Cómo están afectando los medios sociales en contextos profesionales
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ENZIMAS
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Son moléculas de naturaleza proteínica queaceleran las reacciones bioquímicas.
Son catalizadores biológicos que disminuyenla energía de activación de las reacciones quecatalizan, de forma que se aceleransustancialmente la tasa de reacción.
ENZIMAS
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¿QUÉ ES UN CATALIZADOR?
Es una molécula inorgánica u orgánica queincrementa notablemente la velocidad de lasreacciones químicas sin ser modificada oconsumida en la reacción.
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Reacción enzimática simple
E + S ES EP E + PE : enzima libreS : sustratoES : complejo enzima-sustratoEP: complejo enzima productoP : producto
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Cinética vs termodinámica
Las reacciones proceden espontáneamente si hay undescenso en la energía libre cuando la temperatura y lapresión se mantienen constantes.
Muchas reacciones bioquímicas, que sontermodinámicamente posibles, ocurren a velocidadesdespreciables, es decir son cinéticamente imposibles.
De aquí la necesidad de la catálisis para incrementar susvelocidades.
La catálisis en las células la llevan a cabo las enzimas.
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• Lo que determina si una reacción estermodinámicamente posible es el valor del cambioen energía libre (ΔG).
• Lo que determina si una reacción es cinéticamenteposible es el valor de su energía de activación(ΔG‡).
Cinética vs termodinámica
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El cambio negativo en energía libre (ΔG) , o lo que es lo mismo el valormayor de uno de la constante de equilibrio (Keq), nos dice que la reacciónprocede espontáneamente de S a P.
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ΔGo´ = -RT ln Keq
Relación entre la energía librey la constante de equilibrio
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Las enzimas, como cualquier catalizador incrementannotablemente la velocidad de las reacciones químicas aldisminuir su energía de activación sin ser modificadas oconsumidas en la reacción.
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Reacción no catalizada
Reacción catalizada
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¿Por qué la gran mayoría de las reacciones en los seresvivos necesitan ser catalizadas para que ocurran a unavelocidad apreciable?
Porque de lo contrario estarían todas en el equilibrio.
Porque así la célula puede regular en forma diferencial suvelocidad, regulando la actividad de los catalizadores de cadauna de ellas.
Necesidad de la biocatálisis
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Ventajas de las enzimas sobre los catalizadoresinorgánicos
Velocidades de reacción más elevadas, son más eficientes.
(105- 1017)
Condiciones de reacción más suaves,
(T<100°C, Presión atmosférica, pH fisiológico)
Mayor especificidad de reacción, y
(sustratos, reactivos, no subproductos)
Capacidad para la regulación
control alostérico, modificación covalente, [enzima]
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¿QUÉ TANTO ACELERAN LAS ENZIMAS LASVELOCIDADES DE LAS REACCIONES?
La reacción en que una molécula de orotidina monofosfato(ácido orotidílico) pierde un CO2 ocurre 1017 veces más rápida
cuando es catalizada por la enzima orotidina monofosfatodescarboxilasa que cuando no es catalizada
1017 = 100 000 000 000 000 000
CIEN MIL BILLONES DE VECES MÁS RÁPIDA
Ácido orotidílico Ácido uridílico(UMP)
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La ureasa aumenta la tasa de hidrólisis de la ureaa pH 8.0 y 20°C por un factor de 1014.Una cantidad de ureasa puede hidrolizarcompletamente una cantidad dada de urea en5.0 min a 20°C y pH 8.0. ¿Cuánto tardará enhidrolizarse esta misma cantidad de urea enausencia de la enzima y bajo las mismascondiciones?
*Ejercicio 1. Aumento de la tasa de hidrólisis
9.5 x 108 años
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Especificidad de la catálisis enzimática
•La catálisis enzimática requiere:
Unión específica a la proteína de las moléculas de sustrato yde moléculas reguladoras.
Reactividad específica de la proteína con el (los) sustrato (s).
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Unión específica
Las moléculas que van areaccionar, llamadas
sustratos, se unen a unaregión en la superficiellamada sitio activo.
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Teorías de unión específica del sustrato
•Existen dos teorías para explicar la unión específica
Teoría de la llave y la cerradura
Teoría del ajuste inducido
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Teoría de la llave y la cerradura
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Teoría del ajuste inducido
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Cambio conformacional de la hexocinasainducido por su sustrato
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ENZIMAS
Enzima(holoenzima)
Apoenzima: Parte proteínica.
Parte no proteínica:Cofactores y coenzimas Grupo prostético: unión fuerte
Hemoglobina
Cofactores: Uno o mas iones inorgánicos.Coenzimas: Moléculas orgánica o metaloorgánicas complejas
Resaltar quees covalente
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COFACTORES
Cofactores: Uno o mas iones inorgánicos.
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Coenzimas: Moléculas orgánica o metaloorgánicascomplejas
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CLASIFICACIÓN DE LAS ENZIMAS
1. Deshidrogenasas,oxidasas, peroxidasas.
2. Transaminasas,cinasas, transacetilasas,metiltransferasas,aciltransferasas,glucosiltransferasas.
3. Esterasas, fosfatasas,glicosidasas, proteasas.
4. Descarboxilasas, aldehído liasas, cetoácido liasas.
5. Racemasas, epimerasas.6.Sintetasas.
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ALCOHOL DESHIDROGENASAEC 1.1.1.1
• Clase: 1 (oxidorreductasa)
• Subclase: 1 (actúa sobre un sustrato que posee un grupoCH-OH como donador de electrones)
• Subsubclase: 1 (NAD+ o NADP+ es la coenzima aceptor)
• Orden dentro de la subsubclase: 1 (primera enzima de estegrupo)
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CARACTERÍSTICAS DE LAS ENZIMAS
Estereoespecificidad: sustratos quirales, las enzimas actúan sobresustratos L o D, pero no sobre ambos. Las enzimas sonestereoespecíficas porque forman varias interacciones entreaminoácidos del centro activo y los distintos grupos del sustrato.
Especificidad geométrica: las enzimas son selectivas hacia laidentidad de los grupos químicos situados en los sustratos.
Sitio activo vacío Sitio activo ocupado
Sitio activo: lugar donde se lleva a cabo la catálisis enzimática.
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CARACTERÍSTICAS DE LAS ENZIMAS
Sitio activo: lugardonde se lleva a cabola catálisis enzimática.
Sitio de unión a sustrato: Sitios químicos capaces de unirse alsustrato.Sitio alostérico: Lugar de unión a moléculas pequeñas, cuyoefecto es un cambio en el sitio activo o en el sitio de unión asustrato, que modulan la actividad enzimática.
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La carboxipeptidasa, la cual remueve residuos de aminoácidosdel extremo carboxilo de sus sustratos peptídicos, es unpolipéptido de 307 aminoácidos. Los dos residuos deaminoácidos catalíticos son Arg145 y Glu270.a) Si la carboxipeptidasa fuera una α hélice, ¿Qué tan lejosestarían los residuos Arg145 y Glu270?b) Explique cómo los dos residuos de aminoácidos puedencatalizar una reacción que ocurre en un espacio de pocos Å.
Ejercicio 2. Requerimiento del sitio activo
a) 190 Åb) El plegamiento tridimensional de la enzima hace
que los aminoácidos Arg145 y Glu270 queden cerca.
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Unidades de actividad enzimática
Actividad1 unidad internacional (U) = 1 µmol de producto
formado/min1 katal = 1 mol de producto formado/s
Actividad específica
U/mg de proteínakatal / mg proteína
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Reacción catalizada enzimáticamente
Reversible
Irreversible simplificada
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Parámetros enzimáticosKm(constante para cada enzima) = concentración de S a la que V0es ½ Vmax. Es una medida de la afinidad de la enzima por S.Cuanto menor es Km, mayor es la afinidad de la enzima por S.
Kcat(constante para cada enzima) = número de recambio =número de moléculas de sustrato convertidas en producto pormolécula de enzima y unidad de tiempo, en condicionessaturantes del sustrato.
VmaxVelocidad máxima teórica = la velocidad cuando todos loscentros activos están ocupados con sustrato.
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REPRESENTACIÓN GRÁFICA DE LAECUACIÓN DE MICHAELIS-MENTEN
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Una enzima que cataliza la reacciónX Y se aisló de dos especiesbacterianas diferentes. Las enzimastienen el mismo valor de Vmax, perodiferente valor de Km para elsustrato X. La enzima A tiene unvalor de Km de 2.0 mM, mientrasque le enzima B tiene un valor de Kmde 0.5 mM. En la siguiente gráfica sepresenta la cinética de la reacción ala misma concentración de ambasenzimas ¿Qué curva corresponde ala enzima A y cual a la enzima B?
*Ejercicio 3
Enzima A
Enzima B
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ECUACIÓN DE MICHAELIS-MENTEN
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La Vmax se alcanza cuando todos los centros activosestán ocupados con el sustrato.
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Unidades de los parámetros cinéticos
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Velocidad máxima (Vmax)
• Es la velocidad límite a la que tiende la reaccióncatalizada por enzimas a concentraciones saturantesdel sustrato, es decir cuando toda la enzima estácomo ES.
Vmax = kcat[E]total
• Su valor cambia durante el proceso de purificaciónporque cambia la [E]
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Constante catalítica (kcat)
• Sólo puede conocerse cuando se tiene a la enzima pura ypor tanto se conoce su concentración.
kcat = Vmax / [E]total o kcat = Vmax / [sitios activos]
• Si uno de los pasos es limitante de la velocidad, kcat es laconstante de velocidad de este paso.
• A kcat también se le conoce como número de recambio,porque indica el número máximo de ciclos catalíticos por sitioactivo y por unidad de tiempo.
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La anhidrasa carbónica de los eritrocitos (Mr 30,000) cataliza lahidratación de CO2 y tiene uno de los mayores números derecambio que se conocen.
H2O + CO2 H2CO3
Este es un proceso importante en el transporte de CO2 de lostejidos a los pulmones. Si 10.0 µg de anhidrasa carbónicacataliza la hidratación de 0.3 g de CO2 en un minuto a 37C aVmax. ¿Cuál es el número de recambio (Kcat) de la anhidrasacarbónica? Expresarlo en min-1
*Ejercicio 4. Número de recambio
Kcat ≈ 2.0x107 min-1
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Constante de Michaelis Menten(Km)
• En todos los casos es la concentración de sustrato a la que
v = Vmax / 2
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Constante de especificidad(Vmax/Km o kcat/Km)
• Indica cuál es el mejor sustrato de una enzima (aquél quetenga la mayor constante de especificidad).
• Indica la eficiencia catalítica de la enzima a concentracionesde sustrato por debajo de los niveles de saturación.
• Representa el paso de unión de la enzima y el sustrato(cualquier factor que afecte esta constante está afectando elpaso de unión).
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La enzima acetilcolinesterasa tiene un valor de Kmpara la acetilcolina de 9.5x10-5 M y un valor de Kcatde 1.4x104 s-1, mientras que la enzima catalasa tieneun valor de Km para el H2O2 de 2.5x10-2 M y un valorde Kcat de 1.0x107 s-1 ¿Cuál de las dos enzimas estámás próxima a la perfección catalítica(más específica)?
Ejercicio 5. Constante de especificidad
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CINÉTICA ENZIMÁTICA
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Transformaciones de la ecuación de velocidadde Michaelis Menten
Lineal
1/v vs 1/[S] (Dobles recíprocos o Lineweaver-Burk)
Sigmoidal
v versus log S (semilogarítmica)
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ECUACIÓN DE LINEWEAVER Y BURK
![Page 54: ENZIMASdepa.fquim.unam.mx/amyd/archivero/1.4ENZIMAS_24491.pdf• Representa el paso de unión de la enzima y el sustrato (c ualquier factor que afecte esta constante está afectando](https://reader030.fdocuments.mx/reader030/viewer/2022040404/5e906b1609823070b129a741/html5/thumbnails/54.jpg)
REPRESENTACIÓN GRÁFICA DE LINEWEAVER Y BURK
Forma lineal de la ecuación de Michaelis-Menten, gráfica de dobles recíprocos.
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Gráfica sigmoidal(velocidad inicial vs log [S])
![Page 56: ENZIMASdepa.fquim.unam.mx/amyd/archivero/1.4ENZIMAS_24491.pdf• Representa el paso de unión de la enzima y el sustrato (c ualquier factor que afecte esta constante está afectando](https://reader030.fdocuments.mx/reader030/viewer/2022040404/5e906b1609823070b129a741/html5/thumbnails/56.jpg)
Aunque los métodos gráficosdan una determinaciónexacta de la Vmax y Km deuna reacción catalizada poruna enzima, a veces estosvalores pueden estimarserápidamente inspeccionandolos valores de Vo alincrementar [S]. EstimarVmax y Km de la reaccióncatalizada enzimáticamentecon los siguientes datosobtenidos:
[S](M)
V0
(µmol/mL min)2.5 X 10-6 28
4 X 10-6 40
1 X 10-5 70
2 X 10-5 95
4 X 10-5 112
1 X 10-4 128
2 X 10-3 139
1 X 10-2 140
*Ejercicio 6. Estimación de Vmax y Km por inspección
Vmax = 140 μmol/mL minKm = 1 x 10-5 M
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Determina la fracción de Vmax que podría ser obtenida alas siguientes concentraciones de sustrato: 0.5 Km, 2 Km y10 Km.
Ejercicio 7. Relación entre la velocidad de reacción y laconcentración del sustrato. Ecuación de Michaelis-Menten.
0.5 Km V0= 0.33 Vmax2.0 Km V0= 0.67 Vmax10 Km V0= 0.91 Vmax
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Respuesta
0.5 Km V0= 0.33 Vmax2.0 Km V0= 0.67 Vmax10 Km V0= 0.91 Vmax
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Factores que afectan la velocidad de unareacción catalizada por enzimas
• Concentración de sustrato o sustratos (cofactores)• Concentración de enzima• Inhibidores• Activadores• pH• Temperatura
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Regulación de la actividad enzimática por unióna la enzima de ligandos que no son sustrato
• INHIBIDOR : Molécula o ion que al unirse a la enzimaproduce una disminución en la velocidad de la reaccióncatalizada.
• ACTIVADOR: Molécula o ion que al unirse a la enzimaproduce un aumento en la velocidad de la reaccióncatalizada.
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TIPOS DE INHIBIDORES
• ISOSTÉRICOEl inhibidor se une al mismo sitio que el sustrato (sitioactivo).
• ALOSTÉRICOEl inhibidor se une a un sitio diferente al que se uneel sustrato (sitio alostérico).
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TIPOS DE INHIBIDORES
• COMPETITIVO – El inhibidor se une a la enzimalibre interfiriendo con la unión del sustrato.• INCOMPETITIVO – El inhibidor se une al complejoenzima-sustrato interfiriendo con la formación deproducto.• MIXTO – El inhibidor se une tanto a la enzima librecomo al complejo enzimas sustrato, interfiriendo launión del sustrato y la formación del producto.• NO COMPETITIVO – Es un tipo especial deinhibidor mixto que se une con igual afinidad a laenzima libre y al complejo enzima-sustrato.
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Su efecto se contrarresta cuando ↑[S].
Compiten con el sustrato por su sitio de unión.
INHIBICIÓN COMPETITIVAEl inhibidor se une a la enzima libre interfiriendo con la
unión del sustrato
Reduce la concentración de enzima libre disponible.
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Patrones de inhibición competitiva
![Page 66: ENZIMASdepa.fquim.unam.mx/amyd/archivero/1.4ENZIMAS_24491.pdf• Representa el paso de unión de la enzima y el sustrato (c ualquier factor que afecte esta constante está afectando](https://reader030.fdocuments.mx/reader030/viewer/2022040404/5e906b1609823070b129a741/html5/thumbnails/66.jpg)
Inhibidores cuyoefecto NO secontrarrestaincrementandola concentracióndel sustrato.
INHIBICIÓN INCOMPETITIVAEl inhibidor se une al complejo enzima-sustrato interfiriendo
con la formación del producto)
![Page 67: ENZIMASdepa.fquim.unam.mx/amyd/archivero/1.4ENZIMAS_24491.pdf• Representa el paso de unión de la enzima y el sustrato (c ualquier factor que afecte esta constante está afectando](https://reader030.fdocuments.mx/reader030/viewer/2022040404/5e906b1609823070b129a741/html5/thumbnails/67.jpg)
Patrones de inhibición incompetitiva
![Page 68: ENZIMASdepa.fquim.unam.mx/amyd/archivero/1.4ENZIMAS_24491.pdf• Representa el paso de unión de la enzima y el sustrato (c ualquier factor que afecte esta constante está afectando](https://reader030.fdocuments.mx/reader030/viewer/2022040404/5e906b1609823070b129a741/html5/thumbnails/68.jpg)
INHIBICIÓN MIXTAEl inhibidor se une tanto a la enzima libre como al complejoenzima-sustrato, por lo tanto interfiere en la unión delsustrato y en la formación del producto
![Page 69: ENZIMASdepa.fquim.unam.mx/amyd/archivero/1.4ENZIMAS_24491.pdf• Representa el paso de unión de la enzima y el sustrato (c ualquier factor que afecte esta constante está afectando](https://reader030.fdocuments.mx/reader030/viewer/2022040404/5e906b1609823070b129a741/html5/thumbnails/69.jpg)
Patrones de inhibición mixta
![Page 70: ENZIMASdepa.fquim.unam.mx/amyd/archivero/1.4ENZIMAS_24491.pdf• Representa el paso de unión de la enzima y el sustrato (c ualquier factor que afecte esta constante está afectando](https://reader030.fdocuments.mx/reader030/viewer/2022040404/5e906b1609823070b129a741/html5/thumbnails/70.jpg)
INHIBICIÓN NO COMPETITIVAEs un tipo especial de inhibidor mixto que se une con igualafinidad a la enzima libre y al complejo enzima-sustrato
![Page 71: ENZIMASdepa.fquim.unam.mx/amyd/archivero/1.4ENZIMAS_24491.pdf• Representa el paso de unión de la enzima y el sustrato (c ualquier factor que afecte esta constante está afectando](https://reader030.fdocuments.mx/reader030/viewer/2022040404/5e906b1609823070b129a741/html5/thumbnails/71.jpg)
Patrones de inhibición no competitiva
![Page 72: ENZIMASdepa.fquim.unam.mx/amyd/archivero/1.4ENZIMAS_24491.pdf• Representa el paso de unión de la enzima y el sustrato (c ualquier factor que afecte esta constante está afectando](https://reader030.fdocuments.mx/reader030/viewer/2022040404/5e906b1609823070b129a741/html5/thumbnails/72.jpg)
Inhibidor no competitivoNo cambia Km, Vmax
Inhibidor competitivo↑Km, no cambia Vmax
Inhibidor incompetitivoKm, Vmax
EFECTO DE LOS INHIBIDORES SOBRE LOSPARÁMETROS CINÉTICOS
Inhibidor mixto↑Km, Vmax
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En la siguiente tabla se incluyen las velocidades inicialesde una reacción catalizada por una enzima que siguecinética de Michaelis-Menten, medidas en ausencia(control), y en presencia de dos inhibidores diferentes (1y 2), ambos a una concentración de 10 mM. Se usó lamisma concentración de enzima en todas lasdeterminaciones.
*Ejercicio 9. Inhibidores
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a) Presentar en un análisis gráfico de dobles recíprocos el patrónde inhibición.b) Determinar las constantes cinéticas (Km y Vmax) de la enzima enausencia y presencia de los inhibidores.c) Para cada inhibidor determinar el tipo de inhibición.
V0 (µmol/mL s)[S] (mM) Control Inhibidor 1 Inhibidor 2
1 2.50 1.17 0.772 4.00 2.10 1.255 6.30 4.00 2.00
10 7.60 5.70 2.4520 8.50 7.20 2.68
![Page 75: ENZIMASdepa.fquim.unam.mx/amyd/archivero/1.4ENZIMAS_24491.pdf• Representa el paso de unión de la enzima y el sustrato (c ualquier factor que afecte esta constante está afectando](https://reader030.fdocuments.mx/reader030/viewer/2022040404/5e906b1609823070b129a741/html5/thumbnails/75.jpg)
![Page 76: ENZIMASdepa.fquim.unam.mx/amyd/archivero/1.4ENZIMAS_24491.pdf• Representa el paso de unión de la enzima y el sustrato (c ualquier factor que afecte esta constante está afectando](https://reader030.fdocuments.mx/reader030/viewer/2022040404/5e906b1609823070b129a741/html5/thumbnails/76.jpg)
Efecto del pH sobre la actividad de lasenzimas
Cambio en la ionización de los residuos de aminoácidosimplicados en la unión del sustrato.
Cambio en la ionización de residuos de aminoácidosimplicados en la catálisis.
Cambio en la ionización de grupos del sustrato.
Cambio en la ionización de residuos de aminoácidosimplicados en la estabilidad de la enzima.
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![Page 78: ENZIMASdepa.fquim.unam.mx/amyd/archivero/1.4ENZIMAS_24491.pdf• Representa el paso de unión de la enzima y el sustrato (c ualquier factor que afecte esta constante está afectando](https://reader030.fdocuments.mx/reader030/viewer/2022040404/5e906b1609823070b129a741/html5/thumbnails/78.jpg)
![Page 79: ENZIMASdepa.fquim.unam.mx/amyd/archivero/1.4ENZIMAS_24491.pdf• Representa el paso de unión de la enzima y el sustrato (c ualquier factor que afecte esta constante está afectando](https://reader030.fdocuments.mx/reader030/viewer/2022040404/5e906b1609823070b129a741/html5/thumbnails/79.jpg)
Efecto de la temperatura sobre la velocidad de lasreacciones catalizadas por enzimas
La temperatura afecta la constante de velocidad de unareacción química como describe la ecuación de Arrhenius.
![Page 80: ENZIMASdepa.fquim.unam.mx/amyd/archivero/1.4ENZIMAS_24491.pdf• Representa el paso de unión de la enzima y el sustrato (c ualquier factor que afecte esta constante está afectando](https://reader030.fdocuments.mx/reader030/viewer/2022040404/5e906b1609823070b129a741/html5/thumbnails/80.jpg)
![Page 81: ENZIMASdepa.fquim.unam.mx/amyd/archivero/1.4ENZIMAS_24491.pdf• Representa el paso de unión de la enzima y el sustrato (c ualquier factor que afecte esta constante está afectando](https://reader030.fdocuments.mx/reader030/viewer/2022040404/5e906b1609823070b129a741/html5/thumbnails/81.jpg)
En las reacciones catalizadas por enzimas:
La velocidad aumenta con la temperatura hastaque la enzima comienza a desnaturalizarse.
No existe una temperatura óptima de reacción,depende de las condiciones en que midamos lareacción, especialmente del tiempo.
![Page 82: ENZIMASdepa.fquim.unam.mx/amyd/archivero/1.4ENZIMAS_24491.pdf• Representa el paso de unión de la enzima y el sustrato (c ualquier factor que afecte esta constante está afectando](https://reader030.fdocuments.mx/reader030/viewer/2022040404/5e906b1609823070b129a741/html5/thumbnails/82.jpg)
Mecanismos de regulación enzimática
Regulación de la cantidad de la enzima
Regulación de la actividad de la enzimapreexistente
![Page 83: ENZIMASdepa.fquim.unam.mx/amyd/archivero/1.4ENZIMAS_24491.pdf• Representa el paso de unión de la enzima y el sustrato (c ualquier factor que afecte esta constante está afectando](https://reader030.fdocuments.mx/reader030/viewer/2022040404/5e906b1609823070b129a741/html5/thumbnails/83.jpg)
Mecanismos de regulación de la cantidad de enzima
Regulación transcripcionalSíntesis del ARNmMaduración y vida media del ARNm
Regulación traduccionalSíntesis de la proteína
Regulación postraduccionalDegradación de la proteína
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Mecanismos de regulación de la actividad de la enzima
Regulación por moléculas o iones.Sustratos, productos, cofactores.Inhibidores, activadores, pH.
Regulación por modificación químicaIrreversible•Zimógenos
Reversible•Adición de un grupo químico•Oxidación-reducción de cisteínas
Regulación por localización intracelularIsoenzimas
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Regulación de la actividad enzimáticapor proteólisis limitada
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ZimógenosFormas inactivas de enzimas que son convertidas a formasactivas por proteólisis en sitios específicos.
En general son enzimas proteolíticas que de sintetizarseactivas producirían daños a la célula.
Se activan una vez fuera de la célula que las produce(enzimas digestivas, enzimas implicadas en la coagulaciónsanguínea) o cuando deben llevar a la muerte celular (casode las caspasa en la apoptosis).
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Isoenzimas
Proteínas que en un organismo catalizan la mismareacción pero están codificadas por genes diferentes.
Difieren en sus propiedades cinéticas.
Se expresan diferencialmente en diferentes tejidos,organelos o estados fisiológicos o patológicos.
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Modificación química reversible poradición de un grupo
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![Page 98: ENZIMASdepa.fquim.unam.mx/amyd/archivero/1.4ENZIMAS_24491.pdf• Representa el paso de unión de la enzima y el sustrato (c ualquier factor que afecte esta constante está afectando](https://reader030.fdocuments.mx/reader030/viewer/2022040404/5e906b1609823070b129a741/html5/thumbnails/98.jpg)
Modificación química reversible poroxidación-reducción de cisteínas vecinas
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Cooperatividad enzimática
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Enzimas con cooperatividad positiva
La unión del sustrato es cada vez más fácil a medida que laenzima se satura más y más.
Dependencia sigmoidal de la velocidad inicial vs [S].
Enzimas con cooperatividad negativa
La unión del sustrato es cada vez más difícil a medida que laenzima se satura más y más.
Dependencia hiperbólica de la velocidad inicial vs [S].
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Cooperatividad positiva entre los sitiosalostéricos
La unión del efector alostérico (inhibidor o activador) escada vez más fácil a medida que la enzima se satura más ymás por este ligando.
Dependencia sigmoidal de la velocidad inicial vs el efectoralostérico.
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MECANISMOS DE CATÁLISIS ENZIMÁTICA
OBJETIVO:Disminución de la energía de activación de la reaccióncatalizada con respecto a la no catalizada
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Tipos de catálisis enzimática
• CATÁLISIS ÁCIDO-BASE
• CATÁLISIS ELECTROSTÁTICA
• CATÁLISIS COVALENTE
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Catálisis ácido-base
• La catálisis ácida general consiste en la transferencia deun protón desde un residuo de la enzima, que secomporta como un ácido de Brönsted, al sustrato ointermediarios de la reacción, disminuyéndose así laenergía libre del estado de transición.
• La catálisis básica general consiste en la transferencia deun protón desde el sustrato o intermediarios de lareacción a un residuo de la enzima, que se comportacomo una base de Brönsted, disminuyéndose así laenergía libre del estado de transición.
• Si se dan ambos tipos de catálisis se tiene una catálisisácido-base concertada.
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Catálisis electrostática
• La enzima estabiliza intermediarios o estadosde transición de la reacción por neutralización decargas gracias a la disposición espacial en el sitioactivo de residuos con carga opuesta.
• En otros casos la distribución de cargas en elsitio activo sirve para guiar a sustratos cargados opolares a sus sitios de unión.
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Catálisis covalente• La enzima forma transitoriamente un enlace covalente conel sustrato.
• La catálisis covalente consiste en tres pasos sucesivos:– Ataque nucleofílico de la enzima sobre el sustrato(formación del enlace covalente).– Toma de electrones por el catalizador u otro sustrato(formación del producto).– Separación del producto de la enzima (ruptura del enlacecovalente, generalmente por hidrólisis).
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Mecanismo catalítico de la quimotripsina
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![Page 109: ENZIMASdepa.fquim.unam.mx/amyd/archivero/1.4ENZIMAS_24491.pdf• Representa el paso de unión de la enzima y el sustrato (c ualquier factor que afecte esta constante está afectando](https://reader030.fdocuments.mx/reader030/viewer/2022040404/5e906b1609823070b129a741/html5/thumbnails/109.jpg)
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![Page 112: ENZIMASdepa.fquim.unam.mx/amyd/archivero/1.4ENZIMAS_24491.pdf• Representa el paso de unión de la enzima y el sustrato (c ualquier factor que afecte esta constante está afectando](https://reader030.fdocuments.mx/reader030/viewer/2022040404/5e906b1609823070b129a741/html5/thumbnails/112.jpg)
Liberación del extremoamino de uno de losfragmentos en que serompió la cadenapolpeptídica
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![Page 116: ENZIMASdepa.fquim.unam.mx/amyd/archivero/1.4ENZIMAS_24491.pdf• Representa el paso de unión de la enzima y el sustrato (c ualquier factor que afecte esta constante está afectando](https://reader030.fdocuments.mx/reader030/viewer/2022040404/5e906b1609823070b129a741/html5/thumbnails/116.jpg)
Liberación del extremocarboxilo del otrofragmento en que serompió la cadenapolipeptídica
![Page 117: ENZIMASdepa.fquim.unam.mx/amyd/archivero/1.4ENZIMAS_24491.pdf• Representa el paso de unión de la enzima y el sustrato (c ualquier factor que afecte esta constante está afectando](https://reader030.fdocuments.mx/reader030/viewer/2022040404/5e906b1609823070b129a741/html5/thumbnails/117.jpg)
CINÉTICA ENZIMÁTICA
![Page 118: ENZIMASdepa.fquim.unam.mx/amyd/archivero/1.4ENZIMAS_24491.pdf• Representa el paso de unión de la enzima y el sustrato (c ualquier factor que afecte esta constante está afectando](https://reader030.fdocuments.mx/reader030/viewer/2022040404/5e906b1609823070b129a741/html5/thumbnails/118.jpg)
Determinar la velocidad inicial de la reacción catalizada
Variando la concentración de sustrato(s) y manteniendo laconcentración de enzima constante.
Variando la concentración de enzima y manteniendo laconcentración de sustrato(s) constante.
Determinar los parámetros o constantes cinéticas:
Vmax, kcat, Km, Vmax/Km, kcat/Km
Caracterización cinética de las enzimas
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VELOCIDAD DE REACCIÓN
Velocidad de reacción: Cambio de concentración por unidad de tiempo.
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¿Por qué medir la velocidad inicial?
En el caso de las reacciones catalizadas por enzimas, hay dosrazones que hacen muy conveniente medir velocidades iniciales:
El producto es un inhibidor de la reacción.
La enzima puede ser inestable en el medio de reacción.
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INHIBICIÓN COMPETITIVA
![Page 122: ENZIMASdepa.fquim.unam.mx/amyd/archivero/1.4ENZIMAS_24491.pdf• Representa el paso de unión de la enzima y el sustrato (c ualquier factor que afecte esta constante está afectando](https://reader030.fdocuments.mx/reader030/viewer/2022040404/5e906b1609823070b129a741/html5/thumbnails/122.jpg)
Distribución de las especies de la enzima enausencia de cooperatividad
![Page 123: ENZIMASdepa.fquim.unam.mx/amyd/archivero/1.4ENZIMAS_24491.pdf• Representa el paso de unión de la enzima y el sustrato (c ualquier factor que afecte esta constante está afectando](https://reader030.fdocuments.mx/reader030/viewer/2022040404/5e906b1609823070b129a741/html5/thumbnails/123.jpg)
Distribución de las especies de la enzima encaso de cooperatividad extrema
![Page 124: ENZIMASdepa.fquim.unam.mx/amyd/archivero/1.4ENZIMAS_24491.pdf• Representa el paso de unión de la enzima y el sustrato (c ualquier factor que afecte esta constante está afectando](https://reader030.fdocuments.mx/reader030/viewer/2022040404/5e906b1609823070b129a741/html5/thumbnails/124.jpg)
Cooperatividad de unión
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Curvas de saturación sigmoidal por inhibidores yactivadores
![Page 126: ENZIMASdepa.fquim.unam.mx/amyd/archivero/1.4ENZIMAS_24491.pdf• Representa el paso de unión de la enzima y el sustrato (c ualquier factor que afecte esta constante está afectando](https://reader030.fdocuments.mx/reader030/viewer/2022040404/5e906b1609823070b129a741/html5/thumbnails/126.jpg)
Saturación sigmoidal por el sustrato(cooperatividad positiva)
![Page 127: ENZIMASdepa.fquim.unam.mx/amyd/archivero/1.4ENZIMAS_24491.pdf• Representa el paso de unión de la enzima y el sustrato (c ualquier factor que afecte esta constante está afectando](https://reader030.fdocuments.mx/reader030/viewer/2022040404/5e906b1609823070b129a741/html5/thumbnails/127.jpg)
Son las constantes que aparecen en las ecuacionesde velocidad.
Están formadas por constantes de velocidad delos pasos que constituyen la reacción catalizada.
Constantes o parámetros cinéticos
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Efecto del pH sobre la estabilidad vs efectos sobre laactividad de las enzimas
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Interés del estudio de los efectos del pH sobre lavelocidad de las reacciones catalizadas
![Page 130: ENZIMASdepa.fquim.unam.mx/amyd/archivero/1.4ENZIMAS_24491.pdf• Representa el paso de unión de la enzima y el sustrato (c ualquier factor que afecte esta constante está afectando](https://reader030.fdocuments.mx/reader030/viewer/2022040404/5e906b1609823070b129a741/html5/thumbnails/130.jpg)
Los H+ son inhibidores y/o activadores
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![Page 132: ENZIMASdepa.fquim.unam.mx/amyd/archivero/1.4ENZIMAS_24491.pdf• Representa el paso de unión de la enzima y el sustrato (c ualquier factor que afecte esta constante está afectando](https://reader030.fdocuments.mx/reader030/viewer/2022040404/5e906b1609823070b129a741/html5/thumbnails/132.jpg)
Enzimas alostéricas con cooperatividad positiva deunión
Son enzimas oligoméricas que poseen varios sitios activos y sitiosalostéricos y exhiben una cinética de saturación por sus sustratos y/oefectores alostéricos de tipo sigmoidal, resultado de una unióncooperativa de estos ligandos.
Cinética sigmoidal
Alosterismo
Cooperatividad•De unión•Cinética
Enzimas oligoméricas
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k(T): constante cinética (dependiente de la temperatura)A: factor preexponencial o factor de frecuencia. Refleja la frecuenciade las colisiones.Ea: energía de activación, expresada en kJ/mol.R: constante universal de los gases. Su valor es 8,3143 J·K-1·mol-1T: temperatura absoluta [K]
Ecuación de Arrhenius
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Importancia fisiológica de las enzimasalostéricas con cooperatividad positiva de
unión
Pueden ser reguladas por compuestos no análogos delsustrato (retroinhibición y retroactivación).
La cooperatividad positiva de unión, tanto del sustrato comode inhibidores o activadores, les permite responder a cambiospequeños en la concentración de sus ligandos con cambiosgrandes en la velocidad de la reacción catalizada (amplificaciónde la señal).
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Significado del número de Hill (nH)
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Especificidad vs afinidad
• Especificidad es la capacidad que tiene una enzimade discriminar entre posibles sustratos (sustratosalternos). Nos indica la velocidad relativa a la que sellevará a cabo la reacción catalizada con estos sustratosdiferentes.– Se mide por la constante de especificidad para cadasustrato.– Los mejores sustratos, es decir aquellos que producenuna reacción más rápida, son los que tienen unaconstante de especificidad mayor.
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• Especificidad vs afinidad
Afinidad es la estabilidad del complejo ES. Nosindica la capacidad que tiene la enzima de formarun complejo con un determinado sustrato.– Se mide por la constante de disociación (Kd) delcomplejo ES, que en ocasiones es igual a la Km.– Los sustratos con mayor afinidad son los quetienen una menor Kd.
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EFECTO DE LOS INHIBIDORES SOBRE LOSPARÁMETROS CINÉTICOS
Tipo de inhibidor Vmax KmCompetitivo Vmax aKm
Incompetitivo Vmax /a’ Km/a’Mixto Vmax /a’ aKm/a’
No competitivo Vmax /a’ *Km
*Si a = a’aKm/a’ =Km
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Patrones de inhibición
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Ecuación de Hill
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Parámetros cinéticos de la ecuación de Hill
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Valores del número de Hill
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Efecto del pH sobre los parámetros cinéticos