Este documento trata sobre las enzimas. Brevemente: 1) Las enzimas son proteínas que catalizan reacciones químicas en los seres vivos. 2) Están formadas por aminoácidos que cumplen funciones estructurales, de unión al sustrato, y catalíticas. 3) Cada enzima cataliza una reacción específica uniéndose al sustrato en su centro activo.

1. Enzimología
BIOQUÍMICABIOQUÍMICA
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Clase Tres

2. LAS ENZIMAS SON:
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3. - 2
ATP
+ 2 NADH + H+
+ 2 ATP
+ 2 NADH + H+
+ 1 ATP
+ 3 NADH + H+
+ 1 FADH2
+ 2 ATP
C6H12O6 + 6 O2 -> 6CO2 + 6 H2O
∆G°´ -2870 kJ/mol
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4. Las enzimas son proteínas altamente especializadas. Función:
catálisis (o regulación de la velocidad) de las reacciones
químicas en los seres vivos.
E + PE + S [ES]
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5. Las proteínas enzimáticas están formadas por una gran cantidad de
aminoácidos (AA), que cumplen funciones diferenciadas:
No esenciales, estructurales, de unión y catalíticas.
•Los AA no esenciales pueden ser reemplazados y, en algunos
casos, eliminados sin pérdida significativa en la función o
conformación de una enzima.
•Los AA estructurales = conforma­ción de la enzima, "forman su
esqueleto".
•Los AA de unión = asociación entre la enzima y el sustrato.
•Los AA catalíticos = transformación del sustrato.
Estructura de una enzima
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6. Aspectos generales de las enzimas
• Las enzimas son catalizadores específicos: cada
enzima cataliza un solo tipo de reacción y casi
siempre actúa sobre
– un único sustrato o
– un grupo muy reducido de ellos.
Sustrato: sustancia sobre la que actúa la enzima
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7. Especificidad de función de las enzimas
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8. En toda reacción química se produce la
transformación de una sustancia inicial,
denominada sustrato (S), en una sustancia
final o producto (P):
Mecanismo de la reacción
enzimática
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9. Enzima y su
sustrato
Unión al centro
activo
Formación de
productos
E + SE + S  ESES  EE
+ P+ P
Complejo enzima-sustrato
Reacción catalizada por una enzima:
centro activo región concreta de la enzima donde el sustrato se une
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10. El centro activo comprende
• un sitio de unión formado por los aminoácidos que
están en contacto directo con el sustrato y
• un sitio catalítico, formado por los aminoácidos
directamente implicados en el mecanismo de la reacción
Centro activo: Es el sitio donde están los AA de unión al SS y
los AA que median el efecto catalítico de la enzima.
(uniones intermoleculares de la enzima c/el S en una
orientación tal que encajan correctamente, como las piezas en
un rompecabezas).
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11. Nomenclatura
Hay varias formas de nombrar una
enzima:
• nombres particulares
• nombre sistemático
• código de la comisión de enzimas
(EC = Enzyme Comission) de la UIB
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12. Nomenclatura:
nombres particulares
• Antiguamente, los enzimas recibían nombres
particulares, asignados por su descubridor.
• Ejemplos: amilasa (hidrolisa el almidón)
glucoquinasa
Glc + ATP  Glc­6P + ADP
• Al ir aumentando el número de enzimas conocidas,
se hizo necesaria una nomenclatura sistemática que
informara sobre la acción específica de cada enzima
y los sustratos sobre los que actuaba.
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13. Comisión de Enzimas
Nomenclatura: __.__.__.__.
El nombre es identificado por un código numérico:
• encabezado por las letras EC (enzyme commission)
• seguidas de cuatro números separados por puntos.
– el primer número indica a cual de las seis clases pertenece la
enzima,
– el segundo se refiere a distintas subclases dentro de cada
grupo,
– el tercero y el cuarto se refieren a los grupos químicos
específicos que intervienen en la reacción y el nº de orden en
la lista.
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14. Clasificación y
Nomenclatura:
Comisión de Enzimas
Clases
1. Óxido-reductasas
2. Transferasas
3. Hidrolasas
4. Liasas
5. Isomerasas
6. Ligasas
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15. Nomenclatura:
Comisión de Enzimas
EC 2.7.1.2.
2: transferasa
7: fosfotransferasa
1: el aceptor es un grupo OH
2: es un OH de la D-glucosa el que acepta el grupo
fosfato.
Ej.: la ATP:glucosa fosfotransferasa
(glucoquinasa)
Glc + ATP  Glc-6P + ADP
Glucoquinasa
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16. Creatin fosfo quinasa
• Dímero: M (músculo) – B (cerebro)
separables por electoforesis (método de
estudio)
• Cerebro = BB (CPK1 - rápida)
• Músculo esquelético= MM (CPK3 - lenta)
• Corazón = MB (CPK2 - intermedia) h. 6% de la
CPK total = 10-50 UI/L a 30ºC.
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17. Clasificación de enzimas
CK o CPK = EC 2.7.3.2: Creatina kinasa
•Clases
•Subclases
•Subsubclases
•Orden
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18. Lactato deshidrogenasa ó LDH
Tetramérica c/2 subunidades distintas: H de
corazón y M de músculo, que se combinan de 5
formas.
•LDH1 – HHHH – Miocardio y
•LDH2 – HHHM - Miocardio y GR
•LDH3 - HHMM – Cerebro y riñón
•LDH4 – HMMM – Hígado y Músc. Esquel.
•LDH5 – MMMM – Músculo Esquelético
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19. Isoenzimas de Amilasa (AMI)
alfa-Amilasa ó α-amilasa, EC 3.2.1.1 (1,4-α-D-glucan
glucanohidrolasa; glicogenasa) metaloenzima (dependiente de
Ca). Corta enlaces glicosídicos alfa-1,4 al azar o at random.
En animales es la mayor enzima digestiva y su pH óptimo es
6.7-7.0.
En el Hº amilasa salivar y pancreática son alfa-amilasas. Esta
forma es también hallada en plantas, hongos y bacterias
(Bacillus).
β-Amilasa (EC 3.2.1.2 ) (1,4-α-D-glucan maltohidrolasa;
glicogenasa) es también sintetizada por bacterias, hongos
y plantas. Cataliza la hidrólisis del segundo enlace α-1,4
glicosídico desde el extremo no reductor, separando 2 unidades
de glucosa (maltosa).
Presente en semillas y granos de cereales; en muchos
microorganismos que degradan el almidón extracelular. Los
tejidos animales no contienen β-amilasa, pero puede estar
presente en microorganismos del TD. El pH óptimo es 4.0-5.0.
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20. • γ-Amilasa (EC 3.2.1.3 ) ó Glucan 1,4-alfa-glucosidasa ó
amiloglucosidasa ó Exo-1,4-α-glucosidasa ó glucoamilasa; α-
glucosidasa lisosomal; 1,4-α-D-glucan glucohidrolasa.
• Rompe los enlaces α(1-6) glicosídicos, como también el último
enlace α(1-4)glicosídico del extremo no reductor de amilosa y
amilopectina, produciendo glucosa. Es más activa a pH 3.
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21. MODO DE ACCIÓN DE LAS
ENZIMAS
• La acción de los catalizadores consiste en disminuir la
Energía de activación
• Las enzimas son catalizadores especialmente eficaces, ya
que disminuyen la Ea aún más que los catalizadores
inorgánicos.
• Por ej, la descomposición del agua oxigenada (H2O2) puede
ocurrir
– sin catalizador Ea= 18 Kcal/mol
– con un catalizador inorgánico (platino) Ea= 12 Kcal/mol
– con una enzima específica (catalasa) Ea= 6 Kcal/mol
• Así, se puede calcular que el platino acelera la reacción
20.000 veces, mientras que la catalasa la acelera 370.000
veces.16/04/18 21

22. MODO DE ACCIÓN DE LAS ENZIMAS
Dos modelos sobre la forma en que el sustrato se une
al centro activo del enzima:
•el modelo llave-cerradura
•el modelo del ajuste inducido
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23. MODELO LLAVE-CERRADURA
• La estructura del sustrato y la del centro activo son
complementarias
• Este modelo es válido en muchos casos, pero no es
siempre correcto
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24. MODELO DEL AJUSTE INDUCIDO
• el centro activo adopta la conformación idónea sólo en
presencia del sustrato.
• La unión del sustrato al centro activo de la enzima
desencadena un cambio conformacional que da lugar a la
formación del producto.
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25. Modelos de la interacción E - S
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26. Modelo del Ajuste Inducido
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27. CINÉTICA ENZIMÁTICA
• La cinética enzimática estudia la velocidad de las
reacciones catalizadas por enzimas.
• La velocidad de una reacción catalizada por una
enzima puede medirse con relativa facilidad, ya que en
muchos casos no es necesario purificar o aislar la
enzima.
• Estos estudios proporcionan información directa acerca
del mecanismo de la reacción catalítica y de la
especificidad de la enzima.
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28. CINÉTICA ENZIMÁTICA
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29. CINÉTICA ENZIMÁTICA
• MODELO CINÉTICO DE MICHAELIS-MENTEN
Finales del siglo XIX: estudios sistemáticos del efecto de la
concentración inicial del sustrato s/la actividad enzimática.
En 1882 se introdujo el concepto del complejo enzima-sustrato
como intermediario del proceso de catálisis enzimática.
En 1913, Leonor Michaelis
y Maud Menten desarrollaron esta
teoría y propusieron una ecuación
de velocidad que explica el
comportamiento cinético de las
enzimas.
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30. MODELO CINÉTICO DE MICHAELIS-MENTEN
CÁLCULO DE LA KM Y DE LA Vmax DE UN ENZIMA
v = v3
= k3
[ES]
V = velocidad de la
reacción catalizada por
la enzima
La representación gráfica de la ecuación de Michaelis-Menten es una
hipérbola . La Vmax corresponde al valor máximo al que tiende la curva
experimental, y la KM corresponde a la concentración de sustrato a la cual la
velocidad de la reacción es la mitad de la Vmax.
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31. La constante de Michaelis-Menten (KM) es un parámetro
cinético importante por varias razones:
• KM = [S] para la cual la velocidad de reacción es la mitad de la
velocidad máxima.
El valor de KM da idea de la afinidad de la enzima por el sustrato:
– a menor KM, mayor afinidad del enzima por el sustrato, y
– a mayor KM, menor afinidad.
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32. Factores que afectan la cinética enzimática
La actividad puede estar afectada por:
pH - Temperatura - Fuerza iónica - Inhibidores
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33. Efecto el pH
La mayoría de las enzimas son muy sensibles a los cambios de pH.
Desviaciones de pocas décimas del pH óptimo pueden afectar
drásticamente su actividad. Por ello, los seres vivos han desarrollado
sistemas más o menos complejos para mantener estable el pH
intracelular
Variaciones del pH del medio
producen cambios en el estado de
ionización de algunos grupos de
una enzima, afectando su estructura
tridimensional y su actividad.
El cambio en la ionización de
grupos químicos del sitio activo
puede alterar el reconocimiento del
sustrato o la reactividad de los AA
del sitio activo.
Todas las enzimas tienen dos
valores límites de pH entre los
cuales son efectivas, más allá se
desnaturaliza y deja de actuar.
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34. Efecto de la Temperatura
Factor temperatura
Si aumenta la temperatura, aumenta la energía cinética de las partículas y
su movilidad produciéndose un aumento en el número de colisiones y la
velocidad de la transformación. Si la temperatura continúa aumentando, se
comienzan a romper unio-nes intermoleculares (responsables de la
conformación) y, así, comienza a disminuir su actividad. Si la TºC es
excesiva, la enzima se desnaturaliza perdiendo totalmente sus
propiedades catalíticas.
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35. Video Inhibición
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36. Factores que afectan la cinética
enzimática: INHIBIDORES
• Irreversibles
E + I  EI
se unen fuertemente a la E y el complejo no se disocia
• Reversibles
E + I ⇄ EI
Ciertas moléculas pueden inhibir la acción catalítica
de una enzima: son los inhibidores.
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37. FACTORES QUE AFECTAN
A LA ACTIVIDAD ENZIMÁTICA
PRESENCIA DE INHIBIDORES
Los inhibidores son moléculas capaces de hacer que las
enzimas pierdan su actividad catalítica. Existen los
inhibidores competitivos y los no competitivos
• Los inhibidores competitivos: tienen estructuras muy
similares a las de los sustratos que compiten con el por
unirse con el sitio activo.
• Los inhibidores no competitivos: su estructura no se
parece al sustrato y por tanto no compite con el por el
sitio activo. En cambio se unen a la enzima en un lugar
que puede ser diferente al sitio activo.
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38. INHIBICIÓN COMPETITIVA
Los inhibidores competitivos: tienen estructuras muy
similares a las de los sustratos que compiten con el por
unirse con el sitio activo.
Enzima
Sustrato
Enzima
Sustrato inhibidor
Sin inhibidor Con inhibidor
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39. INHIBICIÓN COMPETITIVA
Mientras el inhibidor ocupe el sitio activo, el sustrato no
puede unirse a la enzima y la reacción de catálisis
deseada no se da.
Complejo
enzima-sustrato
sustrato
Se favorece al
aumentar [S] y bajar
[I]
Complejo
enzima-inhibidor
inhibidor
Se favorece cuando
[I] es alta y [S] es baja
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40. INHIBICIÓN NO COMPETITIVA
Los inhibidores no competitivos: no se parecen al sustrato
y por tanto no compiten con el por el sitio activo. En
cambio, se unen a la enzima en un lugar diferente.
Inhibidor no competitivo
Con inhibidor no
competitivo
Sustrato
Enzima
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41. INHIBICIÓN NO COMPETITIVA
• Como los inhibidores no competitivos no compiten por
el sitio activo, la adición de mas sustrato no revierte
este tipo de inhibición.
• Algunos ejemplos de inhibidores no competitivos son
los iones de metales pesados Pb2+
, Ag+
y Hg2+
que se
unen con los grupos laterales -COO-
ó -OH de los
aminoácidos.
• La actividad catalítica se recupera cuando los
inhibidores se eliminan con reactivos químicos ósea:
E + I  EI
EI + Q ↔ E + QI
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42. INHIBICIÓN NO COMPETITIVA
IRREVERSIBLE
• Los inhibidores irreversibles reaccionan con un grupo
químico de la enzima, modificándola covalentemente.
• A diferencia de la inhibición reversible, el efecto de los
inhibidores irreversibles depende del tiempo de
actuación del inhibidor.
• Los inhibidores irreversibles son, por lo general,
altamente tóxicos.
• Producen inactivación permanente de la actividad
enzimática.
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43. INHIBICIÓN NO COMPETITIVA
IRREVERSIBLE
La inhibición irreversible ocurre por la presencia de un
inhibidor envenenante.
Enzima
Sustrato Envenenante
E + I E’16/04/18 43

44. Regulación de la catálisis enzimática
• las concentraciones del sustrato y de los
productos finales
• presencia de inhibidores
• modulación alostérica
• modificación covalente
• activación por proteolisis (zimógenos)
• isoenzimas
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45. MODULACIÓN ALOSTÉRICA DE LA ACTIVIDAD
ENZIMÁTICA
Hay enzimas que pueden adoptar 2 conformaciones
interconvertibles llamadas R (relajada) y T (tensa).
R es la forma más activa porque se une al sustrato
con más afinidad. Las formas R y T se encuentran en
equilibrio R <==> T
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46. ACTIVADORES ALOSTÉRICOS
• Ciertas sustancias tienden a estabilizar la forma R
actuando s/una región de la Enz distinta del centro
activo.
• Son los llamados moduladores positivos ó
activadores alostéricos.
• El propio S es a menudo un modulador positivo.
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47. INHIBIDORES ALOSTÉRICOS
• Las sustancias que favorecen la forma T y actúan
en lugares distintos del centro activo de la enzima y
disminuyen la actividad enzimática: son los
moduladores alostéricos negativos.
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48. Regulación de la actividad enzimática por
MODIFICACIÓN COVALENTE
• Hay enzimas que pasan de la forma inactiva a la activa por
unión covalente a un grupo químico de pequeño tamaño como
el Pi o el AMP.
• También se da el caso inverso (E activa -> E inactiva)
El enzima no fosforilado es
inactivo
El enzima fosforilado es
activo
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49. Regulación de la actividad enzimática por
ACTIVACIÓN PROTEOLÍTICA
• Algunos enzimas no se sintetizan como E activa, sino como
proteínas precursoras sin actividad enzimática. Estas
proteínas se llaman proenzimas o zimógenos.
• Para activarse, los zimógenos sufren hidrólisis que origina la
liberación de uno o varios péptidos.
• El resto de la molécula proteica adopta la conformación y las
propiedades de la enzima activa.
• Ej.: enzimas digestivas se secretan en forma de zimógenos y
en el tubo digestivo se convierten en la forma activa. Es el
caso de la quimotripsina, que se sintetiza en forma de
quimotripsinógeno
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50. Regulación de la actividad enzimática por
ACTIVACIÓN PROTEOLÍTICA
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51. REGULACIÓN DE LA ACTIVIDAD ENZIMÁTICA POR
MEDIO DE ISOENZIMAS
• Algunos enzimas tienen distinta estructura molecular aunque su
función biológica es similar. Se llaman isozimas o isoenzimas.
• Estas diferencias de estructura se traducen en ligeros cambios en
sus propiedades, de forma que cada isozima se adapta
perfectamente a la función que debe realizar.
Así, podemos observar la existencia de isoenzimas en función de:
– el tipo de tejido: Por ejemplo, la lactato deshidrogenasa
presenta isoezimas distintas en músculo y corazón.
– el compartimento celular donde actúa: Por ejemplo, la
malato deshidrogenasa del citoplasma es distinta de la de la
mitocondria.
– el momento concreto del desarrollo del individuo. Ej:
algunos enzimas de la glicolisis del feto son diferentes de los
mismos enzimas en el adulto.
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52. 16/04/18 52

53. 16/04/18 53

54. 16/04/18 54

55. 16/04/18 55