fisiología de la nutrición fisiología del tubo digestivo ... · b) la velocidad de formación...
TRANSCRIPT
Fisiología de la Nutrición
Fisiología del tubo digestivo
Metabolismo intermedio
Nutrición
PROTEÍNAS
LÍPIDOS
CARBOHIDRATOS
Á. NUCLEICOS
VITAMINAS
MINERALES
AGUA
¿Qué cosas entran y cuáles salen de la caja?
ALIMENTOS
CO2
O2
HECES
LECHE
CRÍA(s)
CALOR AGUA
(orina, vapor, lágrimas)
MOVIMIENTO (trabajo)
PELOS/FIBRAS
CH4
¿Qué cosas entran y cuáles salen de la caja?
Fisiología de la Nutrición
Fisiología del tubo digestivo
Metabolismo intermedio
Nutrición
Trata los movimientos y las secreciones del tubo digestivo, su regulación y los procesos de digestión, fermentación y absorción de nutrientes.
Trata las reacciones bioquímicas por las que se degradan o se sintetizan las biomoléculas en el organismo (vías metabólicas), su regulación e interconexión y el destino de sus productos finales e intermediarios en diferentes órganos.
Trata el análsis cuantitativo de los componentes y productos del cuerpo, las fuentes de energía y de nutrientes, su disponibilidad en los alimentos, su dinámica corporal y los intercambios con el ambiente.
ENZIMAS
CATALIZADOR BIOLÓGICO
ALTO PODER CATALÍTICO
ESPECIFICIDAD
MUCHOS ESTÁN REGULADOS
PROTEÍNAS RNA CATALITICAMENTE ACTIVAS
FUERZAS INTERMOLECULARES
ORIENTACIÓN ÓPTIMA
LOS ENZIMAS TIENEN UN ENORME PODER CATALÍTICO
Aceleran la velocidad de reacción 1.000.000 veces.
Ej. reacción de hidratación del CO2 ( anhidrasa carbónica)
105 moléculas de CO2 / seg
MUY ESPECIFICOS
SUSTRATO Única reacción o reacciones relacionadas
Algunas enzimas proteolíticas (hidrolizan enlaces peptídicos) son completamente específicas.
Tripsina: lado del COOH de Lys o Arg.
Trombina: lado COOH debe ser Arg mientras que el lado NH2 debe ser Gly.
Clasificación de las enzimas según la reacción catalizada
Comisión Internacional de Bioquímica y Biología Molecular (IUBMB)
1
2
3
4
5
6
1
2
3
4
5
6
Energía libre de activación
Una reacción química A ↔ B transcurre a través de un estado de
transición, con mayor energía que la de A o la de B.
La velocidad de la reacción depende de la diferencia de energía libre entre A y el estado de transición: Energía libre de Gibbs (..y de la T)
∆G= G estado de transición – G sustrato
Las enzimas aceleran las reacciones porque disminuyen la energía de activación de una reacción química. La combinación sustrato-enzima crea un estado de transición de < E de la que tendría en ausencia de la enzima.
Avance de la reacción
Energía libre
Reacción enzimática
La enzima se une al o los sustratos formando un complejo transitorio
E + S ↔ ES → E + P
Sitio activo →
Complejo enzima-sustrato
↓
El CENTRO ACTIVO comprende un sitio de unión formado por los aminoácidos que están en contacto directo con el sustrato
1.- El enzima y su sustrato
2.- Unión al centro activo
3.- Formación de productos
+
E + S ↔ ES → E + P
Apoenzimas / coenzimas
• Muchas enzimas necesitan para funcionar de una molécula no proteica:
coenzima
grupo prostético
cofactores
HOLOENZIMA = APOENZIMA + COENZIMA
enzima total proteína parte no proteica
Una coenzima pude unirse a diferentes apoenzimas y actuar sobre diferentes sustratos (ej. NAD, nicotinamida adenina dinucleótido, aceptora de H+ sustraídos al sustrato).
Complejos orgánicos
Estructura de Nicotinamida Adenina Dinucleótico
NAD Y NADH
COENZIMAS
Estructura de Nicotinamida Adenina Dinucleótico Fosfato
NADP+ NADPH+
Estructura de flavin adenín dinucleótico
FAD Y FADH2
VITAMINAS esenciales para los procesos biológicos
IONES METÁLICOS Enlaces covalentes coordinados con AA laterales
Metaloenzimas Ej: Mg+2 hidrólisis del ATP
ATP
ENZIMAS ALOSTÉRICAS
CELULA FÁBRICA
COORDINACIÓN Y REGULACIÓN
Enzimas que además del sitio activo, poseen otro sitio/s (alostérico) a los cuales pueden unirse en forma reversible: * activadores/inhibidores (moduladores +/-) * el propio sustrato de la reacción
CONTROL A NIVEL DE SUSTRATO HEXOQUINASA
G-6P
CONTROL POR RETRACCIÓN
E
ACTIVACIÓN / INHIBICIÓN
G
Ej: regulación de purinas y pirimidinas para formación de ADN
ENTENDER ENZIMAS ALOSTÉRICOS REGULAN A DISTANCIA
ZIMÓGENO
Algunas se sintetizan como precursores inactivos: zimógenos o proenzimas
ENZIMAS DIGESTIVAS PROTEASAS PANCREÁTICAS
Activan por ruptura proteolítica
Ej: Tripsina Quimiotipsina Elastasa Carboxipeptidasa
Tripsinógeno Quimiotipsinógeno Proelastasa Procarboxipeptidasa
Se degradan tras haber cumplido su ciclo
ISOENZIMAS Formas múltiples de una E ( en secuencia de AA) Catalizan la misma reacción.
Ej: Hexoquinasa y Glucoquinasa
Glucosa + ATP Glucosa 6 (P) + ADP
Ambas enzimas catalizan la fosforilación de la glucosa:
Presentes en hígado, páncreas y cerebro
las isoenzimas tienen diferente distribución tisular, su estudio es un importante instrumento en la determinación del daño sufrido por órganos específicos.
Hexokinasa I tiene un bajo Km y es inhibida por Glucosa 6 (P). Glucokinasa no es inhibida por Glucosa 6 (P) y tiene un alto Km. Estos dos hechos indican que la actividad de Glucoquinasa depende de la disponibilidad de substrato y no de la demanda del producto.
¿QUÉ FACTORES PARTICIPAN?
CINÉTICA ENZIMÁTICA
Energía libre de activación
FACTORES QUE AFECTAN LA ACTIVIDAD DE LAS ENZIMAS
pH
Actividad en un rango de pH específico
- Fijación de la E y S
- Estado de ionización de los AA intervinientes en act. catalítica
- Ionización del sustrato
- Variación de la estructura proteica (pH extremos)
Temperatura Ideal en la que presentan mayor act. catalítica
- A mayor temp. aumenta la velocidad de reacción
- En general se inactivan entre 55 - 60 ºC
- Existen excepciones (bacterias termófilas)
FACTORES QUE AFECTAN LA ACTIVIDAD DE LAS ENZIMAS
Inhibidores
Irreversibles
Reversibles
Competitivos
No competitivos IRREVERSIBLES
• Altera la tridimensionalidad del sitio activo.
• Inactiva permanentemente la act. Enzimática.
• Interrumpe desarrollo de reacción en vía metabólica.
E + I E-I
FACTORES QUE AFECTAN LA ACTIVIDAD DE LAS ENZIMAS
Competitivos REVERSIBLES S I
Ej: Succinato deshidrogenasa
Se revierte al S
No competitivos REVERSIBLES
Disminuye el número de recambio: N° de moléculas de S convertidas en P / unidad de t, cuando E saturada
E puede unirse a ambos ( S- I)
No se desplaza al S
Cofactores
Enzima
FACTORES QUE AFECTAN LA ACTIVIDAD DE LAS ENZIMAS
pH
Temperatura
Coenzimas Sustrato
COORDINACIÓN Y REGULACIÓN
VELOCIDAD DE REACCION
A B
Considerando la reacción mas sencilla
Velocidad de reacción: velocidad de formación de B, disminución de A.
d B
dt
V Mol/l
seg d A
dt
V
Velocidad de la reacción es proporcional a [A]
d B
dt
V d A
dt
K1 [ A ] (1º orden)
Cte. de velocidad 1/seg
K1 elevada
K: proporciona una medida directa de la rapidez con que se produce la reacción
K1 baja
Reacción rápida
Reacción lenta
[Ao] concentración inicial t = 0
[Ao] exponencialmente con t
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0 10 20 30 40 50
[A 0]
Tiempo
Concentracion / tiempo
A B
VELOCIDAD DE REACCION
0
20
40
60
0 10 20 30 40 50
V 0
[ A0]
Grafico de velocidad
Alternativa : medir la velocidad
inicial (Vo) para ≠ [Ao]
Si Vo es proporcional a [Ao]
• reacción de 1º orden
• K1 pendiente a la recta
VELOCIDAD DE REACCION
A B
K1
K -1
d A
dt
V = K1 [ A ] + K -1 [ B ]
2 A B
K2
Reacciones de segundo orden
d B
dt
V = K2 [ A ] 2
Cte. de velocidad 2º orden
VELOCIDAD DE REACCION
Reacciones de orden 0 Reacciones de 1º orden Reacciones de 2º orden
V = K [ A] 0 V = K [ A] 1 V = K [ A] 2
V K V [ A]
En una ecuación de
orden cero, la velocidad
de reacción es cte,
independiente de [A]
En una ecuación de 1º
orden, la velocidad de
reacción es directamente
proporcional a [A]
En una ecuación de 2º
orden, la velocidad de
reacción es proporcional
al cuadrado de [A]
0
20
40
60
0 10 20 30 40 50
V
[ A ]
Orden uno
0
20
40
60
0 10 20 30 40 50
V
[ A ]
Orden cero
0
20
40
60
0 10 20 30 40 50
V
[ A ]
Orden dos
VELOCIDAD DE REACCION
CINÉTICA DE LA CATÁLISIS ENZIMÁTICA
Cada reacción se define por una cte específica de velocidad K 1, K -1 y K 2
Vi
[ E ]
Vi
[ S ] Fig A Fig B
CINÉTICA ENZIMÁTICA
Haciendo consideraciones matemáticas, compatibles con las fig A y B.
[ ET ] = [ ES ] + [ E ]
1- La concentración total de enzima es la suma de la concentración de
enzima complejada [ES] y la enzima libre [E].
2 – La etapa más lenta es la descomposición del complejo ES
Velocidad inicial [ E ] libre máxima
[ S ] modificado mínima
Tiempo tiende a cero
Vo [ ES ]
: directamente proporcional
Estableciendo la constante K :
K M = K -1 + K 2
K 1
relaciona las tres ctes. individuales
En función de estos postulados se llega a las siguientes ecuaciones:
[ ES ] = [ E T ] . [ S ]
K M + [ S ]
K M : cte. de velocidad ( Michaelis – Menten )
V = V máx. [ S ]
K M + [ S ]
CINÉTICA ENZIMÁTICA
3 – Michaelis y Menten establecieron que la Velocidad máxima ( V máx)
se logra cuando [ ES] es máxima.
V máx [ ES ] máxima
toda la E está complejada con el S
[ E ] = 0
V máx [ ET ]
4 – El estado estacionario corresponde a un equilibrio en todas las
reacciones de un organismo vivo ( 1925 Briggs y Baldane) .
Incluye los siguientes postulados:
CINÉTICA ENZIMÁTICA
a) La velocidad de desaparición del S es igual a la velocidad del P
d [ P ]
d t
- d [ S ]
d t
b) La velocidad de formación del complejo ES será siempre igual a sus
velocidades de disociación en E libre y S, y de descomposición en E libre y P.
V formación = V disociación + V descomposición
V formación = K 1 . [ E ]. [ S ]
V disoc. + V descomp. = K -1 . [ E ] + K 2 [ ES ]
K 1 . [ E ]. [ S ] = K -1 . [ E ] + K 2 [ ES ]
CINÉTICA ENZIMÁTICA
- propia para cada enzima
- unidades de concentración
K M
Concentración de sustrato
Veloc. de
reacción Meseta : Valor asintótico
Implica: [ ES] máx
[ E ] libre = 0
Baja [ S ] Alta [ S ]
CINÉTICA ENZIMÁTICA
Vmáx: valor máximo al que tiende la curva experimental. V cuando todos los centros activos están ocupados. KM: [S] a la cual la V de la reacción es la mitad de la Vmáx.
Describe la V de reacción de una enzima.
• Las reacciones enzimáticas presentan saturación por sustrato.
Cuando [S] es pequeña, V es casi proporcional a [S] Cuando [S] es elevada, V es prácticamente independiente de [S]
CINÉTICA ENZIMÁTICA
K M : [ S ] que corresponde a una velocidad igual a la mitad de
la velocidad máxima.
Partiendo de la ecuación de Michaelis – Menten se puede averiguar
la [ S ] que corresponde a la V máx./ 2.
V = V máx. [ S ]
K M + [ S ]
V máx = V máx. [ S ]
K M + [ S ] 2
Simplificando V máx. y reordenando:
K M + [ S ] = 2 [ S ]
K M = 2 [ S ] – [ S ] K M = [ S ] para V máx / 2
CINÉTICA ENZIMÁTICA
Curva de Michaelis - Menten
Ecuación de Lineweaver - Burk
Inversas: 1/ V y 1 / S
CINÉTICA ENZIMÁTICA
EFECTO DE LOS INHIBIDORES
Inhibidor competitivo
Sustrato
Inhibidor
Sitio activo
de la enzima
Productos
El inhibidor impide la
unión del sustrato
El sustrato y
el inhibidor
pueden unirse
al sitio activo
INHIBICIÓN COMPETITIVA
E + S E S E + P
K 1
K -1
K 2
I
+
E I
CINÉTICA ENZIMÁTICA
+ I
- I + I
1/V
1/[ S ]
- I
+ I
1/Vmáx
-1/ Km ap. -1/ Km
Inhibidor competitivo
K M
= V máx
EFECTO DE LOS INHIBIDORES
[ S ]
V
CINÉTICA ENZIMÁTICA
EFECTO DE LOS INHIBIDORES
Inhibidor no competitivo
E + S E S E + P
K 1
K -1
K 2
I
+
E I + S
I
+
E I S
K 1
K -1
K 1 K 1
Sitio
activo
Sitio
inhibidor
Al unirse el inhibidor
se distorsiona la
forma de la enzima
En usencia del
inhibidor los
productos
pueden ser
formados
La presencia del
inhibidor enlentece
la velocidad de
formación del
producto
El sustrato y el
inhibidor pueden
unirse a la
enzima
simultáneamente
INHIBICION NO COMPETITIVA
CINÉTICA ENZIMÁTICA
EFECTO DE LOS INHIBIDORES
- I
+ I
V
[S]
V máx
KM
1/V
1/[S]
- I
+ I
1/Vmáx ap
-1/ Km
1/Vmáx
Inhibidor no competitivo
= K M
V máx
CINÉTICA ENZIMÁTICA
CINÉTICA ENZIMÁTICA
ENZIMAS ALOSTÉRICAS
Muestran unión cooperativa del sustrato y pueden responder a
diversos inhibidores y activadores
T : baja afinidad R: alta afinidad No siguen gráfica M-M
CINÉTICA ENZIMÁTICA
RESUMIENDO
K M : [ S ] que corresponde a una velocidad igual a la mitad de
la velocidad máxima.
K M : inversa de la afinidad , a mayor KM menor afinidad
K M : unidades de concentración (mol/l), (g/ml), etc
Velocidad: variación de concentración / tiempo ( mol/l/ min)
Gráficamente: inversas 1/ V vs 1/ S - (Lineweaver – Burk)