Enzimas

1. 1
Lehninger Principles of
Biochemistry
Fifth Edition
Capítulo 6:
Enzimas
Copyright © 2004 by W. H. Freeman & Company
David L. Nelson and Michael M. Cox
6.1 Introducción a
las enzimas
INTRODUCCION
 Historia:
 1700: estudios de la digestión de carnes
mediante secreciones del estómago.
 1800: convertir almidón en azúcar mediante
la saliva.
 1810: comienzan estudios sobre
fermentación.
 1850: Louis Pasteur concluyó estudios sobre
fermentación de azúcares en alcoholes por
levadura y catalizado por fermentos.
INTRODUCCION
 Historia:
 1897: Buchner descubrió que los
extractos de levadura podían convertir
el azúcar en alcohol. Fermentación se
llevaba a cabo por la presencia de
moléculas.
 Kühne llamó las moléculas enzimas.
 1926: ureasa fue aislada y
cristalizada.
 1930: pepsina, tripsina, y otras
enzimas digestivas fueron
cristalizadas.
Propiedades generales
 Las enzimas son los agentes catalíticos
de los sistemas biológicos.
 Todas las enzimas son proteínas
excepto las riboenzimas.
 Funcionan bajo condiciones moderadas.
 Aumentan la velocidad de una reacción
hasta por un factor de 1014 .
 Son altamente específicas.
 La acción enzimática es regulada.

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Apoenzyme
(amino acid portion)
metals coenzymes prosthetic group
Cofactor
Chemical component
(non-amino acid portion)
ENZYMES
(holoenzyme)
Ejemplos de metales usados
como cofactores
Nomenclatura
Nomenclatura
 De acuerdo al número de la Comisión
Enzimática (Enzyme Commission number)
 Primer #: tipo de reacción catalizada.
 Segundo #: indica la subclase; dice el tipo
de sustrato o el enlace que se rompe en
forma mas precisa.
 Tercer #: indica la sub-subclase; nos dice el
tipo de aceptador de electrones
(oxidoreductasas) o el tipo de grupo que se
remueve (liasas), etc.
 Cuarto #: indica el número de serie de la
enzima en su sub-subclase.

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6.2 Como trabajan
las enzimas
ESPECIFICIDAD
ENZIMATICA
 La especificidad enzimática puede
variar.
 Pasos que ocurren durante la acción
enzimática:
 Sustrato se enlaza a la enzima.
 Ocurren alteraciones químicas que
incluyen rompimiento y formación de
enlaces.
 La enzima libera el producto de la
reacción.
Teorías que explican la
actividad enzimática:
 Llave y cerradura: específica; un sustrato y
una enzima.
 Adaptación inducida: menos específica, el
centro activo se ajusta al sustrato que
interviene.

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Mecanismos de acción
 Estado de transición: forma activa de una
molécula en la cual la molécula realiza una
reacción química parcial.
 Energía libre: componente de la energía
total de un sistema que puede realizar
trabajo a temperatura y presión constante.
 G reacción = G productos – G reactivos
 Reacción exergónica: ΔG es negativo
 G = H - T S
Mecanismos de acción
 Energía de activación: cantidad de energía
necesaria para convertir todas las
moléculas de un mol de sustancia
reaccionando de su estado raso a su
estado de transición.
 Las enzimas aumentan la velocidad de la
reacción disminuyendo la energía de
activación, pero no afectan los aspectos
termodinámicos de las reacciones.

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Interacciones son optimizadas
en el estado de transición
Factores que determinan la
catálisis (eficiencia)
 Catálisis ácido-base: interacción entre
grupos ácidos y básicos.
 Catálisis covalente: interacción entre
la enzima y el sustrato es inestable;
sustrato se convierte en producto con
más rapidez.

6. 6
Catálisis covalente
La amina (nucleofilo) ataca el
grupo carbonilo de acetoacetato
para producir la base Schiff.
BX + Enz  E:B + X + Y  Enz + BY
Catálisis ión metálico
Anhindrasa carbónica
1. Zn-agua
polarizada: se
ioniza a través de
catálisis básica.
2. Zn-OH ataca
nucleofilicamente
al CO2
produciendo
HCO3
-
3. Se regenera por
enlace a otra
molécula de agua
Catálisis a través del enlace
del estado de transición
La enzima acelera
la velocidad de la
reacción
estabilizando el
estado de
transición.
6.3 Cinética química
Cinética química
 Reacciones elementales
 A  P
 A  I1  I2  P
 Ordenes de reacción
 Constante de rapidez

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La ecuación describe el
progreso de una reacción
como función del tiempo. La
pendiente nos da la constante
de velocidad.
Cinética de enzimas
Ecuación Michaelis-Menten
 Paso #1
Ecuación Michaelis-Menten
 Paso #2

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Ecuación Michaelis-Menten
 Paso #3
Ecuación Michaelis-Menten
 Paso #4
Significado Km y Vmax
 KM es igual a la concentración de sustrato
cuando 50% de los centros activos de la
enzima están ocupados. También
representa cuán fuerte la enzima se enlaza
al sustrato.
 VMAX está relacionado con el turnover
number: número de moles de sustrato
transformado en producto por mol de
enzima por segundo.
 Mayor el “turnover number” mayor la
eficiencia.
 Equivale a: Vmax/[Et]

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Turnover number
 Constante catalítica equivale al
“turnover number”
 La razón de kcat/Km representa una
medida de la eficiencia catalítica.
Gráfica Lineweaver-Burk
Reacciones de dos sustratos
 Reacciones secuenciales: reacciones
de desplazamiento sencillo
 Ordenado
 Al azar
 Reacciones Ping-pong: reacciones de
desplazamiento doble
Mecanismos para reacciones
con más de un sustrato
 Al azar: no importa el orden de añadir
un sustrato.
 Ordenado: el orden en que se añaden
los sustratos está definido.
 Ping-pong: desplazamiento doble, no
hay formación de compuesto ternario.

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Tipos de inhibición
 Inhibidores reversibles
• Competitivo: Compite con el sustrato por
el centro activo. Se parecen al sustrato.
• No competitivo: el inhibidor no compite
con el sustrato. Inhibidor tiene un punto
diferente de enlace. Puede enlazar la E o
el complejo ES.
• De incompetencia: el inhibidor se enlaza
directamente al complejo enzima-sustrato
y no a la enzima libre.
Inhibidor competitivo
Inhibidor competitivo
Aumenta el
Km y el Vmax
permanece
constante.
Inhibidor no-competitivo Inhibidor no-competitivo

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Disminuye Vmax
y Km permanece
constante
Disminuye Km y
Vmax
Disminuye Vmax y
Km puede
aumentar o
disminuir
Tipos de inhibición
 Inhibidores irreversibles
 Se combina con o destruye un grupo
funcional necesario para la actividad
enzimática. Se forma un enlace covalente.
• Ejemplo: Inhibidores de acetilcolinesterasa.
Interfiere con la secuencia del impulso nervioso.
• Diisopropylphosphofluoridate, tabun y sarin
(nerve gases)
• Parathion and malathion

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Actividad enzimática depende
del pH
6.5 Enzimas reguladoras
 Modificación alostérica
 Enlace de un efector positivo o negativo.
 Enzimas alostéricas
 Sufren cambios conformacionales en
respuesta a enlace de efectores o
moduladores.
 Ejemplos:
• inhibidores
• activadores
Regulación actividad
enzimática
 Mecanismos de retroalimentación
 Una enzima actúa sobre un paso
determinado.
 Modificación covalente
 Formación o rompimiento de un
enlace covalente.

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Regulación mediante
rompimiento proteolítico