Enzimas -Bioquímica

1. Son compuestos (Catalizadores) de naturaleza
proteica (Excepto las ribozimas, ARN)
•
No modifican el cambio de energía libre de la
reacción.
•
Catalizan las reacciones sin modificar Keq.
•
No se consumen, ni se producen durante la reacción
(no se destruyen, y se pueden utilizar una y otra vez).
Son altamente específicas. (Selectivas) (Las diferencia
de los catalizadores biológicos).
•
Actúan sobre un sustrato o un limitado número de
éstos.
•
Son activas en un estrecho rango de pH y
temperatura.
•
Características:
Se requieren como prueba auxiliar para diagnosticar
enfermedades.
•
Conocer su estructura ayuda a la fabricación de
alimentos
•
Comprensión de los procesos bioquímicos a nivel
celular y de las patologías a nivel molecular.
•
Participan en la descomposición de nutrientes,
ensamblaje de proteínas.
•
Aprovechamiento de la energía para la motilidad
celular, fx neuronal, contracción muscular.
•
Importancia:
Oxidorreductasa: Catalizan reacciones REDOX
1.
Transferasas: Catalizan la transferencias de restos.
2.
Hidrolasas: Catalizan la naturaleza hidrolítica (C-O, C-
C, C-N) y otros covalentes
3.
Liasas: Catalizan la escisión de C-C, C-O, C-N, por
eliminación de átomos, generando dobles enlaces
4.
Isomerasas: Catalizan los cambios geométricos,
estructurales, ópticos dentro de una molécula.
5.
Ligasas (Sintetasas): Catalizan la unión de dos
moléculas acopladas a la hidrolisis de ATP (Rompe un
enlace pirofosfato)
6.
Clasificación:
No requieren cofactor
•
Requieren cofactor (Holoenzimas)
•
También se pueden en 2 grandes grupos:
Parte proteica: Apoenzima
•
Parte no proteica: Cofactor
•
Holoenzimas:
Iones metálicos (Inorgánicos)
▪
Coenzimas (Orgánico)
▪
Grupo prostético: Unido al sitio activo de la
enzima por enlace covalente. Ejemplo: FMM
(Mono nucleótido de flavina), FAD (Di
nucleótido de flavina, adenina), pirofosfato
de tiamina, metales de transición. Es
cofactor o coenzima
→
Cosustrato: Interacciona a través de puentes
de hidrógeno o hidrofóbicas
→
Tener en cuenta que … Hay diferencias entre un cofactor y
grupo prostético, es operacional. Los cofactores se unen
débil forma complejos disociable. Además las enzimas que
requieren como cofactor un ion metálico se denomina
enzimas activadas por metal, mientras que las
metaloenzimas, los iones metálicos son grupos prostéticos.
Coenzimas: Son compuestos de naturaleza no
proteica (Cofactores orgánicos) que requieren ciertas
enzimas para ejercer acción catalítica.
1.
Características:
Tienen bajo peso molecular.
•
Son termoestables.
•
Se unen a la apoenzima en el sitio activo con diferente
fuerza de interacción.
•
La especificidad de la reacción en las que intervienen,
depende de la apoenzima.
•
Varias vitaminas ejercen su acción biológica actuando
como coenzimas.
•
Algunas sirven como transbordadores de sustrato, así
estabilizan especies como átomos de hidrógeno o
hidruros, aumentan el número de puntos de contacto,
aumentando la afinidad y especificidad.
•
Varias vitaminas del complejo B ejercen su acción
biológica transformándose en coenzimas
•
Enzimas
ENZIMAS página 1

2. En unidades de enzima: “Es la cantidad de enzima que
cataliza la formación de un micro mol de producto por
minuto, bajo condiciones definidas”
•
Expresión de la actividad enzimática:
Concentración de enzima en solución: U/L (Unidades sobre
litro).
Isoenzimas:
Son formas múltiples de enzima (*) , que se generan a partir
de diferencias genéticamente determinadas en su estructura
primaria (Por duplicación de gn es), mas no aquellas que
derivan de modificaciones en la misma estructura primaria.
Ej. Lactato deshidrogenasa.
“Son proteínas que poseen la misma actividad
enzimática y existen en la naturaleza como especies
simples” Ej. Malato deshidrogenasa (mitocondria y
citosol).
Creatina quinasa (CK): Se encuentra en el músculo
esquelético y el corazón, menor cantidad en el cerebro
y riñones. Cuando el músculo se contrae utiliza ATP,
por lo que la concentración de ADP aumenta, esta
enzima la Re fosforila usando fosfocreatina.
•
Como 3 tipos: MM (M. esquelético), MB (Corazón), BB
(Cerebro); estas son las isoenzimas . Sirve para
diagnosticar enfermedades musculares (Distrofia
muscular, rabdomiólisis; destrucción tej. Muscular;) o
algún ataque al corazón (la CK se encuentra elevada
por , menos usado.
(*) Formas múltiples de enzima:
Lugar que le permite a la enzima ligarse al sustrato.
•
Su conformación es complementaria o se torna
complementaria al sustrato.
•
Solamente cuando el sustrato se liga a este sitio es
transformado en producto.
•
Tiene una disposición tridimensional cuyos grupos R
de los aminoácidos interactúan con el sustrato.
•
Sitio Activo
Especificidad enzimática: Principal característica.
Determinada por:
a.- Grupos funcionales de la enzima y el sustrato
b.- Cofactores para las enzimas que lo requieran.
c.- Proximidad física de estos grupos funcionales.
Permite un metabolismo ordenado
•
Grado: Muy elevado especificidad
(Heteroquinasa), alta especificidad (Fosfatasa
ácida) , relativamente específica (Fosfatasa
alcalina)
•
Específicas para su 1er sustrato pero inespecífica
para el 2do sustrato. Ej. Alcohol deshidrogenasa.
•
Características:
Existen en 2 formas bien definidas
•
Su conversión ocurre por la modificación
covalente de las cadenas de los aminoácidos.
•
NO se considera las conversiones que ocurre en
una secuencia catalítica.
•
Enzimas interconvertibles:
La concentración de sustrato es DP a la velocidad o actividad
enzimática.
Hipótesis de Michaelis y Menten: (Relación Vi y sustrato)
La enzima es un catalizador.
•
La enzima y el sustrato reaccionan rápidamente
para formar ES.
•
Solamente un simple S y un simple complejo ES son
los participantes en la reacción.
•
El complejo ES (Complejo Enzima - Sustrato)se
descompone en E + P (Producto).
•
La E, S y ES están en equilibrio.
•
(Hipótesis de Aproximación al equilibrio)
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3. Propuesta de Briggs y Haldane:
La velocidad de formación del complejo ES, es igual a la
velocidad de transformación de dicho complejo.
•
El complejo ES puede regenerar a los reactantes: enzima
y sustrato o convertirse en enzima y producto.
•
(Hipótesis del Estado Estable)
Km: Es la concentración de
sustrato en la que la velocidad
inicial es la mitad de la Vmax,
es la constante de Michaelis
Ecuación de Lineweaver y Burk: Es la ecuación de Michael
y Mentel, invertida. La cual corresponde a una ecuación
líneal ( y= mx +b). Determinar Km y Vmax, mecanismo
cinético de un inhibidor enzimático
Michael -Mentel,
ecuación
La naturaleza del sustrato.
•
El valor pH del medio de reacción.
•
La temperatura (Aumenta la energía ya que las
partículas colisionan más rápido)
•
La concentración de la enzima afecta solamente a la
velocidad máxima, ya que depende de esta. No
afecta a km.
•
Factores que afectan el Km y Vmáx:
Establece un valor aproximado de los niveles de
sustrato intracelular.
•
Permite comparar enzimas de diversas fuentes.
•
Posibilita determinar la concentración de sustrato
necesaria para medir la concentración de enzima.
•
Importancia de Km:
INHIBICIÓN ENZIMÁTICA
Es un proceso caracterizado por una disminución de la
actividad enzimática causado por un compuesto químico
Este bloqueo pueden matar a un agente patógeno o
corregir un desequilibrio.
Inhibición enzimática reversible: De 3 tipos:
Competitiva, no competitiva y a competitiva. No
covalente, enzimas.
1.
Por el sitio activo.
1.1. Competitiva: El sustrato y el inhibidor compiten
El inhibidor se liga al sitio activo de la enzima y
forma el complejo E-I, el sustrato no se puede
unir
•
El inhibidor no se une al complejo E-S, porque ya
está el sustrato
•
En un gráfico en doble recíproca:
•
No se modifica la velocidad máxima
a)
El valor Km se incrementa
b)
El inhibidor puede ligarse a E formando el
complejo E-I o al complejo E-S formando E-S-I.
•
El inhibidor se une a un lugar distinto al sitio
activo de la enzima.
•
En un gráfico en doble recíproca:
•
El valor Km no se modifica.
a)
La velocidad máxima disminuye.
b)
1.2. No competitiva: El inhibidor se une en un sitio
distinto, reduce la actividad; pero, no afecta la unión
con el sustrato.
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4. ENZIMAS página 4

5. El inhibidor solamente se liga al complejo E-S,
formando el complejo E-S-I.
•
En un gráfico en doble recíproca:
•
Disminuye la velocidad máxima.
a)
Disminuye el valor Km.
b)
1.3. Acompetitiva:
Inhibición ireversible: Modifican una enzima
covalente. Estos suelen contener grupos
funcionales reactivos. Son específicos para un tipo
de enzima, alteran la estructura tridimensional del
sitio activo. Se dividen en: Unión por afinidad y
activado por la enzima (Sustrato suicida).
2.
2.1. Unidad por afinidad: Cuando el sustrato se une
por afinidad.
El sustrato suicida tiene una estructura similar al
sustrato de la enzima.
•
Se diferencia de un inhibidor competitivo, en
que éste interacciona con el sitio activo de la
enzima pero no se liga covalentemente a él, en
tal sentido, tiene una Ki que corresponde a la
disociación del complejo E-I.
•
Esta interacción difiere considerablemente de la
que ocurre en la inhibición irreversible.
•
2.2. Actividad por la enzima (Sustrato suicida):
Efecto de la concentración de la enzima:
Cuando la concentración de sustrato es saturante ( 10
veces Km), la velocidad de la reacción es directamente
proporcional a la concentración de enzima. Es decir:
V = k2 [Et]
ACTIVACIÓN ENZIMÁTICA:
Es un proceso caracterizado por un incremento de la
actividad catalítica de una enzima, causado por acción
de un compuesto químico.
Activación esencial: aquella en que la presencia
del activador es imprescindible para que la
enzima catalice la reacción.
1.
Activación no esencial: es aquella en que la
enzima no requiere de la presencia del activador
para mostrar actividad catalítica.
2.
La activación enzimática puede ser de 2 clases:
La velocidad de las reacciones enzimáticas se
incrementa, a medida que aumenta la
temperatura.
•
Existe una temperatura crítica asociada a una caída
de la velocidad (50o a 60oC). Ya que las proteínas
empiezan a desnaturalizarse, perdida de la
actividad enzimática.
•
La temperatura afecta la estabilidad de la enzima y
los diversos parámetros cinéticos: Km, Vmax, Ki,
etc.
•
Efecto de la temperatura:
Existen metales que prácticamente no afectan la
actividad de las enzimas (Na, K, etc.)
•
Metales como el Pb, Ag, Hg, etc. inhiben
completamente a un gran número de enzimas.
•
Algunos metales (Fe, Cu, Ca, etc.) ejercen un efecto
inhibitorio parcial sobre las enzimas.
•
Ciertos metales incrementan la actividad
enzimática o son necesarios para su actividad.
•
Los iones metálicos esencialmente:
•
A.- Mantienen la estructura tridimensional de
la enzima.
B.- Participan en el mecanismo de catálisis.
1. Ligarse directamente a la enzima.
2. Unirse al sustrato.
Para realizar esta función pueden:
•
Ejemplo la enzima glucoquinasa reconoce como
sustrato al ATP más el Mg
•
Efectos de los metales:
El estado de ionización de una enzima depende del
número, clase y localización de sus grupos
ionizables.
•
Existen sustratos no ionizables y otros susceptibles
de ionizarse.
•
Un cambio del pH puede alterar la velocidad de las
reacciones catalizadas por enzimas, ya que cambia
el estado de ionización de la enzima.
•
Cuando se grafica la actividad enzimática en
función del pH se obtiene una curva con forma de
campana.
•
Efecto de Ph:
El pH en que la enzima muestra su máxima eficiencia
catalítica se denomina pH óptimo.
a. Mantener la estructura tridimensional.
b. Interactuar con el sustrato.
c. Ser responsables de la catálisis.
Una variación en el pH del medio de reacción afecta a los
grupos ionizables responsables de:
Una modificación del pH puede afectar el estado de
ionización de ciertos sustratos.
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6. Son enzimas caracterizadas por tener una curva de
fijación de sustrato de tipo sigmoideo.
•
Estas enzimas están constituidas por varias cadenas
polipeptídicas.
•
Tienen más de un sitio activo.
•
El efector alostérico [activador (+) o inhibidor (-)] se
unen en lugares distintos del sitio activo.
•
Normalmente estas enzimas participan en la
regulación de vías metabólicas.
•
La acción reguladora de las vías metabólicas la
ejercen interviniendo en las primeras reacciones de
la vía metabólica.
•
Debido a su importancia en los procesos
metabólicos deben sintetizarse continuamente.
Tienen una vida media corta.
•
Son enzimas inducibles, es decir, se sintetizan en
respuesta a diversos estímulos.
•
Enzimas alostéricas:
Hipótesis
Los moduladores alostéricos se ligan a la enzima
en un lugar distinto al que se liga el sustrato.
•
Existe un lugar definido para los moduladores
positivos (activadores) y otro lugar para los
moduladores negativos (inhibidores).
•
Los moduladores positivos estabilizan la forma
RR, que tiene mayor afinidad por el sustrato.
•
Los moduladores negativos estabilizan la forma
TT, que tiene poca afinidad por el sustrato.
•
Los moduladores no compiten con el sustrato por
el sitio activo.
•
Moduladores alostéricos:
Enzimas …
La transformación de sustrato en producto requiere un
mínimo nivel de energía.
a. Elevar la temperatura hasta que parte del
sustrato alcance el estado de transición.
b. Disminuir la energía de activación.
Teoría del Estado de Transición: las moléculas
previamente deben activarse, lo que requiere:
Las células no pueden elevar la temperatura.
Las enzimas disminuyen selectivamente la energía de
activación de las reacciones que catalizan.
Catálisis covalente
Catálisis ácido base.
Los principios que rigen la catálisis enzimática son
los mismos que se utilizan para describir la catálisis
química.
•
-Hipótesis de la “llave y cerradura”
-Hipótesis del “encaje inducido”
Existen 2 hipótesis para explicar el mecanismo de
acción de las enzimas:
Mecanismo de Acción Enzimática
El primero quiere decir que el sustrato es
complementario a la enzima; el segundo, que el sustrato
cambia su conformación para acoplarse con la enzima.
El metabolismo celular opera de una manera
perfectamente regulada.
•
Requiere que sus componentes se encuentren en
concentraciones apropiadas
•
El proceso de regulación de las enzimas se realiza
fundamentalmente de 2 formas:
•
1. Regulación de la concentración de enzima.
2. Regulación de la eficiencia catalítica.
Regulación de la enzimas:
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7. Los moduladores positivos estabilizan la forma
RR, que tiene mayor afinidad por el sustrato.
•
Los moduladores negativos estabilizan la forma
TT, que tiene poca afinidad por el sustrato.
•
Los moduladores no compiten con el sustrato por
el sitio activo.
•
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8. Son moléculas de naturaleza proteica que aceleran la
velocidad las reacciones bioquímicas, disminuyendo la
energía de activación de las reacciones que catalizan.
•
Toda enzima actúa sobre una molécula en particular ,
sobre la cual va ser muy específica, esa molécula es
conocida como substrato.
•
El substrato será convertido en un producto, mientras
que la enzima no serán modificadas o consumidas en
la reacción.
•
Cada enzima necesita condiciones muy específicas
para un funcionamiento óptimo y son muy sensibles a
pequeños cambios de temperatura, pH,
concentración de sustrato, etc.
•
Holoenzima
La enzima activa (holoenzima) que resulta de la
combinación de una apoenzima y su(s) cofactor(es).
•
Holoenzima = Apoenzima +Cofactor
Los cofactores pueden ser iones metálicos (grupo
prostético) o sustancias orgánicas (coenzimas).
•
Iones metálicos (Grupo prostético)
Suelen ser moléculas complejas, que nuestro
organismo no puede sintetizar, por lo general.
•
Por esa razón deben ser, ingresados con la dieta;
muchos de ellos son, por lo tanto, vitaminas.
•
Recordar…
Coenzimas
Las coenzimas son pequeñas moléculas orgánicas no
proteicas que transportan grupos químicos
entre enzimas; por ejemplo, aceptando o
donando electrones o grupos funcionales, que
transportan de una enzima a otra.
Un ejemplo de esto son las deshidrogenasas,
que utilizan la NADH como cofactor.
•
Otro ejemplo podría ser el ATP se ve
constantemente degradado en ADP, y luego se
convierte de nuevo en ATP.
•
Ej.
Coenzima Vitamina Grupo químico
transferido
Distribución
NAD+ y
NADP+
Niacina (B3) Electrones Bacterias, arqueas
y eucariotas
Coenzima A Ácido
pantoténico
(B5)
Grupo acetilo y
otros grupos acilo
Bacterias, arqueas
y eucariotas
Ácido
tetrahidrofóli
co
Ácido fólico (B9) Grupos metilo,
formilo, metileno
y formimino
Bacterias, arqueas
y eucariotas
Ácido
ascórbico
Vitamina C Electrones Bacterias, arqueas
y eucariotas
Coenzima Grupo químico
transferido
Distribución
Adenosina
trifosfato (ATP)
Grupo fosfato Bacterias, arqueas y
eucariotas
S-Adenosil
metionina
Grupo metilo Bacterias, arqueas y
eucariotas
Coenzima Q Electrones Bacterias, arqueas y
eucariotas
Azúcares
nucleótidos
Monosacáridos Bacterias, arqueas y
eucariotas
Glutatión Electrones Algunas bacterias y la
mayoría de eucariotas
Oxidorreductasas: Actúan en reacciones de
oxidorreducción (Ej.: deshidrogenasas, oxidasas).
•
Transferasas: Catalizan la transferencia de un grupo
químico de una sustancia a otra. Ej. aminotransferasas,
quinasa(hexocinasa; le da un P a la glucosa y la
convierte el glucosa 6 fosfato, que es el inicio de la
glucólisis)
•
Hidrolasas: Producen hidrólisis esteres, enlaces
peptídicos, enlaces glucosídicos , adicionando agua
para romper el enlace (fosfatasas, peptidasas).
•
Realización la reducción de polímeros para obtener
monómeros .
a)
Todas las enzimas digestivas son hidrolasas. Ej. acetil
colina esteresa (colina y acetato)
b)
Liasas: Catalizan reacciones de ruptura de sustratos,
mediante la escisión de un enlace, generalmente entre
dos átomos de C-C, C- O, C- N para formar un doble
enlace. Ejemplo la aldosa (La fructosa 1-6 bisfosfato se
rompe en las triosas fosfato dihidroxiacetona y
gliceraldehido 3 fosfato).
•
Isomerasas: es una enzima que transforma
un isómero de un compuesto químico en otro. Son
isómeros dos cuerpos químicos que tienen la
misma fórmula molecular pero unas características
distintas debido a la organización diferente de los
átomos en la molécula. Ejemplo: La triosa fosfato
isomerasa convierte la dihidroxiacetona en
gliceraldehido 3 fosfato que es la triosa que si puede
seguir en la glucólisis
•
Ligasas: Unen dos sustratos con la hidrolis simultánea
de un nucleótido trifosfato (ATP, GTP, etc; Las
sintetasas con dependientes de ATP y las que no
Sintasas)
•
Un ejemplo es la piruvato carboxilasa, que cataliza la
reacción
Clasificación:
Recordar
ENZIMAS página 8

9. La información genética para estas moléculas enzimáticas están localizadas en distintos genes. Por
ejemplo la MDH tiene 3 isoenzimas que están codificadas en los cromosomas 1, 4 y 6.
•
Cuando los monómeros constituyentes de una enzima están codificadas en genes diferentes. Por
ejemplo la LDH, tiene 2 monómeros el M se encuentra en el cromosoma 11 y el H se encuentra en el
cromosoma 12.
•
Mutaciones: hay genes que codifican para ciertas es que están predispuestos a mutar más que
otros. Por ejemplo la Glutámico Deshidrogenasa (GLDH), presenta hasta 50 formas diferentes, todas
son normales, pero difieren en algunos aminoácidos, estas diferencias aminoacídicas se deben a
mutaciones puntuales.
•
Isoenzimas:
Hay enzimas 100 % citoplasmáticas es decir que se encuentran solamente en el citosol, a estas se las
llama uniloculadas. Por ejemplo GPT ó LDH .
•
Otras enzimas están en un cierto porcentaje en las organelas y otro porcentaje en el citoplasma, es
decir que son biloculadas, como la GOT que está 60% en el citoplasma y 40% en mitocondria, MDH
(malato deshidrogenasa) 50 % en citoplasma y 50% en mitocondria.
•
Membrana: FAL, 5NT, GGT (γ-GT) (Aumentan en lesiones particulares, por ejemplo en colestasis).
•
Distribución de una enzima en la espacio intra y extra celular.
ENZIMAS página 9

10. Apuntes del libro
ENZIMAS página 10