Enzimas, su quehacer en cápsulas
¿Qué es una enzima?
Una enzima…
¿qué es catálisis?
1. Reacciones químicas
De estos procesos ¿Cuáles son reacciones químicas?
Reacciones químicas:
Procesos físicos
Reacciones químicas
El crecimiento de una población humana
Crecimiento exponencial simple de la población
Decaimiento exponencial
Cuantifiquemos el avance y la rapidez de este ejemplo:
Avance y la rapidez, ejemplo:
definición: La rapidez es el cambio de concentración por unidad de tiempo, dividida por el coeficiente estequiométrico
Reacciones químicas: ¿en que sentido ocurren?
¿En que sentido ocurren estas reacciones, en condiciones normales?
Las reacciones obedecen a la termodinámica, i.e.: hay que considerar Energía y Entropía: a temperatura y presión constantes... ∆G= ∆H (calor intercambiado) - T∆S (energía no utilizable)
En concepto de equilibrio
Constante de equilibrio y potencial químico
¿En cuánto tiempo se llega al equilibrio?
POR LO TANTO...
¿Cuál toma más tiempo?
El segundo toma más tiempo...
Compare estos sistemas de tanques (D indica el díametro de la tubería)
...y qué pasa si ocurre en etapas
El concepto de estado de transición
Distribución de energía en sistemas moléculares
Hay 3 manipulaciones que inciden sobre la rapidez con la que ocurre una reacción química. Primera:
Análisis del progreso de una reacción química no catalizada
Pero la rapidez puede depender de la concentración en otras maneras
Por tanto, la ecuación química determina la termodinámica, pero no la cinética
Conclusión
Ejemplo
... ejemplo
Note además que:
Segunda manipulación que incide sobre la rapidez con la que ocurre una reacción química:
Rapidez como función de la temperatura
Tercera manipulación que incide sobre la rapidez con la que ocurre una reacción química:
Papel de la energía de activación ( EA )
Definición de catálisis
Las enzimas alcanzan tasas de aceleración excepcionales
Anatomía de una enzima (holoenzima)
¿Cuáles son sustratos, productos, coenzimas, etc.?
Respuestas... P=producto; S=sustrato;C=coenzima
Clasificación Internacional
Clasificación, un ejemplo
La clase 7
Principales características de las enzimas
Las enzimas son ...
Baja especificidad vs. promiscuidad
Un ejemplo de especificidad y selectividad
Finalmente...
¿Cómo estudiarlas para aprovecharlas mejor?
Dualidad: catalisis vs. estabilida de la enzima
Las múltiples variables involucradas
Graficando: una habilidad indispensable en la ciencia y la técnica
Interpretando gráficas: ¿Qué significa esta gráfica?
Sin más información, carece de significado
¿Qué puedo concluir de estas observaciones?
No hay un patrón sistemático
Relaciones lineales e incertidumbre estocástica
Slide 68
La escala de representación y la aparente linearidad
Slide 70
Recomendaciones
MEDICIONES EN CINÉTICA ENZIMÁTICA
Realizando mediciones en cinética enzimática
Medición de la actividad enzimática
Una RXN enzimática: variando [S]
Linearidad y rapidez de la reacción
DE LA FIGURA ANTERIOR...
Una RXN enzimática: variación en [E]
¿Puedo describir el progreso de la reacción enzimática con ecuaciones como las mostradas abajo?
La rapidez debe ser una función de la concentración de sustrato y dela concentración de enzima
Progreso a tiempos muy cortos
Progreso a tiempos más largos
Sitauciones atípicas, inestabilidad de la E
el concepto de estado estacionario (SS)
modelando una RXN enzimática en SS
La expresión de Michaelis y Menten
Isoterma de saturación por el sustrato
Caso extremo con [S] >> Km
Caso extremo con [S] << Km
Interpretación de V/K
capacidad catalítica y afinidad combiandas
Importancia de la eficiencia catalítica en la célula
Importancia de kcat/Km en un reactor
V/K y límite de la difusión
Cálculo de Km y Vmax
La grafica 1/V vs. 1/[S] e incertidumbre
Un ejemplo con números
Estimación de Vmax y Km por medio de LR (gráfica de Lineweaver-Burk) o por NLR
Otras formas de representar los datos
Hanes-Woolf
Eadie-Hoffstee
Eisenthal&Cornish-Bowden
Km y Vmax para el ejemplo previo usando el método de Eisenthal & Cornish-Bowden
Comparación entre los gráficos LB y EH
Enzimas multisustrato
La ecuación de Michaelis-Menten
Tipos de mecanismos cinéticos (bisustrato)
Relación entre kcat y [E·S]
Relación entre V/K y [E]libre
Patrón de rapidéz inicial bisustrato
Patrón intersectante, reacciones secuenciales
Patrón paralelo, reacciones ping-pong
Inhibición por los productos
Identificando el orden: patrones de inhibición
¿Cómo son afectadas por los cambios de pH?
pH y actividad
pH y estabilidad
Disección de los efectos
La inización del sitios activo
Efectos sobre [E]libre y [ES]
¿Cómo son afectadas por la temperatura?
Efecto de T sobre la RXN química
rapidez como función de la temperatura
Ejemplo: Triosa-P isomerasa (TIM)
Ecuación de Eyring–Polanyi (1935)
Formulación de Kramer (1940)
Efectos sobre la estabilidad ¿existe T óptima?
Regulación de la actividad enzimática
Regulación de la actividad de las proteínas
Nivel de la expresión génica
Nivel del estado de activación
Disponibilidad de sustrato
¿Cómo son afectadas por presencia de otros ligandos?
Unión de ligandos a una proteína
Concepto de alosterísmo
Tipos de efectos evocados por ligandos
Constantes de disociación Ki y Ka
Unión cooperativa
Saturación sigmoide
Análisis de la cooperatividad y el alosterismo
Pragmatismo. Modleo de Hill
La Ecuación de Adair
El modelo simétrico
El modelo secuencial
Cooperatividad a nivel molecular
Análisis de la inhibición
Las enzimas puede cambiar su actvidad por unión a moléculas distintas del sustrato
Las enzimas puede reducir o perder su actividad tras su unión a moléculas distintas del sustrato:
Las enzimas puede elevar o adquirir su actividad tras su unión a moléculas distintas del sustrato:
¿CÓMO SE REALIZA EL ANÁLISIS?
Parámetros APARENTES
Diagnótico mediante dobles recíprocos
Inhibición Competitiva
inhibición acompetitiva
Inhibición no competitiva: notas sobre la nomenclatura
No competitiva clásica
Inhibición Mixta
Parámetros por ajuste global
Regráficos
El valor de Kic y Kiu
Inhibidores irreversibles
Inactivación (inhibición irreversible)
Inactivación pseudoprimer order
El regráfico lineal da la constate
La asociación de I es lenta
Hay un ligando protector
Los regráficos anteriores pueden ajustarse mediante regresión no lineal
Inhibidores fuertemente pegados
Si la constante de disociación del complejo E·inhibidor es nM o fM