

función de las proteínas. Capítulo 7. Catálisis enzimática y cinética enzimática: 149.Bioquímica. Conceptos esenciales. Feduchi, Blasco, Romero, Yáñez. 2011. Editorial Panamericana

Capítulo 8. Enzimas y catálisis: 134.


> Las reacciones catalizadas enzimáticamente tienen lugar en una cavidad asimétrica de la enzima denominada centro activo.

> La conformación y la composición química de este centro activo determinan la especificidad de la catálisis enzimática.

4BriseñoBioquímica. Conceptos esenciales. Feduchi, Blasco, Romero, Yáñez. 2011. Editorial Panamericana



> Las características del centro activo (sitio activo según Harper) están determinadas por la naturaleza de los aa que lo forman y su distribución espacial concreta.


función de las proteínas. Capítulo 7. Catálisis enzimática y cinética enzimática: 149.

> Teóricamente, el centro activo se puede subdividir en un sitio de fijación, que comprende los residuos de aa que entran en contacto con el sustrato, y un sitio catalítico, formado por aquellos residuos directamente responsables de la catálisis.




> La especificidad más importante de la catálisis enzimática es la especificidad enzimática (especificidad de reacción según otros autores) que determina la ausencia de subproductos en estas reacciones y que la formación (rendimiento) del P en las reacciones enzimáticas sea casi del 100%.





> Con un entorno químico adecuado que permite la interacción entre la E y el S mediante la formación de un complejo binario denominado complejo enzima-sustrato (ES).

> En general, este proceso de formación del complejo ES se puede considerar un caso específico de una interacción molecular mediante la creación de interacciones no covalentes entre ambas moléculas.

8Briseño

Complejo E-SModelo de “cerradura y llave” de Fischer

> La E y el S específico tienen formas geométricas que se ajustan exactamente una a otra.

> Esta “cerradura” enzimática recibe el nombre de sitio activo.

Bioquímica Ilustrada. Harper. 28a edición. 2010. Editorial Mc. Graw Hill.Capítulo 7. Enzimas y mecanismo de acción: 53 y 54.

Nobelde Química

1902

9Briseño

Complejo E-SModelo de “adaptación inducida” de Koshland

> Cuando los S se aproximan y se unen a una E, inducen un cambio conformacional.

> Vg: al colocar una mano (S) dentro de un guante (E).

> La E induce cambios recíprocos en su S y aprovecha la energía de unión para facilitar la transformación de S en P.

> Este modelo ya ha sido confirmado.

Bioquímica Ilustrada. Harper. 28a edición. 2010. Editorial Mc. Graw Hill.Capítulo 7. Enzimas y mecanismo de acción: 54.

10Briseño


> Pero hay que tener en cuenta que la formación de S a P no es inmediata.

> Una vez que el S adecuado interacciona con el centro activo, se van a producir modificaciones que lo convierten en un estado de transición que se transformará en el P final de la reacción.

Bioquímica. Conceptos esenciales. Feduchi, Blasco, Romero, Yáñez. 2011. Editorial PanamericanaCapítulo 8. Enzimas y catálisis: 135.



Catálisis enzimática> Una reacción catalizada enzimáticamente

obedece a las leyes químicas, al igual que la reacción no catalizada correspondiente.

> Para que una reacción química ocurra, tienen que presentarse 3 condiciones:

1. Los reactivos (en enzimología denominados S y P) deben colisionar.

2. La colisión molecular tiene que ocurrir con una orientación adecuada.

3. Los reactivos (en enzimología denominados S y P) deben tener suficiente energía.




> Esta energía se denomina energía de activación.

> En las reacciones catalizadas enzimáticamente disminuye la energía de activación y aumenta la probabilidad de una orientación adecuada en los reactivos (E y S), factores que actúan conjuntamente y producen velocidades de reacción mayores.




> La conversión de reactivos (E y S) en P en cualquier reacción química está acompañada de un cambio energético continuo.

> A medida que los reactivos se aproximan y empiezan a sufrir la reacción química, la energía del sistema aumenta.

> En el estado de transición de la reacción, el contenido energético alcanza un máximo.




> Pues en este estado, las longitudes y ángulos de enlace y la distribución electrónica en los reactivos (E y S) están distorsionados y en una configuración más energética.

> A medida que la reacción continúa, la energía del sistema disminuye hasta alcanzar un mínimo en los P.

15

Cinética química, cinética enzimática y cinética de Michaelis-Menten

> Cinética química es el estudio de la velocidad de las reacciones químicas.

> Cinética enzimática: estudia la velocidad de las reacciones catalizadas enzimáticamente y constituye una parte importante de la enzimología.

> Cinética de Michaelis-Menten: estudia la interacción de la concentración del S con sobre la actividad E.

Cinética del griego κίνησις kinesis

movimiento o el acto de

mover Todas las

reacciones químicas son reversibles.

Bioquímica. Rawn. 1a edición. 1989. Editorial Mc. Graw Hill. Volumen 1. Parte 2. Conformación y función de las proteínas. Capítulo 7. Catálisis enzimática y cinética enzimática: 166.

La eliminación rápida del P impide de manera

efectiva la reacción inversa, lo que hace que la reacción sea irreversible desde el

punto de vista funcional en condiciones fisiológicas.

16Briseño

Cinética enzimática> Es el campo de la bioquímica que se encarga

de la medición cuantitativa de los índices de reacciones catalizadas por enzimas y del estudio sistemático de factores que afectan estos índices.

> El análisis cinético puede revelar el número y orden de pasos individuales mediante los cuales las E transforman S en P.

Bioquímica Ilustrada. Harper. 28a edición. 2010. Editorial Mc. Graw Hill.Capítulo 8. Enzimas: cinética: 62.

17Briseño

Cinética enzimática

> Los estudios sistemáticos del efecto de la concentración inicial del sustrato sobre la actividad enzimática comenzaron a realizarse a finales del S XIX.

> En 1882 se introdujo el concepto del complejo E-S como intermediario del proceso de catálisis enzimática, y fue motivo de controversia (ni siquiera se sabía que las E son proteínas).


18Briseño

Cinética enzimática

> En 1913, Leonor Michaelis y Maud Leonora Menten

> Desarrollaron esta teoría y propusieron una ecuación de velocidad que explica el comportamiento cinético de las enzimas.


Briseño

Ecuación de Michaelis-Menten> Para explicar la relación observada entre

la velocidad inicial (v0) y la concentración inicial de S ([S]0) Michaelis y Menten propusieron que las reacciones catalizadas enzimáticamente ocurren en dos etapas:

1. En la primera etapa se forma el complejo E-S

2. En la segunda, el complejo E-S da lugar a la formación del P, liberando a la Enzima libre.


Esquema cinético

20Briseño

En este esquema cinético, k1, k2 y k3 son lasconstantes cinéticas individuales de cadaproceso y también reciben el nombre deconstantes microscópicas de velocidad.Según esto, podemos afirmar que:v1 = k1 [E] [S] v2 = k2 [ES] v3 = k3 [ES] Se puede distinguir entre E libre (E) y E unida al

S (ES), de forma que la concentración total de E, [ET], (que es constante a lo largo de la reacción) es:

[ET] = [E] + [ES]Como [E] = [ET] - [ES], resulta que: v1= k1[S] [ET] - k1 [S] [ES]Bioquímica. Rawn. 1a edición. 1989. Editorial Mc. Graw Hill. Volumen 1. Parte 2. Conformación y


Ecuación de Michaelis-Menten

21

Este modelo cinético adopta la hipótesis del estado estacionario, según la cual la concentración del complejo E-S es pequeña y constante a lo largo de la reacción (Figura de la izquierda). Por tanto, la velocidad de formación del complejo E-S (v1) es igual a la de su disociación (v2+v3): v1 = v2 + v3Además, como [ES] es constante, la velocidad de formación de los P es constante:v = v3 = k3 [ES] = constante.


Briseño


V1=k1[E] [S]V2=k2[ES]V3=k3[ES]

22Briseño

Como v1=v2+v3, podemos decir que:k1[S] [ET] - k1 [S] [ES] = k2 [ES] + k3 [ES]

Despejando [ES], queda que:

siendo

en donde la expresión (k2+k3)/k1 se ha sustituido por KM, o constante de Michaelis-Menten.Este enlace nos aporta una explicación sobre las razones que hacen de la KM un parámetro cinético importante.Por lo tanto, en el estado estacionario, la velocidad de formación del producto es: v = v3 = k3 [ES] =Bioquímica. Rawn. 1a edición. 1989. Editorial Mc. Graw Hill. Volumen 1. Parte 2. Conformación y



23Briseño

> Para cualquier reacción enzimática:

> [ET], k3 y KM son constantes.> La constante de Michaelis-

Menten KM es importante por que:



k3 =[ES]

24Briseño

1. El valor de KM caracteriza la interacción de la E con un S dado. Estos datos manifiestan que los valores de KM son diferentes, dependiendo del tejido de origen.

2. Los valores de KM de muchas E son próximos a los de la concentración fisiológica de sus S.

Bioquímica. Rawn. 1a edición. 1989. Editorial Mc. Graw Hill. Volumen 1. Parte 2. Conformación y función de las proteínas. Capítulo 7. Catálisis enzimática y cinética enzimática: 171 y 172.

Ecuación de Michaelis-Menten y significado fisiológico

25Briseño

> La ecuación de Michaelis-Menten contempla la inhibición enzimática.

> Los metabolitos y drogas que inhiben reversiblemente a las E tienen una importancia fundamental en bioquímica.

> Hay 3 tipos principales de inhibición:


Inhibición enzimática

26Briseño

1. Competitiva Un inhibidor competitivo es aquel que se une reversiblemente a la E y bloquea el acceso del S al centro activo.

2. No competitiva Un inhibidor no competitivo puede unirse a la E libre y al complejo ES (unión no ordenada).

3. Acompetitiva Un inhibidor es el que se une al complejo ES pero no a la E libre.

4. Irreversible Se une a la E en una unión covalente (irreversible).

Bioquímica. Rawn. 1a edición. 1989. Editorial Mc. Graw Hill. Volumen 1. Parte 2. Conformación y función de las proteínas. Capítulo 7. Catálisis enzimática y cinética enzimática: 178, 180 y 182.

Bioquímica. Conceptos esenciales. Feduchi, Blasco, Romero, Yáñez. 2011. Editorial PanamericanaCapítulo 8. Enzimas y catálisis: 151.

Inhibición enzimáticaMnemotecnia:

CENAIC EN ES EA ESI E


Capítulo 8. Enzimas y catálisis: 151.Las Bases Farmacológicas de la Terapéutica. Goodman y Gilman. 8a edición. 1991. Editorial Médica

Panamericana. Toxicología XVIII. Capítulo 66. Metales pesados y antagonistas de los metales pesados: 1543.

Inhibición enzimática Irreversible> Este tipo de inhibidores no tienen un

comportamiento cinético Michaeliano.> Por ejemplo el Hg que forma con facilidad

uniones covalentes con azufre y esta propiedad es responsable de la mayoría de las características biológicas del metal. También se combina con grupos funcionales como fosforilo, carboxilo, amida y amina.

> Por lo que aún a concentraciones bajas, es capaz de inactivar a las E interfiriendo así con el metabolismo y función celular.

28Briseño

Inhibición enzimática competitiva> Las prostaglandinas constituyen una clase

muy importante de moléculas derivadas de ácidos grasos insaturados de cadena larga, son efectores del dolor e inflamación.

> En una de las primeras etapas de su síntesis, interviene la E prostaglandina sintasa que es una E de la vía de la ciclooxigenasa (COX).

> Muchos AINES actúan inhibiendo (competitivamente) a la E prostaglandina sintasa (impidiendo la vía COX), por lo que disminuyen los niveles de prostaglandinas y tromboxanos.

Ruta metabólica:

Vía de la Ciclooxigenasa,

cuyos principales

productos son las

prostaglandinasy tromboxanos

Las Bases Farmacológicas de la Terapéutica. Goodman y Gilman. 8a edición. 1991. Editorial Médica Panamericana. Capítulo 26. Agentes analgésicos-antipiréticos y antiinflamatorios: 627.

Las prostaglandinasconducen a la

inflamación tisular,que puede ser

inhibida mediante elconsumo de aas

30Briseño

Aas> Se ha usado por siglos como

antiinflamatorio, antipirético y analgésico.

> Su farmacodinamia fue un enigma hasta 1974.

> Inhibe la síntesis de prostaglandinas por la inactivación de la E prostaglandina sintasa (inhibe el primer paso de la vía ciclooxigensa COX).

> Ergo, el aas es un potente intiinflamatorio por que inhibe (competitivamente) la síntesis de prostaglandinas.


Inhibición enzimática competitiva

31Briseño

> También es un antitrombótico a dosis de 100mg/24 por que inhibe la síntesis de tromboxanos, que son potentes agentes agregantes plaquetarios (ya que éstas células sin núcleo son incapaces de sintetizar nuevas moléculas de la E prostaglandina sintasa).


Aas

Inhibición enzimática competitiva

32

Bibliografía > Bioquímica. Rawn. 1a

edición. 1989. Editorial Mc. Graw Hill. Volumen 1. Parte 2. Conformación

y función de las proteínas. Capítulo 7. Catálisis enzimática y cinética enzimática: 149-193.

> Bioquímica. Conceptos esenciales. Feduchi, Blasco, Romero, Yáñez. 2011. Editorial Panamericana Capítulo 8. Enzimas y catálisis:

131-157

33

Bibliografía > Bioquímica Ilustrada. Harper. 28a

edición. 2010. Editorial Mc. Graw Hill. Capítulo 7 Enzimas: mecanismo de

acción: 51-61. Capítulo 8. Enzimas: cinética: 62-74.

> Las Bases Farmacológicas de la Terapéutica. Goodman y Gilman. 8a edición. 1991. Editorial Médica Panamericana Toxicología XVIII Capítulo 66. Metales pesados y

antagonistas de los metales pesados: 1543.

Capítulo 26. Agentes analgésicos-antipiréticos y antiinflamatorios: 627.

34 Vincent Van Gogh

Los girasoles

Science

17. 3 enzimas