enzimas, Apuntes de Bioquímica

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ENZIMAS

Las enzimas son proteínas específicas con propiedades catalíticas que aceleran la velocidad de una reacción química, no sufriendo transformaciones durante el proceso, es decir, que permanecen químicamente invariables al final de la reacción.

En algunos casos, las enzimas precisan de componentes no proteicos para llevar a cabo su actividad, denominados cofactores, que pueden ser iones metálicos (Mg, Mn, Zn...) o moléculas orgánicas, llamadas coenzimas, las cuales pueden estar unidas a la enzima a través de interacciones débiles, como pueden ser puentes de hidrógeno, fuerzas de Van der Waals (como es el caso del NAD, coenzima A) o por enlaces covalentes, denominándose grupos prostéticos (caso de FAD, biotina)

S

P

(S … P) (Estado de transición)

Estado inicial Energía libre Estado final Progreso de la reacción

DG^ (no catalizada)

DG^ (catalizada)

Las enzimas aceleran las reacciones porque hacen que disminuya la energía de activación (DG) del proceso, favoreciendo la formación del estado de transición

DG (de la reacción)

Se han postulado dos modelos para la unión del sustrato a la enzima:

(1) Modelo de la “llave - cerradura” , propuesto por Fiscker (1890).

Enzima

Sustrato

Enzima

Supone que el centro activo de Sustrato la enzima es complementario con la molécula de sustrato, la cual encaja perfectamente.

(2) Modelo del “ajuste inducido” , formulado por Koshland (1958).

Sustrato

Enzima

Enzima

Sustrato

Las enzimas son flexibles y la forma de los centros activos se puede modificar considerablemente tras la unión del sustrato, de forma que los centros activos de algunas enzimas sólo adoptan una forma complementaria a la del sustrato después de haberse unido el mismo.

Clasificación de las enzimas

1. Oxidorreductasas: catalizan reacciones de oxidación-reducción (deshidrogenasa, oxidasa, reductasa, oxigenasa).
2. Transferasas: transfieren un grupo de una molécula a otra (quinasa, aminotransferasa, carboxitransferasa, transcetolasa).
3. Hidrolasas: transfieren un grupo hidroxilo desde el agua a otro sustrato (fosfatasa, glucosidasa, tiolasa, fosfolipasa, peptidasa).
4. Liasas: catalizan la escisión reversible de enlaces covalentes (descarboxilasa, deshidratasa).
5. Isomerasas: catalizan reacciones que suponen un movimiento de un grupo o un doble enlace dentro de una molécula, lo que hace que se obtenga un nuevo isómero (racemasa, epimerasa, mutasa).
6. Ligasas: catalizan la formación de enlaces C-C, requiriendo el aporte de energía para el proceso (sintetasa, carboxilasa).

Deducción de la ecuación de Michaelis-Menten

La velocidad de la reacción (v) es: v =^ k 2 [ES]^ (1)

Velocidad de formación de ES (v 1 ): v^1 =^ k^1 [E][S] Velocidad de descomposición de ES (v-1): v-1 = k-1 [ES] + k 2 [ES] = ( k-1 + k 2 )[ES] Condición de estado estacionario:

k 1 [E][S] = ( k-1 + k 2 )[ES]

[E][S]

[ES] =^

k-1 + k 2 k 1

Condición de conservación de la materia:

[ES] =

k-1 + k 2

k 1 [E][S] (2)

Si dividimos la expresión (1) por [E]T, tenemos: v [E]T

k 2 [ES] [E]T

v [E]T

k 2 [ES] [E]+[ES]

Sustituyendo [ES] por el valor de la expresión (2), tenemos:

v [E]T^ =

[E][S]

k 2 [E]+[E][S]

k-1 + k 2

k 1

k-1 + k 2

k 1

v [E]T^ =

[S]

k 2 1+[S]

k-1 + k 2

k 1

k-1 + k 2

k 1

Multiplicando numerador y denominador por^ k-1^ +^ k^2 , tenemos: k 1

v 1 = v-

[E]T = [E] + [ES]

v [E]T

[S]

k 2

• [S]

k-1 + k 2 k 1

Si definimos: k-1 + k 2 k 1^ =^

Km =

[E][S]

[ES]

Km = Constante de Michaelis

tenemos: v [E]T^ =^

[S]

k 2 Km + [S]

v (^) = k 2 [E]T

[S]

Km + [S]

k 2 [E]T = Vmax Vmax es la máxima velocidad que se puede obtener cuando toda la enzima está presente en forma del complejo ES.

v (^) = Vmax

[S]

Km + [S]

Ecuación de Michaelis-Menten

Si k 2 <<<k-1 (condición de equilibrio rápido): Km =

k- k 1

Determinación gráfica de Km y Vmax

Representación directa (v vs [S]) de la ecuación de Michaelis-Menten

v (^) = Vmax

[S]

Km + [S] Proporciona una curva hiperbólica

Km

lim v = 0 Vmax [S]  0

lim v = Vmax

[S]  ∞

Vmax 2

Velocidad de reacción [Sustrato]

Representación doble inversa (1/v vs 1/[S]) (Lineweaver-Burk)

v (^) = Vmax

[S]

Km + [S] v^

Vmax [S]

1 Km + [S] ;

v =

Vmax

Km

[S]

Vmax

Al representar 1/v vs 1/[S], se obtiene una línea recta:

-1/Km 1/Vmax

Ordenada (b) = 1/Vmax

Pendiente (m) = Km/Vmax

Abscisa (x) = -1/Km

Ecuación de Lineweaver-Burk

1/v

1/[S]