ENZIMAS Las enzimas son grandes moléculas de proteína formada por una o varias cadenas polipeptídicas. Estas moléculas presentan las siguientes características: Su conformación tridimensional da lugar a numerosas invaginaciones en su superficie, entre las cuáles se localiza el sitio activo El sitio activo es una zona de la molécula formada por 10 aminoácidos especializados en la unión con los compuestos sobre los cuáles actúan las enzimas. Estos compuestos se llaman sustratos Las enzimas modifican el sustrato y dan lugar a una nueva sustancia denominada producto. Los aminoácidos que no forman parte del sitio activo mantienen la estructura tridimensional de la molécula o se unen a las membranas celulares para el anclaje de las enzimas en los lugares que son necesarios. Algunas enzimas requieren de un componente adicional en el sitio activo para poder realizar su actividad catalizadora. Este compuesto se denomina cofactor y puede ser de dos tipos: Ión metálico como Fe+2, Mn+2, Zn+2, K+2, Ni+2, etc Por ejemplo, la fosfohexosa isomerasa tiene como cofactor el Mg+2 Un complejo o molécula orgánica llamado coenzima, como el caso de la nicotinamida adenina dinucleótido(NAD), la flavina adenina dinucleótido(FAD), la coenzima A(CoA), etc. Haloenzima = Apoenzima + Cofactor Parte proteica parte no proteica Las coenzimas actúan como transportadores transitorios de grupos funcionales específicos Por ejemplo la malato deshidrogenasa que cataliza la transformación del malato en oxaloacetato, se une a la coenzima NAD, la cual transporta H+ permitiendo la oxidación del malato. Las enzimas se clasifican según la reacción que catalizan. D-glucosa + ATP D-glucosa-6-fosfato + ADP 1 En esta reacción interviene la glucosa transferasa que cataliza la transferencia de un grupo fosfato desde la molécula de ATP a la D-glucosa. Algunas enzimas como la pepsina y la tripsina no tienen nombres que se refieran al sustrato MECANISMO DE REACCION – COMO ACTUAN LAS ENZIMAS Los catalizadores aumentan la velocidad de reacció, pero no modifican el equilibrio. Se establece de transición donde hay rotura y formación de enlaces. Aunque una reacción sea exergónica si su energía de activación es muy elevada la reacción no se produce o es muy lenta. Por ejemplo si colocamos glucosa + oxígeno en un recipiente, pueden mezclarse en forma indefinida sin reaccionar. En las células, la glucosa es degradada en presencia de oxígeno, a anhídrido carbónico y agua en una ruta de reacciones catalizada por enzimas. Estas enzimas no sólo aceleran las reacciones, sino que las organizan y controlan de tal manera gran parte energías liberadas en este proceso se recupera en otras formas asequibles a la célula para que realice sus funciones. E+S E-S E+S P Keq V = k[S] E+P P S Velocidad de reacción de primer orden k = cte de velocidad de la reacción que refleja la probabilidad de reacción F º´ RT ln Keq Fº´= cambio de energía libre estándar 2 Ejemplo: si k = 0 0,03 s-1 , se interpreta como que un 3% del sustrato asequible será convertido en producto(P) en 1 segundo. Si k = 2000 s-1, el sustrato(S) se convierte en producto(P) en una fracción de segundo. Relación de k con la energía de activación Ea KT k e h Ea RT Ecuación de Arrhenius K = constante de Boltzman h = cte de Planck k Ae Ea RT La interacción entre E y S en el complejo E-S, está dada por las mismas fuerzas que estabilizan la estructura proteica. La unión de la enzima con el sustrato para formar el complejo enzima- sustrato(E-S), está acompañada de una pequeña liberación de energía libre que proporciona un cierto grado de estabilidad a la interacción. La energía proveniente de la interacción ES, se denomina energía de fijación y conlleva a una disminución de la energía de activación de la reacción enzimática. Las interacciones débiles formadas en el estado de transición son las que más contribuyen a la catálisis. Cinética enzimática – Estado Estacionario k1 E+S k2 E-S E+P k –1 1 2 Velocidad de formación de producto(P): Vo = k2[ES] [Et] = Concentración total de enzima [Et] – [ES] = enzima no fijada o libre 3 Velocidad de formación de E-S = k1{[Et] – [ES]}[S] Velocidad de descomposición de E-S = k-1 [ES] + k2[ES] Se considera estado estacionario, por lo que la concentración del complejo E-S permanece constante: Velocidad de formación = velocidad de descomposición k1{[Et] – [ES]}[S] = k-1 [ES] + k2[ES] Reordenando: Km k k E S ES ES k 1 2 t 1 despejando ES: ES E S K S t Reemplazando en Vo = k2 [ES] y considerando que cuando la enzima está saturada se tiene: [ES] = [Et] (punto de saturación) Vo = k 2 ES k 2 E S Km S t Vmax = k2[Et] V 0 V S K [S max ECUACION DE MICHAELIS m 4