factores físicoquímicos, modelo de michaelis y menten, sustratos múltiples
DESCRIPTION
Factores Físicoquímicos, Modelo de Michaelis y Menten, Sustratos MúltiplesTRANSCRIPT
UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLOFACULTAD DE CIENCIAS BIOLÓGICAS
DEPARTAMENTO ACADÉMICO DE QUÍMICA BIOLÓGICA Y FISIOLOGÍA ANIMAL
T1. Factores Físicoquímicos que influyen en la actividad enzimática
T2. El modelo de Michaelis-Menten. Significado de los valores valores de Km y Vmax. El criterio de Kcat/Km. Sustratos múltiples en las reacciones
bioquímicas.
Ms.C. Patricia Elizabeth Torres Plasencia .
FACTORES FISICOQUÍMICOS QUE INFLUYEN EN LA ACTIVIDAD ENZIMÁTICA
La actividad enzimática se puede medir en términos de la velocidad de reacción enzimática: “Cantidad de producto formado (en M ó mM) por unidad de tiempo (s ó min.)”.
La actividad enzimática puede estar afectada por:El Tiempo de incubaciónEl pH La temperatura La Concentración de enzimaLa Concentración de sustrato
TIEMPO DE INCUBACIÓN
La cantidad de producto formado en una reacción enzimática es proporcional al tiempo de incubación (a > t > P formado).
Pero: La relación es lineal hasta un periodo determinado ya que las reacciones son generalmente reversibles y tienden al equilibrio.
Efecto del pH
La mayor parte de los enzimas tienen un pH característico en el
cual su actividad es máxima: pH óptimo.Por encima ó debajo de este pH: la actividad disminuye.
Curva generalmente acampanada, algunas presentan una meseta: Papaína (entre pH 4 y 9).
El pH genera la ionización (carga + ó -) tanto del sustrato como de los grupos funcionales de los Aas ptes en el centro activo, lo que favorece la actividad catalítica.
Valores de pH muy ácidos ó alcalinos: altera estructura 3°: desnaturalización: pérdida de act. enzimática.
Efecto de la Temperatura
Cuando aumenta T°, aumenta la energía de moléc. reaccionantes, se favorece la colisión.
La V de las reacciones enzimáticas incrementa con el aumento de la T° hasta un margen que no comprometa la estabilidad y activ.
La velocidad de reacción de los enzimas se duplica aproximadamente por un incremento de cada 10°C (Q10: coeficiente de temperatura). El Q10 varía segúnlos enzimas (dependiendo de la energía de activación).
La mayor parte de los enzimas se inactivan a T° superiores a 55 60°C, exceptoalgunas bacterias termofílicas (85°C). Algunos enzimas inactiv. térmica que luego revierte.
Efecto de la Concentración de Enzima
Efecto de la concentración del sustrato
Michaelis y Menten observaron que cuando se mantiene constante la concentración de enzima (E) y se va incrementando la concentración del sustrato (S), se obtiene una gráfica hiperbólica.
Primer Orden
Orden cero
Inicialmente V reacción proporcional a [S] obteniéndose una línea recta. Luego V reacc. disminuye (independiente de [S]) hasta hacerse constante.
CINÉTICA ENZIMÁTICA
La cinética enzimática estudia la velocidad de las reacciones catalizadas por los enzimas, así como también los factores que intervienen.
Concentración de enzima, sustratos y productos (incluyendo inhibidores y/o activadores)
pH
Temperatura
¿Qué significa “velocidad” cuando hablamos de una reacción química? Si tenemos la siguiente reacción:
La velocidad (V) es la cantidad de A que desaparece en una unidad de tiempo concreta; es igual a la velocidad de aparición de P, es decir, la cantidad de P que aparece en una unidad de tiempo completo.
La velocidad de la reacción está relacionada directamente con la concentración de A mediante una constante de proporcionalidad k, denominada constante de velocidad:
Muchas reacciones bioquímicas importantes incluyen dos reactantes:
Primer orden
V = k[A][B]Segundo orden
Pseudo primer orden
Orden cero
La concentración del sustrato afecta la velocidad de reacción catalizada por enzimas
Para investigar la velocidad de reacción el método más sencillo es seguir el incremento del producto de la reacción en función del tiempo.
Sin embargo, las cinéticas enzimáticas son más fácilmente comprendidas si se considera solamente la reacción directa (conversión del S a P).
Se alcanza un equilibrio, el enzima esactivo y transforma el P en S y vicev.
Velocidad de catálisis (V0) : número de moles de producto formado por segundo cuando la reacción acaba de empezar (t = 0).
Leonor Michaelis y Maud Menten propusieron un modelo sencillo que explica estas características cinéticas mediante la formación de un complejo E-S intermediario en la catálisis.
E + S ES E + Pk-1
k1
K-2
k2
Modelo de Michaelis - Menten
E + S ES E + Pk-1
k1 k2
Teniendo en cuenta la velocidad de reacción cercana a 0:
En el estado estacionario la [ES] permanece invariable y las concentraciones del S y P van cambiando. Se obtiene una constante que relaciona las constantes de velocidad de destrucción y formación del complejo [ES]
Si K1 >> K2, Km = cte disociación del complejo ES, es decir es una medida de la estabilidad del complejo ES: Una Km baja indica una unión fuerte.Una Km alta indica una unión débil.
Km es diferente para cada enzima y depende del sustrato, pH, temperatura y fuerza iónica.
Obteniendo la ecuación de Michaelis – Menten:
Baja concentración de sustrato
ALTA concentración de sustratoSATURACION
Si [S] es >>> que Km, Vo = Vmax
Si [S] es <<< que Km, Vo = (Vmax/Km) [S]
Si [S] es igual a Km, Vo = Vmax/2
En resumen, los valores de Km y Vmax significan:
Km:
Es aquella concentración de sustrato a la cual la velocidad de reacción se hace la mitad de su valor máximo o aquella concentración a la cual la mitad de los centros activos están ocupados.
Es la medida de la estabilidad del complejo ES, es decir indica la afinidad del E por el S.
Vmax:
Revela el número de recambio de un enzima, que es el número de moléculas de sustrato convertidas en producto por unidad de tiempo por una molécula de enzima totalmente saturada de sustrato. Es igual a la cte cinética K2 o Kcat.
Determinación de los valores de Km y Vmax
Representación recíproca doble(Lineweaver - Burk)
1/s
-0.4 -0.2 0.0 0.2 0.4 0.6
1/v
0.00
0.01
0.02
0.03
0.04
NUMERO DE RECAMBIO: Kcat
K cat = Vmax/ [E]T
Kcat = numero de moléculas de sustrato convertidas en producto por unidad de tiempo por una molécula enzimática en condiciones óptimas ( saturada por el sustrato).
[ E]T = concentración total de la enzima
Kcat/Km
Es una medida de la eficiencia catalítica:
Cuando la [S] >>> Km, la V = Kcat.
Cuando la [S] <<< Km, la V <<<Kcat y [E] es parecida a [E]T .
La mayoría de las reacciones bioquímicas incluye múltiples sustratos
Las reacciones en los sistemas biológicos incluyen normalmente dos S y dos P. Reacción bisustrato:
A+B P+Q
La mayoría de estas reacciones supone la transferencia de un grupo funcional (fosforilo, amonio) o de electrones (reacc. Redox) de un sustrato a otro.
Las reacciones de múltiples sustratos, se dividen en dos clases:
Desplazamiento secuencial y desplazamiento doble.
DESPLAZAMIENTO SECUENCIAL
Todos los sustratos se unen al enzima antes de que se libere cualquier producto.Se forma un complejo ternario entre el enzima y ambos sustratos (o productos).Existen dos tipos: ordenado (S se une al E en una secuencia definida) y al azar.
Mecanismo secuencial ordenado:
Mecanismo secuencial al azar:El orden de adición de sustratos y la liberación de productos es al azar.
DESPLAZAMIENTO DOBLE O PING-PONG
Uno ó más productos se liberan antes de que todos los sustratos se unan al enzima.La característica de estas reacciones es la existencia de un intermediario del enzima sustituido (que modifica al enzima temporalmente).
Son ejemplo las reacciones de transaminación (transferencia de grupos amino de un Aa a un α-cetoácido).
Los enzimas alostéricos no siguen la cinética de Michaelis-Menten
Los enzimas alostéricos contienen múltiples subunidades y múltiples centros activos.Muestran curvas sigmoideas en vez de las hiperbólicas.
La interacción de las subunidades hace a la unión del sustrato cooperativa, es decir la unión del S a un centro activo del enzima facilita la unión a otros centros activos.Además la actividad de estos enzimas se puede modificar por la unión de moléculas reguladoras (que se unen reversiblemente a otros centros que no son los catalíticos). Estos enzimas son reguladores de las vías metabólicas.
GRACIAS POR SU ATENCIÓN