Especifitat de grup enzims

Enzim:

proteïna globular que catalitza reaccions químiques orgàniques.

Les característiques principals són:

Augmenta la velocitat de la reacció. Elevada especificitat. No es consumeixen en la reacció.

El centre actiu és la regió de l'enzima la que s'uneix el substrat bioquímicper a ser catalitzato experimentar una altra reacció química.

Característiques del centre actiu:

Part petita de la molècula format per aa’s distants en la estructura 1ª

• Radical dels aa’s tenen elevada afinitat pel substrat i capacitat d’establir enllaços

Algunes    reaccions    catalitzades    per    enzims                 necessiten   de                   l’acció               o acompanyament d’altres substàncies. Així, distingim dos grups d’enzims:

1. Enzim estrictament proteic, format per una o més cadenes proteiques
2. Holoenzim, formats per una part proteica (apoenzim)
   + part no proteica. Aquesta última té diverses funcions com uníó i/o orientació del substrat, formació d’enllaços amb productes intermediaris, modificació càrrega elèctrica del substrat...

Hi ha 3 tipus diferents de part no proteica

1. Grup prostètic, s’uneix fortament i de manera estable a l’enzim:
   Biotina, FAD, Hemo... I alguns ions metàl·lics com Ço2+,3+, Cu1+,2+, Mg2+, Mn2+, Zn2+...
   1. Cofactor, substància inorgànica que s’uneix de manera feble a l’enzim o substrat. La majoria són enzims metàl·lics: K+, Fe2+, Cu1+,2+, Mg2+...

• Coenzim, substància orgànica que s’uneix de manera feble a l’enzim o substrat. Sovint serveixen coma transbordadors del substrat d’un lloc a un altre.

Moltes són substàncies que el nostre cos no pot sintetitzar i han de ser adquirits amb la dieta (vitamines i sals minerals)

Cofactors piridínics (NAD+, NADP+)

Cofactors flavínics (FAD)                                                  Cofactors hemínics Ferredoxines                                                  Quinones

Àcid Ascòrbic C                          Àcid Lipoic

Hemo                                         citocroms

Complexes Fe-S                        ATP Carnitina    Tiamina B1

Riboflavina (FAD, FMN) B2                Piridoxal B6

Cobalamina B12                                             Àcid Pantotènic Àcid fòlic

La funció de l’enzim és la de catalitzar una reacció

química, unint-se a un o més S per donar lloc a un o més P

Incrementa en molts ordres de magnitud la  velocitat de la reacció gràcies a l’elevada afinitat del complex E-S i a la disminució de l’Energia d’activació necessària per la reacció

Les reaccions són exergòniques, els productes resultants tenen una quantitat d’energia química (emmagatzemada en els seus enllaços químics) inferior a l’energia química dels S

La reacció es dóna de manera espontània i natural però a velocitats molt lentes perquè cal una E d’activació elevada. L’enzim o catalitzador biològic disminueix la E d’activació augmentant la v de la reacció (P format/t)

L’enzim  s’uneix  al  S  i  aconsegueix reduir  l’Energia             d’activació de la reacció, necessària per desestabilitzar els enllaços de la molècula

Un cop assolit aquest nivell, la reacció es precipita i dóna lloc a un o  més P amb una quantitat d’E inferior a la dels S inicials

2 models expliquen la gran afinitat
E-S:

•el model clau-pany basat en la complementarietat geomètrica E-S (1894 Fischer)

• el model d’acoblament induït, l’enzim és més flexible i un cop el S es posa en contacte amb els aa's del centre actiu, modifica la seva estructura a conseqüència de les interaccions entre els aa's i el substrat , (1958 Koshland)

Especificitat  dels  enzims:  capacitat  d’un  enzim  per                    actuar            sobre       un determinat substrat

1. Absoluta, només actua sobre un substrat. Ex:
   ureasa, indicador infecció H. Pilory. Prova de l’alè, detecció d’amoníac present en el suc gàstric

1. De reacció o de grup, catalitzen un mateix tipus de reacció en substrats similars

ex:
lipases (hidrolitzen enllaç éster dels àcids grassos)

descarboxilases (eliminen carboxil dels aa’s)

1. Estereoespecífica, només actua sobre un estereoisòmer (L o D) i no sobre l’altre. Ex:
   aspartasa només actua sobre isòmer L-aspartat

Classificació dels enzims:

El  nom  comú  del  enzims  és  la  reacció  que  catalitzen  seguit  de   –asa,

amilasa, reductasa, isomerasa, proteasa...

El nom sistemàtic consta de tres parts: el substrat, el tipus de reacció i el sufix

–asa

. Com la fosfoglucosa isomerasa, lactat deshidrogenasa.
..Poden  portar modificadors al davant o després, poden indicar lloc  d’origen  de l’enzim (ribonucleasa pancreàtica), la seva regulació (lipasa sensible a hormona) o alguna característica del seu mecanisme d’acció (cisteïna proteasa). Sovint cal afegir valors alfanumèrics per diferenciar múltiples formes d’un enzim (RNA polimerasa III)

La International Union of Biochemists (IUB) ha creat un sistema basat en codis numèrics singulars per classificar tots els enzims, cada enzim té un codi de 4 números: EC x.X.X.X

1r número: tipus de reacció que catabolitza (1-6), és el grup o classe 2n ve definit pel substrat que utilitza

3r ve definit pel tipus d'acceptor

4rt número: indica característiques de cada un dels grups o ordre dins del grup

Però aquest codi és ambigu, no indica el lloc d’origen de l’enzim, si és humà o animal,...

Els enzims es segueixen anomenant pel nom comú: substrat-tipus de reacció-asa (+ alguna particularitat específica)

Classificació dels enzims, el primer número del codi fa referència a la reacció que catalitzen. S’estableixen 6 grups o classes:

EC 1 → Oxidoreductases EC 2 → Transferases

EC 3 → Hidrolases EC 4 → Liases

EC 5 → Isomerases EC 6 → Ligases

EC 1 → Oxidoreductases

Catalitzen reaccions en les que hi ha un traspàs d'àtoms d’hidrogen i electrons entre molècules. Sempre ha d’existir un donador d’e-
i un receptor

En el metabolisme, el parell donador-receptor d’electrons és un grup extern (coenzim) com el NADH2/NAD+ , FAD/FADH2 , NADPH2/NADP+

Quan la substància està reduïda (té capacitat de donar e-) pot reduir les substàncies del seu voltant → Agent reductor

Quan la substància està oxidada (té capacitat de captar e-) pot oxidar les substàncies del seu voltant → Agent oxidant

Els enzims principals són:

Deshidrogenases, separen àtoms d’H del Substrat Oxidases, oxiden el Substrat quan accepten els seus e- Altres: peroxidases, oxigenases, hidroxilases, reductases

La nomenclatura científica és:

Donador-acceptor-funció

Succinat fumarat deshidrogenasa succinat fumarat FAD deshidrogenasa

EC 2 → Transferases

Catalitzen reaccions de transferència d’un grup funcional/radical d’una molècula a una altra, sense que en cap moment aquest radical quedi lliure en el medi.

Moltes  (no  totes)  d’aquestes   reaccions  són  fosforilacions            de   substrats                a expenses d’un ATP o ADP.

La nomenclatura científica és:

Donador-acceptor-grup transferit-transferasa

ATP D-Hexosa Fosfotransferasa EC 2.7.1.1

EC 3 → Hidrolases

Catalitzen el trencament d’un enllaç amb addicció d’una molècula d’aigua. La majoria d’enzims digestius pertanyen a aquest grup (proteases, lipases, amilases...)

A-B  + H2O      AH + BOH

EC 4 → Liases

La seva acció trenca enllaços entre grups funcionals o radicals d’una molècula sense addició d’aigua (C-C, C-S O C-N). Sovint originen dobles enllaços

A-B        A + B

Els més interessants són els que trenquen aa’s, ja sigui alliberant un CO2 (descarboxilases) o el grup amí (desaminases)

EC 5 → Isomerases

Catalitzen canvis de posició dins de la mateixa molècula però sense canviar la seva fórmula molecular

A           A’

Els més importants són les epimerases, mutarotases...

Catalitzen reaccions d’oxido-reducció, transferència, trencament d’enllaços... Però sempre intramoleculars

EC 6 → Ligases

Catalitzen reaccions de formació de molècules més gran que el Substrat inicial. Sempre són reaccions que requereixen una aportació d’energia que normalment ve lligada a la hidròlisi d’un grup fosfat

A + B + NTP           A-B + NDP + Pi

Intervenen en processos anabòlics

Enzims específics del plasma

Alguns enzims són constituents funcionals de la sang i els trobem dissolts  en el plasma sanguini a una concentració baixa i constant:
Enzims que participen en la coagulació (factors de coagulació) i homeòstasi (trombina i plasmina), implicats en el metabolisme de les lipoproteïnes (lecitina colesterol aciltransferasa, lipoproteïnlipasa, ceruloplasmina, seudocolinesterases...)

El seu excés o dèficit indica normalment un problema en l’òrgan productor, que en la majoria de casos és el fetge

També poden ser degut a pèrdua excessiva de les proteïnes per l’orina com a conseqüència de síndrome Nefròtic, glomerulonefritis...

Enzims no específics del plasma

No tenen funció biològica en la sang, no són constituents normals del plasma. Els trobem degut a processos de difusió o a casos patològics que indiquen una elevada taxa de renovació (lisi cel·lular)

Són enzims intracel·lulars amb una activitat enzimàtica molt superior respecte a la que trobem en el sèrum. Els trobem degut a processos de renovació cel·lular i petits traumatismes

Una lesió en un òrgan a nivell cel·lular-tissular al ibera el contingut al líquid intersticial, que per difusió passarà a la sang (2-12 hores) i a la limfa (més lentes)

Activitat enzimàtica intracel·lular vs. Plasmàtica

En funció del grau de lesió es veuran alliberats uns enzims o altres:

• Dany lleu, afecta als enzims de membrana (FAlc i GGT) i citosòlics de PM baix (ALT, LDH, CK)
• Dany greu, tots els enzims citosòlics i alguns dels orgànuls (AST, Faç, glucosidasa)
• Lesió molt greu, tots els enzims cel·lulars (AST mitocondrial, glutamat deshidrogenasa, malat deshidrogenasa)

Per què un analit sigui una bona eina diagnòstica ha de complir:
especificitat i tenir una bona finestra diagnòstica

Molts dels enzims amb el que es treballa habitualment no són específics d’òrgans, com l’ALT, AST, CK... Hi ha enzims que tot i no ser específics d’un òrgan ens permet saber el seu origen. Són els isoenzims, enzims amb la mateixa funció però amb petites diferències que afecten als aa’s estructurals i no al centre actiu

La majoria són enzims amb estructura quaternària, formats per més d’una cadena proteïca, i la combinació d’aquestes sub-unitats dóna lloc a una o altre forma d’enzim

Aquesta diferència en la part estructural  permet que les sub-unitats no siguin inhibides per la mateixa substància

LDH (tetràmer, 5 isoformes)

H4,         cor, múscul i eritròcits

H3M,      sistema reticuloendotelial i leucòcits H2M2,              pulmons

HM3,              ronyons, placenta i pàncrees M4              fetge i musculatura

Creatin quinasa (dímer, 3 isoformes)

BB, predominant en el cervell MB origen cardíac

MM, muscular i cardíac

Enzims plasmàtics d’interès diagnòstic

Tenir una bona finestra diagnòstica significa que permet diagnosticar bé una malaltia, procés, recuperació...

Ex: la determinació de l'IAM es pot fer per determinació de CK, AST, LDH... Però no són bons indicadors per què CK, AST i LDH són presents a moltes cèl·lules de l'organisme, no tenen una bona especificitat d'òrgan. Per la determinació dels IAM actualment es fa per ECG i determinació de troponines que tenen una aparició inferior a 2-3 hores i especificitat d'òrgan

En canvi la CK s'utilitza per la determinació de reinfarts, perquè tenen una taxa metabòlica molt elevada en el fetge en comparació amb les troponines que es mantenen constants en plasma durant molts dies

Enzims associats a dany hepàtic

Gamma glutamil transferasa (γGT):

enzim de la membrana dels hepatòcits vinculat a la degradació de xenobionts i drogues. Catalitza la transferència d’un grup γ glutamil d’un pèptid a un altre, o entre aa’s. No és específic d’òrgan, es troba en fetge, ronyó i pàncrees i predomina en les vies biliars.

S’utilitza sobretot en seguiment de tractaments de desintoxicació alcohòlica i quan coincideix amb valors elevats de FAlc té caràcter diagnòstic de colèstasi

L’ALT i AST es determinen tots dos per mètodes cinètics i es quantifica la producció de NAD+. Els valors normals per ALT i AST són (<32 i="">32><40u ,="" en="" dones="" i="" homes="">40u>

La γGT també es determina per mètodes cinètics però en aquest cas es determina la presència del producte format que es pot mesurar espectrofotometricament

Enzims associats a dany hepàtic

Fosfatasa alcalina (ALP) (EC 3.1.3.1)

enzim membranós present en cèl·lules osteoblàstiques i hepàtiques entre moltes altres. La seva concentració augmenta en processos fisiològics com l’embaràs i el període de creixement ossi

També augmenta en processos patològics com:

-

Patologies òssies com la malaltia de Paget o osteïtis deformant hipertròfica , osteosarcoma i metàstasi òssia

- Malalties hepatobiliars, en el fetge la síntesi i secreció de l’ALP està estimulada per la presència de sals biliars. En casos d’obstrucció biliar augmenta l’ALP en sang. Quan es veu augmentat juntament amb GGT indica colèstasi

La determinació d’ALP es realitza per mètodes cinètics, generant el producte p-nitrofenol de color groc que absorbeix a 420nm. Els valors per adults és 40-130 U/L en homes i 35-105 U/L en dones. En nens pot estar augmentada 3-4 vegades i les persones grans poden tenir un valor fins a 30% superior

La ALP òssia és un isoenzim diferent a l’hepàtic

Lactat deshidrogenasa (LDH) EC 1.1.1.27, enzim tetramèric present  en totes les cèl·lules del cos. Un increment dels valors de LDH indiquen necrosi tissular.

No té especificitat però es pot associar a altres marcadors per localitzar la lesió i donar una idea de la gravetat i pronòstic. S’utilitzen tècniques electroforètiques per determinar isòmers

Ajuda diagnòstica per hepatopaties (LDH5) i IAM (LDH1)

L’hemòlisi augmenta la LDH en sang i és un dels motius principals per rebutjar mostres hemolítiques

cor, múscul i eritròcits

leucòcits pulmons

ronyons, placenta pàncrees

fetge i musculatura

La pancreatitis aguda és una malaltia molt greu que pot tenir conseqüències

letals per l’organisme. Les seves causes són l’obstrucció del conducte pancreàtic i l’alcoholisme, en qualsevol cas l’activació del tripsinogen en els acins pancreàtics enlloc de fer-ho en el duodè, comencen a fer l’autodigestió

Els enzims que es determinen són la lipasa i l’amilasa. Si el valor de la primera es multiplica per >3 en sang respecte els valors normals o l’amilasèmia per >4, tenen una elevada especificitat i sensibilitat de pancreatitis aguda

Α-amilasa (EC 3.2.1.1)

, hidrolitza enllaços glicosídics del midó i glicogen produint cadenes més curtes amb residus de glucosa o maltosa

Hi ha dos isoenzims diferents, el salival (parotiditis) i el pancreàtic

És una molècula relativament petita que es filtrada lliurement pel ronyó, podent- se determinar també en mostres d’orina

Lipasa (EC 3.1.X.X

) hidrolitza ésters del glicerol donant a lloc a àcids   grassos

lliures. Té una aparició en plasma més ràpida que la amilasa i una major sensibilitat i especificitat

Tant la determinació d’amilases com de lipases, es pot fer per tècniques colorimètriques enzimàtiques diferents, i en el cas de les lipases també per mètodes turbidimètrics

Enzims associats a dany cardíac i muscular

Fins l’any 2000 s’utilitzava la determinació de LDH, CK, CK-MB i AST com a marcadors de malaltia isquèmica cardíaca. Ara s’utilitza la Troponina T i es manté la utilització de la CK-MB que és específica dels miocardiòcits

CK (EC 2.7.3.2)

, fosfotransferasa citosòlica que catalitza la transferència de l’E

uan es produeix la contracció muscular. Ment de l’ATP

Enzims associats a dany cardíac i muscular

És un enzim dimèric que dóna lloc a tres isoformes: BB, cervell i intestí

MB, “específica” del cor MM, cardíaca i muscular

Increments de CK indiquen lesions musculars, cardíaques o cerebrals. A partir de l’electroforesi es pot saber l’origen de la CK sèrica

La CK es localitza preferentment en els músculs estriats, els valors de referència varien en funció de l’edat, sexe, raça, activitat física...

La CK-MB representa només un 20% de la CK cardíaca però li permet actuar com a eina diagnòstica per la seva especificitat. Dóna una ràpida pujada de l’activitat sèrica posterior a IAM (3-6 hores), i presenta valors propers a la normalitat a partir del tercer dia. Molt utilitzada en reinfarts

Per la seva determinació s’utilitzen mètodes enzimoimmunològics i d’immunoinhibició

Cinètica enzimàtica

Les reaccions enzimàtiques són reversibles. Per què la reacció es doni de manera espontània, ha de complir que l’increment de l’energia lliure de Gibbs sigui negativa (∆G-), però en presència de catalitzadors això no cal.

No sempre un enzim és capaç de fer les reaccions en els dos sentits, a vegades calen dos enzims diferents (punts de regulació)

De manera espontània la E d’activació es supera quan : E cinètica de les partícules (al xocar) > E d’activació

Per   això   la   Temperatura        incrementa                    la                  velocitat        de reacció

En condicions “normals” a on la Temperatura és cte, les concentracions de S i P, determinen en la majoria de casos el sentit de la reacció

La velocitat a la que tindrà lloc la reacció depèn de factors:

O
Extrínsecs, com la temperatura, Pressió i pH

O
Intrínsecs, com la [S] i [P] i la presència de substàncies que afavoreixen la  reacció com els cofactors, coenzims…

Quan les variables pH, Temperatura, [P] i presència de cofactors es mantenen constants, i la concentració d’enzim és fixe, la velocitat de reacció augmenta a mesura que augmenta [S] fins a arribar a un punt a on la velocitat arriba a una asímptota que és la vmax

Per més que la [S] augmenti, la velocitat no ho pot fer perquè tots els centres actius dels enzims estan ocupats, l’enzim està saturat

Aquesta saturació de la reacció permet calcular un valor, que és constant per cada enzim  a unes condicions determinades, i ens informa de l’afinitat S-E

Què indica una Km elevada?

Un enzim amb Km baixa, quina vmax tindrà? Alta o baixa?

En la gràfica s’observen dues zones

O
Petits increments de [S] suposen un increment lineal de la velocitat de reacció

CINÈTICA DE PRIMER ORDRE

OEncara que augmenti [S], la velocitat de la reacció no varia

CINÈTICA D’ORDRE ZERO

Activitat.

Quan   volem   determinar   l’activitat   enzimàtica   d’una           mostra  de                sèrum (indirectament volem saber la quantitat d’enzim en sang), com ha de ser la [S]?

És a dir, hem de determinar-ho en la zona de cinètica de primer ordre o d’ordre zero? Per què?

L’activitat enzimàtica es pot mesurar de 2 maneres diferents:

O
Mesurant l’increment de producte format per unitat de temps

O
Mesurant la disminució de substrat per unitat de temps Les dues es realitzen normalment per tècniques colorimètriques

Per què la determinació sigui vàlida, l’únic factor limitant en la reacció ha de

ser la [E] que es el que volem determinar de la mostra, per això:

• La [S] i la presència de cofactors o coenzims ha de suficient perquè no influeixi en la velocitat de la reacció.
• A més, la Patm, la Temperatura i el pH han de ser sempre els mateixos doncs l’activitat (velocitat) de l’enzim depèn d’aquests factors

Es realitza una monitorització per comprovar que realment estem a la cinètica d’ordre zero, la v no varia.

Unitats de mesura enzimàtica, no mesurem la quantitat d’enzim sinó que mesurem la seva activitat

Unitat enzimàtica (U)

Una unitat enzimàtica (U) és la quantitat d’enzim que catalitza 1 micromol de substrat en un minut, en condicions estàndard

1. Katal

Quantitat d’enzim que catalitza la conversió de 1 mol de substrat en un segon, en condicions estàndard

Les unitats del Sistema Internacional (mols/s) genera els katals, però que dóna lloc a uns valors molt elevats que pràcticament no s'utilitzen

1katal = 6x10

7 U                 1U = 1,67x10
-8 katal

La velocitat de les reaccions enzimàtiques es veu modificada per diferents

factors:                1. PH                                 4. [Substrat]

Temperatura                  5. [Producte]

Quantitat enzim             6. Presència inhibidors

1. pH
   Els radicals dels aa's que formen els enzims es troben carregats elèctricament. Aquestes càrregues permeten establir interaccions que estabilitzen l'estructura terciària i permeten l'activitat de la molècula

Els canvis en el pH, quantitat de H+ presents  en el medi, modifica les càrregues de la molècula provocant canvis estructurals que provoquen disminució de l'afinitat pel S i  pèrdua d'activitat catalítica fins arribar a la desnaturalització de la proteïna

Els enzims presenten un pH òptim de màxima activitat proper a la neutralitat, i una disminució simètrica per valors superiors o inferiors

1. Temperatura, l'increment de temperatura del medi augmenta l'E cinètica de les partícules de manera que creix la probabilitat de que el S es "trobi" amb el centre actiu, i disminueix l'E d'activació de la reacció

En la majoria d'enzims, un increment de 10oC en la temperatura del medi suposa una duplicació de la velocitat enzimàtica

A partir d'un determinat valor de Temperatura òptima, l'activitat disminueix de manera ràpida fins que es produeix la desnaturalització de la proteïna

L'activitat o velocitat enzimàtica no és simètrica al voltant del valor de temperatura òptima com passa amb el pH

1. Quantitat o concentració d'enzim, la velocitat enzimàtica és la mateixa però es modifica la velocitat de producte obtingut

Quan determinem activitat enzimàtica d'una solució, aquesta ha de ser l'única variable no coneguda

1. [Substrat], a mesura que augmenta la concentració de substrat incrementa proporcionalment la velocitat de la reacció

A partir d'una determinada concentració de substrat aquesta relació deixa de ser lineal i tot i augmentar la velocitat ho fa de manera més lenta

A partir d'una concentració de substrat, la velocitat de la reacció assoleix una asímptota i no augmenta més (Vmax).

En aquest moment, tots els enzims tenen el centre actiu ocupat i fins que no te lloc la catàlisi no agafa un altre molècula de substrat

1. [Producte], a mesura que es produeix la reacció i s'acumula més producte la velocitat de la reacció disminueix

1. Presència d'inhibidors, la presència de molècules o ions que poden interferir amb l'enzim provoquen una disminució de la velocitat de catàlisi enzimàtica. Aquestes substàncies que poden provocar alteració o desequilibris metabòlics són tòxics per l'organisme.

També s'utilitza aquest mecanisme per aturar processos infecciosos, intoxicacions...

2 tipus d'inhibidors:            a) Reversibles, uníó no covalent

B) Irreversibles, uníó covalent

a1)
Inhibició reversible competitiva, l'inhibidor  té estructura 3D semblant al substrat i competeix amb ell pel centre actiu

En aquests casos la Vmax es manté, l'enzim no ha canviat i segueix tenint les mateixes característiques, però augmenta la Km, es necessita una [S] superior perquè ha de competir amb l'inhibidor

Si augmenta la [S] es pot arribar a la mateixa vmax

Cinètica enzimàtica

Aquest fenomen s'utilitza en diferents tractaments terapèutics i farmacològics.

En intoxicacions amb metanol o etilenglicol, l'enzim alcohol deshidrogenasa el transforma en formaldehid que té una altíssima toxicitat provocant acidosi sanguínia i ceguesa

Es tracta el pacient amb etanol EV que competeix amb el metanol pel ADH, al mateix temps que se'l tracta amb hemodiàlisi per eliminar el metanol i formaldehid de la sang

Les sulfamides tenen una gran afinitat pels enzims involucrats en la síntesi d'ADN bacterià

Les estatines són inhibidores de la HMG-CoA reductasa, enzim regulador de la síntesi de colesterol endogen

El principi actiu del Viagra és el sildafenil, inhibidor de l'enzim que degrada el senyal que provoca l'erecció del penis

Cinètica enzimàtica

a2)
Inhibició reversible no-competitiva, la molècula inhibidora s'uneix a l'enzim en una zona diferent al centre actiu provocant uns canvis en l'estructura de l'enzim manera que el substrat no el reconeix o bé el centre actiu perd l'activitat catalítica

L'enzim que està unit a l'inhibidor es "perd", queda segrestat, no compta per fer reaccions de manera que la velocitat enzimàtica de la solució es veu disminuïda

És independent de la [S], la Km no varia. Encara que afegim una gran [S] en la solució, no es modifica la velocitat

Exemples d'aquestes substancies serien alguns fàrmacs retrovirals utilitzats contra el VIH i el Herpes virus

- Tripanevir, inhibidor proteasa

-

PETT2, inhibidor transcriptasa inversa

Cinètica enzimàtica

a3)
Inhibició reversible acompetitiva o mixta, l’inhibidor s’uneix a l’enzim quan aquest està unit al substrat i impedeix la  seva acció catalítica.

Disminueix la Vmax i augmenta la Km

Un exemple és la Inosina 5’monofosfat deshidrogenasa (IMPDH) que actua com a inhibidor en la síntesi de Guanina. S’utilitza en medicaments antivirals contra el HVC i en immunosupressors

b) Inhibició irreversible, l’inhibidor s’uneix covalentement a la cadena d’aa’s de l’enzim  i canvia la seva estructura espaial fent que el centre actiu no sigui funcional. L’enzim es “perd

Penicilina, s’uneix a un enzim transpeptidasa que lliga les capes de peptidoglicà de la PC bacteriana produïnt la mort d’aquest

Cinètica enzimàtica

Representació de Lineweaver-Burk o doble recíproc

La representació gràfica de Michaelis-Menten es pot transformar per obtenir representacions gràfiques més fàcils d’interpretar i d’extrapolar resultats

Resulten molt útils per comprovar el tipus d’inhibició al que està sotmés un enzim

A l’eix de les x es representa 1/ [S] , i el l’eix de les y es representa 1/v

El pendent de la recta és Km/Vmax

El punt de tall amb l’eix de les y, és a dir, per x=0                                                                          y=1/Vmax El punt de tall amb l’eix de les x, és a dir, per y=0                x= -1/Km

1. Inhibició  competitiva,  la                Vmax             es                manté            i augmenta Km

1. Inhibició acompetitiva o mixta, es modifica tant la Vmax com la Km

1. Inhibició  no-competitiva,  la  Km  es  manté constant i disminueix la Vmax

Regulació enzimàtica

En un organisme les reaccions enzimàtiques no són un fet aïllat, la majoria de reaccions formen part d'una via o ruta metabòlica. Les rutes poden ser anabòliqües, catabòliqües o amfibòliqües

e2

e1                                           e4                   e5

A           B           C           D           E

e3

En la majoria de rutes amfibòliqües hi ha com a mínim una reacció que requereix dos enzims per fer la reacció en els dos sentits, o el que és el mateix, els enzims que catalitzen un dels passos de la ruta no són reversibles

La regulació, que es produeix sobre els enzims no reversibles, impedeix un malbaratament d'energia i metabòlits, i són el coll d'ampolla de la ruta

Les necessitats fisiològiques de les cèl·lules són variables tant en períodes curts (entre àpats), mitjans (cicle menstrual) o llargs (infància-senectut). Això fa que l'activació de les vies metabòliqües i la seva velocitat siguin molt canviants

Regulació enzimàtica

Estratègies per regular les reaccions enzimàtiques a.

Compartimentació

Les vies anabòliqües i catabòliqües es donen en diferents llocs de la cèl·lula com en el cas de la lipogènesi i la β-oxidació, o la síntesi d'ADN i ARN...

1. Regulació gènica o control de la concentració d'enzim

Una hormona o substància actuen com a promotor o inhibidor de la síntesi d'un enzim. És un procés lent i costós energèticament (síntesi hormona, síntesi ARN, síntesi proteïna) i s'utilitza sobretot per adaptació a condicions  ambientals i etapes del desenvolupament

Però també en casos diaris: la insulina estimula                             la síntesi       de glucoquinasa, fosfoglucoquinasa, piruvat quinasa, glicogen sintetasa i altres    enzims de la glicogènesi i lipogènesi. Mentre que inhibeix enzims claus de la ruta de la gluconeogènesi

Regulació enzimàtica

1. Regulació per metabòlits

Mecanisme més utilitzat, procés reversible que permet activar-inhibir els enzims i recuperar-los  de manera ràpida i eficient. La majoria de molècules activadores o inhibidores s'uneixen a una zona de l'enzim diferent al centre actiu (inhibició no competitiva), encara que també ho poden fer al centre actiu (competitiva) o al complex ES (acompetitiva

Els enzims que tenen aquest tipus de regulació s'anomenen enzims al·lostèrics.

Presenten una cinètica no mendeliana quan no  hi ha activador o inhibidor, l'enzim presenta una relació sigmoïdal velocitat vs. [S]

Solen ser enzims formats per un nombre parell de sub-unitats proteiques

El mecanisme més comú és la retroalimentació per feedback, el producte final o intermedi inhibeix la reacció, així s'estalvia ATP, consum innecessari d'intermediaris i acumulació de producte final.

El colesterol actua com a inhibidor de la seva síntesi, l’ATP de la glicòlisi…

Substàncies com la glucosa actua com a regulador de la síntesi d’enzims. Quan hi ha glucosa en el citosol s’inhibeix la síntesi de la piruvat carboxilasa que regula el pas de piruvat a glucosa en la gluconeogènesi

1. Síntesi de la forma enzimàtica inactiva o zimogen

Es produeix una forma que només s’sctiva després d’una reacció química, per exemple l’eliminació d’una porcíó de la molècula. Les proteases que sintetitza el pàncrees o qualsevol cèl·lula i que emmagatzema en lisosomes podrien digerir la pròpia estructura cel·lular (quimiotripsina, tripsina...)

Enzims amb valor diagnòstic

Alguns enzims són constituents funcionals de la sang i es troben dissolts en el plasma (a concentracions constants i baixes)
A on porten a terme les seves funcions. Són produïts i segregats en la gran majoria pel fetge i normalment les alteracions es deuen a una disfunció orgànica que disminueix el seu nivell en sang. Alguns exemples d’enzims plasmàtics serien:

• enzims que participen en la coagulació sanguínia (tromboplastina, protrombina, plasmina...)
• enzims implicats en el manteniment de la homeòstasi com la ceruloplasmina, la proteinlipasa, lecitina-colesterol aciltransferasa...

Altres, la majoria, són enzims intracel·lulars que es troben en el plasma degut al mecanisme de difusió passiva del medi més concentrat (intracel·lular) al menys concentrat (líquid intersticial-sang). En situacions normals la concentració d'aquests enzims és molt estable i baixa, i l’estudi de l’activitat enzimàtica en sèrum o plasma dóna una informació molt valuosa sobre el funcionament de diferents òrgans i teixits.