Tema 4: Activitat catalítica i cinètica enzimàtica (2016)

Apunte Catalán
Universidad Universidad de Barcelona (UB)
Grado Farmacia - 1º curso
Asignatura Bioquímica
Año del apunte 2016
Páginas 6
Fecha de subida 12/04/2016
Descargas 22
Subido por

Vista previa del texto

Tema 4: Activitat catalítica i cinètica enzimàtica - Els catalitzadors en els sistemes biològics són els enzims.
Els enzims acceleren les reaccions varis ordres de magnitud.
- Els enzims es caracteritzen per el seu elevat poder catalític i la seva gran especificitat en la reacció que catalitzen i cap els substrats als que s’uneixen.
La majoria dels enzims són de naturalesa proteïca degut possiblement a la seva versatilitat estructural que els confereix l’habilitat d’unir-se específicament a una gran diversitat de molècules. Malgrat això, hi ha alguns que són molècules de RNA (ribozimes).
- - El substrat s’uneix a l’enzim pel centre actiu, i és on es duu a terme la catàlisi enzimàtica.
El centre actiu dels enzims conté residus directament implicats en la catàlisi enzimàtica: GRUPS CATALITICS.
Característiques dels centres actius: És una estructura tridimensional que normalment implica residus allunyats en l’estructura primària.
Presenta dimensions reduïdes respecte tota la proteïna o enzim.
Generalment és una sola cavitat.
La interacció entre els enzims i els seus substrats és en general deguda a múltiples forces o enllaços de naturalesa no covalent.
L’especificitat de la interacció E-S (enzimsubstrat) depèn de l’alineament dels àtoms al centre actiu: model del pany i la clau i model instructiu.
- L’activitat catalítica de molts enzims depèn de molècules de naturalesa no proteïca anomenades COFACTORS.
- APOENZIM + COFACTOR = HOLOENZIM - Algunes vitamines són precursores de coenzims.
- Els enzims es classifiquen en funció del tipus de reacció que catalitzen. El nom pot ser propi (tripisina) o be el nom dels substrats i la reacció que catalitzen acabat amb el sufix “-asa” (ATP-sintetasa, lactatdesidrogenasa).
- Les reaccions dels sistemes biològics es regeixen per les lleis fonamentals de la termodinàmica. L’energia total de l’univers (sistema + entorn) és constant. En un procés espontani, l’entropia de l’univers sempre incrementarà.
En canvi l’energia lliure de Gibbs (G), ens diu si una reacció serà espontànea o no. Ho serà quan G sigui negatiu (-), és a dir, quan tinguem una reacció exergònica, que llibera energia. Un sistema estarà en equilibri quan G=0.
- Una reacció no pot tenir lloc espontàneament si G és positiu, en aquest cas necessitarà un aport d’energia extern. Reaccions endergòniques.
El increment de G d’una reacció depèn de la naturalesa dels reactius i de la seva concentració.
El canvi d’energia lliure estàndard a pH 7 d’una reacció està relacionat amb la constant d’equilibri (Keq).
- En una reacció hem de tenir en compte: 1) la diferència de l’energia de Gibbs entre productes i substrats i 2) l’energia requerida per iniciar el procés.
- L’estat de transició és l’espècie química de més elevada energia en una reacció.
La catàlisi enzimàtica es basa en l’estabilització de l’estat de transició.
- Els enzims NO modifiquen les condicions d’equilibri, només acceleren el procés.
Acceleren per a un mateix factor els dos sentits de les reaccions.
Les concentracions de substrats i productes en les condicions d’equilibri no depenen de la presència o absència dels enzims sinó de la diferència d’energia lliure de Gibbs entre substrat i producte.
El criteri d’espontaneitat d’una reacció depèn de G, no de Gº, per tant una reacció pot ser espontànea o no depenent de les condicions en les que ens trobem.
- - El poder catalític dels enzims es deu en gran part a la seva capacitat de reclutar els substrats i promoure orientacions que afavoreixen la conformacó de l’estat de transició mitjançant la formació de complexes enzim-substrat (ES).
- No ens hem d’oblidar que els enzims es poden saturar (per molt substrat que posem, si tots els enzims presents estàn actuant, no aconseguirem accelerar la reacció). La formació de complexes ES fa canviar les propietats espectroscòpiques dels enzims i/o substrats.
Model de Michaelis-Menten - - Les propietats cinètiques de molts enzims s’ajusten a aquest model.
La velocitat inicial de catàlisi o velocitat de reacció inicial (Vo) es defineix com el nombre de mols de producte formats per segon.
La velocitat de catàlisi varia en funció de la concentració de substrat [S].
La constant de Michaelis-Menten (Km) és la concentració de substrat necessària per assolir la meitat de la velocitat màxima de la reacció.
- L’estadi estacionari es defineix com aquell en que la concentració dels intermediaris (ES) no varia, tot i que les concentracions de substrat i productes sí que ho fan.
- La velocitat de reacció està determinada per cada concentració de substrat i es pren com a velocitat inicial de la reacció la pendent de cada corba al principi de la reacció, quan la reacció en el sentit invers és menyspreable.
- La Km és una concentració i es independent de les concentracions de substrat i d’enzim.
Segons l’equació de Michaelis-Menten: Quan [S] <<< Km, la velocitat de la reacció és directament proporcional a [S].
Quan [S] >>> Km, la velocitat de la reacció és la velocitat màxima.
Quan [S] = Km, la velocitat de la reacció és la meitat de la velocitat màxima.
La Km dona una idea de la concentració de substrat necessària perquè la reacció tingui lloc de forma significativa. En general, les Km dels enzims tenen valors bastant propers a les concentracions fisiològiques dels seus respectius substrats.
Quan K1>>>K2, la Km és igual a la K(ES) i per tant, en aquestes condicions el valor de la Km ens dona una idea de la afinitat del comples ES: - Km elevada: baixa afinitat - Km baixa: alta afinitat Gràfica de la dependència de la velocitat inicial de la reacció en funció de la concentració de substrat d’un enzim amb catàlisi enzimàtica que segueix el model de M-M.
Representació de l’equació de Lineweaver-Burk Mecanismes per organitzar una seqüència de reaccions i assegurar l’eficient transferència del producte d’una reacció a l’enzim següent on actua de substrat: - Enzims multifuncionals: una mateixa cadena polipeptídica té diferents llocs catalítics.
- Complexos multienzimàtics: associació NO covalent d’enzims diferents.
Els ISOENZIMS són enzims que tot i ser diferents en l’estructura primària, catalitzen per la mateixa reacció.
En general els isoenzims difereixen en els seus paràmetres cinètics com la Km pels diferents substrats o bé en les seves propietats reguladores.
Són codificats per locus genètics diferents.
Els isoenzims permeten una regulació molt acurada del metabolisme i específica d’un teixit, òrgan i/o estat del desenvolupament.
Exemple:: lactat deshidrogenasa (LDH) - El contingut en els diferents isoenzims de la LDH varia en funció del teixit.
- L’aparició d’un determinat isoenzim a la sang és indicatiu del dany tissular en el òrgan de procedència.
...