ALIMENTACIÓN Y NUTRICIÓN Pachi San Millán IES Muriedas Dpto. Biología Y Geología 3º de E.S.O.
IES Muriedas Pachi TEMA 5. BIOCATALIZADORES: ENZIMAS.
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IES Muriedas
Pachi
TEMA 5. BIOCATALIZADORES: ENZIMAS
BIOCATALIZADORES: ENZIMAS Introducción
Concepto de VIDA:Sistemas de baja entropía:
Necesidad de las enzimas (metabolismo)Mecanismos autorreplicativos (ADN, ARN)
Importancia BIOLÓGICA NECESIDAD DE LA CATÁLISIS CONCEPTO DE ENZIMA
ENZIMAS
Apoenzima: Composición (proteica) Estructura: (globular 3ª o 4ª)
AA estructurales (d) AA del c. activo:De fijación (a y c)Catalizadores (b)
Holoenzima = Apoenzima + Cofactor
ENZIMAS
Holoenzima = Apoenzima + Cofactor
CofactorInorgánicos: oligoelementos iónicos
ej. ( Fe2+ ↔ Fe3+ )Orgánicos
Crupo prostético: Enlace covalente ej. Grupo Hemo Coenzimas: Enlaces reversibles. ej. vitaminas (Vit B6) o sus derivados (NAD+,
FAD)
ENZIMAS
Holoenzima = Apoenzima + Cofactor
Cofactores
Grupo prostético“Hemo”
ENZIMAS
Papel de: Apoenzima
Soporte, Debilita enlaces
CofactorLleva a cabo la catálisis.Puente de unión ESConformación:
moldeando definitivamente al enzima
ENZIMAS : PROPIEDADES
Proteicas: solubilidad, desnaturalización, Pi, etc.
Especificidad De Acción: Un tipo de reacción De Sustrato: Sobre un tipo de sustrato
Absoluta Relativa EA EB EC
Reversibilidad: A B C P Eficacia: Localización Recuperación
ENZIMAS : PROPIEDADES
Especificidad De Acción: Un tipo de reacción De Sustrato: Sobre un tipo de sustrato
Absoluta: ej. Lipasa Relativa: ej. Gliceraldehído 3P deshidrogenasa
En nuestro cuerpo, los monosacáridos tienen forma D y los aminoácidos proteicos forma L ¿Por qué?
Porque las enzimas de nuestro cuerpo sólo catalizan reacciones sobre
monosacáridos D o aminoçacidos L
ENZIMAS : PROPIEDADES
Recuperación:
Enzima: E + S ES E + P
El “E” se recupera integramente
Coenzima: Deshidrogenasa
Ej: AH2 + FAD A + FADH2
(El FAD necesita reciclarse)
ENZIMAS: LA CATÁLISIS ENZIMÁTICA
Reacción enzimática
http://www.google.es/imgres?imgurl=http://docentes.educacion.navarra.es/~metayosa/bach2/2biometabo2_clip_image001.gif&imgrefurl=http://docentes.educacion.navarra.es/~metayosa/bach2/2biometabo2.html&usg=__RAXG8xoCehE8jgwXifhd2k8gZe0=&h=232&w=373&sz=13&hl=es&start=2&zoom=1&um=1&itbs=1&tbnid=N8lhV_3l7aBH2M:&tbnh=76&tbnw=122&prev=/images%3Fq%3Dapoenzima%2Bcofactor%26um%3D1%26hl%3Des%26safe%3Dactive%26sa%3DN%26tbs%3Disch:1
ENZIMAS: LA CATÁLISIS ENZIMÁTICA
Velocidad de reacción: V = P / t Factores:
Tª (no en seres vivos s. Isotérmicos) Presencia de catalizadores: la E. de
activación
ENZIMAS: LA CATÁLISIS ENZIMÁTICA
Proceso:
Sin Catalizador
Con Catalizador
ENZIMAS: LA CATÁLISIS ENZIMÁTICA
Proceso: A: Fijación especifica: complejo ES B: Liberación del producto: Enzima + Producto
ENZIMAS: LA CATÁLISIS ENZIMÁTICA
Todas las reacciones metabólicas necesitan de la participación de enzimas.
ENZIMAS: LA CATÁLISIS ENZIMÁTICA
Todas las reacciones metabólicas necesitan de la participación de enzimas.
Síntesis
Degradación
Modelos Llave cerradura (A) Ajuste inducido (B)
Modelo de la llave-cerradura
Modelo de la llave-cerradura Modelo de ajuste inducidoModelo de ajuste inducido
ENZIMAS: LA CATÁLISIS ENZIMÁTICA
Modelo de la llave-cerradura
Modelo de la llave-cerradura Modelo de ajuste inducidoModelo de ajuste inducido
ENZIMAS: LA CATÁLISIS ENZIMÁTICA
ENZIMAS: CINÉTICA ENZIMÁTICA
Velocidad: V = P / t 1 U µmol S/min µmol P/min
V máxima: Ke Et
ENZIMAS: CINÉTICA ENZIMÁTICA
KM (Cte de Michaelis-Menten) Afinidad por el S (especificidad): KM Afinidad
ENZIMAS: CINÉTICA ENZIMÁTICA
KM (Cte de Michaelis-Menten) Afinidad por el S (especificidad): KM Afinidad
SK
SVV
mo
max Km = K2 + K3
K1
ENZIMAS: CINÉTICA ENZIMÁTICA
KM (Cte de Michaelis-Menten) Importancia
Km = [ S ] fisiológica V enzimática a [ ] fisiológica
Afinidad por el S (especificidad): KM Afinidad
Km a partir de la ecuación de Vo de M-M Km a partir de la K1 (limitante):
E + S ES K1
ENZIMAS: CINÉTICA ENZIMÁTICA
KM (Cte de Michaelis-Menten)
Enzimas con diferente
Velocidad máxima y la misma Km.
ENZIMAS: CINÉTICA ENZIMÁTICA
KM (Cte de Michaelis-Menten)
Enzimas con la misma Vmax y diferente KM(Si catalizan la misma reacción y sobre el mismo S serán isozimas
ENZIMAS: CINÉTICA ENZIMÁTICA
KM (Cte de Michaelis-Menten)
Enzimas con diferente Vmax y diferente KM
ENZIMAS: Factores que influyen en la velocidad
Factores: Concentración de sustrato Concentración de enzima pH Temperatura
ENZIMAS: Factores que influyen en la velocidad
Influencia de la concentración del SUSTRATO Exponencial (Hipérbole)
ENZIMAS: Factores que influyen en la velocidad
Influencia de la concentración de ENZIMA. Proporcional (lineal)
ENZIMAS: Factores que influyen en la velocidad
Influencia del pH.
Intestino (jugo pancreático) Estómago (jugo gástrico)
¿ A qué se deben estas diferencias en el pH óptimo de las siguientes enzimas?
ENZIMAS: Factores que influyen en la velocidad
Influencia de la temperatura.
ENZIMAS: Regulación de la Actividad enzimática
Necesidad de regulación y modos
Regulación por Km Activación:
cationes (Ca2+, Mg2+ ), el sustrato, etc.
Inhibición: Reversible
I. Competitiva: Km Irreversible
I. No competitiva: Vmax I. Acompetitiva: Km Vmax
Alosterismo
ENZIMAS: Regulación de la Actividad enzimática
Regulación por Km
ENZIMAS: Regulación de la Actividad enzimática
Activación: cationes (Ca2+, Mg2+ ) el sustrato etc.
Nota: No confundir con un cofactor, el activador no se une al centro activo
ENZIMAS: Regulación de la Actividad enzimática
Inhibición: Reversible:
I. Competitiva: Km Vmax Constante
ENZIMAS: Regulación de la Actividad enzimática
Inhibición: Reversible
I. Competitiva: Km Vmax Constante
ENZIMAS: Regulación de la Actividad enzimática
Inhibición competitiva:
La Vmax permanece constante
La Km aumenta
ENZIMAS: Regulación de la Actividad enzimática
Inhibición competitiva:
¿Por qué es reversible?Revierte si
aumentamos la
concentración de sustrato
Se puede neutralizar si se
añade una concentración de
sustrato suficiente para
desplazar al inhibidor.
ENZIMAS: Regulación de la Actividad enzimática
Inhibición: Irreversible
ENZIMAS: Regulación de la Actividad enzimática
Inhibición: Irreversible
I. No competitiva: Vmax
complejoESI
La unión al INC puede permitir o no la unión del S, pero el complejo resultante, siempre es inactivo
ENZIMAS: Regulación de la Actividad enzimática
Inhibición: Irreversible
I. No competitiva: Vmax
ENZIMAS: Regulación de la Actividad enzimática
Inhibición no competitiva:
La Vmax disminuye
La Km constante
ENZIMAS: Regulación de la Actividad enzimática
Inhibición no competitiva:
¿Por qué es irreversible?
No revierte aunque
aumentemos la
concentración de sustrato
ENZIMAS: Regulación de la Actividad enzimática
Inhibición: Irreversible
I. Acompetitiva: Km Vmax
Siempre se formael complejo
ESI,pero inactivo
ENZIMAS: Regulación de la Actividad enzimática
Inhibición: Irreversible
I. Acompetitiva: Km Vmax
ENZIMAS: Regulación de la Actividad enzimática
Inhibición Acompetitiva:
La Vmax disminuye
La Km aumenta
¿Por qué es irreversible?
ENZIMAS: Regulación de la Actividad enzimática
Inhibición Acompetitiva:¿Por qué es irreversible?
No revierte aunque
aumentemos la
concentración de sustrato
ENZIMAS: Regulación de la Actividad enzimática
Inhibición
ENZIMAS: Regulación de la Actividad enzimática
Inhibición
IC: Vmax cte
Km
INC: Vmax Km cte
IA:Vmax Km
ENZIMAS: Regulación de la Actividad enzimática
Nota: “Inhibición Irreversible” La mayoría de los libros de texto consideran la I.
Irreversible como aquella que se produce cuando un veneno metabólico se une irreversiblemente (covalentemente) a un enzima, incapacitándole permanentemente. Con este enfoque la IC, INC y IA se considerarían reversibles ya que se unen al enzima con enlaces débiles y en determinadas circunstancias se liberan con facilidad. Sin embargo la aparición “patológica” de un veneno metabólico, no puede considerarse un mecanismo regulatorio.
ENZIMAS: Regulación de la Actividad enzimática
Alosterismo 1. Enzimas cuaternarias (oligómeros)2. Centro activo + centros reguladores3. Conformaciones T (“inactiva”) y R (activa)4. Cooperación entre protómeros5. Cinética sigmoidea6. En rutas tipo Freek-back
ENZIMAS: Regulación de la Actividad enzimática
Alosterismo 1. Enzimas cuaternarias
(oligómeros)
2. Centro activo + centros reguladores
3. Conformaciones T (“inactiva”) y R (activa)
4. Cooperación entre protómeros
ENZIMAS: Regulación de la Actividad enzimática
Alosterismo: 5. Cinética sigmoidea
Análisis de cinética sigmoidea
ENZIMAS: Regulación de la Actividad enzimática
Alosterismo:6. En rutas tipo Freek-back
ENZIMAS: Nomenclatura
Se conocen 2.000 enzimas Para nombrarlas:
Término que alude al sustrato y al tipo de reacción catalizada
Sufijo –ASA En ocasiones no se usa esta
denominación, sino la antigua, sobre todo en las enzimas digestivas (ej. Pepsina, tripsina)
ENZIMAS: Clasificación
Según el tipo de reacción que catalizan: Oxidorreductasa
s Transferasas Hidrolasas Liasas Isomerasas Ligasas o
sintasas
ENZIMAS: Mecanismos para aumentar la eficacia
enzimática1. Compartimentación
ENZIMAS: Mecanismos para aumentar la eficacia
enzimática2. Complejos multienzimáticos
Ej. piruvato deshidrogensa-descarboxilasa :
1. Descarboxilarsa2. Deshidrogenarsa3. Activación (sintasa)
ENZIMAS: Mecanismos para aumentar la eficacia
enzimática3. Isozimas
LAS VITAMINAS http://www.um.es/molecula/vita.htm
Concepto: Nutrientes orgánicos simples Esenciales Necesarios en muy bajas cantidades
Propiedades: lábiles
Luz, calor, oxidación Muy activas
LAS VITAMINAS
Funcion: Reguladora: ej. complejo B: (reac. redox.)
Coenzimas (ej. B1 de dexcarboxilasas, C síntesis
colágeno ) Precursoras de coenzimas (ej. B2 de NAD+, B3 de FAD)
Antioxidantes:(A, E, C)
LAS VITAMINAS
Clasificación: Liposolubles (“lipídicas”):
Vit.( A, E, K, D)
Hidrosolubles (“peptídicas”): Complejo BVit.B1,B2,B3,B4,B6,B8,B9,B12 Vit C.
LAS VITAMINAS: Fuentes
TEST DE REPASO
TEMA 6
Esta gráfica representa la variación de la velocidad de reacción frente a la concentración del sustrato; ¿Aqué se debe que la curva alcance una meseta y la velocidad no sigua aumentando para mayoresconcentraciones de sustrato
Se alcanza la concentración saturante de sustrato donde todas las enzimas están formando complejos ES
A) Explica como calcularías el valor de Km para una enzima frente a un sustrato, si conoces la velocidad de reacción para distintas concentraciones de sustrato. B) ¿Qué efecto tendría sobre la Km la presencia de un inhibidor enzimático reversible? Razona la respuesta
A) Graficamente B) I. competitiva
Km Km´
Dibuja la estructura terciaria de una enzima unida a su sustrato, sobre este dibujo indica lo siguiente:A.¿Dónde actuaría un inhibidor competitivo?
En el centro activo, es un análogo metabólico
A.¿Dónde actuaría un inhibidor no competitivo? En región diferente al c. activo
A.¿Cuál de los dos tiene un efecto reversible? El I. competitivo
A.¿cómo conseguirías revertir el proceso inhibitorio? Razona las respuestas.
Añadiendo más sustrato, hasta la V max. (saturación).
ES
Ic
IncCentro activo
Define el concepto de cofactor enzimáticoGrupo molecular no proteico que complementa al enzima ( a nivel del c. activo) ¿Qué papel juega el cofactor en el proceso catalítico?
Aporta g. funcionales al c. activo: Interviene directamente en la catálisis , Une ES, Moldea definitivamente el E.U
Cita algún ejemplo de cofactor enzimático: FAD, NAD+, cationes, grupo prostético, etc.
Define los siguientes conceptos referidos a enzimas: Km: Concentración de sustrato necesaria para alcanzar la mitad de la velocidad mázima de un proceso enzimático.Catálisis: Disminución de la energía de activación por la acción de un catalizador (3 etapas) con el fin de aumentar la velocidad.Velocidad del proceso enzimático: V = [ P ] / tiempo, en moles / L / minuto.
Un enzima ha perdido eficiencia catalítica en la transformación de un sustrato “S” en un producto “P” al estar sometida aquella a la acción de un inhibidor competitivo, bajo estas circunstancias ¿de qué forma se verían afectadas la Vmax y la Km de la enzima? ¿cómo solucionarías el problema?. Razona tu respuesta.
Km la afinidad por el S. La Vmax. No varía Podemos revertir el proceso añadiendo sustrato
Una determinada concentración de enzima cataliza la conversión de un sustrato S en un producto P a una velocidad máxima de 3 µ M/min, en estas condiciones de ensayo ¿qué incremento de valor tendrá la Vmax del proceso si duplicamos la concentración del sustrato? Razona la respuesta.
Ninguno ya que todo el enzima estará formando complejos ES (saturación) y se habrá alcanzado la V max.
A un pH 7.5 una determinada enzima transforma, con rendimiento óptimo, una determinada concentración de sustrato “S” en un producto “P”. Si modificamos el pH hasta un valor de 6.4 ¿qué le ocurriría a la velocidad del proceso? ¿qué le ocurriría al centro activo en estas condiciones de reacción? Razona la respuesta:
a)la V disminuye. b)la geometría del c. activo varía se dificulta la interacción específica con el S. Si el cambio de pH fuera MAYOR desnaturalización del enzima V = 0 ( enz. No funcional)
Cuando se representa la cinética de catálisis enzimática de una enzima frente a un sustrato, en diferentes condiciones de pH y la misma Tª de reacción, se obtiene el resultado de la figura . Comenta el resultado obtenido y razona el comportamiento de la enzima en el ensayo teniendo en cuenta los criterios estructurales.
pH 7,3 máxima V (probablemente pH óptimo), pH 6 menor V, pH 5: V mínima, comienza la desnaturalización. A medida que aumenta el pH el enzima sufre cambios conformacionales que afectan al c. activo disminuyendo la . Si el cambio es extremo desnaturalización y V= 0
En la figura se representa la cinética de determinado proceso enzimático. Si en un ensayo aparte se reproduce el mismo ensayo pero introduciendo a) un IC b) un INC c) Un I A. ¿Cómo sería e cada caso la gráfica. Representa la gráfica indicando en cada caso la Vmax del ensayo
a) ICompetitiva b) I no Competitiva c) I Acompetitiva
IC: Vmax cte
Km
INC: Vmax Km cte
IA:Vmax Km
El sustrato S es transformado por tres enzimas diferentes en un mismo producto P. Indica en cada caso: el tipo de enzima, la Km y la Vmax. Indica además que enzima tiene mayor afinidad por el sustrato.
E1: normalE2: AlostéricaE3: Alostérica
E1: Vmax 10E2: Vmax 10E3: Vmaz 2
E1: Km 1,4E2: Km 3E3: Km 1,4
E1 = E3 > E2Afinidad
En un cultivo de bacterias, la velocidad de reacción de un enzima E fue de 20 µg/min para una concentración de sustrato de 3 mM. Si la concentración de sustrato es igual o superior a 7 mM, la velocidad no supera los 40 µg/min. Al añadir una cierta cantidad de inhibidor competitivo, la velocidad de la reacción fue de 20 µg/min para una concentración de sustrato de 8 mM. Calcúlese la Km, la Vmax y la Km´.
a)Vmax: Si para una [S] ≥ 7 mM la velocidad es 40 µg/min, la Vmax=40 µg/min
b) Km: ½ Vmax será 20 µg/min, como esta velocidad se consigue con una [S] = 3 mM, la Km = 3 mM
Otra forma es utilizando la ecuación de Michaelis:
Km +3 = 120 / 20 Km = 6 – 3 = 3 mM/L
c) Como es un inhibidor competitivo Vmax = Vmax´= 40 µg/min y ½ Vmax´= 20 µg/min. Esta velocidad se alcanza con una [S] de 8 mM en presencia de inhibidor, por lo tanto Km´= 8 mM.
Vo = Vmax [S] / Km + [S] 20 = 40 x 3 / Km + 3
http://www.educa.madrid.org/web/cc.nsdelasabiduria.madrid/Ejercicios/2b/Biologia/Enzimas/enzimas.htm