ENZIMAS

ENZIMAS
Miguel A. Castro Ramírez
Se autoriza la utilización de este material con citación expresa del autor del mismo

ENZIMAS
Son proteínas que actúan
como catalizadores:
 Modificando la
velocidad de la
reacción que catalizan
 Rebajando la energía
de activación de la
reacción que regulan.

ENZIMAS
Para que una
reacción se lleve
a cabo las
moléculas deben
alcanzar un
estado energético
determinado
(energía de
activación).
Puede
conseguirse esta
energía, de dos
formas:

ENZIMAS
Aumentando la
temperatura.
Sin embargo, las
enzimas se
desnaturalizan a
esa T. Además,
esa energía debe
proceder de otra
reacción, lo que
aumenta el gasto
energético.

ENZIMAS
Con enzimas
Las enzimas
rebajan la energía
de activación

ENZIMAS
Con enzimas
Sin enzimas

ENZIMAS:
PROPIEDADES DE LAS REACCIONES ENZIMÁTICAS
 EFICACIA DE LA CATÁLISIS
 ESPECIFICIDAD
 REGULACIÓN
 REVERSIBILIDAD

ENZIMAS:
• Son los catalizadores más potentes: actúan en
concentraciones muy pequeñas
• La velocidad de catálisis es muy alta (108-1020 veces
que sin enzimas)
• El rendimiento es muy alto
• Las condiciones de reacción son suaves (fisiológicas)

ENZIMAS:
 ESPECIFICIDAD
Puede ser:
• Absoluta o de sustrato. (v.g. ureasa)
• Relativa o de reacción
• Estereospecificidad (v.g. D-aminooxidasas)
• De grupo (v.g. hexoquinasas)
• De clase (v.g. estearasas)

ENZIMAS:
 ESPECIFICIDAD

ENZIMAS:
 ESPECIFICIDAD
 REGULACIÓN
• Mediante la cantidad de enzima, regulando la
expresión génica (transcripción)
• Mediante el control de la actividad enzimática

ENZIMAS:
 ESPECIFICIDAD
 REGULACIÓN
 REVERSIBILIDAD
Mecanismos de irreversibilidad:
- Salto energético grande
- Compartimentación celular de algún paso, lo que
separa enzima y sustrato

 Nomenclatura histórica:
– SUSTRATO + ACTIVIDAD + SUFIJO(asa)
(v.g. glucoquinasa)
– SUSTRATO + SUFIJO(asa)
(v.g. ureasa)
– DONADOR + ACEPTOR + ACTIVIDAD + SUFIJO(asa)
(v.g. oxalacetilaminotransferasa)
 Nomenclatura IUB (1972): 6 grupos según la
reacción catalizada
ENZIMAS
Nomenclatura

Sin transferencia de hidrógenos
1. OXIDORREDUCTASAS
ENZIMAS
Nomenclatura
• Regulan reacciones REDOX
• Existen dos tipos esenciales:
• Con transferencia de
hidrógenos
• Sin transferencia de
hidrógenos

1. OXIDORREDUCTASAS
ENZIMAS
Nomenclatura
• Regulan reacciones REDOX
• Existen dos tipos esenciales:
• Con transferencia de
hidrógenos
• Sin transferencia de
hidrógenos
Con transferencia de hidrógenos

ENZIMAS
Nomenclatura
2. TRANSFERASAS • Transfieren grupos funcionales

3. HIDROLASAS
ENZIMAS
Nomenclatura
•Rotura de enlaces por medio de
agua

4. LIASAS
ENZIMAS
Nomenclatura
•Rotura o formación de
moléculas sin intervención de
agua.
•Suele producirse adición a
dobles enlaces: C=C, C=O,
C=N

5. ISOMERASAS
ENZIMAS
Nomenclatura
Cambio de posición de grupos
dentro de la molécula

6. LIGASAS O SINTETASAS
ENZIMAS
Nomenclatura
Formación de enlaces con
rotura de ATP

Activación del
complejo enzima-
sustrato
Transformación del
complejo E-S en E-P
(enzima-productos)
ENZIMAS
Mecanismo de actuación
Formación del
complejo enzima-
sustrato
Liberación de los
productos y de la
enzima

ENZIMAS
Cinética enzimática
• Es la concentración de sustrato a la
que la velocidad de reacción es la
mitad de la velocidad máxima.
• Es una medida de la afinidad de la
enzima por el sustrato:
KM alta  AFINIDAD baja

ENZIMAS
Cinética enzimática
¿Cómo calcular la
velocidad máxima?

ENZIMAS
Factores que influyen en la actividad enzimática
 Moduladores ambientales
– pH
Cada enzima tiene su pH óptimo de actuación

La velocidad enzimática aumenta con la T
hasta un valor crítico en el que la proteína se
inactiva por desnaturalización
ENZIMAS
– pH
– T

ENZIMAS
– pH
– T
– s
 Cocatalizadores
 Activadores e inhibidores
La concentración salina puede llegar a precipitar
una proteína e inactivarla

ENZIMAS
 Cocatalizadores
Algunas enzimas requieren la presencia de una molécula no
proteica para la catálisis: son las proteínas CONJUGADAS u
HOLOENZIMAS
APOENZIMA: parte proteica
Según la complejidad de la
porción no proteica:
• Cofactor
• Coenzima
• Grupo prostético

ENZIMAS
 Cocatalizadores

GRUPO PROSTÉTICO
ENZIMAS
 Cocatalizadores

ENZIMAS
 Cocatalizadores
 Activadores e Inhibidores
– REGULACIÓN ALOSTÉRICA
La unión no covalente de una
molécula a la enzima, en un
sitio diferente del centro
activo (sitio alostérico)
provoca un cambio
conformacional que modifica
la afinidad de la enzima por el
sustrato.
El regulador alostérico puede
ser activador o inhibidor
Púlsame

ENZIMAS
 Cocatalizadores
– REGULACIÓN ALOSTÉRICA
Las enzimas alostéricas son
grandes, oligoméricas y su cinética
no se ajusta a la curva de Michaelis-
Menten, por presentar
cooperativismo:
La unión del sustrato a un centro
activo favorece la unión de más
sustratos a los demás centros
activos de las demás subunidades.
Púlsame

ENZIMAS
 Cocatalizadores
– REGULACIÓN ALOSTÉRICA TIPOS

ENZIMAS
 Cocatalizadores
– REGULACIÓN NO ALOSTÉRICA (ISOSTÉRICA)
• El inhibidor o activador actúa sobre el centro activo.
• La enzima muestra una cinética de Michaelis-Menten, aunque
alterada respecto de la gráfica normal.
• Puede ser:
• IRREVERSIBLE: si el enzima queda modificado
covalentemente, alterando su estructura terciaria. Su
reversión requiere la acción enzimática.
• REVERSIBLE: La inactivación no es permanente.

ENZIMAS
 INHIBICIÓN IRREVERSIBLE
– Ejemplo: zimógenos o proenzimas

–Ejemplo: compuestos organofosforados:
• Actúan sobre enzimas serínicas
• Únicamente sobre la Ser activa
• Insecticidas: Parathion, Malathion
• Inhibidores de la Acetilcolinesterasa
•Neurogases
ENZIMAS
CH CH2 OHSer
PF O
CH
CH
H3C CH3
CH3H3C
CH CH2 O P O
CH
CH
H3C CH3
CH3H3C
Ser
DFP:
Diisopropil fluorofosfato
Los animales envenenados
con este gas quedan
paralizados, debido a la
imposibilidad de transmitir
adecuadamente los
impulsos nerviosos.

–Ejemplo: ligandos de coordinación de
metales:
• Cianuro: bloquea el Fe hemínico de la
citocromoxidasa –enzima de la cadena
respiratoria-, impidiendo toda modificación
posterior, por lo que es muy tóxico
• Agentes quelantes (EDTA: tetracetato de
etilendiamina: quelación del calcio en la
aterosclerosis; eliminación de metales
pesados (Pb) de aguas, suelos y sangre;
detergente, anticoagulante (captura calcio)
e inactivación de enzimas que afectan al
ADN
ENZIMAS

ENZIMAS
 INHIBICIÓN REVERSIBLE
– La inactivación no es permanente.
– Según su modo de actuación puede ser:
 Competitiva: se unen al centro activo del enzima
 Acompetitiva: se une al complejo E-S
 No competitiva: puede unirse a ambos
E + S E-S E-P
Ic Iac
Inc

ENZIMAS
 INHIBICIÓN REVERSIBLE: COMPETITIVA
– El inhibidor se fija al centro activo de la enzima libre, impidiendo la
fijación del substrato.
– Los inhibidores compiten con el sustrato por el centro activo,
debido a su similar estructura espacial.
– Se revierte su efecto aumentando la concentración de sustrato

ENZIMAS
COO-
CH2
CH2
COO-
FAD FADH2
COO-
CH
CH
COO-
Succinato Fumarato
SDH
COO-
CH2
COO-
Malonato
COO-
C O
CH2
COO-
Oxalacetato
Inhibición de la succinato deshidrogenasa por malonato u oxalacetato

ENZIMAS
COO-
C O
CH2
COO-
Oxalacetato
Inhibición de la succinato deshidrogenasa por malonato u oxalacetato
COO-
CH2
CH2
COO-
Succinato
COO-
C O
CH2
COO-
Oxalacetato

 INHIBICIÓN REVERSIBLE: ACOMPETITIVA
– El inhibidor se une al complejo E-S, inactivándolo.
– La inhibición acompetitiva es poco frecuente en las reacciones de
un solo sustrato, pero es corriente en las reacciones de dos
sustratos.
ENZIMAS

 INHIBICIÓN REVERSIBLE: NO COMPETITIVA
– El inhibidor se fija a la enzima independientemente de que lo haga o no el
substrato; el inhibidor, por tanto, no impide la fijación del substrato a la
enzima, pero sí impide la acción catalítica.
– Esta inhibición se caracteriza por que no se puede revertir el efecto del
inhibidor, aumentando la concentración del substrato.
– Ejemplo : inhibición de la deshidrogenasa del gliceraldehido-3-fosfato por
la yodo-acetamida:
ENZIMAS
Enzima-SH + I-CH2 - CONH2 Enzima-S-CH2 - CONH2 + IH

ENZIMAS
 INHIBICIÓN REVERSIBLE:
CINÉTICA DE LA INHIBICIÓN

ENZIMAS
 INHIBICIÓN REVERSIBLE:
CINÉTICA DE LA INHIBICIÓN
=Inc
=Iac
=Ic
KM aparentePendienteVmaxTipo

 INHIBICIÓN MIXTA: SUSTRATOS SUICIDAS
– Son inhibidores activados enzimáticamente.
– Se trata de moléculas que se unen al centro activo de manera
específica, igual que el substrato o los inhibidores competitivos.
– Una vez unidos al centro activo, la enzima transforma la molécula
en una especie química muy reactiva que modifica
covalentemente a la enzima, inactivándola.
– Tienen por tanto la especificidad del inhibidor competitivo y la
potencia de los inhibidores irreversibles
ENZIMAS

ENZIMAS
E + I EI EI* E’ + I*
1 2 3
1. El inhibidor se fija a la enzima
2. La acción catalítica de la enzima convierte al inhibidor I en una especie
altamente reactiva I*
3. I* modifica covalentemente a la enzima, inactivándola de forma definitiva
al igual que un inhibidor irreversible.

Ejemplo: Sistema de la monoaminooxidasa (MAO) cerebral
• Los estados depresivos, en general, están relacionados con un
descenso en la concentración de neurotransmisores adrenérgicos
(dopamina, noradrenalina, etc.) en determinadas regiones del
cerebro.
• Una de las enzimas encargadas de la degradación de estos
neurotransmisores es la monoaminooxidasa (EC 1.4.3.4).
• Por tanto, la inhibición de la monoaminooxidasa se emplea como
tratamiento de los estados depresivos. Se han desarrollado muchos
inhibidores suicidas de la MAO
ENZIMAS

ENZIMAS
HO
HO
CHOH CH2 NH2
O2 + H2O
NH3 + H2O2
HO
HO
CHOH CHO
Noradrenalina
Dihidroxifenilglicol
MAO

ENZIMAS
La MAO es una flavoproteína: lleva como coenzima fundamental
para la catálisis, el FAD. Los inhibidores suicidas de la MAO inactivan
al FAD.

ENZIMAS
Inhibición suicida de la
MAO mediante Pargilina
HC C CH N+
CH3
CH3
N
N
NH
N
H3C
H2C
O
OSE
R
N
N
NH
NH
H3C
H2C
O
OSE
R
CH
CHCHN+
H3C
H3C
Flavina
Flavina
INACTIVA
pargilina

 Es un modo de regulación que consiste en la existencia de
distintas formas moleculares de una misma enzima que
presentan o muestran especificidad por el mismo sustrato y
realizan la misma función.
 Su distribución varía con los tejidos y la localización
subcelular, de forma que unas se encuentran en el citoplasma,
otras en las mitocondrias, algunas en cloroplastos, etc.
 Se diferencian entre sí por su composición de aminoácidos, al
estar codificadas por genes distintos (con un origen evolutivo
común, por duplicación génica)
ENZIMAS
Isoenzimas

 La lactato deshidrogenasa cataliza la transformación de
pirúvico a láctico, que se produce en condiciones de anoxia,
dando lugar a una fermentación a partir de la glucosa.
ENZIMAS
Isoenzimas

 Está formada por 5 isoenzimas, con el mismo peso molecular,
con una estructura tetramérica: combinaciones de 2 tipos de
cadenas, M y H.
ENZIMAS
Isoenzimas
LDH-1 (H4): en corazón, músculos y eritrocitos.
LDH-2 (H3M): en sistema retículoendotelial y leucocitos.
LDH-3 (H2M2): en pulmones.
LDH-4 (HM3): en riñones, placenta y páncreas.
LDH-5 (M4): en hígado y músculo esquelético.

 Estas isoenzimas presentan carácterísticas cinéticas distintas.
ENZIMAS
Isoenzimas
M4
KM piruvato baja (afinidad alta) Tejido especializado en el uso
anaeróbico de la glucosa con
alta formación de lactato
V máx alta
H4
KM piruvato alta (afinidad baja) Especializado en el uso
aeróbico del pirúvico. Sólo se
emplea la ruta anaeróbica en
emergencias.
V máx pequeña

ENZIMAS
Sistemas multienzimáticos
 Son asociaciones de enzimas que realizan funciones
complementarias, actuando de modo secuencial, catalizando
reacciones consecutivas: el producto de una reacción es el
sustrato de la siguiente.
 La eficacia de la reacción aumenta, al favorecer el encuentro
del enzima y el sustrato.
 Existen dos niveles de asociación:
– Complejos multienzimáticos: existe unión covalente entre las
enzimas. Generalmente estas enzimas no funcionan fuera del
complejo. Ej: sintetasa de ácidos grasos de levadura (7 enzimas)
– Asociación a membranas. Ej: cadena respiratoria en la
membrana mitocondrial interna.

ENZIMAS
Sistemas multienzimáticos
Púlsame

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