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Enzimas:
catalizadores biológicos
 En los sistemas biológicos, la catálisis es necesaria, porque
en las condiciones en que se desarrollan las reacciones
químicas del cuerpo humano, estas no ocurrirían a la tasa
suficiente para apoyar la actividad muscular, la generación
del impulso nervioso y todos aquellos procesos requeridos
para la vida.
 Sin catalizadores las reacciones no serían necesariamente
rápidas para mantener la vida.
ENZIMAS
 Polímeros biológicos que catalizan las reacciones
químicas.
 Proteínas altamente especializadas que tienen como
función la catálisis o regulación de la velocidad de las
reacciones químicas que se llevan a cabo en los
seres vivos.
 Una enzima disminuye la energía de activación de la
reacción química (aumenta de la misma manera hacia
la derecha y hacia la izquierda las velocidades de la
reacción) facilitando el equilibrio químico.
Enzimas
CONCEPTO DE ENZIMA
 La enzima no sufre ninguna modificación durante el
proceso de la reacción.
 La enzima no cambia la Keq (constante de equilibrio) de la
reacción.
 Por lo tanto, la catálisis es responsable de incrementar la
tasa, pero no cambia las propiedades termodinámicas del
sistema con el cual esta interactuando.
 Catalizan la conversión de uno o más compuestos (sustratos) hacia
uno o más compuestos diferentes (productos).
 Catalizador: es una sustancia que aumenta la velocidad de una
reacción química y que no se altera de forma permanente por la
reacción, requieren menos energía.
 Con la excepción de algunas moleculas de ARN que catalizan su
propio empalme, todas las enzimas son proteínas.
 Las enzimas pueden incrementar la velocidad de la reacción por un
factor arriba de 106
con respecto a una reaccion no catalizada.
Características de las enzimas
 Su gran estereoespecifidad, es capaz de diferenciar entre
enantiómeros y entre grupos prácticamente idénticos.
 Son específicas tanto para el tipo de reacción catalizada
como para el sustrato.
 La velocidad de la reacción depende de su energía de
activación.
 No llevan a cabo reacciones que sean energéticamente
desfavorables.
 No modifican el sentido de los equilibrios químicos, sino
que aceleran su consecución.
Características de las enzimas
NOMENCLATURA
•Nombre recomendadoNombre recomendado
•Las enzimas solían nombrarse añadiendo el sufijo asa alLas enzimas solían nombrarse añadiendo el sufijo asa al
nombre del sustrato (ureasa = hidrólisis de urea) o a unanombre del sustrato (ureasa = hidrólisis de urea) o a una
descripción de la acción que realizan.descripción de la acción que realizan.
•Nombre sistemáticoNombre sistemático
•La Unión Internacional de Bioquímica y Biología MolecularLa Unión Internacional de Bioquímica y Biología Molecular
(IUBMB) instituyó un esquema de denominación(IUBMB) instituyó un esquema de denominación
sistemática para las enzimas.sistemática para las enzimas.
•Se dividen en seis clases principales, cada una conSe dividen en seis clases principales, cada una con
numerosos subgrupos.numerosos subgrupos.
•
Nomenclatura y Clasificación
Categorías principales (a. Reacción que catalizan):
1. Oxidorreductasas: participan en reacciones redox. Subclases:
deshidrogenasas, oxidasas, oxigenasas, reductasas, peroxidasas e
hidrolasas.
2. Transferasas: catálisis de transferencias de grupos funcionales de
una molécula a otra (amino, carboxilo, carbonilo, metilo, fosforilo y
acilo).Suelen incluir el prefijo trans (transaminasas, transmetilasas).
Nomenclatura y ClasificaciónNomenclatura y Clasificación
Categorías principales (a. Reacción que catalizan):
3. Hidrolasas: reacciones de hidrólisis: rotura de enlaces por adición de
agua (esterasas, fosfatasa y peptidasas).
4. Liasas: adición de grupos para formar dobles enlaces o eliminación
de grupos para formar dobles enlaces (liasas, descarboxilasas,
hidratasas, deshidratasas, desaminasas y sistasas).
Nomenclatura y ClasificaciónNomenclatura y Clasificación
Categorías principales (a. Reacción que catalizan):
5. Isomerasas: reordenamiento intramoleculares, isomerización
cambiando de sitio los grupos. Epimerasas: catalizan la inversión de
átomos de carbono asimétricos. Las mutasas: catalizan la
transferencia intramolecular de grupos funcionales.
6. Ligasas: formación de enlaces entre dos moléculas de sustrato.
La energía la aporta la hidrólisis de ATP. Sintetasa y carboxilasas.
Nomenclatura y ClasificaciónNomenclatura y Clasificación
Cada enzima es nombrado por 4 dígitos:Cada enzima es nombrado por 4 dígitos:
EC a.b.c.d.EC a.b.c.d.
a.- Clase de enzima atendiendo a la clase de reacción
que catalizan (Clase).
b.- Tipo de grupo que interviene (subclase).
c.- Clase de sustrato sobre el que actúan (sub-subclase).
d.- Orden de clasificación (número de serie dentro de sub-
subclase).
Nomenclatura y ClasificaciónNomenclatura y Clasificación
Nomenclatura
 Hexocinasa:
 Nombre sistemático: ATP:D:hexosa 6-
fosfotransferasa.
 E.C. 2.7.1.1
 Clase 2: transferasa
 Subclase 7: transferencia de un grupo fosforilo
 Subclase 1: el alcohol aceptor del grupo fosforilo
 Hexosa 6: indica que el OH fosforilado esta en el
carbono seis de una hexosa.
 http://expasy.org/enzyme/
HOLOENZIMAS
Cofactores y Coenzimas
Holoenzimas
 Algunas enzimas necesitan moléculas que no son
proteínas para realizar su actividad enzimática.
 Holoenzima: enzima activa con su componente no
proteico.
 Apoenzima: enzima sin su mitad no proteica y es
inactiva.
Clasificación según su estructura
Estructuralmente las enzimas poseen una parte proteica queEstructuralmente las enzimas poseen una parte proteica que
hace de esqueleto de sostén del proceso y una parte no proteica –hace de esqueleto de sostén del proceso y una parte no proteica –
Cofactores - que es la porción catalítica propiamente dicha.Cofactores - que es la porción catalítica propiamente dicha.
Los cofactores estimulan la acción de la enzima,Los cofactores estimulan la acción de la enzima, no inhibenno inhiben..
Cofactores y coenzimas
Cofactores
 Pueden ser cationes metálicos como Cu2+
, Fe2+
, Zn2+
, K+
,
Mg2+
, Ni2+
, Mn2+
.
 La naturaleza esencial de estos cofactores explica porque
los organismos requieren pequeñas cantidades de ciertos
oligoelementos en sus dietas.
 Efecto tóxico de ciertos metales pesados; Cd2+
y Hg2+
pueden reemplazar al Zn2+
en los sitios activos de ciertas
enzimas y así inactivan estas enzimas.
Coenzimas
 Moléculas orgánicas necesarias para transportar de forma
transitoria grupos funcionales durante la reacción
catalizada por la enzima.
 Las coenzimas normalmente proceden de las vitaminas y
sirven como transbordadores.
 NAD contiene niacina, Coenzima A contienen ácido
pantoténico y la FAD contienen riboflavina.
Coenzimas
 Algunas coenzimas sólo se asocian en forma
transitoria con determinada molécula de enzima, por
lo que actúan como cosustratos.
 La NAD+
y la NADP+
son ejemplos de cosustratos.
 Los cosustratos se disocian de la enzima en un
estado alterado.
 Otros cofactores, denominados grupos prostéticos, se
asocian de forma permanentemente con la proteína, a
menudo mediante enlaces covalentes.
Iones metálicos: Metales de transición.
Ayudan al sustrato a orientarse dentro del lugar activo
CofactoresCofactores
Coenzimas
 Muchos organismos son incapaces de sintetizar ciertas
porciones de coenzimas esenciales, estas sustancias
deben estar presentes en la dieta del organismo, por lo
que se denominan vitaminas.
 Las vitaminas de la dieta humana que son precursores
de coenzimas son todas hidrosolubles
VITAMINAS FUNCIONES Enfermedades carenciales
C (acidoC (acido
ascsrbico)ascsrbico)
Coenzima de algunas peptidasas. Interviene en
la smntesis de colageno
Escorbuto
B1 (tiamina)
Coenzima de las descarboxilasas y de las
enzima que transfieren grupos aldehidos
Beriberi
B2 (riboflavina)B2 (riboflavina) Constituyente de los coenzimas FAD y FMN
Dermatitis y lesiones en las
mucosas
•B3 (acidoB3 (acido
pantotinico)pantotinico)
Constituyente de la CoA Fatiga y trastornos del sueño
B5 (niacina)B5 (niacina) Constituyente de las coenzimas NAD y NADP Pelagra
B6 ( piridoxina)B6 ( piridoxina)
Interviene en las reacciones de transferencia
de grupos aminos.
Depresión, anemia
•B12B12
(cobalamina)(cobalamina)
Coenzima en la transferencia de grupos metilo. Anemia perniciosa
BiotinaBiotina
Coenzima de las enzimas que transfieren grupos
carboxilo, en metabolismo de aminoacidos.
Fatiga, dermatitis...
Vitaminas
PROPIEDADES DE LAS
ENZIMAS
Propiedades de las enzimas
 Eficiencia catalítica
 La mayoría de las reacciones catalizadas por una
enzima son muy eficaces.
 Transcurren a velocidades de 103
a 108
veces más
rápidas que las reacciones no catalizadas.
Propiedades de las enzimas
Eficiencia catalítica
 Cada molécula de enzima es capaz de
transformar en producto más de 100 a 1000
moléculas de sustrato cada segundo.
 El número de moléculas de sustrato
convertidas en producto por molécula de
enzima por segundo se denomina número de
recambio o kcat.
Propiedades de las enzimas
 Especificidad
 Las enzimas son muy específicas: interaccionan con
un sustrato, o unos pocos sustratos, y catalizan sólo
un tipo de reacción química.
 Dado que las enzimas son muy selectivas para sus
sustratos, el conjunto de enzimas sintetizado en una
célula determina que vías metabólicas se producen en
esa célula.
 Las Enzimas generan productos con un alto
rendimiento- por arriba del 98%. Lo que determina
la ausencia de sub-productos.
Propiedades de las enzimas
 Regulación
 La actividad enzimática puede ser regulada.
 Las enzimas pueden ser activadas o
inhibidas, de modo que la velocidad de la
formación del producto responde a las
necesidades de la células.
Propiedades de las enzimas
Localización dentro de la célula
 Muchas se localizan en orgánulos
específicos dentro de las células.
 Sirve para aislar el sustrato o el producto de
la reacción de otras reacciones
competidoras.
MECANISMO DE ACCIÓN DE
LAS ENZIMAS
Función de las enzimas
 Las enzimas (E) tienen un papel fundamental:
acelerar las reacciones biológicas actuando
sobre sustratos (S) específicos que se van a
transformar en el producto (P) de la reacción.
E + S E + P
Función de las enzimas
 Está función se consigue gracias a que las
enzimas poseen una estructura tridimensional
característica, el centro activo, con un entorno
químico adecuado que permite la interacción
entre la enzima y el sustrato mediante la
formación de un complejo binario denominado
complejo enzima-sustrato (ES).
E + S ES E + PEP
Función de la enzimas
 Sitios Activos
 Las moléculas
enzimáticas contienen
una bolsa o hendidura
especiales denominadas
sitios activos.
Funciones de las enzimas
 Sitios Activos
 Contiene cadenas laterales de aminoácidos que crean
una superficie tridimensional complementaria a la del
sustrato (complementariedad geométrica y
complementariedad electrónica).
 El sustrato se une al sitio activo y se 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.
Sitio activo
Acción enzimática
Esquema para una función catabólica enzimática
La enzima posee un centro activo, con el que se une al
sustrato y lo cambia.
Se forma el complejo enzima-sustrato
El sustrato se separa en los productos finales
Esquema para una función anabólica enzimática
Los sustratos se unen al centro activo
Se forma el complejo enzima-sustrato
Se libera el producto final y la enzima se encuentra
sin cambios y puede actuar sobre un nuevo sustrato
Acción enzimática
Esquema para la especificidad del sustrato
Cada enzima puede cambiar solamente un sustrato específico.Cada enzima puede cambiar solamente un sustrato específico.
Otro sustrato no puede ser cambiado: las enzimas tienen unOtro sustrato no puede ser cambiado: las enzimas tienen un
sustrato específicosustrato específico
Esquema para la especificidad de la función
Cada enzima puede actuar sobre un sustrato y cambiarlo solamente de unaCada enzima puede actuar sobre un sustrato y cambiarlo solamente de una
cierta manera.cierta manera.
Su función es siempre igual, pero diferente de la función de otra enzima.Su función es siempre igual, pero diferente de la función de otra enzima.
Las enzimas trabajan con función específica.Las enzimas trabajan con función específica.
Función de las enzimas
 Una vez que el sustrato adecuado interacciona con el
centro activo se van a producir modificaciones que lo
convierte en un estado de transición que se
transformará en el producto final de la reacción.
 El estado de transición se estabiliza por los residuos del
centro activo con lo que se consigue acelerar la
reacción.
 Residuos de unión: aminoácidos que intervienen en la
unión del sustrato a la enzima.
 Residuos catalíticos: aminoácidos que participan de
forma activa en la transformación química del sustrato.
Acción Enzimática
 A) Cambios de energía que ocurren durante la
reacción.
 Todas las reacciones químicas tienen una barrera de
energía que separa los reactantes de los productos.
 El punto de mayor energía libre se denomina estado de
transición del sistema.
 La energía libre de activación: energía libre del estado
de transición menos la de los reactivos.
Los catalizadores actúan como proveedores de una vía de
reacción con un estado de transición cuya energía es inferior a
la de la reacción no catalizada.
La energía libre de activación ∆G‡
se define como la cantidad
de energía que se requiere para convertir 1 mol de moléculas de
sustrato (reactante) desde el estado basal al estado de
transición.
Acción Enzimática
 Cambios de energía que ocurren durante la
reacción.
El gráfico de energía libre vs. Coordenada de reacción se denomina
diagrama de estado de transición o diagrama de coordenada de reacción
E + S ES EP E + P→ → →
 Una enzima no puede alterar ∆G de la reacción; sólo
puede reducir ∆Gǂ
para permitir que la reacción se
acerque al equilibrio con mayor velocidad que en
ausencia de un catalizador.
 Las enzimas no alteran el equilibrio entre productos y
sustratos pero, al acelerar la velocidad de reacción,
consiguen que se alcance de forma más rápida este
equilibrio.
 Si existe suficiente cantidad de sustrato, se podrán
conseguir mayores concentraciones de producto por
unidad de tiempo en presencia de enzima.
Interacciones del complejo enzima-
sustrato
 Modelo “llave y cerradura” propuesto por Emil
Fischer en 1894.
- Un enzima distingue un
sustrato igual que una
cerradura y una llave.
- El sustrato y el centro activo
son complementarios
- El centro activo sólo es
complementario unido al
sustrato, no antes.
- Es una reacción reversible
Interacciones del complejo enzima-
sustrato
 Modelo “encaje inducido” propuesto por Daniel
Koshland.
- Sitio activo flexible
- Cuando los sustratos se
aproximan y se unen a una
enzima, inducen un cambio
conformacional, induciendo un
ajuste íntimo entre el sitio activo y
el sustrato.
Interacciones del complejo enzima-
sustrato
 Las interacciones entre enzima y sustrato son
de naturaleza no covalente, de forma que una
porción polar del sustrato interacciona con una
porción polar del centro activo y una región
apolar interacciona con las cadenas laterales de
residuos apolares.
MECANISMOS QUÍMICOS PARA
LA ESTABILIZACIÓN DEL
ESTADO DE TRANSICIÓN
Catálisis ácido-base
 Una forma de estabilizar las cargas que
aparecen en un estado de transición es la
transferencia de protones desde o hacia el
sustrato.
Mecanismos Catálicos de las enzimas
 Catálisis
acidobásica:
Catálisis covalente
 Se crea un enlace covalente transitorio entre
la enzima y el sustrato, que produce catálisis
para alcanzar que el producto final tenga
menor energía de activación.
Catálisis por iones metálicos
 Los iones metálicos pueden actuar de diversas formas
en la reacción catalizada:
 Orientando el sustrato de la forma adecuada para que
reaccione.
 Estabilizando cargas en un estado de transición
inestable.
 Facilitando reacciones de oxidoreducción gracias al
paso reversible de su estado de oxidación.
 Cambiando la polaridad de ciertos de enlaces para
hacerlos más susceptibles a ciertos reactivos
(reacciones de fosforilación).
Catálisis por proximidad y tensión
Para que tenga lugar una reacción
bioquímica el sustrato debe acercarse
a los grupos funcionales catalíticos
dentro del lugar activo.
Mientras más alta sea su
concentración, con mayor frecuencia
se encontrarán una con otra.
Además el sustrato debe orientarse
de forma precisa específica hacia los
grupos catalícos.
Catálisis por proximidad y tensión.
 Efecto de proximidad y
tensión:
Una vez situado el sustrato
correctamente, un cambio de la
conformación enzimática puede
dar lugar a un complejo ES
tensado.
La tensión resultante estira o
deforma el enlace al cual lo
dirige, esto debilita y lo hace más
vulnerable a la división.
La tensión ayuda a llevar al ES al
estado de transición.
 Cuanto más fuerte puede unir el
sitio activo al sustrato en su
estado de transición, mayor la
velocidad de reacción.
ISOZIMAS
Isozimas
 Los organismos superiores a menudo elaboran varias
versiones de una enzima dada, distintas desde el punto
de vista físico, cada una de las cuales cataliza la misma
reacción.
 Formas múltiples de una enzima determinada presentes
en un mismo organismo o en una misma célula.
 Si bien todas catalizan la misma reacción, lo hacen a
diferentes velocidades.
 Surgen por medio de la duplicación de un gen.
Cinética, inhibición y
regulación de las
enzimas
CINÉTICA ENZIMÁTICA
La cinética enzimática estudia la velocidad de las reacciones
catalizadas por enzimas.
Estos estudios proporcionan información directa acerca del
mecanismo de la reacción catalítica y de la especificidad del enzima.
La velocidad de una reacción catalizada por un enzima puede
medirse con relativa facilidad, ya que en muchos casos no es necesario
purificar o aislar la enzima.
Cinética enzimática
Cinética de la reacciones
 S  P Reacción elemental
 S  I1  I2  P
 I1 e I2 simbolizan los intermediarios de la reacción.
 La velocidad se puede expresar matemáticamente
como:
 Desaparición de sustrato: V0= d[S]/dt
 Aparición de producto: V0= d[P]/dt
Las unidades de velocidad serán: M·s-1
Cinética de la reacciones
 Las reacciones químicas se pueden clasificar, según su
comportamiento cinético, en reacciones de primer orden,
de segundo orden y de orden cero.
 La velocidad es proporcional a una constante de
velocidad (k) y a la concentración de uno o más
sustratos en unas condiciones determinadas
Cinética de la reacciones
 A  P Reacción elemental
 Para la reacción elemental, la velocidad instantánea de
aparición del producto o desaparición del reactivo, se
llama velocidad de reacción y es:
 V = k[A]
 Reacción de primer orden: la velocidad de la reacción en
cualquier punto del tiempo es proporcional a la
concentración del reactivo A.
 Unidad (s-1
).
Cinética de la reacciones
 Reacción elemental: 2A  P.
 Reacción bimolecular, es una reacción de segundo
orden y su velocidad instantánea se describe por:
 V = k[A]2
 La velocidad de la reacción es proporcional a la
cuadrado de la concentración de A y la constante de
velocidad k de segundo orden tienen unidades M-1
s-1
.
 La reacción A + B  P, también es una reacción de
segundo orden, con una velocidad instantánea descrita
por:
 V = k[A][B]
En una reacción de primer orden la velocidad de
formación de los productos es directamente proporcional a la
concentración del sustrato: v = k [A].
Una reacción de segundo orden es aquella en la que la velocidad
de formación del producto depende
•de la concentración de dos sustratos (como en una reacción
de condensación): v = k [A1
] [A2
]
•del cuadrado de la concentración de un único sustrato
(reacción de dimerización): v = k [A]2
CONCEPTOS BÁSICOS DE CINÉTICA QUÍMICACONCEPTOS BÁSICOS DE CINÉTICA QUÍMICA
Ecuaciones de la velocidad
 Una ecuación de la velocidad describe el progreso de
una reacción en función del tiempo, y puede deducirse
de la ecuaciones que describen la velocidad de la
reacción instantánea.
Tiempo
Pendiente =-k
Ln[A]o
Ln[A]
Gráfico de una ecuación de
velocidad de Primer orden.
Al seguir la velocidad de aparición del producto (o de
desaparición del sustrato) en función del tiempo se obtiene la llamada
curva de avance de la reacción, o simplemente, la cinética de la
reacción.
A medida que la reacción transcurre, la velocidad de
acumulación del producto va disminuyendo porque se va
consumiendo el sustrato de la reacción.
Cinética de Michaelis -Menten
 Modelo más útil en la investigación sistemática de las
velocidades enzimáticas.
 Complejo enzima sustrato es esencial.
E + S ES E + P
K1 = constante de velocidad de la formación de ES
K2 = constante de velocidad de la disociación de ES
K3 = constante de velocidad de la formación y liberación del
producto del lugar activo.
k1
k2
k3
Cinética de Michaelis -Menten
 Ecuación de Michaelis- Menten:
Vo = Vmáx [S]
[S] + Km
 Donde :
 Vo = velocidad de reacción inicial
 Vmax = velocidad máxima que puede alcanzar la reacción
 Km = constante de Michaelis [(K2+K3)/K1]
 [S] = Concentración del sustrato.
 Describe como varía la velocidad de la reacción en función de la
concentración de sustrato.
 Describe la reacción entre la velocidad inicial de la reacción y la
concentración del sustrato bajo las condiciones de estado
estacionario.
Cinética de Michaelis -Menten
0 [S]
V
Vmáx
Km
Vmáx
2 Velocidad de reacción (v)
y concentración de
sustrato [S] para una
reacción característica
catalizada por una
enzima.
Km es la concentración
de sustrato a la que la
enzima tienen la mitad de
la velocidad máxima.
Cinética de Michaelis-Menten
 Conclusiones importantes.
 Km baja: afinidad elevada de la enzima por el sustrato.
 Km grande: afinidad baja de la enzima por el sustrato.
 La velocidad de la reacción es directamente
proporcional a la concentración de la enzima a todas las
concentraciones del sustrato.
Representaciones de Lineweaver-Burk
 Los valores de Km y Vmáx de una enzima se
determinan midiendo las velocidades iniciales de
reacción a varias concentraciones de sustrato.
 Km y Vmax pueden obtenerse construyendo un gráfico.
 Un método de determinación más exacto de estos
valores se obtiene con una transformación algebraica de
los datos.
Representaciones de Lineweaver-Burk
 La ecuación de Michaelis-Menten, cuya gráfica es una
hipérbola puede reordenarse obteniendo su inversa:
V = Vmáx [S] 1 = Km + 1
[S] + Km V Vmáx [S] Vmáx
 Se representan las inversas de las velocidades iniciales
frente alas inversas de las concentraciones de sustrato.
 Representaciones dobles inversas de Lineweaver-Burk.
Representación de Lineweaver-Burk
-1/ Km
1
[S]
1
V
1/Vmáx
Pendiente = Km/Vmax
•Si una enzima obedece la
cinética de Michaelis-Menten,
la representación de la
inversa de la velocidad de
reacción 1/V frente ala
inversa de la concentración de
sustrato 1/[S] se ajusta a una
línea recta.
•La pendiente de la línea es
Km/Vmáx.
• La intersección con el eje
vertical es 1/Vmáx y la
intersección con el eje
horizontal .1/Km
FACTORES QUE ALTERAN LA
ACTIVIDAD ENZIMÁTICA
Factores que afectan la velocidad de
Reacción
 Concentración del sustrato
 Temperatura
 pH
Factores que afectan la velocidad de
Reacción
 Concentración del sustrato
 Tasa o Velocidad de una reacción: número de moléculas de
sustrato que se convierten en producto por unidad de tiempo
(µmol de producto /min).
 La tasa de una reacción catalizada enzimáticamente aumenta
con la concentración del sustrato hasta alcanzar un Vmáx.
 Unidad de actividad enzimática (U): es la cantidad de
enzima capaz de transformar 1.0 µmol de sustrato por minuto
a 25ºC en condiciones óptimas.
EFECTO DE LA TEMPERATURA
 Cuanto mayor la temperatura mayor es la velocidad de
reacción.
 Las enzimas son proteínas que se desnaturalizan a T
elevadas.
 Cada enzima tiene una temperatura óptima a la que actúa con
su máxima eficacia.
 Si la T se incrementa más allá de la T óptima, la actividad
enzimática desciende bruscamente.
 La T óptima de la mayoría de las enzimas en el humano está
próxima a los 37ºC
EFECTO DE LA TEMPERATURA
 Cada enzima presenta una
temperatura óptima que influye en su
actividad
 Actividad máxima de la enzima a esa
temperatura
 A temperaturas bajas, los enzimas se
hallan "muy rígidas"
 Temperaturas elevadas (mayor de
50°C) la actividad cae bruscamente
porque la enzima se desnaturaliza.
EFECTO DEL pH
 Las enzimas presentan un pH óptimo de actividad.
 El pH puede afectar de varias maneras:
 El centro activo puede contener aminoácidos con grupos
ionizados que pueden variar con el pH.
 La ionización de aminoácidos que no están en el centro activo
puede provocar modificaciones en la conformación de la
enzima.
 Los cambios drásticos de pH frecuente mente conducen a la
desnaturalización.
 El sustrato puede verse
afectado por las variaciones del
pH.
 La pepsina del estómago,
presenta un óptimo a pH=2, y la
fosfatasa alcalina del intestino
un pH= 12
EFECTO DEL pH
INHIBICIÓN DE LA
ACTIVIDAD ENZIMÁTICA
Inhibición enzimática
 La actividad de las enzimas puede inhibirse.
 Inhibidores: cualquier sustancia que pueda disminuir la
actividad de la enzima y la velocidad de una reacción.
 Fármacos, antibióticos, conservadores, venenos.
 Tto. SIDA: fármacos inhibidores de proteasas.
 La inhibición enzimática puede producirse cuando un
compuesto compite con el sustrato por el lugar activo de
la enzima libre, se une la complejo ES, o se une a la
enzima libre.
Inhibición enzimática
Medicamento Enzima inhibida Enfermedad tratada
Amburicin Topoisomerasa 2 Cáncer
Antabuse Aldehído
deshidrogenasa
Alcoholismo
Captopril Enzima de la síntesis
de angiotensina
Hipertensión
Celebrex Ciclo-oxigenasa 2 Artritis
Digoxin ATPasa de la bomba
K+
Na+
Problemas cardiacos
Lipitor 3-hidroxi-3-metil-
glutaril CoA
Exceso de colesterol
Viagra Fosfodiesterasa 5 Disfunción eréctil
Ejemplos de medicamentos y su mecanismo de acción
Inhibición enzimática
 Los inhibidores pueden unirse reversible o irreversiblemente
a las enzimas.
 Los inhibidores irreversibles o inactivadores se unen
covalentemente a residuos aminoacídicos de la enzima
impidiendo su acción permanentemente (Hg, Pb, gases
neurotóxicos y compuestos arsenicales).
 Los inhibidores reversibles se unen a la enzima por el mismo
tipo de interacciones que se producen entre las enzimas y los
sustratos y dentro de ellos se encuentran los inhibidores
competitivo y no competitivos (enlaces no cavalentes).
 Otros inhibidores afectan la actividad catalítica sin interferir
con la unión del sustrato.
Inhibición enzimática
 Inhibición competitiva:
 Se unen de forma reversible a la enzima libre y no al
complejo ES, para formar un complejo enzima
inhibidor (EI).
 El sustrato y el inhibidor compiten por el mismo
lugar en la enzima (estructura semejante).
 El complejo EI se disocia fácilmente, la enzima está
disponible de nuevo para unir sustrato.
E + S ES P + E
EI + S No hay reacción
Un inhibidor
competitivo reduce la
concentración de
enzima libre
disponible para la
unión del sustrato
Inhibición enzimática
 Inhibición no competitiva:
 El inhibidor solo se une al complejo enzima sustrato (EIS), y
no a la enzima libre.
 Suele observarse en las reacciones en las que las enzimas
unen más de un sustrato.
 Distorsiona el sitio activo y, por lo tanto, hace que la enzima
sea catalíticamente inactiva.
E + S ES P + E
EIS Sin reacción
Inhibición enzimática
 Inhibición mixta:
 El inhibidor puede unirse tanto a la enzima como al complejo
enzima-sustrato.
 La unión del inhibidor ocasiona la modificación de la
conformación de la enzima que impide la formación del
producto. Se unen a sitios diferentes.
 Los inhibidores mixtos se unen a los sitios de la enzima que
participan en la unión al sustrato y en la catálisis.
E + S ES P + E
EI + S EIS No hay reacción
Inhibición por retroalimentación
 En muchos sistemas multienzimáticos, uno de los productos
(por lo general el último de la serie de reacciones) actúa como
inhibidor de una enzima
 La velocidad de la secuencia completa de reacciones está
condicionada por la concentración del producto final.
 Este tipo de inhibición se llama: retro-inhibición o inhibición por
el producto final.
 Forma en que la célula controla la actividad de sus enzimas.
REGULACIÓN DE LA
ACTIVIDAD ENZIMÁTICA
Regulación enzimática
 Un organismo debe ser capaz de regular la actividad
catalítica de sus componentes enzimáticos, de modo que
pueda coordinar los numerosos procesos metabólicos,
responder a los cambios de su ambiente y crecer y
diferenciarse, todo realizado de manera ordenada.
 Esto puede producirse de dos formas:
 Control de la disponibilidad de la enzima: velocidad síntesis y
velocidad de degradación.
 Control de la actividad enzimática: alteraciones estructurales
que influencian la afinidad de unión de una enzima-sustrato o
el número de reacambio, unión de pequeñas efectores
alostéricos.
Regulación de la actividad enzimática
 Sitios de unión alostéricos
 Las enzimas alostéricas están reguladas por moléculas
denominadas efectores que se unen de manera no
covalente a un sitio distinto del sitio activo.
 Compuestas por subunidades múltiples y el sitio
regulador al que se une el efector puede estar localizado
en una subunidad no catalítica.
Regulación de la actividad enzimática
 Sitios de unión alostéricos
 La presencia de un efector alostérico puede alterar la
afinidad de la enzima por su sustrato o modificar la
actividad catalítica máxima de la enzima o ambas cosas.
 Efectores negativos: Inhiben la actividad enzimática.
 Efectores positivos: aumentan la actividad enzimática.
 Etapas determinantes al principio de la vía metabólica.
Regulación de la actividad enzimática
 Sitios de unión alostéricos
 Efectores homotropos: Cuando el propio sustrato actúa
como efector.
 Efectores heterótropos: El efector es diferente al
sustrato.
 Son frecuentes.
Regulación alostéricaRegulación alostérica
ENZIMAS EN EL
DIAGNÓSTICO CLÍNICO
Enzimas en el diagnóstico clínicoEnzimas en el diagnóstico clínico
 Medición de metabolitos en plasma y orina
Medición de enzimas en plasma
 valoración de daño a tejidos
 Control fisiológico de la actividad enzimatica
 Inhibidores enzimaticos como drogas
Enzimas para DiagnósticoEnzimas para Diagnóstico
Daño al Corazón (infarto al miocardio)
 Creatinfosfocinasa (CK2)
lactato dehidrogenasa
Troponina T y la troponina I
Enfermedades del Hígado
 aspartato aminotransferasa (AST, SGOT)
 alanina aminotransferasa (ALT, SGOT)
 Fosfatasa alcalina
 g-glutamil transpeptidasa
Enzimas para DiagnósticoEnzimas para Diagnóstico
Enfermedades oseas
 Fosfatasa alcalina
Carcinoma de Prostata
 Fosfatasa ácida
Pancreatítis aguda
 Amilasa
Inhibidores EnzimaticosInhibidores Enzimaticos
Utilizados como DrogasUtilizados como Drogas
 Inhibidores reversibles
 No se une a la enzima covalentemente (equilibrio)
 Muchos son relativamente inespecíficos
 Inhibidores irreversibles
 Se une a la enzima covalentemente
 Muchos son los análogo del substrate
 El estado de transición intermediario covalente no se rompe
 Inhibidores mecanismo-dependiente
 Alta especificidad a la enzima
 Tambien llamados diseño racional de droga
 Basados en estudios de mecanismo enzimatico
Inhibidores EnzimaticosInhibidores Enzimaticos
Utilizados como DrogasUtilizados como Drogas
El Omeprazol es utilizado para tratamiento de ulceras gastricas
 Inhibidor irreversible de la bomba de protones en la mucosa gástrica
El omeprazol suprime la secreción ácido-gástrica por inhibición especifica del
sistema enzimático adenosinatrifosfatasa hidrogeno-potasio (ATPasa, H+, k+)
encontrada en la superficie secretora de las células parietales. Ello inhibe el
transporte final de los iones.
·
Se requiere solo una dosis al dia
 Una sobredosis no le afectaría porque el objetivo es inhibir
completamente la secreción ácida para permitir que la úlcera sane

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Enzimas

  • 2.  En los sistemas biológicos, la catálisis es necesaria, porque en las condiciones en que se desarrollan las reacciones químicas del cuerpo humano, estas no ocurrirían a la tasa suficiente para apoyar la actividad muscular, la generación del impulso nervioso y todos aquellos procesos requeridos para la vida.  Sin catalizadores las reacciones no serían necesariamente rápidas para mantener la vida. ENZIMAS
  • 3.  Polímeros biológicos que catalizan las reacciones químicas.  Proteínas altamente especializadas que tienen como función la catálisis o regulación de la velocidad de las reacciones químicas que se llevan a cabo en los seres vivos.  Una enzima disminuye la energía de activación de la reacción química (aumenta de la misma manera hacia la derecha y hacia la izquierda las velocidades de la reacción) facilitando el equilibrio químico. Enzimas
  • 4. CONCEPTO DE ENZIMA  La enzima no sufre ninguna modificación durante el proceso de la reacción.  La enzima no cambia la Keq (constante de equilibrio) de la reacción.  Por lo tanto, la catálisis es responsable de incrementar la tasa, pero no cambia las propiedades termodinámicas del sistema con el cual esta interactuando.
  • 5.  Catalizan la conversión de uno o más compuestos (sustratos) hacia uno o más compuestos diferentes (productos).  Catalizador: es una sustancia que aumenta la velocidad de una reacción química y que no se altera de forma permanente por la reacción, requieren menos energía.  Con la excepción de algunas moleculas de ARN que catalizan su propio empalme, todas las enzimas son proteínas.  Las enzimas pueden incrementar la velocidad de la reacción por un factor arriba de 106 con respecto a una reaccion no catalizada. Características de las enzimas
  • 6.  Su gran estereoespecifidad, es capaz de diferenciar entre enantiómeros y entre grupos prácticamente idénticos.  Son específicas tanto para el tipo de reacción catalizada como para el sustrato.  La velocidad de la reacción depende de su energía de activación.  No llevan a cabo reacciones que sean energéticamente desfavorables.  No modifican el sentido de los equilibrios químicos, sino que aceleran su consecución. Características de las enzimas
  • 8. •Nombre recomendadoNombre recomendado •Las enzimas solían nombrarse añadiendo el sufijo asa alLas enzimas solían nombrarse añadiendo el sufijo asa al nombre del sustrato (ureasa = hidrólisis de urea) o a unanombre del sustrato (ureasa = hidrólisis de urea) o a una descripción de la acción que realizan.descripción de la acción que realizan. •Nombre sistemáticoNombre sistemático •La Unión Internacional de Bioquímica y Biología MolecularLa Unión Internacional de Bioquímica y Biología Molecular (IUBMB) instituyó un esquema de denominación(IUBMB) instituyó un esquema de denominación sistemática para las enzimas.sistemática para las enzimas. •Se dividen en seis clases principales, cada una conSe dividen en seis clases principales, cada una con numerosos subgrupos.numerosos subgrupos. • Nomenclatura y Clasificación
  • 9. Categorías principales (a. Reacción que catalizan): 1. Oxidorreductasas: participan en reacciones redox. Subclases: deshidrogenasas, oxidasas, oxigenasas, reductasas, peroxidasas e hidrolasas. 2. Transferasas: catálisis de transferencias de grupos funcionales de una molécula a otra (amino, carboxilo, carbonilo, metilo, fosforilo y acilo).Suelen incluir el prefijo trans (transaminasas, transmetilasas). Nomenclatura y ClasificaciónNomenclatura y Clasificación
  • 10. Categorías principales (a. Reacción que catalizan): 3. Hidrolasas: reacciones de hidrólisis: rotura de enlaces por adición de agua (esterasas, fosfatasa y peptidasas). 4. Liasas: adición de grupos para formar dobles enlaces o eliminación de grupos para formar dobles enlaces (liasas, descarboxilasas, hidratasas, deshidratasas, desaminasas y sistasas). Nomenclatura y ClasificaciónNomenclatura y Clasificación
  • 11. Categorías principales (a. Reacción que catalizan): 5. Isomerasas: reordenamiento intramoleculares, isomerización cambiando de sitio los grupos. Epimerasas: catalizan la inversión de átomos de carbono asimétricos. Las mutasas: catalizan la transferencia intramolecular de grupos funcionales. 6. Ligasas: formación de enlaces entre dos moléculas de sustrato. La energía la aporta la hidrólisis de ATP. Sintetasa y carboxilasas. Nomenclatura y ClasificaciónNomenclatura y Clasificación
  • 12. Cada enzima es nombrado por 4 dígitos:Cada enzima es nombrado por 4 dígitos: EC a.b.c.d.EC a.b.c.d. a.- Clase de enzima atendiendo a la clase de reacción que catalizan (Clase). b.- Tipo de grupo que interviene (subclase). c.- Clase de sustrato sobre el que actúan (sub-subclase). d.- Orden de clasificación (número de serie dentro de sub- subclase). Nomenclatura y ClasificaciónNomenclatura y Clasificación
  • 13. Nomenclatura  Hexocinasa:  Nombre sistemático: ATP:D:hexosa 6- fosfotransferasa.  E.C. 2.7.1.1  Clase 2: transferasa  Subclase 7: transferencia de un grupo fosforilo  Subclase 1: el alcohol aceptor del grupo fosforilo  Hexosa 6: indica que el OH fosforilado esta en el carbono seis de una hexosa.  http://expasy.org/enzyme/
  • 14.
  • 15.
  • 17. Holoenzimas  Algunas enzimas necesitan moléculas que no son proteínas para realizar su actividad enzimática.  Holoenzima: enzima activa con su componente no proteico.  Apoenzima: enzima sin su mitad no proteica y es inactiva.
  • 19. Estructuralmente las enzimas poseen una parte proteica queEstructuralmente las enzimas poseen una parte proteica que hace de esqueleto de sostén del proceso y una parte no proteica –hace de esqueleto de sostén del proceso y una parte no proteica – Cofactores - que es la porción catalítica propiamente dicha.Cofactores - que es la porción catalítica propiamente dicha. Los cofactores estimulan la acción de la enzima,Los cofactores estimulan la acción de la enzima, no inhibenno inhiben.. Cofactores y coenzimas
  • 20. Cofactores  Pueden ser cationes metálicos como Cu2+ , Fe2+ , Zn2+ , K+ , Mg2+ , Ni2+ , Mn2+ .  La naturaleza esencial de estos cofactores explica porque los organismos requieren pequeñas cantidades de ciertos oligoelementos en sus dietas.  Efecto tóxico de ciertos metales pesados; Cd2+ y Hg2+ pueden reemplazar al Zn2+ en los sitios activos de ciertas enzimas y así inactivan estas enzimas.
  • 21. Coenzimas  Moléculas orgánicas necesarias para transportar de forma transitoria grupos funcionales durante la reacción catalizada por la enzima.  Las coenzimas normalmente proceden de las vitaminas y sirven como transbordadores.  NAD contiene niacina, Coenzima A contienen ácido pantoténico y la FAD contienen riboflavina.
  • 22. Coenzimas  Algunas coenzimas sólo se asocian en forma transitoria con determinada molécula de enzima, por lo que actúan como cosustratos.  La NAD+ y la NADP+ son ejemplos de cosustratos.  Los cosustratos se disocian de la enzima en un estado alterado.  Otros cofactores, denominados grupos prostéticos, se asocian de forma permanentemente con la proteína, a menudo mediante enlaces covalentes.
  • 23. Iones metálicos: Metales de transición. Ayudan al sustrato a orientarse dentro del lugar activo CofactoresCofactores
  • 24. Coenzimas  Muchos organismos son incapaces de sintetizar ciertas porciones de coenzimas esenciales, estas sustancias deben estar presentes en la dieta del organismo, por lo que se denominan vitaminas.  Las vitaminas de la dieta humana que son precursores de coenzimas son todas hidrosolubles
  • 25.
  • 26. VITAMINAS FUNCIONES Enfermedades carenciales C (acidoC (acido ascsrbico)ascsrbico) Coenzima de algunas peptidasas. Interviene en la smntesis de colageno Escorbuto B1 (tiamina) Coenzima de las descarboxilasas y de las enzima que transfieren grupos aldehidos Beriberi B2 (riboflavina)B2 (riboflavina) Constituyente de los coenzimas FAD y FMN Dermatitis y lesiones en las mucosas •B3 (acidoB3 (acido pantotinico)pantotinico) Constituyente de la CoA Fatiga y trastornos del sueño B5 (niacina)B5 (niacina) Constituyente de las coenzimas NAD y NADP Pelagra B6 ( piridoxina)B6 ( piridoxina) Interviene en las reacciones de transferencia de grupos aminos. Depresión, anemia •B12B12 (cobalamina)(cobalamina) Coenzima en la transferencia de grupos metilo. Anemia perniciosa BiotinaBiotina Coenzima de las enzimas que transfieren grupos carboxilo, en metabolismo de aminoacidos. Fatiga, dermatitis... Vitaminas
  • 28. Propiedades de las enzimas  Eficiencia catalítica  La mayoría de las reacciones catalizadas por una enzima son muy eficaces.  Transcurren a velocidades de 103 a 108 veces más rápidas que las reacciones no catalizadas.
  • 29. Propiedades de las enzimas Eficiencia catalítica  Cada molécula de enzima es capaz de transformar en producto más de 100 a 1000 moléculas de sustrato cada segundo.  El número de moléculas de sustrato convertidas en producto por molécula de enzima por segundo se denomina número de recambio o kcat.
  • 30. Propiedades de las enzimas  Especificidad  Las enzimas son muy específicas: interaccionan con un sustrato, o unos pocos sustratos, y catalizan sólo un tipo de reacción química.  Dado que las enzimas son muy selectivas para sus sustratos, el conjunto de enzimas sintetizado en una célula determina que vías metabólicas se producen en esa célula.  Las Enzimas generan productos con un alto rendimiento- por arriba del 98%. Lo que determina la ausencia de sub-productos.
  • 31. Propiedades de las enzimas  Regulación  La actividad enzimática puede ser regulada.  Las enzimas pueden ser activadas o inhibidas, de modo que la velocidad de la formación del producto responde a las necesidades de la células.
  • 32. Propiedades de las enzimas Localización dentro de la célula  Muchas se localizan en orgánulos específicos dentro de las células.  Sirve para aislar el sustrato o el producto de la reacción de otras reacciones competidoras.
  • 33. MECANISMO DE ACCIÓN DE LAS ENZIMAS
  • 34. Función de las enzimas  Las enzimas (E) tienen un papel fundamental: acelerar las reacciones biológicas actuando sobre sustratos (S) específicos que se van a transformar en el producto (P) de la reacción. E + S E + P
  • 35. Función de las enzimas  Está función se consigue gracias a que las enzimas poseen una estructura tridimensional característica, el centro activo, con un entorno químico adecuado que permite la interacción entre la enzima y el sustrato mediante la formación de un complejo binario denominado complejo enzima-sustrato (ES). E + S ES E + PEP
  • 36. Función de la enzimas  Sitios Activos  Las moléculas enzimáticas contienen una bolsa o hendidura especiales denominadas sitios activos.
  • 37. Funciones de las enzimas  Sitios Activos  Contiene cadenas laterales de aminoácidos que crean una superficie tridimensional complementaria a la del sustrato (complementariedad geométrica y complementariedad electrónica).  El sustrato se une al sitio activo y se 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.
  • 39.
  • 40. Acción enzimática Esquema para una función catabólica enzimática La enzima posee un centro activo, con el que se une al sustrato y lo cambia. Se forma el complejo enzima-sustrato El sustrato se separa en los productos finales
  • 41. Esquema para una función anabólica enzimática Los sustratos se unen al centro activo Se forma el complejo enzima-sustrato Se libera el producto final y la enzima se encuentra sin cambios y puede actuar sobre un nuevo sustrato Acción enzimática
  • 42. Esquema para la especificidad del sustrato Cada enzima puede cambiar solamente un sustrato específico.Cada enzima puede cambiar solamente un sustrato específico. Otro sustrato no puede ser cambiado: las enzimas tienen unOtro sustrato no puede ser cambiado: las enzimas tienen un sustrato específicosustrato específico
  • 43. Esquema para la especificidad de la función Cada enzima puede actuar sobre un sustrato y cambiarlo solamente de unaCada enzima puede actuar sobre un sustrato y cambiarlo solamente de una cierta manera.cierta manera. Su función es siempre igual, pero diferente de la función de otra enzima.Su función es siempre igual, pero diferente de la función de otra enzima. Las enzimas trabajan con función específica.Las enzimas trabajan con función específica.
  • 44. Función de las enzimas  Una vez que el sustrato adecuado interacciona con el centro activo se van a producir modificaciones que lo convierte en un estado de transición que se transformará en el producto final de la reacción.  El estado de transición se estabiliza por los residuos del centro activo con lo que se consigue acelerar la reacción.  Residuos de unión: aminoácidos que intervienen en la unión del sustrato a la enzima.  Residuos catalíticos: aminoácidos que participan de forma activa en la transformación química del sustrato.
  • 45. Acción Enzimática  A) Cambios de energía que ocurren durante la reacción.  Todas las reacciones químicas tienen una barrera de energía que separa los reactantes de los productos.  El punto de mayor energía libre se denomina estado de transición del sistema.  La energía libre de activación: energía libre del estado de transición menos la de los reactivos.
  • 46. Los catalizadores actúan como proveedores de una vía de reacción con un estado de transición cuya energía es inferior a la de la reacción no catalizada. La energía libre de activación ∆G‡ se define como la cantidad de energía que se requiere para convertir 1 mol de moléculas de sustrato (reactante) desde el estado basal al estado de transición.
  • 47. Acción Enzimática  Cambios de energía que ocurren durante la reacción. El gráfico de energía libre vs. Coordenada de reacción se denomina diagrama de estado de transición o diagrama de coordenada de reacción
  • 48. E + S ES EP E + P→ → →
  • 49.  Una enzima no puede alterar ∆G de la reacción; sólo puede reducir ∆Gǂ para permitir que la reacción se acerque al equilibrio con mayor velocidad que en ausencia de un catalizador.  Las enzimas no alteran el equilibrio entre productos y sustratos pero, al acelerar la velocidad de reacción, consiguen que se alcance de forma más rápida este equilibrio.  Si existe suficiente cantidad de sustrato, se podrán conseguir mayores concentraciones de producto por unidad de tiempo en presencia de enzima.
  • 50. Interacciones del complejo enzima- sustrato  Modelo “llave y cerradura” propuesto por Emil Fischer en 1894. - Un enzima distingue un sustrato igual que una cerradura y una llave. - El sustrato y el centro activo son complementarios - El centro activo sólo es complementario unido al sustrato, no antes. - Es una reacción reversible
  • 51. Interacciones del complejo enzima- sustrato  Modelo “encaje inducido” propuesto por Daniel Koshland. - Sitio activo flexible - Cuando los sustratos se aproximan y se unen a una enzima, inducen un cambio conformacional, induciendo un ajuste íntimo entre el sitio activo y el sustrato.
  • 52.
  • 53. Interacciones del complejo enzima- sustrato  Las interacciones entre enzima y sustrato son de naturaleza no covalente, de forma que una porción polar del sustrato interacciona con una porción polar del centro activo y una región apolar interacciona con las cadenas laterales de residuos apolares.
  • 54. MECANISMOS QUÍMICOS PARA LA ESTABILIZACIÓN DEL ESTADO DE TRANSICIÓN
  • 55. Catálisis ácido-base  Una forma de estabilizar las cargas que aparecen en un estado de transición es la transferencia de protones desde o hacia el sustrato.
  • 56. Mecanismos Catálicos de las enzimas  Catálisis acidobásica:
  • 57.
  • 58. Catálisis covalente  Se crea un enlace covalente transitorio entre la enzima y el sustrato, que produce catálisis para alcanzar que el producto final tenga menor energía de activación.
  • 59. Catálisis por iones metálicos  Los iones metálicos pueden actuar de diversas formas en la reacción catalizada:  Orientando el sustrato de la forma adecuada para que reaccione.  Estabilizando cargas en un estado de transición inestable.  Facilitando reacciones de oxidoreducción gracias al paso reversible de su estado de oxidación.  Cambiando la polaridad de ciertos de enlaces para hacerlos más susceptibles a ciertos reactivos (reacciones de fosforilación).
  • 60. Catálisis por proximidad y tensión Para que tenga lugar una reacción bioquímica el sustrato debe acercarse a los grupos funcionales catalíticos dentro del lugar activo. Mientras más alta sea su concentración, con mayor frecuencia se encontrarán una con otra. Además el sustrato debe orientarse de forma precisa específica hacia los grupos catalícos.
  • 61. Catálisis por proximidad y tensión.  Efecto de proximidad y tensión: Una vez situado el sustrato correctamente, un cambio de la conformación enzimática puede dar lugar a un complejo ES tensado. La tensión resultante estira o deforma el enlace al cual lo dirige, esto debilita y lo hace más vulnerable a la división. La tensión ayuda a llevar al ES al estado de transición.  Cuanto más fuerte puede unir el sitio activo al sustrato en su estado de transición, mayor la velocidad de reacción.
  • 62.
  • 64. Isozimas  Los organismos superiores a menudo elaboran varias versiones de una enzima dada, distintas desde el punto de vista físico, cada una de las cuales cataliza la misma reacción.  Formas múltiples de una enzima determinada presentes en un mismo organismo o en una misma célula.  Si bien todas catalizan la misma reacción, lo hacen a diferentes velocidades.  Surgen por medio de la duplicación de un gen.
  • 67. La cinética enzimática estudia la velocidad de las reacciones catalizadas por enzimas. Estos estudios proporcionan información directa acerca del mecanismo de la reacción catalítica y de la especificidad del enzima. La velocidad de una reacción catalizada por un enzima puede medirse con relativa facilidad, ya que en muchos casos no es necesario purificar o aislar la enzima. Cinética enzimática
  • 68. Cinética de la reacciones  S  P Reacción elemental  S  I1  I2  P  I1 e I2 simbolizan los intermediarios de la reacción.  La velocidad se puede expresar matemáticamente como:  Desaparición de sustrato: V0= d[S]/dt  Aparición de producto: V0= d[P]/dt Las unidades de velocidad serán: M·s-1
  • 69. Cinética de la reacciones  Las reacciones químicas se pueden clasificar, según su comportamiento cinético, en reacciones de primer orden, de segundo orden y de orden cero.  La velocidad es proporcional a una constante de velocidad (k) y a la concentración de uno o más sustratos en unas condiciones determinadas
  • 70. Cinética de la reacciones  A  P Reacción elemental  Para la reacción elemental, la velocidad instantánea de aparición del producto o desaparición del reactivo, se llama velocidad de reacción y es:  V = k[A]  Reacción de primer orden: la velocidad de la reacción en cualquier punto del tiempo es proporcional a la concentración del reactivo A.  Unidad (s-1 ).
  • 71. Cinética de la reacciones  Reacción elemental: 2A  P.  Reacción bimolecular, es una reacción de segundo orden y su velocidad instantánea se describe por:  V = k[A]2  La velocidad de la reacción es proporcional a la cuadrado de la concentración de A y la constante de velocidad k de segundo orden tienen unidades M-1 s-1 .  La reacción A + B  P, también es una reacción de segundo orden, con una velocidad instantánea descrita por:  V = k[A][B]
  • 72. En una reacción de primer orden la velocidad de formación de los productos es directamente proporcional a la concentración del sustrato: v = k [A]. Una reacción de segundo orden es aquella en la que la velocidad de formación del producto depende •de la concentración de dos sustratos (como en una reacción de condensación): v = k [A1 ] [A2 ] •del cuadrado de la concentración de un único sustrato (reacción de dimerización): v = k [A]2 CONCEPTOS BÁSICOS DE CINÉTICA QUÍMICACONCEPTOS BÁSICOS DE CINÉTICA QUÍMICA
  • 73. Ecuaciones de la velocidad  Una ecuación de la velocidad describe el progreso de una reacción en función del tiempo, y puede deducirse de la ecuaciones que describen la velocidad de la reacción instantánea. Tiempo Pendiente =-k Ln[A]o Ln[A] Gráfico de una ecuación de velocidad de Primer orden.
  • 74. Al seguir la velocidad de aparición del producto (o de desaparición del sustrato) en función del tiempo se obtiene la llamada curva de avance de la reacción, o simplemente, la cinética de la reacción. A medida que la reacción transcurre, la velocidad de acumulación del producto va disminuyendo porque se va consumiendo el sustrato de la reacción.
  • 75. Cinética de Michaelis -Menten  Modelo más útil en la investigación sistemática de las velocidades enzimáticas.  Complejo enzima sustrato es esencial. E + S ES E + P K1 = constante de velocidad de la formación de ES K2 = constante de velocidad de la disociación de ES K3 = constante de velocidad de la formación y liberación del producto del lugar activo. k1 k2 k3
  • 76. Cinética de Michaelis -Menten  Ecuación de Michaelis- Menten: Vo = Vmáx [S] [S] + Km  Donde :  Vo = velocidad de reacción inicial  Vmax = velocidad máxima que puede alcanzar la reacción  Km = constante de Michaelis [(K2+K3)/K1]  [S] = Concentración del sustrato.  Describe como varía la velocidad de la reacción en función de la concentración de sustrato.  Describe la reacción entre la velocidad inicial de la reacción y la concentración del sustrato bajo las condiciones de estado estacionario.
  • 77. Cinética de Michaelis -Menten 0 [S] V Vmáx Km Vmáx 2 Velocidad de reacción (v) y concentración de sustrato [S] para una reacción característica catalizada por una enzima. Km es la concentración de sustrato a la que la enzima tienen la mitad de la velocidad máxima.
  • 78. Cinética de Michaelis-Menten  Conclusiones importantes.  Km baja: afinidad elevada de la enzima por el sustrato.  Km grande: afinidad baja de la enzima por el sustrato.  La velocidad de la reacción es directamente proporcional a la concentración de la enzima a todas las concentraciones del sustrato.
  • 79. Representaciones de Lineweaver-Burk  Los valores de Km y Vmáx de una enzima se determinan midiendo las velocidades iniciales de reacción a varias concentraciones de sustrato.  Km y Vmax pueden obtenerse construyendo un gráfico.  Un método de determinación más exacto de estos valores se obtiene con una transformación algebraica de los datos.
  • 80. Representaciones de Lineweaver-Burk  La ecuación de Michaelis-Menten, cuya gráfica es una hipérbola puede reordenarse obteniendo su inversa: V = Vmáx [S] 1 = Km + 1 [S] + Km V Vmáx [S] Vmáx  Se representan las inversas de las velocidades iniciales frente alas inversas de las concentraciones de sustrato.  Representaciones dobles inversas de Lineweaver-Burk.
  • 81. Representación de Lineweaver-Burk -1/ Km 1 [S] 1 V 1/Vmáx Pendiente = Km/Vmax •Si una enzima obedece la cinética de Michaelis-Menten, la representación de la inversa de la velocidad de reacción 1/V frente ala inversa de la concentración de sustrato 1/[S] se ajusta a una línea recta. •La pendiente de la línea es Km/Vmáx. • La intersección con el eje vertical es 1/Vmáx y la intersección con el eje horizontal .1/Km
  • 82. FACTORES QUE ALTERAN LA ACTIVIDAD ENZIMÁTICA
  • 83. Factores que afectan la velocidad de Reacción  Concentración del sustrato  Temperatura  pH
  • 84. Factores que afectan la velocidad de Reacción  Concentración del sustrato  Tasa o Velocidad de una reacción: número de moléculas de sustrato que se convierten en producto por unidad de tiempo (µmol de producto /min).  La tasa de una reacción catalizada enzimáticamente aumenta con la concentración del sustrato hasta alcanzar un Vmáx.  Unidad de actividad enzimática (U): es la cantidad de enzima capaz de transformar 1.0 µmol de sustrato por minuto a 25ºC en condiciones óptimas.
  • 85. EFECTO DE LA TEMPERATURA  Cuanto mayor la temperatura mayor es la velocidad de reacción.  Las enzimas son proteínas que se desnaturalizan a T elevadas.  Cada enzima tiene una temperatura óptima a la que actúa con su máxima eficacia.  Si la T se incrementa más allá de la T óptima, la actividad enzimática desciende bruscamente.  La T óptima de la mayoría de las enzimas en el humano está próxima a los 37ºC
  • 86. EFECTO DE LA TEMPERATURA  Cada enzima presenta una temperatura óptima que influye en su actividad  Actividad máxima de la enzima a esa temperatura  A temperaturas bajas, los enzimas se hallan "muy rígidas"  Temperaturas elevadas (mayor de 50°C) la actividad cae bruscamente porque la enzima se desnaturaliza.
  • 87.
  • 88. EFECTO DEL pH  Las enzimas presentan un pH óptimo de actividad.  El pH puede afectar de varias maneras:  El centro activo puede contener aminoácidos con grupos ionizados que pueden variar con el pH.  La ionización de aminoácidos que no están en el centro activo puede provocar modificaciones en la conformación de la enzima.  Los cambios drásticos de pH frecuente mente conducen a la desnaturalización.
  • 89.  El sustrato puede verse afectado por las variaciones del pH.  La pepsina del estómago, presenta un óptimo a pH=2, y la fosfatasa alcalina del intestino un pH= 12 EFECTO DEL pH
  • 90.
  • 92. Inhibición enzimática  La actividad de las enzimas puede inhibirse.  Inhibidores: cualquier sustancia que pueda disminuir la actividad de la enzima y la velocidad de una reacción.  Fármacos, antibióticos, conservadores, venenos.  Tto. SIDA: fármacos inhibidores de proteasas.  La inhibición enzimática puede producirse cuando un compuesto compite con el sustrato por el lugar activo de la enzima libre, se une la complejo ES, o se une a la enzima libre.
  • 93. Inhibición enzimática Medicamento Enzima inhibida Enfermedad tratada Amburicin Topoisomerasa 2 Cáncer Antabuse Aldehído deshidrogenasa Alcoholismo Captopril Enzima de la síntesis de angiotensina Hipertensión Celebrex Ciclo-oxigenasa 2 Artritis Digoxin ATPasa de la bomba K+ Na+ Problemas cardiacos Lipitor 3-hidroxi-3-metil- glutaril CoA Exceso de colesterol Viagra Fosfodiesterasa 5 Disfunción eréctil Ejemplos de medicamentos y su mecanismo de acción
  • 94. Inhibición enzimática  Los inhibidores pueden unirse reversible o irreversiblemente a las enzimas.  Los inhibidores irreversibles o inactivadores se unen covalentemente a residuos aminoacídicos de la enzima impidiendo su acción permanentemente (Hg, Pb, gases neurotóxicos y compuestos arsenicales).  Los inhibidores reversibles se unen a la enzima por el mismo tipo de interacciones que se producen entre las enzimas y los sustratos y dentro de ellos se encuentran los inhibidores competitivo y no competitivos (enlaces no cavalentes).  Otros inhibidores afectan la actividad catalítica sin interferir con la unión del sustrato.
  • 95. Inhibición enzimática  Inhibición competitiva:  Se unen de forma reversible a la enzima libre y no al complejo ES, para formar un complejo enzima inhibidor (EI).  El sustrato y el inhibidor compiten por el mismo lugar en la enzima (estructura semejante).  El complejo EI se disocia fácilmente, la enzima está disponible de nuevo para unir sustrato. E + S ES P + E EI + S No hay reacción
  • 96. Un inhibidor competitivo reduce la concentración de enzima libre disponible para la unión del sustrato
  • 97. Inhibición enzimática  Inhibición no competitiva:  El inhibidor solo se une al complejo enzima sustrato (EIS), y no a la enzima libre.  Suele observarse en las reacciones en las que las enzimas unen más de un sustrato.  Distorsiona el sitio activo y, por lo tanto, hace que la enzima sea catalíticamente inactiva. E + S ES P + E EIS Sin reacción
  • 98. Inhibición enzimática  Inhibición mixta:  El inhibidor puede unirse tanto a la enzima como al complejo enzima-sustrato.  La unión del inhibidor ocasiona la modificación de la conformación de la enzima que impide la formación del producto. Se unen a sitios diferentes.  Los inhibidores mixtos se unen a los sitios de la enzima que participan en la unión al sustrato y en la catálisis. E + S ES P + E EI + S EIS No hay reacción
  • 99.
  • 100.
  • 101. Inhibición por retroalimentación  En muchos sistemas multienzimáticos, uno de los productos (por lo general el último de la serie de reacciones) actúa como inhibidor de una enzima  La velocidad de la secuencia completa de reacciones está condicionada por la concentración del producto final.  Este tipo de inhibición se llama: retro-inhibición o inhibición por el producto final.  Forma en que la célula controla la actividad de sus enzimas.
  • 103. Regulación enzimática  Un organismo debe ser capaz de regular la actividad catalítica de sus componentes enzimáticos, de modo que pueda coordinar los numerosos procesos metabólicos, responder a los cambios de su ambiente y crecer y diferenciarse, todo realizado de manera ordenada.  Esto puede producirse de dos formas:  Control de la disponibilidad de la enzima: velocidad síntesis y velocidad de degradación.  Control de la actividad enzimática: alteraciones estructurales que influencian la afinidad de unión de una enzima-sustrato o el número de reacambio, unión de pequeñas efectores alostéricos.
  • 104. Regulación de la actividad enzimática  Sitios de unión alostéricos  Las enzimas alostéricas están reguladas por moléculas denominadas efectores que se unen de manera no covalente a un sitio distinto del sitio activo.  Compuestas por subunidades múltiples y el sitio regulador al que se une el efector puede estar localizado en una subunidad no catalítica.
  • 105. Regulación de la actividad enzimática  Sitios de unión alostéricos  La presencia de un efector alostérico puede alterar la afinidad de la enzima por su sustrato o modificar la actividad catalítica máxima de la enzima o ambas cosas.  Efectores negativos: Inhiben la actividad enzimática.  Efectores positivos: aumentan la actividad enzimática.  Etapas determinantes al principio de la vía metabólica.
  • 106. Regulación de la actividad enzimática  Sitios de unión alostéricos  Efectores homotropos: Cuando el propio sustrato actúa como efector.  Efectores heterótropos: El efector es diferente al sustrato.  Son frecuentes.
  • 109. Enzimas en el diagnóstico clínicoEnzimas en el diagnóstico clínico  Medición de metabolitos en plasma y orina Medición de enzimas en plasma  valoración de daño a tejidos  Control fisiológico de la actividad enzimatica  Inhibidores enzimaticos como drogas
  • 110. Enzimas para DiagnósticoEnzimas para Diagnóstico Daño al Corazón (infarto al miocardio)  Creatinfosfocinasa (CK2) lactato dehidrogenasa Troponina T y la troponina I Enfermedades del Hígado  aspartato aminotransferasa (AST, SGOT)  alanina aminotransferasa (ALT, SGOT)  Fosfatasa alcalina  g-glutamil transpeptidasa
  • 111. Enzimas para DiagnósticoEnzimas para Diagnóstico Enfermedades oseas  Fosfatasa alcalina Carcinoma de Prostata  Fosfatasa ácida Pancreatítis aguda  Amilasa
  • 112. Inhibidores EnzimaticosInhibidores Enzimaticos Utilizados como DrogasUtilizados como Drogas  Inhibidores reversibles  No se une a la enzima covalentemente (equilibrio)  Muchos son relativamente inespecíficos  Inhibidores irreversibles  Se une a la enzima covalentemente  Muchos son los análogo del substrate  El estado de transición intermediario covalente no se rompe  Inhibidores mecanismo-dependiente  Alta especificidad a la enzima  Tambien llamados diseño racional de droga  Basados en estudios de mecanismo enzimatico
  • 113. Inhibidores EnzimaticosInhibidores Enzimaticos Utilizados como DrogasUtilizados como Drogas El Omeprazol es utilizado para tratamiento de ulceras gastricas  Inhibidor irreversible de la bomba de protones en la mucosa gástrica El omeprazol suprime la secreción ácido-gástrica por inhibición especifica del sistema enzimático adenosinatrifosfatasa hidrogeno-potasio (ATPasa, H+, k+) encontrada en la superficie secretora de las células parietales. Ello inhibe el transporte final de los iones. · Se requiere solo una dosis al dia  Una sobredosis no le afectaría porque el objetivo es inhibir completamente la secreción ácida para permitir que la úlcera sane