Enzimas (2014)

Apunte Español
Universidad Universidad Rovira y Virgili (URV)
Grado Química - 1º curso
Asignatura Bioquímica
Año del apunte 2014
Páginas 50
Fecha de subida 07/12/2014
Descargas 10
Subido por

Vista previa del texto

Tema 3 ENZIMS Bioquímica Tema 3. enzims -Els enzims com a biocatalitzadors.
-Interaccions enzim-substrat, models.
-Coenzims i cofactors.
-Cinètica enzimàtica.
-Modulació de l'activitat enzimàtica.
Bioquímica Què Què són són els els enzims? enzims? Són catalitzadors potents i específics, que acceleren les reaccions químiques dels éssers vius, i que són regulables La majoria són proteïnes Hi ha alguns RNA catalítics = ribozims exemple: CO2 + H2O  HCO3- + H+ L’anhidrasa carbònica augmenta la velocitat d’aquesta reacció en 10 milions de cops !! Els Els enzims enzims augmenten augmenten la la velocitat velocitat de de les les reaccions l’energia lliure lliure reaccions en en disminuir disminuir l’energia d’activació d’activació a Transition State b Uncatalyzed Free Energy of Activation E) Go' Free Energy Change of Reaction Substrate Free Energy Free Energy Go' Catalyzed Go' Substrate Go o G Product Progress of Reaction Product Progress of Reaction Els enzims són molt específics La catàlisi enzimàtica comença amb la formació d’enllaços entre E i S.
Com que els aminoàcids de l’enzim que formen aquests enllaços tenen una estructura determinada a l’espai, l’enzim només pot reaccionar amb determinats substrats Molts enzims són ESTEREOESPECÍFICS Hi ha una complementarietat entre la molècula de S i una zona determinada de la molècula enzimàtica: el centre actiu El Elsubstrat substrats’uneix s’uneixal alCENTRE CENTREACTIU ACTIUd’un d’unenzim enzim El centre actiu és una regió tridimensional de la molècula enzimàtica on s’uneix el substrat S, i on es produeix la catàlisi.
• és generalment petit respecte a la proteïna • és una cavitat amb un micro-ambient molt específic • promou la formació d’estat de transició • l’interacció amb el S és per forces relativament febles Centre actiu de la carboxipeptidasa A Centres Centres actius actius aa les les proteïnes proteïnes • Els centres actius són molt específics pels S que uneixen – L’especificitat per enllaçar un substrat ve determinada per la colocació dels àtoms dins del centre actiu.
– Les molècules de substrat s’han d’adaptar en forma i propietats enllaçants al centre actiu de l’enzim.
– Hi ha dos models que descriuen la interacció de substrat i enzim : • Model de la clau i el pany • Model d’acoblament induit MODEL MODELde dePANY PANYIICLAU CLAU (Fisher, (Fisher, 1890) 1890) MODEL MODELD’ACOBLAMENT D’ACOBLAMENTooAJUST AJUSTINDUÏT INDUÏT (Koshland, (Koshland,1958) 1958) Els Elsenzims enzimsposen posenels elssubstrats substratsen enles lesorientacions orientacions òptimes òptimesiiaixí aixíestabilitzen estabilitzenels elsestats estatsde detransició transició Complexe enzim-substrat (ES) A més també pot impulsar directament l’aconteixement catalític (intercanvi de protons, etc…) Cofactors Cofactors dels dels enzims enzims En molts casos per a realitzar la catàlisi cal, a més de la proteïna, una molècula no proteica sense la qual l’enzim és inactiu: COFACTOR Enzim sense cofactor (inactiu) = APOENZIM Enzim amb cofactor (actiu) = HOLOENZIM Aquests cofactors poden ser: Ions inorgànics: Na, K, Mg, Mn, Fe, Cu, Zn, Co, Ni, Mo, V, Se Molècules orgàniques = COENZIMS El cofactor pot estar sempre unit a l’enzim = GRUP PROSTÈTIC, o interaccionar d’una forma feble amb ell.
Molts coenzims provenen de les vitamines que s’ingereixen amb la dieta Cofactors Tipus de reacció Vitamina (malatia per carència) NAD redox Niacina (pel·lagra) FAD redox Riboflavina (B2) (retard creixement) Pirofosfat de tiamina descarboxilació Coenzim A transferència d’acil Àcid pantotenic carboxilació Biotina biotina Tiamina (B1) (beriberi) (dermatitis) (dermatitis) Fosfat de piridoxal transaminació descarboxilació racemització Piridoxina (B6) (problemes neurològics) Classes d’enzims segons el tipus de reacció catalitzada Cinètica enzimàtica • És l’estudi de la velocitat de les reaccions catalitzades enzimàticament així com de com queda afectada aquesta velocitat per canvis en paràmetres com ara T, pH, [S], etc.
• La v de la reacció es determina mesurant experimentalment la quantitat de P que apareix o la quantitat de S que desapareix amb el temps.
• Posteriorment, es representa gràficament la v com a funció de la [S] i s’obtenen els paràmetres cinètics (vmàx, etc.) • Molts enzims tenen un pH i una T òptims, on presenten un màxim d'activitat (i.e. una velocitat màxima).
Cinètiques de les reaccions enzimàtiques Les reaccions catalitzades per enzims exhibeixen saturació pel S La v de les reaccions enzimàtiques és una funció no linial, tendeix a un límit independent de la concentració de S Cinètica enzimàtica Evolució de la concentració de les espècies implicades en la reacció enzimàtica k1 E + S ES (ràpid) k-1 ES k2 E + P (lent) v = k2 [ES] Cinètica enzimàtica Comportament d’un enzim “Michaelià” Equació de MichaelisMenten v Km: constant de Michaelis, per a cada enzim és caractarística de la reacció.
Cinètica enzimàtica En quines circumstàncies l’enzim treballa a velocitat màxima? ES k2 E + P (lent) v = k2 [ES] Si [S] >>>> [E]0, llavors: vmàx = k2 [E]0 v Demostració de l’Equació de Michaelis-Menten Exemple: sensibilitat a l’etanol Stryer, L., Berg, J., Tymoczko, J. Bioquímica. Reverté.
Cinètica enzimàtica Quina Quina informació informaciódóna dónalalaKm Kmsobre sobreun unenzim? enzim? • Km ens informa de l’afinitat d’un enzim per un substrat (com major és Km, menor és l’afinitat pel substrat) Vmàx 1 2 Vmàx Km [substrat] 10 Km Cinètica enzimàtica Determinació dels paràmetres cinètics Vmax i Km d’un enzim “Michaelià” v2màx [S] v2  [S]  Km Cinètica enzimàtica Representació de Lineweaver-Burk o doble-recíproca Cinètica enzimàtica Un Un enzim enzim tindrà tindrà tants tants valors valors de de Km Km com com substrats substrats tingui tingui !! PIRUVAT + HCO3- + ATP piruvat carboxilasa OXALOACETAT + ENZIM piruvat carboxilasa ADP + Pi SUBSTRAT piruvat HCO3ATP KM (M) 400 1000 60 Cinètica enzimàtica Com Com es es quantifica quantifica la la quantitat quantitat d’enzim? d’enzim? Unitats Unitats d’activitat d’activitat enzimàtica enzimàtica L'activitat enzimàtica té dimensions de quantitat de substrat o de producte gastat o produit per unitat de temps Unitat d'activitat enzimàtica (U): és la quantitat d'enzim necessària per transformar un µmol de sustrat per minut.
En el sistema internacional, katal (Kat): és la quantitat d'enzim que transforma 1 mol de sustrat per segon. És molt gran i solen usar-se µkatals o nanokatals Cinètica enzimàtica Al Al laboratori… laboratori… Quan es mesura la v d'una reacció enzimàtica al laboratori, amb la pretensió de mesurar l'activitat de l'E, aquesta v ha de ser proporcional a la quantitat d'E que hi ha present i no a cap altre factor.
Per aixó les determinacions es fan a [S] saturant, així la v de la reacció no dependrà de la [S], i en un medi tamponat i termostatitzat, perquè la v de la reacció no es vegi influida pel pH i la T.
La velocitat que es mesura és la velocitat màxima !! Condicions ideals ≠ condicions reals!!! Modulació enzimàtica L’activitat dels enzims es pot regular… -Regulació mitjançant el control de la síntesi i la degració dels enzims -Inhibició enzimàtica.
-Inhibició reversible -Inhibició irreversible.
-Regulació al·lostèrica dels enzims.
-Regulació mitjançant modificacions covalents -Amplificació de senyals Modulació enzimàtica L’activitat dels enzims es pot regular… -Regulació mitjançant el control de la síntesi i la degració dels enzims -Inhibició enzimàtica.
-Inhibició reversible -Inhibició irreversible.
-Regulació al·lostèrica dels enzims.
-Regulació mitjançant modificacions covalents -Amplificació de senyals Control de la síntesi i degració dels enzims • La v de les reaccions cel·lulars depèn, entre altres factors, de la [enzims] que les catalitzen • el metabolisme cel·lular pot regular-se, en resposta als canvis de les condicions ambientals, controlant la síntesi i degradació d’enzims específics Regulació lenta Biosíntesi d’enzims Com que la major part d’enzims són proteïnes, la regulació de la seva síntesi es produeix sobre la transcripció i la traducció DNA mRNA transcripció PROTEÏNA traducció Degradació d’enzims • Els enzims tenen vides mitjanes diverses, que van des de molts dies a minuts, o fins i tot, a menys d’un minut.
• Els nivells d’enzims que ocupen llocs clau en la regulació del metabolisme es troben sota un control ràpid. Quan la cèl·lula ja no els necessita es degraden ràpidament, però quan calen poden ser resintetitzats també ràpidament Modulació enzimàtica L’activitat dels enzims es pot regular… -Regulació mitjançant el control de la síntesi i la degració dels enzims -Inhibició enzimàtica.
-Inhibició reversible -Inhibició irreversible.
-Regulació al·lostèrica dels enzims.
-Regulació mitjançant modificacions covalents -Amplificació de senyals Hi ha substàncies que actuen com inhibidors: fan disminuir l’activitat dels E •Irreversibles S’uneixen als E per enllaços covalents i no se’n separen •Reversibles S’uneixen als E per enllaços no covalents i si s’elimina l’I, l’E recupera la seva activitat Inhibidors irreversibles •La majoria són substàncies tòxiques, naturals o sintètiques.
•Solen reaccionar amb un grup funcional de centre actiu, per bloquejar la unió del S o inactivar-lo •Inactiven els enzims de forma permanent i l’equació de Michaelis-Menten ja no hi és aplicable Inhibició reversible en enzims Michaelians Els inhibidors reversibles poden actuar per mecanismes diferents, que poden distingir-se per anàlisis cinètiques Inhibició competitiva Inhibició acompetitiva Inhibició no competitiva Aquests inhibidors produeixen canvis en la Vm, o en la Km o en la pendent de la representació de Lineweaver-Burk Resum Inhibició reversible Tipus d’inhibidor Lloc d’enllaç a l’enzim Efecte cinètic Competitiu Al lloc catalític, on competeix amb el S. La inhibició és revertida pel S Vmax no canvia, Km i pdnt augmenten S’uneix només al complex ES, en un altre lloc que no és el catalític. La unió del S modifica l’estructura de l’E, fent disponible el lloc d’unió de l’I. La inhibició no és revertida pel S Vmax i Km baixen, pdnt no canvia Acompetitiu No competitiu S’uneix a l’E o al complex ES, en Vmax baixa, Km un altre lloc que no és el no canvia, pdnt catalític. El complex ESI no pot augmenta formar productes. La inhibició no és revertida pel S Modulació enzimàtica L’activitat dels enzims es pot regular… -Regulació mitjançant el control de la síntesi i la degració dels enzims -Inhibició enzimàtica.
-Inhibició reversible -Inhibició irreversible.
-Regulació al·lostèrica dels enzims.
-Regulació mitjançant modificacions covalents -Amplificació de senyals Regulació al·lostèrica dels enzims Enzim al·lostèric -Activadors -Inhibidors Els enzims al·lostèrics són gairebé sempre proteïnes oligomèriques amb múltiples llocs d’unió per al substrat, que presenten cooperativitat, l’activitat dels quals pot ser modulada per efectors al·lostèrics.
Regulació al·lostèrica dels enzims Regulació a nivell de substrat -A més concentració de substrat, més rapidesa de reacció (fins saturació) -Els productes d’una reacció poden inhibir l’enzim HK Glucosa + ATP Glucosa-6-P + ADP -No sol ser un mecanisme suficient per regular vies metabòliques.
Regulació al·lostèrica dels enzims INHIBICIÓ “FEED-BACK” En les rutes metabòliques els enzims al·lostèrics es troben estratègicament situats en una de les primeres etapes.
Freqüentment, el producte final de la ruta metabòlica actua com a inhibidor al·lostèric d’aquest enzim.
Aquest sistema de regulació s’anomena retroinhibició o inhibició feedback.
ENZIMS REGULADORS O AL·LOSTÈRICS Definició Enzims que controlen el flux d’una via metabòlica 1) catalitzen la primera reacció de la via metabòlica 2) són inhibits pel producte final de la via metabòlica (efectors -) 3) poden ser activats per determinades molècules (efectors +) Característiques 4) tenen estructura quaternària 5) disposen de més d’un lloc d’unió al lligand habitual per enzim 6) la funció v = f([S]) és sigmoidal i no hiperbòlica (Michaelis-M.) 7) la unió al substrat o l’alliberament del producte és cooperativa 8) el seu comportament pot ser descrit pels models MWC o KNF Modulació enzimàtica L’activitat dels enzims es pot regular… -Regulació mitjançant el control de la síntesi i la degració dels enzims -Inhibició enzimàtica.
-Inhibició reversible -Inhibició irreversible.
-Regulació al·lostèrica dels enzims.
-Regulació mitjançant modificacions covalents -Amplificació de senyals Regulació mitjançant modificacions covalents -Modificacions covalents irreversibles: activació de zimògens o proenzims.
-Modificacions covalents reversibles: enzims interconvertibles.
Modificacions covalents irreversibles ACTIVACIÓ DE ZIMOGENS PER PROTEOLISI Zimògen: precursor d’enzim, catalíticament inactiu Modificacions covalents irreversibles ACTIVACIÓ DE PROTEASES PANCREÀTIQUES A L’INTESTÍ Modificacions covalents reversibles -Enzims interconvertibles: existeixen en un estat actiu i un inactiu, i el pas de l’un a l’altre depèn de la unió covalent d’un grup, o el trencament d’aquest.
- La interconversió és catalitzada per altre enzims.
-Permet canvis d’activitat grans en un temps petit.
Tipus: -Fosforilació / desfosforilació -Adenilació/desadenilació -Oxidació/ reducció -Metilació/ desmetilació -ADP-ribosilació Modificacions covalents reversibles Fosforilació / desfosforilació La glicogen fosforilasa és un dimer de subunitats idèntiques que existeix en 2 estats interconvertibles per fosforilació/desfosforilació.
Modulació enzimàtica L’activitat dels enzims es pot regular… -Regulació mitjançant el control de la síntesi i la degració dels enzims -Inhibició enzimàtica.
-Inhibició reversible -Inhibició irreversible.
-Regulació al·lostèrica dels enzims.
-Regulació mitjançant modificacions covalents -Amplificació de senyals Amplificació de senyal Cascades de senyalització ...