2. Enzimas Son típicamenteproteínasquesirvencomocatalizadoresparalasreaccionesbioquímicas. Algunos ARNs (ribozimas) y anticuerpos (abzimas)handemostradocapacidadcomocatalizadores. Se caracterizanpor: 1. Catálisissobre la tasa de lasreacciones 2. Especificidadporsubstrato la cualvaría con la enzima 3.Regulaciónde reacciones o vias 4. Cofactores Algunasusancofactores y otras no.
4. Incremento de la tasa de lasreacciones Formación del ácidocarbónico a partir de CO2 y H2O. Tasa no catalizada = 1.3 x 10-1moléculas/seg Tasacatalizada = 1.0 x 106 moléculas/seg Incremento = 7.7 x 106 veces Anhidrasacarbónica
19. Estrategias de catálisis Catálisis Covalente: El sitio activo contiene un grupo reactivo, usualmente un nucleófilo fuerte que temporalmente es modificado covalentemente durante la catálisis. (Ej: El aa Ser en la Quimitripsina) Catálisis Acido-Base: Una molécula diferente del agua juega el papel de donante o aceptor de un protón. (Ej: La función del aaHis de la Quimotripsina) Catálisis con ion metálico: Ocurre de varias maneras. El ion metálico como catalizador electrofílico para estabilizar la carga negativa en un intermediario de la reacción. El ion puede generar un nucleófilo por el incremento de la acidez de en una molécula cercana. El ion puede unirse al sustrato contribuyendo a la fuerza de interacción E-S. Catálisis por Aproximación: En reaccione que implican dos sustratos, la tasa se incrementa cuando la enzima provee una superficie que permite la orientación correcta de los mismos . (El: La s NMP quinasas.
27. k1 k2 E + S ES E + P k-1 Cinética [E] = Enzyme concentration [S] = Concentración de sustrato [ES] = Concentración del complejo Enzima-Sustrato [P] = Concentración de producto k1 = Constante de formation de ES k-1 = Constante de descomposición de ES k2 = Constante de descomposición de ES
28. k1 k2 E + S ES E + P k-1 Gráfica de Michaelis-Menten Relacióngráfica entre la velocidad de reacción y concentración de substrato Order Cero (Alta [S]) Primer Orden (Baja [S])
31. k1 k2 E + S ES E + P k-1 The Michaelis-MentenEquation Asumiendocondiciones de estadoestacionario: Formation ES = Descomposición de ES Definimos la “Constante de Michaelis” como: KM = (k-1 + k2) / k1 La velocidad general de reacciónes dada por la tasa de conversion de ES en E + P. v = k2[ES] = kcat[ES]
33. k1 k2 E + S ES E + P k-1 Derivación de la ecuación de Michaelis-Menten 1. Tasa general de formación de producto: v = k2 [ES] 2. Tasa de formación de [ES]: vf= k1[E][S] 3. Rate of decomposition of [ES]: vd= k-1[ES] + k2 [ES] ES formation = Descomposition de ES (Estado estacionario) 4. Portanto: k1[E][S] = k-1[ES] + k2 [ES]
34. Derivación de la ecuación de Michaelis-Menten 5. Resolviendopara [ES], usamos el balance de enzimaparaeliminar [E]. ET = [E] + [ES] k1 (ET - [ES])[S] = k-1[ES] + k2 [ES] k1 ET[S] - k1[ES][S] = k-1[ES] + k2 [ES] 6. Factorizando: K1(ET[S] - [ES][S]) = (k-1 + k2) [ES] ET[S] = KM [ES] + [ES][S] ET[S] = (KM + [S]) [ES]
35. Derivación de la ecuación de Michaelis-Menten ET[S] 10. Continuando: [ES] = ----------------------- KM + [S] 11. Multiplicandopork2: k2ET [S] k2 [ES] = ----------------------- KM + [S] 12. Dado que: “Vo = k2 [ES]” “Vmax = k2 [ET]” Vmax[S] vo = ----------- KM + [S]
38. k1 k2 E + S ES E + P k-1 Constantecatalíticakcat En unareaccióncatalizadaporenzima, la tasa general de formación de productoes: v = k2 [ES]. Si todaslasmoléculas de enzimaestán en complejocomosustrato(exceso de S), se da la máximavelocidad de reacción: Vmax= kcatET aquí, kcates la constante general de reacción. kcat= Vmax/ET kcat = Número de recambio
43. EficienciaCatalítica (kcat/KM) kcat/KM= Eficiencia Al reescribirkcat/KM en términos de lasconstantescinéticas se obtiene: kcatk1k2 ------- = ----------- KM k-1 + k2 Portanto, cuandok2espequeña, el denominador se convierte en “k-1” y kcat/KMespequeña
44. EficienciaCatalítica (kcat/KM) kcat k1k2 ------- = ----------- KM k-1 + k2 Y cuando k2 es grande, el denominador se convierte en k2 y kcat/KM estará limitada por el valor de k1, es decir, la formación del complejo ES. Su formación es a su vez limitada por la tasa de difusión de S al sitio activo of E. Este valo máximo teórico en solución acuosa es: ~109 sec-1 M-1
53. InteracciónAlostérica Modelos a) En el modelo concertado, la enzima existe sólo en dos conformaciones. Los sustratos y los activadores poseen una mayor afinidad por el estado R. Los inhibidores favorecen el estado T. (b) En el modelo secuencial, una subunidad asume una conformación R al unirse al sustrato. Conforme la primera subunidad cambia su conformación, se afecta la afinidad de las subunidades cercanas por los ligandos. R T
55. Inhibición de la Actividad Unión no covalente del inhibidor: Competitiva (I se une solo a E) Incompetitiva (I se une solo a ES) No competitive (Ise une a E o a ES) Unión covalente del inhibidor– irreversible Grupoespecífica Análogos del estado de transición Suicidas
71. Inhibición Irreversible –Basada en el Mecanismo de Reacción El inhibidor es modificado por la enzima antes de unirse covalentemente a ella. Suicidio
73. Abzimas Anticuerpos con actividad enzimática La inserción de un ion metálico en una porfirina (enzima ferroquelatasa) procede a través de un estado de transición en que su estructura es doblada. La N-Metilmesoporfirina es análogo de dicho estado que puede usarse para generar Abs capaces de catalizar la inserción de un ion metálico a la porfirina. Porfirina N-Metilmesoporfirina
