PROPIETATS DELS ENZIMS
Característiques: són proteïnes (a excepció del RNA-catalític). Acceleren les reaccions que catalitzen. Són eficients en quantitats molt petites. Al final del procés recuperen el seu estat inicial. Treballen en condicions suaus de Tº i pH. Són altament específics. Poden presentar regulació.
Els enzims acceleren la velocitat de les reaccions però no modifiquen els equilibris. No canvien la Keq de la reacció. Disminueix l’energia lliure d’activació de les reaccions. La velocitat de reacció és la rapidesa amb que una substrat reaccionant es transforma en un producte.
CONCEPTES TERMODINÀMICA
En una reacció química determinada. Perquè sigui possible des del punt de vista termodinàmic el canvi en l’Energia lliure de Gibbs (∆G) ha se ser inferior a zero: ∆G˂0 ; GB-GA ˂0
Tot i ser possible pot ser que no es produeixi a una velocitat apreciable.
Per exemple:
- Exergòniques: es desprèn energia
- Exotèrmiques: es desprèn energia calorífica
Aquestes dues són favorables des del punta de vita termodinàmiques amb presencia d’un enzim s’escurça l’energia d’activació.
En canvi les:
- Endergòniques: necessita energia
- Endotèrmiques: necessita energia calorífica
I no són favorables dels del puny de vista termodinàmic.
ESPECIFICITAT DELS ENZIMS
Els enzims catalitzen una única relació o un grup de reaccions molt relacionades.
Especificitat: capacitat de discriminar, reconèixer i unir un determinat substrat. Per el centre actiu: cada enzim té un o varis zones en la seva molècula de les que depenen les seves funcions i actua unint-se a la molècula sobre la que es va a realitzar la transformació, la molècula s’anomena substrat i té que encaixar amb el centre actiu. El centre actiu s’ha generat a conseqüència del plegament de la proteïna. Està format per pocs residus que no ocupen posicions consecutives en la seqüència. Interacciona amb el substrat principalment per forces febles.
L’especificitat resideix essencialment en els centres de fixació del centre actiu.
Elevada especificitat: un substrat s’uneix a l’enzim per interaccions dèbils poc freqüents enllaços covalents transitoris. El procés de catalització dels substrat és reversible.
CLASSES D’ENZIMS SEGONS LA FUNCIÓ DE LA REACCIÓ QUE CATALITZEN
En funció de la reacció que catalitzen:
- Oxidoreductores → reaccions REDOX
- Transferases → transferència
- Hidrolases → catalitzen reaccions d’hidrolici
- Liases → catalitzen trencament d’enllaços sense presencia H2O
- Isomerases → canvien la posició d’una grup funcional
- Ligases→ formació d’enllaços covalents amb consum d’ATP
Factors que intervenen en la catàlisi
Proximitat i orientació del substrat amb el centre actiu.
Fenòmens de superfície → crea un entorn adequat perquè es pugui produir.
Distorsió d’enllaços per exemple: enllaç peptidic
Presència de grups catalítics:
- Catàlisi àcid-base
- Catàlisi covalent: catàlisi per ions metàl•lics i catàlisi per coenzims
CINÈTICA ENZIMÀTICA
És l’estudi del mecanisme de reaccions dels enzims. Estudia les velocitats de les reaccions i de com canvien en funció dels diferents factors experimentals: concentració de substrat, temperatura, temps de reacció, pH (els enzims tenen un pH òptim), força iònica (concentració de sals) i presència de cofactors, inhibidors,...
Una relació simple on un substrat S es transforma en un producte P. S → P
La velocitat de reacció V es pot mesurar pel consum de S per unitat de temps com per la producció de P.
Cinètica de Michaelis-Menten
És base en una equació de velocitat que explica el comportament cinètic dels enzims.
Per explicar la relació observada entre la velocitat inicial (Vo) i la concentració inicial del substrat ([S]o) Michaelis i Menten van proposar que les reaccions catalitzades enzimàtiques passen en dues etapes:
a) Primera, es forma el complexa enzim- substrat
b) Segona, el complexa enzim-substrat dóna lloc a la formació del producte, alliberant l’enzim lliure.
Paràmetres cinètics: KM
És una constant característica d’un enzim pel seu substrat, a unes determinades condicions de reacció.
No depèn de la quantitat d’enzims present.
Un enzim pot tenir diferents calors de KM pels seus substrats específics.
Per molts enzims la KM expressa l’estabilitat del complex ES = afinitat de l’enzim pel substrat.
KM elevada → unió dèbil → baixa afinitat pel substrat
KM baixa → unió forta → alta afinitat pel substrat
Paràmetres cinètics: Vmàx
La Vmàx és un valor constant en una reacció donada, però no és una constant característica d’un enzim.
En condicions saturades de substrat, la Vmàx és directament proporcional a la concentració total d’enzim.
Vmàx = k3 [E]
REGULACIÓ ENZIMÀTICA
Mecanisme de regulació:
a) A llarg termini → sobre la concentració de l’enzim:
Regulació de l’expressió genètica
Regulació de la degradació proteica
b) A curt termini → sobre l’activitat de l’enzim
Regulació per inhibició enzimàtica de Michaelis-Menten
Regulació al•lostèrica, regulació per modificació química covalent: reversible o irreversible
Regulació al•lostèrica:
Els enzims al•lostèrics no segueixen la cinètica de Michaelis-Menten. Generalment són enzims grans i complexos amb més d’una subunitat o centre actiu, i amb un més centres al•lostèrics on es lliguen moderadors fisiològics, per interaccions febles, reversibles. Es coneixen pocs enzims monomèrics regulats al•lostèricament. La major part dels enzims reguladors del metabolisme són al•lostèrics. Les subunitats poden estar en forma tensa T (baixa afinitat per substrat i baixa velocitat del catabolisme) o forma relaxada R (alta afinitat pel substrat i alta velocitat del catabolisme).
a) Homoal•lostèrica: només pel substrat (fa falta més d’una subunitat)
b) Heteroal•lostèrica: unió d’un efector a un centre regulador lluny del centre catalítica (pot ser una proteïna monomèrica).
Característiques cinètiques dels enzims al•lostèrics
Comportament cinètic característic d’interaccions cooperatives entre els diferents centres actius:
a) A baixes concentracions de substrat l’enzim és poc afí pel substrat.
b) A altes concentracions l’enzim és molt més afí pel substrat.
Regulació al•lostèrica: moduladors de l’activitat
a) Activadors → estabilitzen la forma R
b) Inhibidors → estabilitzen la forma T
Interès fisiològic de la regulació al•lostèrica
Control ràpid de l’activitat de l’enzim independent de la concentració cel•lular del substrat:
a) Els activadors al•lostèrics augmenten la velocitat de la reacció
b) Els inhibidors al•lostèrics disminueixen la velocitat de la reacció
En els sistemes biològics no estan saturats pels substrats; l’activitat d’un enzim depèn del balanç entre les concentracions presents dels activadors inhibidors fisiològics.
Adaptació ràpida a les necessitats metabòliques.
Regulació per modificació covalent reversible → fosforilació
Molts enzims es regulen per la unió covalent de determinades molècules.
La modificació pot activar o inhibir l’enzim.
Hi ha diversos tipus de modificacions covalents.
Una modificació molt freqüent en la regulació metabòlica és la fosforilació, addició de fosfats a les cadenes laterals hidroxilades dels aminoàcids: Tyr, Ser i Thr.
Són fosforilacions reversibles catalitzades enigmàticament.
La fosforilació és un mecanisme molt ràpid de regulació de l’activitat d’un enzim, afectant l’estructura de substancies per les quinases: tipus d’enzim que modifiquen altres molècules (substancies) mitjançant la fosforilació.
Regulació per modificació covalent irreversible
Alguns enzims es sintetitzen com a precursors inactius (zimògens), per evitar que afectin el propi teixit on s’han de sintetitzar.
a) Enzims proteolítics del pàncrees i de l’estómac
b) Factors de coagulació
L’activació es produeix per ruptures específiques d’enllaços peptídics (proteòlisi).
Font: Obradors, N. (2014). Bioquimica: Enzims. Manuscrit inèdit. Apunts procedents de UVIcMoodle.
Característiques: són proteïnes (a excepció del RNA-catalític). Acceleren les reaccions que catalitzen. Són eficients en quantitats molt petites. Al final del procés recuperen el seu estat inicial. Treballen en condicions suaus de Tº i pH. Són altament específics. Poden presentar regulació.
Els enzims acceleren la velocitat de les reaccions però no modifiquen els equilibris. No canvien la Keq de la reacció. Disminueix l’energia lliure d’activació de les reaccions. La velocitat de reacció és la rapidesa amb que una substrat reaccionant es transforma en un producte.
CONCEPTES TERMODINÀMICA
En una reacció química determinada. Perquè sigui possible des del punt de vista termodinàmic el canvi en l’Energia lliure de Gibbs (∆G) ha se ser inferior a zero: ∆G˂0 ; GB-GA ˂0
Tot i ser possible pot ser que no es produeixi a una velocitat apreciable.
Per exemple:
- Exergòniques: es desprèn energia
- Exotèrmiques: es desprèn energia calorífica
Aquestes dues són favorables des del punta de vita termodinàmiques amb presencia d’un enzim s’escurça l’energia d’activació.
En canvi les:
- Endergòniques: necessita energia
- Endotèrmiques: necessita energia calorífica
I no són favorables dels del puny de vista termodinàmic.
Els enzims catalitzen una única relació o un grup de reaccions molt relacionades.
Especificitat: capacitat de discriminar, reconèixer i unir un determinat substrat. Per el centre actiu: cada enzim té un o varis zones en la seva molècula de les que depenen les seves funcions i actua unint-se a la molècula sobre la que es va a realitzar la transformació, la molècula s’anomena substrat i té que encaixar amb el centre actiu. El centre actiu s’ha generat a conseqüència del plegament de la proteïna. Està format per pocs residus que no ocupen posicions consecutives en la seqüència. Interacciona amb el substrat principalment per forces febles.
L’especificitat resideix essencialment en els centres de fixació del centre actiu.
Elevada especificitat: un substrat s’uneix a l’enzim per interaccions dèbils poc freqüents enllaços covalents transitoris. El procés de catalització dels substrat és reversible.
CLASSES D’ENZIMS SEGONS LA FUNCIÓ DE LA REACCIÓ QUE CATALITZEN
En funció de la reacció que catalitzen:
- Oxidoreductores → reaccions REDOX
- Transferases → transferència
- Hidrolases → catalitzen reaccions d’hidrolici
- Liases → catalitzen trencament d’enllaços sense presencia H2O
- Isomerases → canvien la posició d’una grup funcional
- Ligases→ formació d’enllaços covalents amb consum d’ATP
Factors que intervenen en la catàlisi
Proximitat i orientació del substrat amb el centre actiu.
Fenòmens de superfície → crea un entorn adequat perquè es pugui produir.
Distorsió d’enllaços per exemple: enllaç peptidic
Presència de grups catalítics:
- Catàlisi àcid-base
- Catàlisi covalent: catàlisi per ions metàl•lics i catàlisi per coenzims
CINÈTICA ENZIMÀTICA
És l’estudi del mecanisme de reaccions dels enzims. Estudia les velocitats de les reaccions i de com canvien en funció dels diferents factors experimentals: concentració de substrat, temperatura, temps de reacció, pH (els enzims tenen un pH òptim), força iònica (concentració de sals) i presència de cofactors, inhibidors,...
Una relació simple on un substrat S es transforma en un producte P. S → P
La velocitat de reacció V es pot mesurar pel consum de S per unitat de temps com per la producció de P.
És base en una equació de velocitat que explica el comportament cinètic dels enzims.
Per explicar la relació observada entre la velocitat inicial (Vo) i la concentració inicial del substrat ([S]o) Michaelis i Menten van proposar que les reaccions catalitzades enzimàtiques passen en dues etapes:
a) Primera, es forma el complexa enzim- substrat
b) Segona, el complexa enzim-substrat dóna lloc a la formació del producte, alliberant l’enzim lliure.
Paràmetres cinètics: KM
És una constant característica d’un enzim pel seu substrat, a unes determinades condicions de reacció.
No depèn de la quantitat d’enzims present.
Un enzim pot tenir diferents calors de KM pels seus substrats específics.
Per molts enzims la KM expressa l’estabilitat del complex ES = afinitat de l’enzim pel substrat.
KM elevada → unió dèbil → baixa afinitat pel substrat
KM baixa → unió forta → alta afinitat pel substrat
Paràmetres cinètics: Vmàx
La Vmàx és un valor constant en una reacció donada, però no és una constant característica d’un enzim.
En condicions saturades de substrat, la Vmàx és directament proporcional a la concentració total d’enzim.
Vmàx = k3 [E]
REGULACIÓ ENZIMÀTICA
Mecanisme de regulació:
a) A llarg termini → sobre la concentració de l’enzim:
Regulació de l’expressió genètica
Regulació de la degradació proteica
b) A curt termini → sobre l’activitat de l’enzim
Regulació per inhibició enzimàtica de Michaelis-Menten
Regulació al•lostèrica, regulació per modificació química covalent: reversible o irreversible
Regulació al•lostèrica:
Els enzims al•lostèrics no segueixen la cinètica de Michaelis-Menten. Generalment són enzims grans i complexos amb més d’una subunitat o centre actiu, i amb un més centres al•lostèrics on es lliguen moderadors fisiològics, per interaccions febles, reversibles. Es coneixen pocs enzims monomèrics regulats al•lostèricament. La major part dels enzims reguladors del metabolisme són al•lostèrics. Les subunitats poden estar en forma tensa T (baixa afinitat per substrat i baixa velocitat del catabolisme) o forma relaxada R (alta afinitat pel substrat i alta velocitat del catabolisme).
a) Homoal•lostèrica: només pel substrat (fa falta més d’una subunitat)
b) Heteroal•lostèrica: unió d’un efector a un centre regulador lluny del centre catalítica (pot ser una proteïna monomèrica).
Característiques cinètiques dels enzims al•lostèrics
Comportament cinètic característic d’interaccions cooperatives entre els diferents centres actius:
a) A baixes concentracions de substrat l’enzim és poc afí pel substrat.
b) A altes concentracions l’enzim és molt més afí pel substrat.
Regulació al•lostèrica: moduladors de l’activitat
a) Activadors → estabilitzen la forma R
b) Inhibidors → estabilitzen la forma T
Control ràpid de l’activitat de l’enzim independent de la concentració cel•lular del substrat:
a) Els activadors al•lostèrics augmenten la velocitat de la reacció
b) Els inhibidors al•lostèrics disminueixen la velocitat de la reacció
En els sistemes biològics no estan saturats pels substrats; l’activitat d’un enzim depèn del balanç entre les concentracions presents dels activadors inhibidors fisiològics.
Adaptació ràpida a les necessitats metabòliques.
Regulació per modificació covalent reversible → fosforilació
Molts enzims es regulen per la unió covalent de determinades molècules.
La modificació pot activar o inhibir l’enzim.
Hi ha diversos tipus de modificacions covalents.
Una modificació molt freqüent en la regulació metabòlica és la fosforilació, addició de fosfats a les cadenes laterals hidroxilades dels aminoàcids: Tyr, Ser i Thr.
Són fosforilacions reversibles catalitzades enigmàticament.
La fosforilació és un mecanisme molt ràpid de regulació de l’activitat d’un enzim, afectant l’estructura de substancies per les quinases: tipus d’enzim que modifiquen altres molècules (substancies) mitjançant la fosforilació.
Alguns enzims es sintetitzen com a precursors inactius (zimògens), per evitar que afectin el propi teixit on s’han de sintetitzar.
a) Enzims proteolítics del pàncrees i de l’estómac
b) Factors de coagulació
L’activació es produeix per ruptures específiques d’enllaços peptídics (proteòlisi).
Font: Obradors, N. (2014). Bioquimica: Enzims. Manuscrit inèdit. Apunts procedents de UVIcMoodle.
