Post on 21-Oct-2019
FACULTAD DE QUÍMICADEPARTAMENTO DE BIOQUÍMICA
CURSO DE BIOQUÍMICA(CLAVE 1508)
Licenciaturas de QFB y QA
Prof. Laura Carmona SalazarGrupos: 03 Semestre: 13-I
Este material es exclusivamente para uso educativo y no de lucro
ESTRUCTURA Y FUNCIÓN DELAS PROTEÍNAS
6. Funciones de las proteínas
UNA FUNCIÓN IMPORTANTE QUE PUEDEN DESEMPEÑARLAS PROTEÍNAS ES LA CATÁLISIS DE LAS REACCIONESEN SISTEMAS BIOLÓGICOS:
ENZIMASENZIMAS
LA ACTIVIDAD CATALÍTICA DEPENDEDE LA INTEGRIDAD DE SU CONFORMACIÓNPROTEICA NATIVA
ADEMÁS PUEDEN REQUERIR DE OTROS COMPONENTESQUÍMICOS ADICIONALESQUÍMICOS ADICIONALES
¿QUÉ HACEN?
LAS ENZIMAS MODIFICAN LAS VELOCIDADES DE REACCIÓN PERO NO LOSEQUILIBRIOS
LA ENERGÍA LIBRE (G) ES UNA FUNCIÓN TERMODINÁMICA QUE PERMITECOMPRENDER A LOS ENZIMAS
DOS CONSIDERACIONES DE UNA REACCIÓN:
1) La diferencia de energía libre (G) entre los productos y reactantes
2) La energía requerida para iniciar la conversión de los reactantes a productos
S PE
nerg
ía lib
re
Estado de transición
Coordenada de reacción(cambios químicos)
En
erg
ía lib
re
Estadobasal
Estadobasal
DETERMINALA
ESPONTANEIDADDE LA REACCIÓN
EL G ENTRE REACTANTES Y PRODUCTOS INDICA EL EQUILIBRIODE LA REACCIÓN
LOS ENZIMAS ACELERAN ESTE PASO¿CÓMO LO HACEN?
S PE
nerg
ía lib
re
Estado de transición S
Energía librede activación
MÁSLENTA
BARRERAENERGÉTICA
Coordenada de reacción(cambios químicos)
En
erg
ía lib
re
Estadobasal
Estadobasal
Energíalibre
En
erg
ía lib
reEstado de transición S
LOS ENZIMAS FACILITAN LA FORMACIÓN DEL ESTADO DE TRANSICIÓN
(Proporcionando una superficie complementaria a su estereoquímica, polaridado carga)
Coordenada de reacción(cambios químicos)
En
erg
ía lib
re
Estadobasal
Estadobasal
Energíalibre
• Las enzimas disminuyen la energía de activación de las reacciones que catalizan, pero no modifican la constante de equilibrio
• Por tanto aceleran en igual proporción la velocidad de la reacción en las dos direcciones
AUMENTOS EN LA VELOCIDAD DE ENTRE5 A 17 ÓRDENES DE MAGNITUD
¿CÓMO FACILITAN LOS ENZIMAS LA DISMINUCIÓN DE LAENERGÍA LIBRE DE ACTIVACIÓN?
FAVORECER LA FORMACIÓN DE ESTADOS DE TRANSICIÓN:
1) A TRAVÉS DE LA FORMACIÓN DE ENLACES COVALENTESDURANTE LA CATÁLISIS(ENTRE SUSTRATOS Y LAS CADENAS LATERALES DE CIERTOSRESIDUOS DE AMINOÁCIDOS, IONES METÁLICOS Y COENZIMAS)
2) POR MEDIO DE INTERACCIONES NO COVALENTES ENTRE EL ENZIMAY EL SUSTRATO
ENERGÍA DE FIJACIÓNEs aquella energía proveniente de la interacción
enzima-sustrato
ENERGÍA DE FIJACIÓN PERMITE:
LA ESPECIFICIDAD Y LA CATÁLISIS
LAS INTERACCIONES DÉBILES ESTÁN OPTIMIZADAS EN EL ESTADODE TRANSICIÓN
EL SITIO CATALÍTICO DE LOS ENZIMAS SON COMPLEMENTARIOS NOA LOS SUSTRATOS per se SINO A LOS ESTADOS DE TRANSICIÓN
¿EN QUE PARTE DEL ENZIMA SUCEDE ESTO?
MODELO DE LA LLAVE-CERRADURA
Modelo de la llave – cerradura (Fisher)
Substrato+
ab c
Enzima
Complejo[enzima - sustrato]
ab c
MODELOS DE RECONOCIMIENTOENZIMA - SUSTRATO
ab c
Enzima
Modelo del guante – mano (Koshland)
Sustrato+ a
b c
Complejo[enzima - sustrato]
o Modelo de ajuste inducido
MODELO DEL AJUSTE INDUCIDOPostulado por Daniel Koshland en 1958
Disminución de los movimientos de los sustratos que reaccionanREDUCCCIÓN DE LA ENTROPÍA
La formación de enlaces débiles enzima-sustrato da lugar a la DESOLVATACIÓNDEL SUSTRATO (las interacciones reemplazan los puentes de hidrógenoque existan entre el sustrato y el agua en disolución)
CAMBIO CONFORMACIONAL del enzima cuando se fija el sustrato
Sitio activoo
Sitio catalítico
* Región tridimensional de la proteína
* Une al sustrato específicamente, mediante un reconocimiento estructural complementario
* Es una región pequeña comparada con la magnitudtotal de la proteína
* Es una hendidura en la estructura de la enzima,localizada más o menos superficialmente en el
cuerpo de la enzima
CARACTERÍSTICAS DEL SITIO CATALÍTICO O SITIO ACTIVO
Sitio catalítico reconocimiento estructural complementario
*Contiene a los grupos catalíticos y a los cofactores, si los hay
*La interacción de éste, con el sustrato es no – covalente,por tanto, es reversible
* Es hidrofóbico, aunque puede tener a.a. polares yaún cargados
* Tiene capacidad de “orientar” al sustrato
LAS ENZIMAS PUEDEN REQUERIR DE MOLÉCULAS ADICIONALES PARA SUACTIVIDAD
COFACTOR Uno o varios ionesInorgánicos
Una molécula orgánica UNIÓN FUERTE SE LLAMAGRUPO PROSTÉTICO
COENZIMA
VITAMINA COENZIMA REACCIÓN EN LA QUE ESTÁ INVOLUCRADA
Tiamina (vitamina B1) Tiamina pirofosfato Activación y transferencia de aldehídos
Riboflavina (vitamina B2) Flavin mononucleótido o FMN; flavin adenin dinucleótido o FAD+,
Oxidación-reducción
Niacina Nicotin amida adenin dinucleótido o NAD+; Nicotin amida adenin dinucleótido fosfato o NADP+
Oxidación-reducción
LAS COENZIMAS SE DERIVAN DE LAS VITAMINAS
fosfato o NADP+
Ácido pantoténico Coenzima A Activación y transferencia de grupos acilo
Piridoxina Fosfato de piridoxal Reacciones que involucran la activación de aminoácidos
Biotina Biotina Activación y transferencia de CO2
Ácido lipoico Lipoamida Activación del grupo acilo:oxidación-reducción
Ácido fólico Tetrahidrofolato Activación y transferencia de grupos funcionales de un sólo carbono
Vitamina B12 Adenosil cobalamina; metil cobalamina
Isomerizaciones y transferencia de grupos metilo
ESTRUCTURA DE LAS COENZIMAS
ESTRUCTURA DE LAS COENZIMAS
Pirofosfato de tiamina
Biotina
Ácido ascórbico
Nomenclatura de las enzimas
b) Nombre sistemáticoa) Reacción que catalizab) Clase c) Subclase d) Número
Tipos de enzimas según la reacción que catalizan:
a) Nombre común: sustrato o producto + terminación asa
1) Oxidoreductasas.- Reacciones redox que involucran transferenciade electrones
2) Transferasas.- Reacciones de transferencia de grupos funcionales
3) Hidrolasas.- Reacciones de hidrólisis
4) Liasas.- Crean dobles enlaces
5) Isomerasas.- Reacciones de isomerización
6) Ligasas.- Formación de puentes con rompimiento de ATP
¿CÓMO SON?
QUIMOTRIPSINA LIBRE
SITIO ACTIVO
LOS ENZIMAS CATALIZAN REACCIONES DE MANERA EFICAZ Y ALTAMENTEESPECÍFICA
INTERACCIÓN PRECISA DEL ENZIMA-SUSTRATO
COMPLEJA ESTRUCTURACIÓN PROTEICA
ESPECIFICIDAD
ATAQUE NUCLEOFÍLICO SOBRE ELCARBONILO DEL ENLACE PEPTÍDICO
INTERMEDIARIO TETRAHEDRICODE VIDA CORTA
SITIO ACTIVO
LAS PROTEASAS O PROTEINASAS O PEPTIDASAS
ENZIMAS QUE ROMPEN ENLACES PEPTÍDICOS DE OTRAS PROTEÍNAS
SERIN-PROTEASAS ZINC-PROTEASAS ASPARTIL-PROTEASAS CISTEIN-PROTEASAS
ROMPEN EN SITIOS ESPECÍFICOS
PROTEASAS DE SERINA Tienen prácticamente el mismo mecanismo catalítico
Contienen la tríada catalítica: Ser, Asp, His
TRIPSINA rompe después de una Arginina o LisinaQUIMOTRIPSINA rompe después de un aminoácido con R hidrofóbico
SUBTILISINA rompe después de un aminoácido con un R pequeño no polar
MECANISMOS DE CATÁLISIS ENZIMÁTICA
1.- CATÁLISIS ÁCIDO – BASE
2.- CATÁLISIS COVALENTE
3.- CATÁLISIS POR IONES METÁLICOS
AMINOÁCIDOS IMPLICADOS EN CÁTALISIS ÁCIDO-BASE GENERAL
RESIDUO ÁCIDO GENERAL BASE GENERALDE AMINOÁCIDO (DADOR DE H+) (ACEPTOR DE H+)
CÁTALISIS COVALENTEAMINOÁCIDOS Y COFACTORES SIRVEN COMO NUCLEÓFILOS PARA FORMARENLACES COVALENTES TRANSITORIOS ENTRE EL ENZIMA Y EL SUSTRATO
ESTABILIZACIÓN DEL ESTADO DE TRANSICIÓN EN LAS PROTEASAS DE SERINA
CARBOXIPEPTIDASA A
CATÁLISIS
EL MECANISMO ES CONCERTADO (VARIOS FENÓMENOS SIMULTÁNEOS)
FACTORES FÍSICOS O FISICOQUÍMICOS QUE PUEDEN AFECTAR LA ACTIVIDAD ENZIMÁTICA
1. pH2. TEMPERATURA3. FUERZA IÓNICA4. CONSTANTE DIELÉCTRICA DEL MEDIO
Efecto de la temperatura en la actividad enzimática
Actividadde la
enzima
Temperatura óptima
20º C 30º C 60ºC
Efecto del pH en la actividad enzimáticapH óptimo
ACTIVI
Tripsina Colinesterasa Pepsina Papaína
IDAD
8
pH8
pH2 4
pH5 8
pH
E + S ES E + P
Sitio activo
Sustrato
[Enzima-sustrato]
+
Producto
Sitio activo
Enzima
Sitio activo+Sitio activo
CINÉTICA ENZIMÁTICA.- Disciplina que se encarga deestudiar el mecanismo de una reacción catalizadaenzimáticamente.
OBJETIVO.- Determinar la velocidad de la reacción yevaluar como se ve modificada ésta enrespuesta a cambios en los parámetrosexperimentales
VELOCIDAD= Cantidad de sustrato desaparecido oproducto formado por la enzima por unidad de tiempo
Por tanto sus unidades soncantidad de compuesto sobre unidad de tiempo:
moles mmoles
nmolesgramos
miligramosmgramos
hora
minuto
segundo
E + S ES E + PS P
ESTADOPRE-ESTACIONARIO
1) ESTADO PRE-ESTACIONARIO = HAY EXCESO DE SUSTRATO Y AUMENTALA CONCENTRACIÓN DE ES(ES RÁPIDO, DURA MICROSEGUNDOS)
2) ESTADO ESTACIONARIO = LA CONCENTRACIÓN ENZIMA-SUSTRATOPERMANECE APROX. CONSTANTE
MODELO DE Leonor MICHAELIS -Maud MENTEN
E + S [ES] E + Pk1
K-1
k2 1
Relaciona velocidad de la reacción con [S] y [E]
Vo = k2 [ES] 2Vo = k2 [ES]
Queremos saber cuánto ES se forma
Velocidad de formación de ES = k1 [E][S] 3
Velocidad de desaparición de ES = (k-1 + k2) [ES] 4
En el estado estacionario, las velocidades de formación y desapariciónde [ES] son iguales, donde [ES] es constante, mientras que [Reactivos] y [Productos] cambian
k1 [E] [S] = (k2 + k3) [ES] 5
[ES] = [E] [S](k2 + k3)/k1
6
Definimos una nueva constante: (para el denominador)
Km = constante de Michaelis
Km = k2 + k3
k1
7
Sustituimos en 6
[ES] = [E] [S]Km
8
Km es independiente de la concentración del enzimay la de sustrato
Asumiendo que ponemos un gran exceso de S con respecto a E, entonces [S]va a ser teóricamente la inicial o sea el total de [S].
Con respecto a [E], ésta se va a estar combinando con él. Va haber también E libre.
[E] = [Etotal] - [ES] 9
Sustituyendo para [E] en 8
[ES] = ([Etotal] - [ES] ) [S]Km
10Km
[ES] = [Et] [S] / Km1 + [S] / Km
11
[ES] = [Et] [S]______ [S] + Km
12 Vo = k2 [ES]
V = k2 [Et] [S]__ [S] + Km
13
Ya que la velocidad máxima (Vmax) se alcanza cuando los sitios de la enzima están saturados con sustratos, o sea cuando [S] >> Km, y entonces
[S]____ [S] + Km
Se aproxima a 1[S] + Km
entonces
Vmax = k2 [Et] 14
sustituyendo 14 en 13
V = Vmax ___[S] ___[S] + Km
Km = [S] a la cual la velocidad de la reacción tienela mitad de su valor máximo
RE
AC
CIÓ
N
V = Vmax ___[S] ___[S] + Km
VE
LO
CID
AD
DE
LA
RE
AC
CIÓ
N
Concentración del sustrato
[S] + Km
GRÁFICA DE DOBLES RECÍPROCOS O DE LINEWEAVER-BURK(TRANSFORMACIÓN DE LA ECUACIÓN DE MICHAELIS-MENTEN)
Vo = Vmax ___[S] ___[S] + Km
INVERSO 1 = Km + [S]Vo Vmax [S]
1 = Km + [S]Vo Vmax [S] Vmax [S]
Pendiente
1 = Km + 1Vo Vmax [S] Vmax
Ecuación de Lineweaver-Burk