Encimas

Tema 4. Enzims, cinètica enzimàtica i
regulació.

Enzims com a catalitzadors eficients de les
reaccions químiques.

Els enzims són biomolècules, normalment de tipus
protèic, encara que també n’hi han amb estructura d’àcid
nuclèic.

Enzims com a catalitzadors eficients de les
reaccions químiques.
Keq = [CO3H2] / [CO2] x [H2O]

La hidratació del gas anhídrid carbònic en aigua perdonar àcid carbònic no necessita enzim…

Enzims com a catalitzadors eficients de les
reaccions químiques.
Keq = k1 / k-1 = 5,4 x 10-5 M-1 a pH 7 i 37 °C
també Keq = [CO3H2] / [CO2] x [H2O] i suposant [H2O] constant a
≈ 55,6 M, [CO2] / [CO3H2] = 337

Les concentracions de substàncies en l’equilibri no varien per la presència
d’enzim

Temps per equilibrar CO2 i HCO3- sense enzim ≈ 1min; a dins
d’eritròcit amb AC ≈ 2 ms; temps de trànsit de sang a
capilars ≈ 1seg; temps per una volta sencera de la sang pel
cos humà: ≈ 1 min

Enzims com a catalitzadors eficients de les
reaccions químiques.

Però en presència d’enzim (anhidrasa carbònica, AC)
s’arriba a l’equilibri termodinàmic molt més ràpidament…

kun i kcat ⇒ k1 en absència o en presència d’enzim, respectivamentL’anhidrasa carbònica hidrata unes 106 molècules de CO2 per segon,
mentre que sense enzim una molècula triga uns 8 seg en hidratar-se.

Cofactors
Apart del component protèic o d’acid nuclèic, els enzims poden contenir
biomolècules addicionals necessaries pel seu correcte funcionament catalític

Apoenzim + cofactor = Holoenzim

Coenzyme A

5’-Adenosyl cobalamine

Cinèticaenzimàtica

Els enzims acceleren les reaccions químiques reduint l’energia lliure
necessària per arribar a l’estadi de transició.

A +B

C + D

ΔG = ΔG° + RT ln ( [C]x[D] / [A]x[B] )

unitats en kJ x mol-1

Quan s’arriba a l’equilibri termodinàmic ΔG = 0 i per tant:
ΔG° = - RT ln x Keq
En condicions “estàndard” (1M de substrats i productes), pH 7 i 25 °C
tenim ΔG° = ΔG°’

Quan ΔG oΔG°’ es negatiu la reacció anirà, de manera espontània, en
direcció a productes finals i a l’inreves quan és positiu.

S → X‡ → P
(http://adan-embl.ibmc.umh.es/biorom/indices/index.html)

ΔG = G productes – G substrats

Estructura de l’anhidrasa carbònica humana tipus II (1ca2)

Esquema de l’activació com nucleòfil de l’oxigen de l’aigua al centre
catalític de l’anhidrasa carbònicapK’ de l’aigua lliure = 15,7
pK’ de l’aigua al centre catalític de l’AC = 7

Cicle catalític de
l’anhidrasa
carbònica

Pseudoestadis de
transició

La hidratació del gas anhídrid carbònic en aigua per
donar àcid carbònic no necessita enzim…

Keq = [CO3H2] / [CO2] x [H2O]

Encara que la catàlisi enzimàtica no es fa
directament com indicaria l’esquema…

Un anàleg sintètic delcentre
actiu de la anhidrasa carbònica

Estructura proposada pel complex de Zn 2+ i H20 que accelera la
hidratació del CO2 100 cops respecte a la seva absència

Perquè es redueixi l’energia de formació de l’estadi de transició cal que es
formi un complex entre enzim i substrat/s. Aquest complex enzim-substrat
(ES) es dona a l’anomenat “centre actiu” de l’enzim.
Algunes característiquesgenerals dels “centres actius”:
•  Els forma només una petita part dels aa. de l’enzim.
•  Moltes vegades de posicions allunyades en la seqüència primaria
•  Estan en “solcs” o “coves” de les que s’exclou aigua (a no ser com
substrat).
•  Permeten interaccions febles multipunt, però específiques entre enzim i
substrathttp://adan-embl.ibmc.umh.es/biorom/contenido/SCeroni/galmolec/proteinas/anidrase_Jmol/anidrase.htm

Cicle catalític de
l’anhidrasa
carbònica

Pseudoestadis de
transició

Una prova de l’existència de complexes
específics enzim-susbtrat: la saturació de la
velocitat de producció de producte a
concentracions elevades de substrat si és
manté fixe la d’enzim

Model de “clau i pany”

Model de “clau i pany”,
“ajustable”

En realitat, la millor...