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)
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 SÍ 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
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