Similitudes y Diferencias entre los catalizadores inorgánico y las

23/04/2014
Enzimas:
CINETICA ENZIMATICA
• Determinan la pauta de las reacciones quimicas
• Intervienen en mecanismos de transduccion de Energia
• Estabilizan un estado de transicion
• Poseen alta especificidad de sustrato.
Formacion del complejo enzima-sustrato
Modelo de llave-cerradura (Fisher 1890)
Modelo de ajuste inducido (Koshlad 1958)
Espectro de piridoxal fosfato (grupo prostético de la
Triptofano sintetasa)
Efecto de la unión de los sustratros.
Similitudes y Diferencias entre los catalizadores
inorgánico y las enzimas
SIMILITUDES
•La enzima es un catalizador
•No se consume durante la reacción, se recupera intacto al final de la misma.
•Modifica el mecanismo de la reacción llevando a la reacción por un camino cuyo estado de
transición es de menor energía que el que se alcanza en ausencia de enzima y como
consecuencia la Energía de activación de la reacción catalizada es menor que la de la misma
reacción global en ausencia de catalizador.
•No afecta el estado de equilibrio sino la velocidad con que se alcanza el equilibrio
DIFERENCIAS
•
•
•
Estructura química: ENZIMAS= proteínas o RNA (ribozimas) Inorgánico: x.ej.metales (Ag, Pt,)
Especificidad
Estabilidad
1
23/04/2014
La enzima acelera la velocidad de la reacción.
No afecta el equilibrio de la reacción sino la velocidad con la que éste se alcanza
E no modifica el estado de equilibrio
E permite que el equilibrio se alcance más rápidamente
k
A
B
K eq 
kE + A
k1
EA
k-1
k2
k-2
E+B
k
k
K eq 
k  10
k   10
Reacción catalizada transcurre en varias etapas
Velocidad de reacción global= velocidad de etapa más lenta
1º etapa: formación de complejo EA
2º etapa: formación y liberación del producto == + lenta
En consecuencia
V=k2[EA]
k =k
2
cat
CLASES DE ENZIMAS
CLASE
TIPO DE REACCIÓN
EJEMPLO
1- Oxidoreductasas Redox
Lactato deshidrogenasa
2. Transferasas
Transferencia de grupo
Nucleósido
monofosfato quinasa
(NMP kinasa)
ki
)
3. Hidrolasas
Reacciones de hidrólisis
(Transferencias de grupos al agua)
Quimotripsina
4. Liasas
Adición o remoción de grupos para
formar dobles enlaces
Fumarasa
5. Isomerasas
Isomerización (tranferencia
intramoleculara de grupos)
Triosa fosfato
isomerasa
6 Li
6.
Ligasas
Li d d
Ligado
de d
dos sustratos
t t a expensas
de la hidrólisis de ATP
A i
Aminoacil-tRNA
il tRNA
sintetasa
IUPAB (International Union of Pure and Applied Biochemistry) EC (Enzyme Commission)
EC. 2.7.4.4
ATP + NMP === ADP + NDP
2: transferasa; 7 transfiere grupo fosfato; 4 el aceptor del foforilo es un fosfato; 4: especifica el
aceptor.
2
23/04/2014
COFACTORES ENZIMÁTICOS:
Orgánicos: Grupo prostético (unión fuerte) y Coenzimas (unión debil)
Inorgánicos: iones
Vitaminas hidrosolubles
Forman coenzimas
Acido nicotínico
3
23/04/2014
Vitaminas liposolubles
Rol en la visión, crecimiento,
reproducción
Antioxidante
4
23/04/2014
EVOLUCIÓN TEMPORAL DE LA REACCIÓN CATALIZADA POR ENZIMA
Estado pre-estacionario
E+S
ES
E+P
Estado estacionario en la [ES]
E+S
ES
E+P
Estado equilibrio
E+S
ES
E+P
Estado pre-estacionario
tiempo
MECANISMO DE REACCIÓN: Etapas elementales (EEs)
1 EE
A
k
K eq 
B
k-
k
k
K eq 
k  10
k   10
Velocidad Global
V=k[A]
Reacción catalizada transcurre en varias etapas
Velocidad de reacción global= velocidad de etapa más lenta
1º etapa: formación de complejo EA
2º etapa: formación y liberación del producto == + lenta
2 EEs
E + A
k1
k-1
En consecuencia
EA
k2
V=k2[EA]
E+B
k-2
V=k2[EA]
k2=kcat
V=kcat[EA]
5
23/04/2014
VELOCIDAD INICIAL
E + S
k1
k-1
ES
k2
E+P
k-2
V
pediente
dP
dt
Si  [S] --  [ES]
Dado que V=k2[ES]   [S] V
 pendiente y
el equilibrio se alcanza más rápido
V0
Velocidad Inicial, es una velocidad medida a un tiempo
suficientemente corto tal que a todas las [S]:
a) la velocidad es constante (grafico dP vs dt es una recta)
b) la cantidad de S consumido sea <5%
Parámetros cinéticos: KM y Vmáx
• Cómo se calculan
• Qué significan
• Qué ocurre cuando [S] >> KM  V Vmax
• Qué ocu
ocurree cuando
cu do [S] << KM  V 
k cat
[ S ][ ET ]
KM
6
23/04/2014
Ecuación de Michaelis-Menten
dP
dt
V=k2[ES]
V
V
dP
 k 2 .[ ES ]
dt
V0
Trabajar en condiciones de corto tiempo de reacción y
estado estacionario en [ES]
V1=V-1+V2
k1[E][S]
[E][S]=kk-11[ES]+k2[ES]
k1[E][S] =(k-1+k2 )[ES]
k2=kcat
[ ES ] 
[ E ].[ S ]
KM
[ET]=[ES] + [E]
[ ES ] 
KM 
[E]=[ET] - [ES]
([ ET ]  [ ES ]).[S ]
KM
[ ES ] 
[ ES ].[
] [S ] [ ET ].[
] [S ]

KM
KM
[ ES ](1 
V =kcat[ES]
[ ES ] 
Vmax=kcat[ET]
[ ET ].[S ]
K M  [S ]
k 2 .[ ES ] 
k1  k2
k1
[ E ].[S ]
[S ]
) T
KM
KM
k 2 .[ ET ].[S ]
K M  [S ]
V
Vmax .[ S ]
K M  [S ]
Ecuación de Michaelis-Menten
KM y Vmax
cuando V 
V
V max .[ S ]
K M  [S ]
Vmax
2
Vmax Vmax .[ S ]

2
K M  [S ]
Vmax
[[S
S]

2.Vmax K M  [ S ]
cuando [S]>>KM
V
Vmax .[ S ]
[S ]
V=V
V
Vmax
[ K M ]  [S ]
 [S ]
2
K M  [S ]
7
23/04/2014
Ecuación de las dobles recíprocas o de Lineweaver-Burk
V
Vmax .[ S ]
K M  [S ]
1 K M  [S ]

V Vmax .[ S ]
1
KM
[S ]


V Vmax .[ S ] Vmax .[ S ]
1 KM 1
1


.
V Vmax [ S ] Vmax
E + S
KM
k1
Vmax:
ES
k-1
K ES
k2
a) se alcanza cuando E está saturada con sustrato
b) Permite calcular nº de recambio
E+P
k-2
Número de recambio
molesP
molesE  .tiempo
[ E ][ S ] k 1


ES
k1
k2 
Vmax
(s-1)
[ ET ]
KES: Constante de disociación del
complejo ES
KM 
k 1  k 2
k1
Si k2 << k-1
KM 
k 1
k1
KM es una medida de la estabilidad
del complejo ES
Actividad específica: si la enzima está pura es k2
y si no esta pura??? moles P/(min.mg prot)
8
23/04/2014
Eficiencia catalitica
Enzimas para las cuales kcat/KM está cerca de la velocidad
de difusión (reacción controlada por difusión)
cuando [S] << KM 
V
k cat
[ S ][ ET ]
KM
Pendiente de la curva
de V vs [S]
kcat/KM: permite comparar preferencia de la E por diversos sustratos
k .k
k2
k2

 2 1

k
k
KM
k 2  k 1
2
1
k1
Si 2o etapa es muy rapida…. k2>>k-1
k cat
 k1
KM
k1 es el limite máximo de la eficiencia
catalitica (no puede superar la velocidad
de difusión)
INHIBICION REVERSIBLE
Inhibidores competitivos y no competitivos
9
23/04/2014
INHIBICION IRREVERSIBLE
I) Reactivos especificos de grupos
Union a Ser en el sitio activo de
la quimotripsina
Union a Cys en el sitio activo de
la acetilcolinesterasa
II) Marcadores de afinidad:
son similares al sustrato; se unen covalentemente
III) Inhibicion basada en el mecanismo (suicida): por ej.N,N-dimetilpropalgilamida inhibe a la Monoaminooxidasa
mediante la modificacion covalente del grupo postetico (FAD) después de la oxidacion del inhibidor.
Análogos del estado de transicion pueden ser inhibidores
Ej.: Anticuerpos cataliticos
Ferroquelatasa
q
cataliza union de Fe2+ en Protoporfirina
p
IX.
En el estado de transición de esta reacción el tetrapirrol se curva
Metilmesoporfirina es curva.
Se usó como antígeno para producir Anticuerpo anti metilprotoporfirina
Este Ac fue capaz de catalizar la reacción de incorporación de Fe2+ a Protoporfirina IX
Metilmesoporfirina
10
23/04/2014
Reacciones bi-sustrato
Son reacciones Bi‐Bi  2 sustratos y 2 productos
a) Desplazamiento secuencial o simple: se forma compuesto ternario
a1) ordenado
a2) al azar
b) Doble
bl desplazamiento
d l
o ping-pong: no se forma
f
compuesto ternario
i
a1) Desplazamiento secuencial ordenado
Notación de Cleland
11
23/04/2014
a2) Desplazamiento secuencial al azar
b1) Doble desplazamiento o ping-pong
12
23/04/2014
CINETICA ENZIMÁTICA DE REACCIONES BI‐SUSTRATO
Para reacciones monosustrato
Parámetros del estado estacionario son Km y kcat/Km
Para reacciones bi‐sustrato
La cinética de estado estacionario ayuda a conocer si se forma compuesto ternario durante la reacción o no.
Se usan gráficos de dobles recíprocas 1/V vs. 1/[S]
13