BIOQUIMICA / enzimas

1. Tema 6. ENZIMAS. Clasificación. Principios de la catálisis
enzimática. Energía de activación. Velocidad de reacción y
equilibrio de reacción. Cinética enzimática: ecuación de Michaelis-
Menten. Ecuación de los dobles recíprocos. Inhibición enzimática.
Tipos de inhibición. Mecanismos de regulación de la actividad
enzimática: alosterismo, modificación covalente, proenzimas.
Isoenzimas
BIOQUÍMICA-1º de Medicina
Dpto. Biología Molecular
Jesús Navas
ENZIMAS
• Catalizadores de las reacciones biológicas.
• La mayoría son proteínas aunque hay moléculas de RNA
con actividad catalítica (ribozimas)
• Gran poder catalítico
• Alto grado de especificidad
• Actúan en soluciones acuosas a 37ºC y pH neutro
• Su actividad puede regularse
• El 25% de los genes humanos codifican enzimas que
catalizan reacciones metabólicas.
TEMA 6
2

2. ( ”Lehninger Principles of Biochemistry” 3th.ed.
Nelson, DL and Cox, M.M. Worth Publishers, 2000.)
TEMA 6
3
IMPORTANCIA DE LOS ENZIMAS
• Cada paso de una vía metabólica está catalizado por un
enzima.
• La medida de la actividad enzimática en fluidos
biológicos o tejidos es importante para el diagnóstico de
muchas enfermedades.
• Muchas fármacos son inhibidores de la actividad
enzimática
• Importancia en la industria de alimentación y agricultura.
TEMA 6
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3. TEMA 6
5
ENZIMAS: RESEÑA HISTORICA
• Primera descripción (finales del siglo XVIII)
• 1850. Estudios de Pasteur
• 1897. Buchner
• 1926. Summer cristaliza la ureasa
• Segunda mitad del siglo XX: se purifican y
caracterizan millares de enzimas, lo que ha
permitido conocer su mecanismo de acción.
TEMA 6
6

4. Enzimas. Definiciones:
- Cofactor: necesario para la actividad enzimática. Pueden ser iones
metálicos o una molécula orgánica, denominada coenzima. Si el
cofactor está unido fuertemente al enzima se denomina grupo
prostético.
- Apoenzima: parte proteica del enzima (no activa)
- Holoenzima: apoenzima + cofactor
Nomenclatura de los enzimas:
SUSTRATO + TIPO DE REACCION + ASA
TEMA 6
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Un tercio de los enzimas requieren algún ión metálico para catalizar
( ”Lehninger Principles of Biochemistry” 3th.ed.
Nelson, DL and Cox, M.M. Worth Publishers, 2000.)33
TEMA 6
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5. TEMA 6
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Muchas vitaminas son cofactores o precursores
de cofactores de enzimas
( ”Lehninger Principles of Biochemistry” 3th.ed.
Nelson, DL and Cox, M.M. Worth Publishers, 2000.) 10
TEMA 6

6. CLASES DE ENZIMAS
TEMA 6
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Los enzimas aceleran las reacciones
disminuyendo la energía de activación
E + S = ES = E + P
( ”Lehninger Principles of Biochemistry” 3th.ed.
Nelson, DL and Cox, M.M. Worth Publishers, 2000.)
TEMA 6
12

7. Los enzimas son estereoespecíficas porque forman
varias interacciones entre aminoácidos del centro
activo y los distintos grupos del sustrato
(“Bioquímica”, Mathews and van Holde
McGraw-Hill, 1998) 13
TEMA 6
El centro activo de los enzimas es complementario al estado
de transición de la reacción catalizada
Progreso de la reacción
( ”Lehninger Principles of Biochemistry” 3th.ed.
TEMA 6 Nelson, DL and Cox, M.M. Worth Publishers, 2000.) 14

8. Encaje
inducido
Cambio conformacional inducido por glucosa en la hexoquinasa
(Hexoquinasa = ATP:glucosa fosfotransferasa = 2.7.1.1 )
D-Glucosa
TEMA 6 ( ”Lehninger Principles of Biochemistry” 3th.ed. 15
Nelson, DL and Cox, M.M. Worth Publishers, 2000.)
TEMA 6
16

9. La Vmax se alcanza cuando todos los centros
Velocidad inicial
activos están ocupados con sustrato
1/2 Vmax
Vmax (S)
=Vo
Km + (S)
Km Concentración de sustrato [S]
("Biochemistry" 2nd ed. Garrett, R.H. and Grisham,
TEMA 6 C.M. Saunders College Publishing. 1999.) 17
Relación entre Vo y [E]
Vo
[E]
La velocidad inicial es función lineal de la concentración de
18
TEMA 6
enzima siempre que la concentración de sustrato sea alta

10. Ecuación de Michaelis-Menten
Vo =
Vmax (S)
Km + (S)
K1 K2
E+S ES P
K-1
K2 + K-1
Km =
K1
TEMA 6
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La Vmax se alcanza cuando todos los centros
activos están ocupados con sustrato
Velocidad inicial
1/2 Vmax
Concentración de sustrato [S]
Km
("Biochemistry" 2nd ed. Garrett, R.H. and Grisham,
C.M. Saunders College Publishing. 1999.) 20
TEMA 6

11. Calculo de Km y Vmax por la representación de Lineweaver-Burk
("Biochemistry" 2nd ed. Garrett, R.H. and Grisham,
TEMA 6 C.M. Saunders College Publishing. 1999.) 21
Parámetros enzimáticos
1. Km (constante para cada enzima) = concentración de S a la que la Vo es 1/2
Vmax. Es una medida de la afinidad del enzima por S. Cuanto menor es Km, mayor
es la afinidad del enzima por S
2. Kcat (constante para cada enzima) = número de recambio = número de moléculas
de sustrato convertidas en producto por molécula de enzima y unidad de tiempo, en
condiciones de saturación de sustrato.
3. Vmax = velocidad máxima teórica = la velocidad cuando todos los centros activos
están ocupados con sustrato (nunca alcanzada en la realidad)
4. Unidad de enzima = cantidad de enzima que transforma 1 µmol de sustrato por
min = una forma común de expresar la velocidad
5. Actividad específica = unidades por mg de proteína total de la preparación
enzimática. En el caso de enzimas en suero: unidades/L
TEMA 6
22

12. TEMA 6 ( ”Lehninger Principles of Biochemistry” 3th.ed. 23
Nelson, DL and Cox, M.M. Worth Publishers, 2000.)
Inhibición competitiva
+ Inhibidor
Unión del Inhibidor al centro
activo, compitiendo con S
• Aumenta Km
• No cambia Vmax
Inhibidor
Sustrato competitivo
(Adaptado de: ”Lehninger Principles of Biochemistry” 3th.ed. 24
TEMA 6 Nelson, DL and Cox, M.M. Worth Publishers, 2000.)

13. Inhibición no competitiva
+ Inhibidor Unión del Inhibidor a un sitio
del enzima distinto del centro
activo: no compite con S
• No cambia Km
• Disminuye Vmax
Sustrato
Inhibidor Sustrato
no competitivo
(Adaptado de: ”Lehninger Principles of Biochemistry” 3th.ed. 25
TEMA 6 Nelson, DL and Cox, M.M. Worth Publishers, 2000.)
Inhibición acompetitiva
+ Inhibidor
Unión del Inhibidor a enzima-S,
estabilizando el complejo
enzima-S pero impidiendo la
formación de producto:
• Disminuye Km
• Disminuye Vmax
Inhibidor
Sustrato acompetitivo
(Adaptado de: ”Lehninger Principles of Biochemistry” 3th.ed. 26
TEMA 6 Nelson, DL and Cox, M.M. Worth Publishers, 2000.)

14. Inhibidor
Sustrato competitivo
Inhibidor
Sustrato Sustrato acompetitivo
Inhibidor
no competitivo
TEMA 6
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("Biochemistry" 5th ed. Berg, Tymoczko
and Stryer. Freeman and Co. 2002)
INHIBICION COMPETITIVA INHIBICION NO COMPETITIVA
TEMA 6
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15. Efecto del pH sobre la actividad enzimática
(Garret and Grisham)
TEMA 6
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MECANISMOS DE REGULACIÓN ENZIMÁTICA
• Regulación de la cantidad de enzima presente en las células
• Inhibición reversible por productos
• Interacción con moduladores (proteínas u otros)
- Activacion/inhibición alostérica
- El modulador alostérico se une a un sitio distinto del centro activo
- La unión del modulador es reversible e implica cambio conformacional
- Suelen ser enzimas multiméricas
- Tienen cinética sigmoidea
- Modificación covalente:
- fosforilación
- ADP-ribosilación
- metilación
TEMA 6 • Activación proteolítica de pro-enzimas 30

16. Efectos alostéricos de moduladores positivo y negativo
+ Modulador alostérico
positivo: favorece la forma R
El sustrato es
modulador positivo
+ Modulador alostérico
negativo: favorece la forma T
TEMA 6 ( ”Lehninger Principles of Biochemistry” 3th.ed. 31
Nelson, DL and Cox, M.M. Worth Publishers, 2000.)
Activación/inactivación de enzimas por fosforilación
Ejemplo: glucógeno fosforilasa
( ”Lehninger Principles of Biochemistry” 3th.ed. 32
TEMA 6 Nelson, DL and Cox, M.M. Worth Publishers, 2000.)

17. Una enzima puede tener varios mecanismos de regulación
TEMA 6
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("Biochemistry" 2nd ed. Garrett, R.H. and Grisham,
C.M. Saunders College Publishing. 1999.)
Activación de proenzimas por proteolisis
Auto-activación
de quimotripsina
TEMA 6 ( ”Lehninger Principles of Biochemistry” 3th.ed. 34
Nelson, DL and Cox, M.M. Worth Publishers, 2000.)