usmp enzimas
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Reacciones químicasEnzimología :Cinética enzimática
Papel Clínico
Reacciones químicasReacción de primer orden. Su velocidad es directamente proporcional a la concentración del reactivo.
La reacción inversa de B a A es muy pequeña. El equilibrio está desplazado a formar B
La Velocidad de la reacción (V) como formación de producto B o desaparición de sustrato A
Conforme se consume A la velocidad de reacción se reduce
A B
V= d(B)/dt = -d(A)/dt= k1(A)
Velocidad de una reacción de primer orden
Reacciones químicas
Reacciones de segundo orden: Se produce siempre que dos moléculas deban entrar en contacto para formar productos.
La Velocidad es proporcional a la segunda potencia de la concentración de sustratos, ya que sólo se produce cuando colisionan dos moléculas
2A k2 B V = d(B)/dt = k2(A)2
¿Que determina la velocidad de una reacción?
Barrera de energía libre, estado activado o de transición.
Un ejemplo es la transformación de un anillo de piranosa de forma bote a silla...
La energía libre estándar de activación....
Es la energía libre adicional que han de alcanzar las moléculas para llegar al estado de transición.
Si la necesidad de energía es alta, sólo una pequeña fracción tendrá energía suficiente para superarla.
Una vez que se alcanza la activación la transición puede llevarse a cabo para cualquier lado dependiendo de la concentración.
Qué es una enzima?
Es un tipo de proteína que actúa como catalizador de reacciones químicas.Incrementa la velocidad de reacción sin cambiar el punto de equilibrio.Como catalizador:
Es específico para cada reacción. No necesariamente para un solo sustrato, aunque muchas enzimas lo son.Tiene gran poder catalítico, transformando hasta 103 a 104 moléculas por segundo.Está sujeto a diversos mecanismos de regulación de modo tal que no genere más producto que el necesario.
¿qué hace un catalizador?Reduce la barrera de energía para una reacción por lo que más moléculas alcanzan la energía de transición. No tiene efecto sobre la posición de equilibrio
¿Como lo hace?Forzando la molécula a un estado intermediario que se parece al de transición pero de menor energía.Puede reunir dos moléculas reactivas en la orientación adecuada, aumentando su reactividadOrienta partes de la molécula de forma adecuada para alcanzar la transición.
Modelos de actividad enzimática....
Enzima y sustrato se unen a través de un sitio activo. Este es una hendidura en la proteína, rodeada de cadenas laterales de aminoácidos que se unen al sustrato y de otras cadenas laterales que intervienen en la catálisis. El ajuste es muy estrecho por lo que explica la especificidad.
Modelo cerradura-llave: explica la especificidad, pero no la catálisis. Emil Fischer
Modelo de ajuste inducido.la enzima no acepta simplemente el sustrato, sino que exige que este se distorsione a algo cercano al estado de transición.
Actividad enzimática
Es la forma de medida de una enzima.La ecuación general de las reacciones enzimáticas es:
Donde la enzima se une al sustrato para generar un producto. Algunas veces con el auxilio de un cofactor que se modifica durante la reacción.La actividad enzimática se mide por la reacción catalítica bajo la forma de desaparición del sustrato por unidad de tiempo. También por formación de producto o modificación del cofactor. Unidades: katal = moles de sustrato/segundo.
Unid. Internacionales: umol/minuto. 1 U= 16,7 nkat.
21 CofPEESCofSE
Modificaciones de componentes de la reacción enzimática
Actividad catalítica
Las enzimas aceleran la velocidad de reacción por las siguientes razones:
La unión de sustrato y enzima incrementa la concentración efectiva de sustrato en las inmediaciones del sitio activo. Hay también un cambio conformacional que orienta al sustrato.La unión enzima sustrato tiene un nivel más alto de energía y las modificaciones de longitud y ángulo del sustrato asemejan a la forma del estado transitorio.Algunos de los residuos del sitio activo, participan de la reacción donando y aceptando protones. Algunos residuos catalíticos tienen grupos que ayudan a romper enlaces covalentes.
Clasificación de enzimas
Clase de enzima Tipo de reacción catalizada
OxidoreductasasReacciones que transfieren electrones de un sustrato a otro.Óxido reducción
TransferasasTransfieren un grupo funcional de una molécula a otra. Grupos como metilos, acilos, fosfatos etc
HidrolasasRompen enlaces entre carbonos u otras moléculas con la adición de una molécula de agua.
LiasasRompen enlaces C-C, C-S, C-N sin el ingreso de una molécula de agua.
IsomerasasTransforman un isómero en otro transfiriendo un grupo funcional de una posición a otra.
LigasasForman enlaces C-C, C-N, C-O y C-S uniendo dos moléculas con gasto de energía.
Clasificación de enzimas: oxido reductasas
AH2 + B A + BH2
Clasificación de enzimas: transferasas
A-B + C A + C-B
Clasificación de enzimas: hidrolasas
A-B + H2O AH + B-OH
lactosa + aguaglucosa + galactosa
Clasificación de enzimas: liasas, ligasas
A-B A + B
A + B + XTP
A-B + XDP + Pi
Clasificación de enzimas: isomerasas
Especificidad y sitio activo
Las reacciones se inician cuando el sustrato se une al sitio activo de la enzima.El sitio activo es una porción espacial de la enzima creada por la coincidencia de varias cadenas laterales de amino-ácidos específicos. Estos pueden no estar en secuencia, pero los dobleces de la proteína enzimática los aproximan.Existen: residuos de captura y residuos de catálisis.
enzima sustrato
enzima productos
Localización enzimáticaLas enzimas ejercen su función predominantemente en el interior celular. Mas aún lo hacen en determinado organelo de la célula.
Las enzimas que se en-cuentran en el plasma o lí-quidos diversos corresponden a aquellas que se están eli-minando y muy pocas como la LCAT (Lecitina colesterol acil transferasa), LLP (Lipasa lipoproteica), ejercen su función a nivel plasmático.
Succinato deshidro-Succinato deshidro-
genasa.Citocromo oxidasagenasa.Citocromo oxidasa
MitocondriaMitocondria
CatalasaCatalasa
PeroxisomaPeroxisoma
Alfa manosidasaAlfa manosidasa
Complejo GolgiComplejo Golgi
Retículo endoplasmaRetículo endoplasma
Glucosa 6 fosfatasaGlucosa 6 fosfatasa
Na/K ATPasaNa/K ATPasa
membranamembrana
Factores que modifican la reacción enzimática
La velocidad de una reacción mediada por enzimas está influenciada por:
Temperatura del medioEl pH del medioConcentración de la enzimaConcentración del sustrato
Temperatura
No existe actividad enzimática a -273°C o cero absoluto. A partir de esa temperatura los incre-mentos provocan mayor actividad enzi-mática. La que se expresa como coefi-ciente de temperatura o Q10. Esto es, el incremento de actividad por cada 10°C de aumento de temperatura.
En términos generales Q10 = 2, es decir que por cada 10°C de temperatura la velocidad se dobla.
Existe una temperatura óptima tras la cual los aumentos provocan desnaturalización de la proteína enzimática y pérdida de la actividad. temperatura
acti
vid
ad0 70
pHCada enzima tiene un pH óptimo de trabajo, el cuál es variable. Las enzimas intra- celulares trabajan entre 5 y 9 , las enzimas digestivas pueden trabajar en pH diferentes.
Los extremos de pH afectan la ionización de los centros activos (-COO- (glutamico, aspartico) NH3+ (arginina, lisina,histidina) SH (Cisteina, metionina)).
XY
XHY
HXHY EnzimaEnzimaEnzima
pH ácido (inac) pH óptimo (activo) pH alcalino (inac)
acti
vid
ad
pH0 14
Concentración de la enzima y constante de equilibrio
La concentración de la enzima incrementa la velocidad de la reacción, pero no modifica la constante de equilibrio.
Así, si la reacción se produce en ausencia de la enzima...
La constante de equilibrio será:
Y, si la reacción se produce en presencia de la enzima...
La constante de equilibrio será:
PSK
K
1
1
)(
)(
1
1
S
P
K
KKeq
PEnzSEnzK
K
1
1
)()(
))(())((
11
SP
SEnzPEnz
KKKeq
Cinética química: cinética enzimática
Las reacciones químicas son:De primer orden si son dependientes de la concentración de sustrato
De orden cero si son independientes de la concentración de sustrato
La cinética enzimática estudia la velocidad de las reacciones catalizadas por enzimas, manteniendo condiciones óptimas en la mayoría de factores: pH temp, tiempo, concent.de enzima, conc. De sustrato etc
Cinética enzimática.....
Concentración del sustrato
Si se aumenta la concentración del sustrato, manteniendo cons- tante las demás variables, la velocidad inicial de reacción (Vi) aumenta hasta un valor máximo (Vmax) el que se estabiliza.
Se dice bajo estas condiciones que la enzima está saturada con el sustrato. Esto se produce de acuerdo a la afinidad enzima sustrato.
S
Vmax
Vmax/2
Km.
Primer
orden
Orden
cero
Leonor Michelis y Maud Menten (1913)
Ecuación de Michaelis Menten
La relación entre velocidad de reacción y concentración de sustrato se describe en la fórmula:
Bajo estas condiciones Vmax se observa cuando todos los sitios activos están llenos de sustrato. Toda la enzima está bajo la forma de [ES] y la Km se define como concentración de sustrato a Vmax/2Vmax: es un índice de la eficiencia de una enzima. Es la velocidad cuando todos los sitios activos están saturados, y es proporcional a la concentración de la enzima. Sus unidades son unidades de velocidad.Km: es una medida inversa de la afinidad de la enzima por el sustrato. Una baja Km indica alta afinidad entre enzima y sustrato. Las unidades de Km son unidades de concentración.
][][
SKmSVmaxv
Km: expresión de afinidadafinidad
S
Vmax
Vmax/2
Km. KmKm Glucoquinasa
(hígado)Hexoquinasa
(cerebro)
La aplicación de la ecuación de Michaelis Menten se basa en...
La concentración de sustrato es tan grande con respecto a la de enzima, que la formación de ES no altera significativamente la concentración de sustrato.Al inicio de la reacción la concentración del producto es tan insignificante que la velocidad descrita como k4 puede ser ignorada.La velocidad de transformación de ES en E+P(k3) es el factor limitante de la reacción.La formación de ES es rápida y reversible y es igual a la velocidad de desaparición de ES.
PEESSEK
K
K
K
3
4
1
2
Reacciones de multisustrato
Captación indistinta..Cada sustrato será captado en su momento, generalmente uno es preferente:
Hexoquinasa, glucosa? Galactosa?
Reacciones de multisustrato
Reacciones de multisustratoMecanismo ping-pong … cuando existe una secuencia catalítica. La enzima se modifica por persistencia de un fragmento del primer sustrato.
Enzimas proteolíticas
Gráfica de Lineweaver Burk
La gráfica de Lineweaver Burk es usada para obtener Vmax y Km.Se usa la inversa de la ecua-ción de Michaelis Menten.
Cuando 1/v se grafica frente a 1/s se obtiene una recta, donde la pendiente es Km/Vmax. La intersección en el eje de y es igual a 1/Vmax y la del eje de x es igual a 1/Km.
VmaxSVmax
km
v
1
][
1.
1
1/v
1/[S]
1/Vmax
-1/Km
Inhibidores competitivos
Estructuras semejantes al sustrato que compiten con él por el mismo centro activo.Sus efectos pueden revertirse si se incrementa la concentración del sustrato hasta ocupar todos los centros activos.
La Vmax no cambia, pero si el Km porque se necesita más sustrato.
v
[S]
inhibidor
1/[S]
1/V
1/Vmax
-1/Km
Inhibidores competitivos
Inhibidores no competitivosEstructuras diferentes al sustrato por lo que se unen a un sitio indepen-diente de la enzima.Ambos, sustrato e inhibidor pueden unirse a la enzima al mismo tiem-po. Su efecto no puede revertirse aumentando la concentración del sustrato.
No tiene efecto sobre la Km pero sí sobre la Vmax.
V
[S]
inhibidor
1/V
1/[S]
1/Vmax
-1/Km
Inhibición no competitiva
Inhibidores irreversibles
Reaccionan covalentemente con la cadena lateral de un aminoácido de la enzima, para formar un complejo estable permanentemente inactivado.Se les llama también substratos suicidas.
Su efecto es igual al de un inhibidor no competitivo.
Droga Uso terapéutico Enzima afectada Tipo de inhibidorLovastatina Hipercolesterolemia HMGCoA reductasa Competitiva5-fluouracil Cáncer Timidilato sintetasa Irreversible
Metrotexate Cáncer Dihidrofolato reductasa CompetitivaAlopurinol Gota Xantino oxidasa IrreversibleCumadin Anticoagulante Glutamil carboxilasa CompetitivaAspirina Antiinflamatorio Ciclooxigenasa IrreversibleCaptopril Hipertensión art. Enz.convert.angiotensina Competitiva
Efecto clínico de los Inhibidores
Coenzimas: co sustratos?
Muchas enzimas necesitan de otros pequeños compuestos para facilitar las reacciones.
Enzima + coenzima = holoenzima
Las vitaminas del complejo B son precursoras de vitaminas
Coenzimas.. ejemplos
Papel Clínico de las EnzimasSi bien es cierto las enzimas cumplen su actividad en el interior celular, es posible encontrarlas en los líquidos biológicos con cierta frecuencia. Todas las enzimas plasmáticas, las del LCR, del L. Ascítico o Pleural se encuentran en bajos niveles de concentración –actividad- provenientes de los tejidos ricos en ellas y generalmente de paso a un proceso de destrucción hepática o eliminación renal.Únicamente algunas enzimas como las del metabolismo de lípidos (LCAT, LLP) o los factores de coagulación ejercen su actividad en el plasma o suero.
Elevación enzimática en el plasma...
La actividad enzimática en el plasma y otros líquidos biológicos se produce por:
Necrosis: destrucción celular y vaciamiento de las enzimas como en el infarto de miocardio, hepatitis viral.Permeabilidad: aumento de permeabilidad de membrana igual a necrosis.Sobre producción: mayor metabolismo en un tejido
-neoplasia-.Menor eliminación: no se elimina normalmente
-obstrucción biliar-.Incremento de células inflamatorias: en líquidos como Pleural y Ascítico los exudados se acompañan de aumento de actividad enzimática.
Origen de las enzimas en el plasma
Enzimas Ejemplos
Específicas del plasmaProtrombina, plasminógeno,ceruloplasmina, Lipasa Lipoproteica,colinoesterasa
Secretadas Amilasas, fosfatasa prostática, pepsinógeno
Del metabolismo celularLáctico deshidrogenasa, aldolasa, aspartato y alanina transferasa.
Enzimas de uso diagnóstico
Enzima Uso diagnósticoFosfatasa ácida Cancer de próstata
Fosfatasa alcalina Enf. hepática y osea
Amilasa Enf. pancreática
Aspartato amino transferasa Enf. hepática y cardiaca
Alanina amino transferasa Enf. hepática
Creatino fosfo quinasa Enf. muscular y cardiaca
Dehidrogenasa láctica Infarto de miocardio
GOT
GPT
GLDH
SDH
CPK
LDH
Papel de las enzimas en la medicina
Establecer un diagnóstico, como en el caso de las enzimas del infarto de miocardio (CPK y LDH).Valorar la magnitud de la lesiónMonitorizar la mejoría del paciente.Mostrar la repetición del fenómeno (reinfarto)
TGO
2 4 6 8 10
LDH
CPK
Días después del infarto de Miocardio.
IsoenzimasEnzimas que realizan la misma función pero difieren en su estructura química y propiedades cinéticas.Las formas isoenzimáticas distintas pueden pertenecer a distintos tejidos revelando sus modificaciones el tejido que le dio origen.Generalmente son estructuras oligoméricas con varios tipos de cadenas proteicas -dímeros o tetrámeros- .
Isoenzimas LDH
0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%
100%
Híg
ado
Riñ
ón
Mio
card
io
Mús
culo
Eri
troc
itos
Pul
mon
es
Baz
o
LDH1LDH2LDH3LDH4LDH5
%
Dehidrogenasa láctica
Existen cinco isoenzimas de la deshidrogenasa láctica (LDH). Cada una es un oli-gómero con cuatro protó-meros de los tipos H y M y tiene un PM de 34 000.
Los protómeros se combi- nan de manera distinta y se originan en distintos tejidos con preferencia.
El suero tiene un contenido representativo de todos los tejidos.
Isoenzima SubunidadesTejido predominanteLDH1 HHHH corazónLDH2 HHHM corazónLDH3 HHMM riñón, pulmónLDH4 HMMM hígadoLDH5 MMMM hígado
normal
infarto
Creatino fosfokinasa
Existen tres isoenzimas de la creatino fosfokinasa. Cada una es un dímero formado por la combina- ción de protómeros M y B.
Cada dímero representa a un tejido en particular.
Isoenzima Subunidades Tejido predominanteCK1 BB CerebroCk2 MB Músculo cardiacoCK3 MM Músculo esquelético
(+)
(-)
CK1
CK2
CK3
Tipos de especificidad enzimática
En este modelo el sitio activo tiene una estruc-tura rígida, se le llama de llave y cerradura.Es complementaria del sustrato.Explica la especificidad de sustrato aún a nivel de isómeros (estructu-ras casi idénticas).
Aquí el sitio activo es más flexible, se le llama de ma-no y guante. Cuando el sustrato se acerca a la enzima se producen cambios conformacionales que llevan a una exacta u-nión entre ambos.
Modelo que explica mejor
la especificidad de sustrato.
Modelo de molde rígido Modelo de molde inducido
Clases de BQ
Lunes 8:30 – 11:00
Martes 8:30 –11:00
Bioestadistica
Viernes 8:30 – 11:00
INMUNOLOGIA
Escoger horario
FISIOPATO
Escoger horario
MICROBIOLOGIA
Escoger horario
PARASITOLOGIA
Escoger horario
ASESORIA PARA SEMINARIOS