Las enzimas son proteínas que actúan como catalizadores en las reacciones químicas del cuerpo, reduciendo la energía necesaria para que ocurran las reacciones. Todas las reacciones en el cuerpo están mediadas por enzimas que aumentan enormemente la velocidad de las reacciones. Las enzimas son muy específicas y contienen un sitio activo que une el sustrato y facilita la conversión a productos a través de mecanismos químicos como la estabilización del estado de transición.

1. ENZIMAS
LIZBETH MIRANDA ACERO

2. Introducción
 Todas las reacciones en nuestro cuerpo están
mediadas por enzimas, que son catalizadores que
aumentan la velocidad de las reacciones sin
presentar cambio en el proceso
 Actúan en condiciones muy suaves a temperatura
por debajo de 70° y con un pH de 7

3. Introducción
 Una de las funciones más importantes de las
proteínas es su papel como catalizadores.
 Hasta hace poco tiempo se consideraba que todas
las enzimas eran proteínas.
 Se ha comprobado la existencia de varias moléculas
ele RNA catalíticas.

4.  Por definición, un catalizador es una sustancia que aumenta la
velocidad de una reacción química y que no se altera de forma
permanente por la reacción.
 Sin catalizadores, estas reacciones no serían lo
suficientemente rápidas para mantener la vida.
 Para que tengan lugar a una velocidad viable, la mayoría de
las reacciones químicas requiere un aporte inicial de energía

5. Introducción
 Los catalizadores proporcionan una ruta de reacción
alternativa que requiere menos energía
 La energía libre de activación ΔG se define como la
cantidad de energía que se requiere para convertir 1
mol de moléculas de sustrato (reactante) desde el
estado basal (la forma estable de baja energía de la
molécula) al estado de transición.

6.  Las enzimas poseen varias propiedades:
En primer lugar, las velocidades de las reacciones que
catalizan las enzimas suelen ser extraordinariamente
elevadas.
En segundo lugar, con un marcado contraste con los
catalizadores inorgánicos, las enzimas son muy
específicas para las reacciones que catalizan
Finalmente, debido a sus estructuras complejas, las
enzimas pueden regularse.

7.  La diferencia entre los catalizadores inorgánicos y las
enzimas está relacionada directamente con sus estructuras.
 A diferencia de los catalizadores inorgánicos, cada clase de
molécula enzimática contiene una superficie de unión de
forma enrevesada y única denominada lugar LUGAR
ACTIVO

8. INTRODUCCIÓN
 Existen más de 2000 enzimas diferentes.
 Se han tenido que clasificar siguiendo unos criterios
unificados, establecidos por la Enzyme Comission
International Union of Biochemistry and Molecular
Biology (ECIUBMB).

9. Clasificación:
 Cada enzima se clasifica en la actualidad de acuerdo con
la clase de reacción que cataliza.
 Existen 6 clases principales de enzimas, dentro de las
cuales podemos encontrar subclases y clases inferiores,
todo esto acompañado por un número de clasificación

10. CLASIFICACIÓN

11. Clasificación:
 OXIDORREDUCTASAS. Las oxidorreductasas catalizan
reacciones de oxidación-reducción. Entre las subclases
de este grupo se encuentran deshidrogenasas, oxidasas,
oxigenasas, reductasas, peroxidasas e hidrolasas.

12.  TRANSFERASAS. Las transferasas catalizan reacciones en
las que hay una transferencia de grupos de una molécula a
otra. Entre los ejemplos de estos grupos están amino,
carboxilo, carbonilo, metilo, fosforilo y acilo (RC=O). Los
nombres comunes triviales suelen incluir el prefijo trans Entre
los ejemplos están transcarboxilasas, transmetilasas y
transaminasas.

13.  HIDROLASAS. Las hidrolasas catalizan reacciones en las que
se produce la rotura de enlaces por la adición de agua. Entre las
hidrolasas están esterasas, fosfatasas y peptidasas

14.  LIASAS. Las Iiasas catalizan reacciones en las que se eliminan
grupos (p. ej., H20, CO2 y NH3) para formar un doble enlace o
se añaden a un doble enlace. Los ejemplos son liasas,
descarboxilasas, hidratasas, deshidratasas, desaminasas y
sintasas.

15.  ISOMERASAS. Se trata de un grupo heterogéneo de enzimas.
Las isomerasas catalizan varios tipos de reordenamientos
intramoleculares. Las epimerasas catalizan la inversión de
átomos de carbono asimétricos. Las mutasas catalizan la
transferencia intramolecular de grupos funcionales.

16.  LIGASAS. Las ligasas catalizan la formación de un enlace entre
dos moléculas de sustrato. La energía para estas reacciones la
aporta siempre la hidrólisis del ATP. Los nombres de muchas ligas
as incluyen el término sintetasas . Otras ligasas se denominan
carboxilasas.

17. Propiedades de las enzimas
 Las enzimas son proteínas catalizadoras que aumentan la
velocidad de una reacción química y no se consumen durante la
reacción.
 Son termolábiles, es decir, son sensibles a la temperatura
 Son más eficientes que los catalizadores químicos.

18.  Son muy específicos.
 Su regulación es muy compleja.
La especificidad reside en unos aminoácidos
específicos, que conforman 2 centros diferentes:
El centro catalítico y el centro de unión al sustrato, que
conjuntamente conforman el centro activo.


19. Sitio activo
 Las moléculas enzimáticas contienen una bolsa o
hendidura especiales denominada sitio activo.
 El sitio activo contiene cadenas laterales de
aminoácidos que participan en la unión del sustrato y
la catálisis

21.  El sustrato se une a la enzima y forma un complejo
enzima-sustrato (ES).
 El complejo ES se convierte en un complejo enzima-
producto (EP) que se disocia posteriormente en la enzima
y el producto.

22. Eficiencia catalítica
 Las reacciones catalizadas por una enzima son muy
eficientes: transcurren a velocidades 10x3 a 10x8 veces
más rápidas que las reacciones no catalizadas.
 El número de moléculas de sustrato convertidas en
producto por molécula de enzima por segundo se
denomina número de recambio Kcat

23. Holoenzimas
 El término holoenzima se refiere a la enzima activa con su
componente no proteico,
 La enzima sin su mitad no proteica se denomina apoenzima y
es inactiva.

24.  Si la mitad no proteica es un ion metálico como el Zn* o el
Fe2*, se denomina cofactor.
 Si se trata de una molécula orgánica pequeña, se conoce
como coenzima. Las coenzimas que sólo se asocian
transitoriamente con la enzima se denominan cosustratos

25.  Las enzimas se pueden dividir en dos grupos:
Las que participan en reacciones catalizadas por oxido
reducción, donando o aceptando atomos de hidrogeno
Coenzimas que participan en reacciones de transferencia
de grupos diferentes al hidrogeno

26. CÓMO ACTÚAN LAS ENZIMAS
 La catálisis en términos de cambios de energía se produce
durante la reacción, es decir, las enzimas proporcionan
una vía de reacción alternativa, energéticamente
favorable, en comparación con la reacción no catalizada

27.  Las reacciones químicas tienen una barrera de energía
que separa los reactantes de los productos. Esta
barrera, denominada energía libre de activación.
 Y esta es la diferencia de energía entre la energía de los
reactantes y un intermediario de energía elevada que
aparece durante la formación del producto

28. VELOCIDAD DE LA REACCION
 Se puede aumentar la velocidad aumentando la
temperatura, de manera que al aumentar 10º la
temperatura se duplica la velocidad, pero la célula
carece de este sistema, ya que ella no puede
aumentar su temperatura de manera tan importante.

29.  Cuanto menor sea la energía libre de activación, mayor
es el número de moléculas con energía suficiente para
atravesar el estado de transición y, por tanto, más rápida
es la velocidad de la reacción.

30.  Las células usan los biocatalizadores para rebajar la
energía libre de activación, de manera que la actuación
de los enzimas no afecta al equilibrio, ni a la ΔG
asociada, sino única y exclusivamente a la energía de
activación. Acelera la reacción gracias a su
especificidad.

31.  En ausencia de una enzima, sólo una pequeña
proporción de una población de moléculas puede
poseer esa energía suficiente como para alcanzar el
estado de transición entre el reactante y el producto.

32. El orden de la reacción: es la velocidad de la reacción
en la que participan dos reactantes que dependen de
la concentración de cada uno de ellos y su tendencia
inherente a reaccionar.
La velocidad de la reacción es proporcional a la
concentración de los dos reactantes y a esto se le
llama segundo orden,

33. Actividad catalítica de los enzimas
 Es necesario que el sustrato tenga una orientación
adecuada, de manera que el enlace del sustrato se
pueda romper.
 Al aumentar la concentración aumentarán los choques
eficientes.
 El enzima provoca presiones y tensiones en el enlace
para provocar su rotura.

34.  Creación de microambientes
Pueden crear alrededor del centro activo un
ambiente hidrofóbico con diferentes propiedades a
los de las proteínas en solución acuosa, de
manera que podemos encontrar en él residuos
polares que adquieren de esa manera
características especiales, como una elevada
afinidad por el sustrato.
En el centro activo no podemos encontrar agua a
no ser que participe en la reacción.

35.  Catálisis covalente
Hay enzimas que pueden llegar a formar un
complejo covalente enzimas – sustrato, que es
muy inestable y favorece de esa manera la
formación de los productos correspondientes,
reduciendo de esa manera la energía de
activación.
Se nombran según el residuo capaz de formar el
enlace.

36.  Catálisis ácido – base
Los aminoácidos son anfólitos, y los enzimas al
ser proteínas compuestas por estos tienen
algunas capacidades ácido – base, lo que les
permite durante su ciclo catalítico actuar o bien
como ácido, bien como base, o como ambos.

37. Especificidad de acción
 Reside como en el centro activo del enzima, ya que
el centro activo es el auténtico responsable de la
interacción.
 A finales del siglo XIX, Fischer desarrolló el sistema
de la llave cerradura para tratar de explicar el
funcionamiento concreto de los enzimas a nivel de
su especificidad

38.  En 1963, Koschland propuso el sistema del ajuste
inducido, de manera que se supone que el sustrato
no es homólogo con el centro activo, sino que la
fuerza del enlace provoca una alteración del enzima
para poder acoplarse y dar lugar al complejo Enzima
– Sustrato.
 La especificidad de los enzimas es tan elevada e
nivel de reconocimiento enzima y sustrato, que son
capaces de reconocer las formas D y L.

39. Especificidad de acción
 En el centro catalítico están los grupos implicados
directamente en la catálisis, es decir, que son los
encargados de la rotura de enlaces y de la formación
de nuevos.
 Podemos encontrar tantos centro de unión como
sustratos intervengan en la reacción, ya que estos
centros son los encargados de reconocer y unirse a
los sustratos.

40.  Los dos centros, es decir, el catalítico y el de unión,
suelen hallarse muy unidos, de manera que llegan
incluso a solaparse. Si se produce esa unión, se
crea el llamado centro activo.
 La estructura y la funcionalidad de los enzimas
depende de la correcta estructuración de la proteína.

41.  Un enzima puede estar unido a coenzimas o
cofactores.
 La velocidad dependerá por lo tanto de diversos
factores cinéticos como la frecuencia de los choques
entre las moléculas de sustrato y enzima.
La frecuencia depende de las concentraciones de
A y de B.
El % de colisiones efectivas es lo que se conoce
como la energía libre de activación; ΔG*.

42. VIA DE REACCION ALTERNATIVA
 Una enzima permite que una reacción transcurra rápidamente
al proporcionar una vía de reacción alternativa con una
energía libre de activación más baja.
 La enzima no cambia la energía libre de los reactantes ni de
los productos y, por consiguiente, no cambia el equilibrio de la
reacción

43.  Sin embargo, acelera la
velocidad con la cual se
alcanza el equilibrio

44. Química del sitio activo
 El sitio activo emplea mecanismos químicos para
facilitar la conversión del sustrato en producto
 Una serie de factores son responsables de la eficiencia
catalítica de las enzimas

45. 1. Estabilización del estado de
transición:
 El sitio activo actúa como una plantilla molecular
flexible que enlaza el sustrato e inicia su conversión
a un estado de transición.
 Al estabilizar el estado de transición, la enzima
aumenta en gran medida la concentración del
intermediario reactivo que puede convertirse en
producto y, por tanto, acelera la reacción.

46.  El sitio activo puede proporcionar grupos catalíticos
que intensifican la probabilidad de que se forme el
estado de transición.
 Estos grupos pueden participar en catálisis acido
básicas generales en las cuales restos de
aminoácidos proporcionan o aceptan protones

47. Estado de transición:
 El proceso tiene una energía de
activación elevada porque la única
estrategia razonable para quitar la
prenda (prácticamente
arrancándosela) requiere que la
sacudida aleatoria del lactante haga
que los dos brazos queden
completamente extendidos por
encima de la cabeza (una postura
improbable).

48.  Sin embargo, podemos
imaginar a uno de los padres
actuando como una enzima,
primero poniéndose en
contacto con el lactante
(formando el ES), luego
guiando los brazos del lactante
a la posición vertical
extendida, análoga al estado
de transición ES.

50.  Esta postura
(conformación) del
lactante facilita la
retirada del jersey,
dando lugar al niño
desnudo, que aquí
representa el
producto

51. FACTORES QUE AFECTAN A LA
VELOCIDAD DE LA REACCIÓN
 Enzimas diferentes muestran respuestas diferentes a
cambios en la concentración del sustrato, la
temperatura y el pH.}
Concentración del sustrato
Temperatura
pH

52. Concentración del sustrato
Velocidad máxima: la tasa o velocidad de una reacción (v) es
el número de moléculas de sustrato que se convierte en
producto por unidad de tiempo; la velocidad suele expresarse
como μmol de producto formado por minuto
La nivelación de la velocidad de la reacción a concentraciones
elevadas de sustrato refleja la saturación con sustrato de todos
los sitios de unión disponibles en las molecular de enzima
presentes.

54.  La mayoría de las enzimas muestran que la representación
de la velocidad de reacción inicial (vo) frente a la
concentración de sustrato ([S]) es hiperbólica
 Las enzimas alostéricas no siguen la cinética de Michaelis-
Menten y muestran frecuentemente una curva sigmoidea.

55. Temperatura:
Aumento de la velocidad con la temperatura: la
velocidad de la reacción aumenta con la temperatura.
Este aumento es consecuencia del mayor número de
moléculas que tienen energía suficiente como para
atravesar la barrera energética y formar los productos
de la reacción.

56.  2. Disminución de la velocidad con temperaturas más
elevadas: un aumento ulterior de la temperatura
provoca una disminución de la velocidad de la reacción
como consecuencia de la desnaturalización de la
enzima inducida por la temperatura.

58. pH
 La concentración de H afecta a Ia velocidad de
reacción
El proceso catalítico suele precisar que la enzima y
el sustrato tengan grupos químicos específicos en
un estado ionizado o desionizado para
interaccionar.

59.  La actividad catalítica puede precisar que un grupo
amino de la enzima esté en la forma protonado (-NH3).
 A pH alcalino, este grupo se desprotona y la velocidad
de la reacción, por tanto, disminuye

60.  Los valores extremos de pH también pueden inducir
desnaturalización de la enzima
 El pH al cual se alcanza la actividad enzimática
máxima es diferente para las diferentes enzimas

61.  La actividad máxima de la
pepsina, una enzima digestiva del
estómago, se encuentra a pH 2,
mientras que un ambiente tan
ácido desnaturaliza otras enzimas,
diseñadas para trabajar a pH
neutro

62. Ecuación de Michaelis-Menten
 Explica la mayoría de las características de las
reacciones catalizadas por enzimas.
 La enzima se combina irreversiblemente con su
sustrato para formar un complejo ES, que
posteriormente rinde el producto y permite la
regeneración de la enzima libre.

63. Ecuación de Michaelis-Menten

64.  La ecuación describe
cómo varía la velocidad
de la reacción en
función de la
concentración del
sustrato

65.  Concentraciones relativas de E y S: Cuando la
concentración de sustrato ([S]) es mucho mayor que la
concentración de enzima ([E]), el porcentaje de sustrato
total unido por la enzima en cualquier momento es pequeño.
 Suposición del estado estacionario: el [ES] no cambia
con el tiempo (la suposición del estado estacionario), es
decir, la velocidad de formación de ES es igual a la de
descomposición de ES

66.  Un intermediario en una serie de reacciones está en estado
estacionario cuando su velocidad de síntesis es igual a su
velocidad de degradación
 La velocidad de la reacción se mide en cuanto se mezclan
la enzima y el sustrato.

67. Conclusiones sobre la ecuación
 La Km (la constante de Michaelis) es característica de una
enzima y su sustrato concreto, y refleja la afinidad de la
enzima por ese sustrato.
 A bajas concentraciones de sustrato, la reacción es de
primer orden, es decir es proporcional a su concentración
de sustrato .

68.  Una Km elevada refleja una afinidad baja de la
enzima por el sustrato.
 La velocidad de la reacción es directamente
proporcional a la concentración de la enzima con las
concentraciones de sustrato

69.  Orden de la reacción: cuando la [S] es mucho menor
que la Km la velocidad de la reacción es
aproximadamente proporcional a la concentración del
sustrato. Se dice entonces que la velocidad de la
reacción es de primer orden con respecto al sustrato.

70.  Cuando [S] es mucho mayor que la Km la velocidad es
constante e igual a la Vmax. La velocidad de la reacción
es entonces independiente de la concentración del
sustrato y se dice que la reacción es de orden cero con
respecto a la concentración del sustrato

71. Inhibición enzimática
 Las moléculas que reducen la actividad de una
enzima, denominadas inhibidores, incluyen muchos
fármacos, antibióticos, conservantes alimentarios y
venenos.
 La inhibición enzimática es un medio importante para
regular las rutas metabólicas.

72.  Numerosos tratamientos clínicos se fundamentan en la
inhibición enzimática. Por ejemplo, muchos antibióticos y
fármacos reducen o eliminan la actividad de enzimas
específicas.
 El tratamiento más eficaz contra el SIDA utiliza varios
fármacos que incluyen inhibidores de proteasas, molécula
que incapacitan a una enzima vírica que se requiere para
formar virus nuevos.

73.  La inhibición enzimática puede producirse cuando un
compuesto compite con el sustrato por el lugar activo
de la enzima libre, se une al complejo ES en un lugar
separado del lugar activo, o se une a la enzima libre en
un lugar separado del lugar activo.
 Se describen bies clases de inhibidores enzimáticos:
competitivos, acompetitivos y no competitivos.

74. INHIBIDORES COMPETITIVOS
 Los inhibidores competitivos se unen de forma
reversible a la enzima libre, y no al complejo ES,
para formar un complejo enzima-inhibidor (El).
 El sustrato y el inhibidor compiten por el mismo lugar
en la enzima. La concentración del complejo El
depende de la concentración del inhibidor libre y de
la constante de disociación K1:

76.  Debido a que el complejo El se disocia fácilmente, la enzima
está disponible de nuevo para unir al sustrato. La actividad de
la enzima disminuye debido a que no se produce una
reacción productiva durante el tiempo limitado que existe el
complejo El.

77.  El efecto de un inhibidor competitivo sobre la actividad
puede invertirse aumentando la concentración de
sustrato. A [S] elevadas, todos los lugares activos
están llenos de sustrato y la velocidad de reacción
alcanza el valor que se observa sin un inhibidor

78.  Las sustancias que se comportan
como inhibidores competitivos,
suelen tener una estructura similar
al sustrato.
 El succinato deshidrogenasa es una
enzima del ciclo de Krebs que
cataliza una reacción
oxidoreducción, donde se
transforma succinato a fumarato.

79.  Esta acción es inhibida por el malonato, quien se
une en el sitio activo de la enzima pero no puede
convertirse en producto

80. Inhibidores Acompetitivos
 En la inhibición acompetitiva, el inhibidor sólo se une al
complejo enzima-sustrato, y no a la enzima libre

81.  La adición de más sustrato a la reacción da lugar a un
aumento de la velocidad de reacción, pero no hasta el
grado que se observa en las reacciones sin inhibir.
 La inhibición acompetitiva suele observarse en las
reacciones en las que las enzimas unen más de un
sustrato.

82. Inhibidores no competitivos
 El inhibidor puede unirse tanto a la enzima como al
complejo enzima-sustrato:

83.  Se denominan inhibición no competitiva, cuando el
inhibidor se une a un lugar diferente del lugar activo. La
unión del inhibidor ocasiona la modificación de la
conformación de la enzima que impide la formación del
producto

84.  Los inhibidores no competitivos no afectan a la unión del
sustrato y se parecen poco o nada a éste.
 La inhibición no competitiva sólo se invierte parcialmente
aumentando la concentración de sustrato.
 la inhibición no competitiva normalmente implica dos o
más sustratos.

85.  Existen dos formas de inhibición no competitiva: pura y
mixta En la inhibición no competitiva pura, que es un
fenómeno poco frecuente, ambos valores de K1, son
equivalentes
 La inhibición no competitiva mixta es de forma
característica más complicada debido a que los valores
de K1 son diferentes

86. Inhibición Irreversible
 En la inhibición reversible, el inhibidor puede
disociarse de la enzima debido a que se une mediante
enlaces no covalentes.
 Los inhibidores irreversibles normalmente se unen
covalentemente a la enzima, con frecuencia a una
cadena lateral del lugar activo

87.  Las enzimas que utilizan grupos sulfhidrilo para formar
enlaces covalentes con cofactores metálicos con
frecuencia se inhiben de forma irreversible por metales
pesados.
 La anemia en el envenenamiento por plomo está producida
en parte por la unión del plomo a lo grupos sulfhidrilo de la
ferroquelatasa.
 La ferroquelatasa cataliza la inserción de Fe2+ en el hemo.

88.  La regulación de la velocidad de reacción es esencial para
que un organismo coordine sus procesos metabólicos.
 La mayoría de las enzimas responden a cambios en la
concentración del [S]
 Un aumento de la concentración del sustrato provoca un
aumento de la velocidad de la reacción, que tiende a
devolver la concentración del sustrato a su nivel normal.

89. ENZIMAS EN EL DIAGNÓSICO Clínico
 En las personas sanas, los niveles de estas enzimas
son bastante constantes y representan un estado
estacionario en el cual su tasa de liberación al plasma
desde las células dañadas se equilibra con una
velocidad igual de retirada de la proteína enzimática
del plasma

90.  El aumento de la concentración plasmática de esta enzima puede indicar una
lesión tisular.

91.  Muchas enfermedades que causan lesión tisular provocan
un aumento de la liberación de enzimas intracelulares al
plasma.
 El nivel de la actividad enzimática específicas en el plasma
suele mostrar relación con la extensión de la lesión tisular
en enfermedades de los tejidos cardíaco, hepático, muscular
esquelético y de otros tejidos

92.  La enzima alanina aminotransferasa (ALT) es
abundante en el hígado. La aparición de niveles
elevados de esta enzima en el plasma señala una
posible lesión del tejido hepático

93. Isoenzimas y enfermedades cardíacas
 La mayoría de las isoenzimas (también llamadas
isozimas) son enzimas que catalizan la misma
reacción.
 las isoenzimas pueden contener cantidades
diferentes de aminoácidos con carga y, por
consiguiente, pueden separarse unas de otras
mediante electroforesis

94.  El patrón de isoenzimas encontrado en el plasma puede,
por consiguiente, servir como un medio de identificación
del punto de lesión tisular
 Por ejemplo, se determinan los niveles plasmáticos de
creatin cinasa (CK) en el diagnóstico del infarto de
miocardio.

95.  La creatina cinasa (CK) aparece como tres isoenzimas.
Cada isoenzima consiste en un dímero compuesto por
dos polipéptidos (denominados subunidades B y M)
asociados en una de tres combinaciones: CK1 = BB, CK2
= MB y CK3 = MM.
 En el diagnóstico de infarto de miocardio se utiliza la
medición de proteínas con especificidad cardíaca porque
el músculo miocárdico es el único tejido que contiene
más del 5 % de la actividad CK total en forma de la
isoenzima CK2 (MB).

96.  Después de un infarto agudo del miocardio, esta
isoenzima aparece aproximadamente de 4h a 8h tras el
comienzo del dolor torácico, alcanza un máximo de
actividad aproximadamente a las 24 h y vuelve a su valor
basal después de 48 h a 72h.
 La troponinaT y la troponina I son proteínas reguladoras
que intervienen en la contractilidad del miocardio.

97.  La troponina cardíaca | (cTnl) es muy
sensible y específica para la lesión
del tejido cardíaco.
 Aparece en el plasma al cabo de 4 h
a 6 h después de un infarto de
miocardio, alcanza su valor máximo
en 8 h a 28 h y se mantiene elevada
durante 3 a 10 días