FUNCIÓN
DE LAS PROTEÍNAS
DE LAS PROTEÍNAS
PROTEÍNAS.- PUEDEN DESEMPEÑAR DIVERSAS FUNCIONES
BIOLÓGICAS
a) Enzimas.- Actividad catalítica
b) Hormonas
c) Anticuerpos
d) Receptores en membranas
Reconocimiento específico
de ligandos, sin transformarlo
d) Receptores en membranas
e) Unión de alguna especie
para transporte
f) Acarreadores en membranas:- reconocimiento, transporte y a
menudo, actividad catalítica
g) Estructurales.- Andamios moleculares
CLASIFICACIÓN DE LAS PROTEÍNAS DE ACUERDO A SU
NIVEL DE ESTRUCTURACIÓN:
PROTEÍNAS FIBROSAS
.- Constan mayoritariamente de un único tipo de estructura secundaria (a-QUERATINA, COLÁGENO)DAN SOPORTE, FORMA Y PROTECCIÓN EXTERNA
PROTEÍNAS GLOBULARES.- Contienen varios tipos de estructura
secundaria (MIOGLOBINA)SON ENZIMAS Y PROTEÍNAS REGULADORAS
UNA FUNCIÓN IMPORTANTE QUE PUEDEN DESEMPEÑAR
LAS PROTEÍNAS ES LA CATÁLISIS DE LAS REACCIONES
EN SISTEMAS BIOLÓGICOS:
ENZIMAS
ENZIMAS
LA
ACTIVIDAD CATALÍTICA
DEPENDE
DE LA INTEGRIDAD DE SU
CONFORMACIÓN
PROTEICA NATIVA
ADEMÁS PUEDEN REQUERIR DE OTROS COMPONENTES
QUÍMICOS ADICIONALES
LOS ENZIMAS CATALIZAN REACCIONES DE MANERA EFICAZ Y ALTAMENTE ESPECÍFICA
INTERACCIÓN PRECISA DEL ENZIMA-SUSTRATO
COMPLEJA ESTRUCTURACIÓN PROTEICA
QUIMOTRIPSINA LIBRE
ATAQUE NUCLEOFÍLICO SOBRE EL CARBONILO DEL ENLACE PEPTÍDICO
INTERMEDIARIO TETRAHEDRICO DE VIDA CORTA
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 Lisina
QUIMOTRIPSINA 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
AMINOÁCIDOS IMPLICADOS EN CÁTALISIS ÁCIDO-BASE GENERAL
RESIDUO ÁCIDO GENERAL BASE GENERAL
DE AMINOÁCIDO (DADOR DE H+) (ACEPTOR DE H+)
CÁTALISIS COVALENTE
AMINOÁCIDOS Y COFACTORES SIRVEN COMO NUCLEÓFILOS PARA FORMAR
ESTABILIZACIÓN DEL ESTADO
DE TRANSICIÓN EN LAS
CARBOXIPEPTIDASA A CATÁLISIS
EL MECANISMO ES CONCERTADO (VARIOS FENÓMENOS
Sitio activo
o
Sitio catalítico
Región tridimensional de la proteína
Une al sustrato específicamente, mediante un
reconocimiento estructural complementario
Es una región pequeña comparada con la magnitud
total 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 y aún
cargados
LAS ENZIMAS PUEDEN REQUERIR DE COFACTORES PARA SU ACTIVIDAD
COFACTOR
Uno o varios iones Inorgánicos
Una molécula orgánica
PEQUEÑA SE LLAMA COENZIMA
UNIÓN FUERTE SE LLAMA
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
Pirofosfato de tiamina
Biotina
Nomenclatura de las enzimas
b) Nombre sistemático
a) Reacción que cataliza b) 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 transferencia
de electrones
2) Transferasas.- Reacciones de transferencia de grupos funcionales
3) Hidrolasas.- Reacciones de hidrólisis
4) Liasas.- Crean dobles enlaces
5) Isomerasas.- Reacciones de isomerización
LAS ENZIMAS MODIFICAN LAS VELOCIDADES DE REACCIÓN PERO NO LOS EQUILIBRIOS
LA ENERGÍA LIBRE (G) ES UNA FUNCIÓN TERMODINÁMICA QUE PERMITE COMPRENDER 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 2) La energía requerida para iniciar la conversión de los reactantes a productos
S P
En
e
rgí
a
libre
Estado de transiciónCoordenada de reacción
(cambios químicos)
En
e
rgí
a
libre
Estado
basal
Estado
basal
DETERMINA LA ESPONTANEIDAD DE LA REACCIÓNEL G ENTRE REACTANTES Y PRODUCTOS INDICA EL EQUILIBRIO DE LA REACCIÓN
LOS ENZIMAS ACELERAN ESTE PASO
¿CÓMO LO HACEN?
S P
E
nergí
a
libr
e
Estado de transición S Energía libre de activación MÁS LENTA BARRERA ENERGÉTICACoordenada de reacción
(cambios químicos)
E
nergí
a
libr
e
Estado
basal
Estado
basal
Energía libreEn
ergía l
ib
re
Estado 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
ergía l
ib
re
Estado
basal
Estado
basal
Energía libre• 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 ENTRE
5 A 17 ÓRDENES DE MAGNITUD
¿CÓMO FACILITAN LOS ENZIMAS LA DISMINUCIÓN DE LA
ENERGÍA 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 CIERTOS RESIDUOS DE AMINOÁCIDOS, IONES METÁLICOS Y COENZIMAS)
2) POR MEDIO DE INTERACCIONES NO COVALENTES ENTRE EL ENZIMA Y EL SUSTRATO
ENERGÍA DE FIJACIÓN
Es aquella energía proveniente de la interacción
enzima-sustrato
ENERGÍA DE FIJACIÓN PERMITE
:
LA ESPECIFICIDAD Y LA CATÁLISIS
LAS INTERACCIONES DÉBILES ESTÁN OPTIMIZADAS EN EL ESTADO
DE TRANSICIÓN
EL SITIO CATALÍTICO DE LOS ENZIMAS SON COMPLEMENTARIOS NO
A LOS SUSTRATOS
per se
SINO A LOS ESTADOS DE TRANSICIÓN
MODELO DEL AJUSTE INDUCIDO
Postulado por Daniel Koshland en 1958
Disminución de los movimientos de los sustratos que reaccionan
REDUCCCIÓN DE LA ENTROPÍA
La formación de enlaces débiles enzima-sustrato da lugar a la DESOLVATACIÓN DEL SUSTRATO (las interacciones reemplazan los puentes de hidrógeno
que existan entre el sustrato y el agua en disolución)
FACTORES FÍSICOS O FISICOQUÍMICOS QUE
PUEDEN AFECTAR LA ACTIVIDAD ENZIMÁTICA
1. pH
2. TEMPERATURA
3. FUERZA IÓNICA
Efecto de la temperatura en la actividad enzimática
Actividad de la enzima Temperatura óptima 20º C 30º C 60ºCEfecto del pH en la actividad enzimática
pH óptimo A C T I V ITripsina
Colinesterasa
Pepsina
Papaína
I D A D
8
pH
8
pH
2
pH
4
5
pH
8
E + S ES E + P Sitio activo Sustrato [Enzima-sustrato] + Producto Sitio activo Enzima Sitio activo + Sitio activo
CINÉTICA ENZIMÁTICA.- Disciplina que se encarga de
estudiar el mecanismo de una reacción catalizada
enzimáticamente.
OBJETIVO.- Determinar la velocidad de la reacción y
evaluar como se ve modificada ésta en
respuesta a cambios en los parámetros
experimentales
VELOCIDAD= Cantidad de sustrato desaparecido o producto formado por la enzima por unidad de tiempo Por tanto sus unidades son
cantidad de compuesto sobre unidad de tiempo:
moles mmoles nmoles gramos miligramos mgramos hora minuto segundo
E + S
ES
E + P
S
P
ESTADO
PRE-ESTACIONARIO
1) ESTADO PRE-ESTACIONARIO = HAY EXCESO DE SUSTRATO Y AUMENTA LA CONCENTRACIÓN DE ES
(ES RÁPIDO, DURA MICROSEGUNDOS)
2) ESTADO ESTACIONARIO = LA CONCENTRACIÓN ENZIMA-SUSTRATO PERMANECE APROX. CONSTANTE
REACC
IÓN
VE
LOC
IDAD
D
E
LA
REACC
IÓN
MODELO DE Leonor MICHAELIS -Maud MENTEN
E + S k1 [ES] E + P
K-1
k2 1
Relaciona velocidad de la reacción con [S] y [E] Vo = k2 [ES] 2
Vo = k2 [ES]
Queremos saber cuánto ES se forma
Velocidad de formación de ES = k1 [E][S] 3
En el estado estacionario, las velocidades de formación y desaparición
de [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 enzima y 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 10 Km [ES] = [Et] [S] / Km 1 + [S] / Km 11 [ES] = [Et] [S]______ [S] + Km 12
V
o= k
2[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 tiene la mitad de su valor máximo
REACC
IÓN
V = Vmax ___[S] ___ [S] + KmVE
LOC
IDAD
D
E
LA
REACC
IÓN
Concentración del sustrato
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 + 1 Vo Vmax [S] Vmax Ecuación de Lineweaver-Burk
SIGNIFICADO DE LA K
M
Y V
MAXLa KM es un valor de concentración que resulta muy útil
para asegurar una catálisis efectiva.
Puede ser considerada como una medida de la afinidad de
un enzima por su sustrato
La V
es la máxima velocidad que se alcanza cuando
La V
MAXes la máxima velocidad que se alcanza cuando
en el medio de reacción todos los enzimas tienen los sitios
activos ocupados
Kcat
Es una constante de velocidad que describe la velocidad
Kcat = NÚMERO DE RECAMBIO
Equivale a expresar el número de moléculas de sustrato
convertidas en producto por unidad de tiempo en una sola
molécula de enzima cuando esta se encuentra saturada
Kcat= Vmax / [E]
t= Número de recambio en el sitio catalítico por seg
Kcat/ Km= Medida de la eficiencia catalítica si [S]<<<Km
En esta condición, la velocidad de la enzima está sólo
controlada por la difusión de S al sitio catalítico
Algunos enzimas tienen una kcat/Km en el intervalo 108-109 M-1seg-1
, es decir
La actividad específica es la velocidad de una enzima
expresada en términos de la cantidad de enzima que
produce esa velocidad
Unidades de velocidad
Unidades de
cantidad de enzima
La actividad de una enzima se puede expresar en términos
de la velocidad por la cantidad de la enzima
Actividad específica
Actividad específica = mmoles / min / mg
mmoles / min / mg
nmoles / min / mg
mg (de producto) / min / mg
mg (de producto) / min / mg
LOS ENZIMAS PUEDEN SER INHIBIDOS
Los inhibidores enzimáticos son agentes moleculares que
Interfieren en la catálisis, haciendo más lentas o
deteniendo las reacciones.
Pueden ser reversibles o irreversibles
Pueden ser reversibles o irreversibles
INHIBIDORES COMPETITIVOS
INHIBIDORES ACOMPETITIVOS
Ki o constante de inhibición
La Ki es la constante de equilibrio de fijación de un inhibidor a una enzima Es otra de las constantes cinéticas
Su cálculo depende del tipo de inhibición de que se trate y por tanto del inhibidor y de la enzima 1/V 1/S INHIBICIÓN COMPETITIVA INHIBICIÓN MIXTA INHIBICIÓN ACOMPETITIVA 1/S
