Enzimas y coenzimas

Aspectos básicos de la fisicoquímica

Sistema enzimático

Cinética enzimática

Sistema termodinámico/sustancia de trabajo

Objeto de estudio

célula, persona, vapor, aire, atmósfera, etc

aislado

abierto

cerrado

no intercambia ni materia ni energía con los alrededores

intercambia energía y materia con los alrededores

intercambia energía (calor y trabajo) pero NO materia con los alrededores (su masa constante)

Termodinámica

estudia a nivel macroscópico las transformaciones de la energía

Leyes de la termodinámica

los cuerpos no almacenan calor sino energía interna.

Primera

Organismos necesitan energía para impulsar las reacciones que las mantienen íntegras

ley de la conservación de la energía

puede ser transportada de una región a otra, pero no puede ser creada o destruida

ej

planta convierte energía solar en energía química de enlaces o-glucosídicos

animales comen esa planta y generan moléculas energéticas

Relación

Energía de un sistema (E)

Trabajo (W)

Calor (q)

image

Energía interna

Cúmulo almacenado del intercambio con el entorno (en forma de trabajo (E) y calor (w)

Determinada por

Entalpía ΔH

en: dentro de
thalpein: calentar
ía: cualidad

calor contenido en un sistema a presión constante

representa

número y enlaces químicos presentes en reactivos y productos

Valor negativo

Valor positivo

sistema pierde calor

exotérmica

sistema gana calor

endotérmica

Segunda

El desorden del universo siempre va en aumento porque es el estado favorable energéticamente

Entropía ΔS

en: dentro de; tropos: vuelta; ía: cualidad

Mayor desorden, mayor entropía

ej:

las células generan ATP para mantener el orden

homeostasis

no recibe oxígeno

No hay producción de ATP, no mantiene la integridad

Entropía aumenta

Organismo muere

ej:

TERMO

ej:

METAL CALIENTE

ej:

CÉLULA

Energía libre de Gibbs ΔG

representa

Toma en cuenta la entropía y la entalpía JUNTAS

energía disponible para impulsar reacción química a temperatura (T) y presión (P) constante

ΔG = ΔH - ΔS (TP)

función

Indicador de qué tan favorable es una reacción

"criterio de espontaneidad"

ΔG valor positivo

ΔG valor negativo

la reacción NO es esponánea

la reacción es espontánea

desfavorable

favorable

exergónica

endergónica

sucede y libera energía

sólo sucede si absorbe energía

ΔG es = 0

equilibrada

misma [reactivos y productos]

no sucede

determinación

Condiciones estándar (ΔGᵒ)

concentración

1M

T

25 C o 298 K

presión

1 atm

pH

7

se asocia

Keq

relación [reactivos] [productos]

la Keq estima el comportamiento de ΔGᵒ

[reactivos] < [productos]

[reactivos] = [productos]

[reactivos] > [productos]

Keq mayor > a 1

ΔGᵒ´ será -

Keq = 1

Keq menor < a 1

ΔGᵒ´ será +

ej: hexocinasa

ej: hexocinasa

fosforilación glc

la reacción no sucede

escisión ATP en ADP +P

la reacción sucede

ΔG +13

ΔG -30.5

ΔG de -16.7

la reacción se lleva a cabo

ATP

ribosa + adenina + 3P

enlaces fosfoanhidrido

FAD y NAD

perdieron e-

oxidando

FADH2 Y NADH

acepta e-

reduciendo

mitocondria

cadena respiratoria

ATP

clasificación enzimática

función enzimática

coofactor metálico

mecanismo de acción enzimática

energía de activación ΔG

estado de transición

especificidad

velocidad de reacción

median conversión

sustrato-producto

catalizador

aumenta la velocidad de reacciones

disminuyendo al energía de activación

energía necesaria para transformar 1 mol de sustrato en el estado de transición

molécula NO proteica

Fe²⁺

Zn²⁺

Cu²⁺

Mg²⁺

holoenzima

apoenzima

forma completa de la enzima

enzima + grupo prostético/cosustrato

porción proteica SIN cofactor

inactiva

liposolubles

hidrosolubles

en hígado y adipocito

K, E, D, A

no se almacenan

complejo B

vitamina C

image

image

image

Biotina, CoA, piridoxal

crean enlaces covalentes con S

se estabiliza en el sitio activo

Biotina

CoA

sulfhidrilo

piridoxal

aldehido

amino

permite la unión de moléculas fosforiladas en sitio catalítico

coenzima Q

no es derivado vitamínico

grupo prostético

cofactor que se une a la enzima covalentemente

cosustrato

cofactor que se une a la enzima transitoriamente

forma del reactivo que posee el mayor potencial energético

puede inclinarse hacia la formación del P o retornar hacia la forma de S

toda enzima muestra especificidad por su sustrato

son capaces de diferenciarlo de un grupo de compuestos similares

distribución única de aminoácidos en su sitio activo

aumenta la velocidad de reacciones

disminuyendo al energía de activación (ΔG)

cambio conformacional

sitio activo NO ES comprementatario a sustrato (S)

reposiciona grupos funcionales de sus aminoácidos

interaccionar mejor con el S

rompe enlaces químicos

libera energía

disminuir la energía de activación

Ecuación Michaelis Menten

Ecuación Lineweaver-Burk

Vmáx

Km

significado

importancia fisiológica

significado

importancia fisiológica

mecanismos de control enzimáticos

compartamentalización

modificación covalente

inducción

represión

degradación

alosterismo

concentración enzimática

activación de zimógenos (proenzima)

isoenzimas

Mecanismo de acción

inhibidores competitivos

inhibidores reversibles

inhibidores no competitivos

inhibidores irreversibles

ej:

estatinas

ej:

alopurinol

ibuprofeno

aspirina

Patologías

Intoxicación con monóxido de carbono (CO)

Intoxicación con metanol

Tratamiento

Tratamiento

Actividad enzimática

efecto pH

Temperatura

Estudia velocidad de reacciones enzimáticas

cantidad de sustrato (S) convertido en producto (P) x unidad de tiempo

sólo puede medirse correctamente cuando

se encuentran estables

alterada

alterado

afecta la ionización de los aminoácidos

desestabiliza las uniones débiles

favoreciendo su desnaturalización

capacidad para interaccionar con el sustrato

órdenes enzimaticos

⇈ [sustrato]

⇈ velocidad de reacción

enzima cataliza formación de producto

¿?: interacción 2 sustratos

⇈ velocidad a la elevación de la [de ambos]

cinética 2° orden

cinética 1° orden

velocidad enzimática no alterada ⇈ [sustrato]

cinética orden 0

determina velocidad inicial (Vo)

Descripción de variación de la velocidad en la reacción de la [sustrato]

por medio de

[sustrato]

Vmáx

momento en el que todos los sitios activos de la
enzima están ocupados por sustrato

enzima saturada

la velocidad ya no se verá incrementada

Constante de Michaelis (Km)

[sustrato] (mol/L)

se alcanza la mitad de la Vmax (1/2 Vmax)

relacionada con la constante de disociación

velocidad de S liberado entre la velocidad de unión al S

indica la afinidad de una enzima por el sustrato

Km es ⇈, la afinidad de la E por el S ⇊

Km es ⇊, la afinidad de la E por su S es ⇈

Es la inversa (doble recíproco) de la ecuación de Michaelis Menten

inversa de la Vmax (1/Vmax)

el punto donde la pendiente cruza el eje de las y

la inversa de Km (-1/Km)

el punto donde la pendiente cruza el eje de las x

indica la afinidad de una enzima por el sustrato

enzima saturada

Inhibidor (I)

molécula que interviene con la enzima disminuyendo la velocidad de la reacción

estructura muy similar a la de sustrato

sustrato e inhibidor compitiendo por sitio activo

Km se eleva

se revierte incrementando el S

al final se alcanzará la misma Vmax,

Lineweaver y Burk:

se interseca en el eje de las ordenadas

tipo de inhibición

competitiva

antecedente

hemoglobina es más afin al monoxido que al oxigeno

paciente en incendio representa hipoxia

incremento de la pO2

tipo de inhibición

antecedente

ingestión causa ceguera

competitiva

¿? alcohol deshidrogenasa y acetaldehído
deshidrogenasa

ácido fórmico tóxico para el nervio óptico)

tóxico para el nervio óptico

inhiben competitivamente

HMG CoA reductasa

bloquean síntesis de Ch

inhibidor NO es similar al sustrato

unión distinta al sitio activo (EI)

unión distinta del complejo (EIS)

no se forma el producto

pura

mixta

I unido en región lejana al sitio activo

I unido en región cercana al sitio activo

Km constante

Vmax disminuye

I permite interacción ES

No hay Vmax esperada

unión IE es irreversible

inhiben irreversiblemente

ciclooxigenasa (COX)

no hay prostaglandinas

inhibe acompetitivamente

xantina oxidasa

no hay ácido úrico

Inhibición acompetitiva

Inhibidor unido al complejo ES

No hay producto

se observan líneas paralelas

aumento Km

Disminución Vmáx

irreversible y no forma producto

enzima suseptible a ser

activada

al interactuar con modulador alostérico

inhibida

se unen a una región diferente a la del sitio activo

regulación positiva

regulación negativa

cambio de conformación en el sitio activo

enzima ⇈ afinidad por sustrato

Km ⇊

enzima ⇊ afinidad por sustrato

Km ⇈

no siguen la cinética Michaeliana

curva sigmoidea

metilación

acilación

fosforilación

cinasas

desfosforilación

fosfatasas

⇊ ó ⇈ la actividad de una vía metabólica

separación enzimática en diferentes organelos

mejor control sobre ellas

entornos pH específico

ej: proteasa lisosomal

⇈ en demanda de función enzimática

favorece la actividad de TF

expresión del gen

enizmas inncesarias

marcadas con ubiquitina

enviadas a proteosoma

escisión proteolítica

zimogeno

precursor inactivo de una enzima

se activa

ej: proteasas (tripsinógeno, quimiotripsinógeno, procarboxipeptidasa y proelastasa)

inactivas en citosol

se expone a pH alcalino

se activa

"inhibición por retroalimentación"

acumulación de producto

genera inhibición

"interación proteína-proteína"

proteína moduladora interacciona con sitio activo

induce cambio conformacional

mejora afinidad

reprime la afinidad

ej: calmodulina, proteína G

enzima catalizadora de la misma reacción, distinto lugar