Universidad de Guadalajara

Mecanismos de Reacciones Enzimaticas

MCQ David Camacho Córdova__________________________

Departamento de Química del CUCEI

Mecanismos catalíticos

• A Catálisis ácido- base• B Catálisis covalente• C Catálisis por iones metálicos• D Catálisis electrostática• E Catálisis mediante efectos de proximidad y

orientación• F Catálisis por fijación del estado de transición

A Catálisis ácido- base

• La catálisis ácida general es un proceso en el que la transferencia parcial de un protón desde un ácido de Brönsted (especie que puede donar protones) disminuye la energía del estado de transición en una reacción.

• La catálisis básica general si la velocidad de una reacción aumenta debido a la abstracción parcial de un protón por una base de Brönsted (especie que puede aceptar un protón).

A Catálisis ácido- base (tautomerización ceto-enol)

A Catálisis ácido- base (mutorrotación de la glucosa)

A Catálisis ácido- base (mutorrotación de la glucosa)

B Catálisis covalente• Supone aceleración de la velocidad de reacción a través de

la formación transitoria de un enlace entre la enzima y el sustrato.

• La catálisis covalente se puede descomponer en dos pasos:

1. La reacción nucleofílica entre el catalizador y el sustrato para formar un enlace covalente.

2. La eliminación de electrones del centro de reacción por el catalizador que, ahora, es electrofílico.

B Catálisis covalente

• La amina ataca nucleofílicamente al grupo carbonilo del acetoacetato formando una base de schiff.

• La formación y descomposición de la base de schiff se produce muy rápidamente por lo que no es la etapa determinante en esta reacción.

Hidrólisis del RNA catalizada por la Rnasa pancreática bovina.

• Formación del nucleófilo.• Ataque del nucleófilo• Liberación del R-O-

• Robo del protón por el R-O- para formar el R-OH.

• Formación del nucleófilo• Apertura del anillo• Desprotonación del anillo

de histidina.

• Liberación del nucleótido• Regeneración de los sitios

activos.

C Catálisis por iones metálicos• Casi un tercio de las enzimas conocidas requiere la presencia

de iones metálicos para su actividad catalítica.• Existen dos clases de enzimas que requieren iones

metálicos.

1. Metaloenzimas: Contiene iones metálicos fuerte mente unidos, metales de transición (Fe+2, Fe+3, Cu+2, Zn+2, Mn+2, Co+3 ).

2. Enzimas activados por metal: Fijan débilmente metales presentes en una solución, normalmente iones metálicos alcalinos o alcalino-térreos (Na+, K+, Mg+2 o Ca+2).

C Catálisis por iones metálicos

• Los iones metálicos participan en el proceso catalítico de tres modos principales:

1. Fijándose a sustratos, de modo que los orientan adecuadamente para la reacción.

2. Facilitando reacciones de oxido- reducción, mediante cambios reversibles en el estado de oxidación del ion metálico.

3. Estabilizando o apantallando electrostáticamnete las cargas negativas.

C Catálisis por iones metálicos

Los iones metálicos son a menudo catalizadores mucho más efectivos que los protones, por que los iones metálicos pueden estar presentes a elevadas concentraciones a pH neutro y pueden tener cargas > +1, por ello los iones metálicos han sido apodados “superácidos”.

Descarboxilación del dimetiloxaloacetatoCatalizada por iones metálicos como el Cu+2, Ni+2.

Sitio activo de la carbónico anhidrasa humana

• El Zn+2 tetraédricamente coordinado por tres evolutivamente invariables cadenas de His y una molécula de H2O. Esta molécula de H2O polarizada con el Zn+2 se ioniza en un proceso facilitado por los Glu 106 y 117.

• El OH- resultante ligado al Zn+2 ataca nucleofílicamente al CO2 próximo unido a la enzima, convirtiéndolo así en HCO3

-.• El sitio activo se regenera por la fijacion y

onizacion de otra H2O al Zn+2 posiblemente antes que salga el ion HCO3

- de manera que se forma transitoriamente un complejo de Zn+2 pentacoordinado.

D Catálisis electrostática

• La fijación de un sustrato produce generalmente la exclusión de agua del sitio activo de la enzima.

• La constante dieléctrica del sitio activo se parece, por tanto, a la de un disolvente orgánico en el que las interacciones electrostáticas son mas fuertes.

• Así los valores de pK de las cadenas de los aminoácidos en las proteínas pueden desplazarse varias unidades de los valores nominales debido a la proximidad de grupos cargados.

• Esta distribución de cargs sirve aparentemente para guiar sustratos polares hacia sus sitios de fijación, de modo que la velocidad de estas reacciones enzimáticas es mayor que sus limites aparentes de control por difusión.

E Catálisis mediante efectos de proximidad y orientación

• Los reactivos han de entrar en contacto con la relación espacial adecuada para que tenga lugar la reacción.

• Tratamiento de Daniel Koshland1. Las especies reactivas, es decir, los grupos funcionales , son

aproximadamente del tamaño de una molécula de agua.2. Cada especie reactiva en solución tiene 12 moléculas vecinas

próximas, como esferas empacadas del mismo tamaño.3. Las reacciones químicas solo se dan entre reactivos que están en

contacto.4. La concentración del reactivo en solución es suficiente mente baja, de

forma que la probabilidad de que cualquier especie reactiva este en contacto con mas de una molécula del otro reactivo sea despreciable.

• La detención de las mociones relativas de los reactivos y su orientación adecuada puede dar lugar a grandes incrementos de la velocidad de catálisis.

F Catálisis por fijación del estado de transición

• El concepto original de fijación del estado de transición propuso que las enzimas tensionan mecánicamente sus sustratos, llevándolos a la geometría del estado de transición, mediante sitios de fijación en los que no encajaría perfectamente los sustratos sin distorsionar.

• Mecanismo del potro (análogo al instrumento medieval de tortura).

• La velocidad de reacción es 315 veces mas rápida cuando R es CH3 en lugar de H, debido a las mayores repulsiones estericas entre los grupos CH3 y los grupos reactivos.