En esta asignatura se revisan los aspectos más relevantes de la estructura y funcionamiento del centro activo de un enzima. Inicialmente se estudia la unión de ligandos a una macromolécula con uno o más centros de unión específicos para cada uno de ellos. Después se estudia la cinética monosustrato y bisustrato, así como el efecto del pH y la temperatura en la estabilidad y actividad del enzima. Finalmente, se estudia la regulación de la actividad enzimática por efectores (activadores e inhibidores), así como la regulación alostérica. Una aproximación práctica y cuantitativa se consigue mediante la resolución de problemas y la simulación con ordenador.

Esta asignatura requiere que los estudiantes tengan conocimientos, además de en Bioquímica, en Química, Matemáticas y Física. El estudiante debe saber representar datos experimentales en gráficos tanto en papel como en hojas de cálculo (Excel), además de tener práctica en el uso de la calculadora. La asignatura es básica en la formación de profesionales científicos y está vinculada con otras tales como la Bioquímica, Técnicas Instrumentales, Biofísica y Procesos y Productos Biotecnológicos, entre otras.

En esta asignatura se revisan los aspectos más relevantes de la estructura y funcionamiento del centro activo de un enzima. Se estudia la unión de ligandos a una macromolécula con uno o más centros de unión específicos para cada uno de ellos. Después se estudia la cinética monosustrato y bisustrato, así como el efecto del pH y la temperatura en la estabilidad y actividad del enzima. Finalmente, se estudia la regulación de la actividad enzimática por efectores (activadores e inhibidores), así como la regulación alostérica. Una aproximación práctica y cuantitativa se consigue mediante la resolución de problemas y la simulación con ordenador.



Contenido:

El centro activo de los enzimas. Nomenclatura y clasificación de los enzimas. Unión de ligandos a una macromolécula. Cinética de un enzima con un sólo sustrato. Influencia del pH y la temperatura en la estabilidad y actividad de un enzima. Cinética de un enzima con dos sustratos. Regulación de la actividad enzimática. Inhibición enzimática. Activación enzimática. Modelos para explicar el comportamiento cooperativo y alostérico de las proteínas y enzimas.



Sistema de evaluación:

La docencia magistral será evaluada por un examen que comprende preguntas tipo test y ejercicios cuantitativos, y que representará el 70-90% de la nota final. Los seminarios, prácticas de aula y de simulación con ordenador se adjudicarán el porcentaje restante (10-30%).

Enzimas. Nomenclatura y clasificación. El centro activo de los enzimas Definición y topología. Aminoácidos integrantes: de unión, de catálisis y de conformación. Modelos de centro activo: de Fischer y de Koshland. La Enzyme Commission. Unidades de actividad enzimática. Simbolismos recomendados para la cinética enzimática.

Unión de ligando/s X (X e Y) a una macromolécula que posee un único centro de unión Introducción. Función de saturación y saturación fraccional. Fracciones molares. Algunos casos particulares de interés.

Cinética de un enzima con un solo substrato Ecuación de velocidad. Deducción de Henri- Michaelis-Menten. Deducción de Briggs-Haldane. Equilibrio rápido y estado estacionario. Velocidad de reacción neta. Relación de Haldane. Forma integrada de la ecuación de Michaelis.

Influencia del pH y la temperatura en la estabilidad y actividad de un enzima Efecto del pH en la estabilidad del enzima. Efecto del pH en los parámetros cinéticos. Funciones de pH de Michaelis. Enzimas con distinto grado de ionización. pH óptimo de actividad. Efecto de la temperatura en la estabilidad. Temperatura óptima de actividad y estabilidad. Efecto de la temperatura en los parámetros cinéticos. Teoría y representación de Arrhenius.

Cinética de un enzima con dos sustratos Reacciones que implican la formación de un complejo ternario: mecanismo secuencial al azar y ordenado. Reacciones que implican la formación de complejos binarios: mecanismo ping-pong y de Theorell-Chance. Ecuaciones de velocidad. Determinación de mecanismos y parámetros cinéticos.

Regulación de la actividad enzimática Concepto de efector. Activadores e inhibidores. Inhibición reversible e irreversible. Inhibición de tipo puro: competitiva, no competitiva e incompetitiva. Ecuaciones de velocidad. Inhibiciones de tipo mixto lineales. Inhibiciones hiperbólicas. Ecuaciones de velocidad. Inhibición por alta concentración de sustrato. Activación enzimática esencial y no esencial.

Unión de ligando X a una macromolécula con más de un centro de unión por molécula Macromolécula con tres o más centros de unión. Cooperatividad en la unión. Cooperatividad mixta.

Modelos para explicar el comportamiento cooperativo y alostérico de las proteínas y enzimas Saturación fraccional. Modelos de cooperatividad: Adair, de Pauling-Wyman y de Hill. Modelos alostéricos: Monod, Wyman y Changeux, modelo de Koshland, Nemethy y Filmer. Otros modelos (generalizado, de asociación disociación¿). Enzimas alostéricos. Centro catalítico y centro regulador. Ejemplos.

Para seguir las explicaciones teóricas los estudiantes disponen en el Aula virtual (e-Gela) de los materiales docentes empleados en las clases magistrales, además de los enunciados de problemas que resuelven individualmente y entregan para su evaluación. También se encuentran los ejercicios que se resuelven por iteración (Solver) en el Aula de informática y que también entregan para su evaluación.

• Final Assessment System
• Tools and qualification percentages:
  • Written test to be taken (%): 55
  • Realization of Practical Work (exercises, cases or problems) (%): 25
  • Individual works (%): 10
  • Team projects (problem solving, project design)) (%): 10

Sistema de evaluación:

La docencia magistral será evaluada por un examen que comprende preguntas tipo test y ejercicios cuantitativos, y que representará el 70-90% de la nota final. Los seminarios, prácticas de aula y de simulación con ordenador se adjudicarán el porcentaje restante (10-30%).

En el caso de que las condiciones sanitarias impidan la realización de una evaluación presencial, se activará una evaluación no presencial de la que será informado el alumnado puntualmente.

No hay un único libro que pueda calificarse de libro de texto. Se dispone de una página Moodle abierta del curso en la que se incluyen materiales multimedia, lecturas complementarias y otras herramientas didácticas para seguir el curso. Para la simulación por ordenador se emplearán programas disponibles comercialmente y otros desarrollados en Excel para este propósito.

Basic bibliography

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Trevor Palmer, B.A. UNDERSTANDING ENZYMES, Ellis Horwood, Chichester, 1981

In-depth bibliography

Cadenas, E. ENZIMAS ALOSTERICOS, Blume, Madrid, 1978 Foster, R.L. THE NATURE OF ENZYMOLOGY, Croom Helm, London, 1980 Guy, H. ALLOSTERIC ENZYMES. CRC Press, 1989 Kurganov, B.I. ALLOSTERIC ENZYMES. KINETIC BEHAVIOUR, John Wiley and Sons, Chichester, 1982 Leskovac, V. COMPREHENSIVE ENZYME KINETICS. Kluwer Academic/Plenum Publishers, New York, 2003 Perutz, M. MECHANISMS OF COOPERATIVITY AND ALLOSTERIC REGULATION IN PROTEINS, Cambridge University Press, Cambridge 1989 Purich, D.L. ENZYME KINETICS AND MECHANISMS. Academic Press, London, 1985 Roberts, D.V. ENZYME KINETICS, Cambridge University Press, Cambridge, 1977 Wharton, C.W. and Eisenthal, R. MOLECULAR ENZYMOLOGY, Blackie, Glasgow, 1981

Journals

Biochemistry, Biochimica et Biophysica Acta, Journal of Biological Chemistry, Biochemical Journal, FEBS Journal

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http://www.chem.qmul.ac.uk/iubmb/kinetics/ http://www.chem.qmul.ac.uk/iubmb/ http://users.rcn.com/jkimball.ma.ultranet/BiologyPages/E/Enzymes.html http://www.wellesley.edu/Biology/Concepts/Html/enzymekinetics.html http://www-biol.paisley.ac.uk/kinetics/contents.html http://www.rpi.edu/dept/chem-eng/Biotech-Environ/Canada/enzkin.html