Clase 4 enzimas 2015

1. BIOQUIMICA
CLASE 4
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2. Enzimas
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3. ENZIMAS
• Las enzimas son biocatalizadores biológicos que
pueden acelerar la velocidad de una reacción hasta
10 sobre una reacción no catalizada.
• A excepción de los catalizadores no proteicos son
las ribosomas.
20
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4. ESTRUCTURA DE LAS ENZIMAS
Puede estar formada por:
Una cadena peptídica
(estructura terciaria)
Varias cadenas peptídicas:
Estructura cuaternaria
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5. ENZIMAS: PROTEINAS
TRIDIMENCIONALES
• Enzima b- lactamasa
Sitio Activo
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6. LIPASA PANCREATICA HUMANA
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7. CONTENIDOS
• http://www.ehu.eus/biomoleculas/enzimas/tema11.htm
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8. CARACTERÍSTICAS
• La mayoría de las enzimas esta constituida por más de
100 aminoácidos.
•Se recuperan intactas después de la reacción.
•Disminuyen la E de activación
•Alta especificidad
•Se requiere en cantidades mínimas
•Pueden ser regulables
•Pueden ser susceptibles de ser inhibidas
•Modifican la estructura química del sustrato
•No modifican el equilibrio de la Rx
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9. NO EXPERIMENTAN CAMBIO EN EL PROCESO
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10. • La reacción catalizada por una enzima tiene energía de
activación más baja, por lo que la velocidad de reacción
aumenta.
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11. Mecanismo de acción I
Según la teoría de colisiones para que una reacción química se
produzca, debe ocurrir simultáneamente:
• Que las moléculas reaccionantes colisionen de forma eficaz, es decir,
que se encuentren con una orientación óptima.
• Que choquen con una energía suficiente. A esta energía se le denomina
energía de activación
choque
Con una de las dos
condiciones, ejemplo:
No eficaz y energía de
activación adecuada
Eficaz y energía de
activación adecuada
No hay reacción
Hay reacción
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12. Para toda reacción química debe
cumplirse
• Los sustratos deben colisionar
• La colisión molecular debe ser en la orientación adecuada.
• Los sustratos deben tener suficiente energía para que se
produzca la reacción (energía de activación)
• La energía de activación es la energía expresada en calorías
a una T° determinada, para llevar un mol del reactivo al
estado de transición.
• Es la diferencia de energía entre el estado inicial y la
transición de la reacción.
• A mayor energía de activación, menor velocidad de la
reacción.
• El estado de transición es aquel estado energético de la
reacción en el cual todas las moléculas de mol del reactivo
tienen la misma probabilidad de experimentar la reacción.
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13. digitalizado por Melilds 13

14. ¿Por qué las enzimas aceleran las reacciones químicas?
Los catalizadores cambian la energía de activación de una
determinada reacción, y por lo tanto incrementan la velocidad de la
reacción.
Mecanismo de acción IIEnergíalibredeGibbs
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15. digitalizado por Melilds 15

16. Una enzima generalmente cataliza una sola reacción.
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17. digitalizado por Melilds 17

18. CLASIFICACION Y NOMENCLATURA DE
LAS ENZIMAS
Nomenclatura
1) Nombre del sustrato, seguido del sufijo “asa”
ATP + D-glucosa  ADP + D-glucosa 6-fosfato
ATP: glucosa a fosfotransferasa
(hexoquinasa)
2) Según la Comisión de Nomenclatura de las Enzimas:
EC 2.7.1.1
Clase:
Transferasa
Subclase:
Fosfotransferasa
Sub-subclase:
Grupo hidroxilo
Como acepptor
Substratos: D-
glucosa como
aceptor del
fosfato
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19. NOMENCLATURA:
Número clasificatorio de 4 dígitos (E:C)
Nombre sistematico
Nombre trivial
ATP + D-glucosa - ADP + D-glucosa-fosfato
Numero clasificatorio: E.C.2.7.1.1
2. Clase: transferasa
7. subclase: fosfotransferasa
1. Fosfotransferasa con OH como aceptor
1. D-glucosa como aceptor del fosfato
Número sistemático: ATP: glucosa fosfotransferas
Número trivial: hexoquinasa (sufijo asa)
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20. CLASIFICACION
• En función de su fx catalítica específica las enzimas
se clasifican en 6 clases:
Clase 1: OXIDOREDUCTASA
Clase 2: TRANSFERASAS
Clase 3: HIDROLASAS
Clase 4: LIASAS
Clase 5: ISOMERASAS
Clase 6: LIGASAS
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21. CLASE 1:
Así, por ejemplo, la enzima alcohol
deshidrogenasa (EC, 1.1.1.1), es una
oxidoreductasa (1), que cataliza la oxidación de
etanol (1.1.) a acetaldehído, utilizando NAD+
(1.1.1.) como aceptor de electrones y por lo tanto
pertenece al grupo 1, se designa como EC. 1.1.1.1
Si una molécula se reduce, tiene que haber otra que se oxide
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22. Nomenclatura del subgrupo en oxidorreductasas:
EC 1.1.x - Deshidrogenasas
EC 1.2.x - Oxidasas
EC 1.3.x - Peroxidasas
EC 1.4.x - Oxigenasas
EC 1.5.x - Hidroxilasas
EC 1.6.x - Reductasas
etc.
Clasificación y nomenclatura*
Grupo 1: Oxidorreductasas
Aplicaciones: Ensayos de diagnostico clínico (glucosa oxidasa y colesterol oxidasa
Deslignificación ó Bioblanqueamiento
*no pertenece a la diapositiva de la dra. jodigitalizado por Melilds 22

23. OXIDO-REDUCTASAS
ΔG’° = 0kJ/mol
ΔG’° = 29.7kJ/mol
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24. CLASE 2:
(Transferencia de grupos funcionales)
 Grupos aldehídos
 Gupos acilos
 Grupos glucosilos
 Grupos fosfatos (kinasas)Succinato Deshidrogenasa
Citocromo c oxidasa.
Ej. glucoquinasa
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25. • Transfieren grupos funcionales de un donante a un
aceptor, estos grupos funcionales pueden ser un
carbono, grupos aldehídos o cetónicos, fosfatos,
aminos, etc.
a) Aminotransferasas: transfieren grupos aminos de
un aminoácido a un alpha ceto ácido.
b) Quinasas: transferencia de un grupo fosforilo del
ATP a una molécula sustrato.
c) Glucosiltransferasas: Transferencia de glucosa
activada (UDP-Glucosa) a la cadena creciente de
glucógeno
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26. digitalizado por Melilds 26

27. CLASE 3:
Transforman polímeros en monómeros. Actúan sobre:
 enlace éster
 enlace glucosídico
 enlace peptídico
 enlace C-N
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28. Catalizan reacciones de hidrolisis
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29. CLASE 4:
(Adición a los dobles enlaces)
 Entre C y C
 Entre C y O
 Entre C y N
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30. LIASAS
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31. CLASE 5:
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32. ISOMERASAS
(Reacciones de isomerización)
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33. triose phosphate
Isomerase
Phosphoglicerate
mutasa
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34. CLASE 6:
digitalizado por Melilds 34

35. Ligasas
(Formación de enlaces, con aporte de ATP)
 Entre C y O
 Entre C y S
 Entre C y N
 Entre C y C
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36. digitalizado por Melilds 36

37. No. Clase Tipo de reacción que
catalizan
Ejemplo
1 Oxidorreductasas De óxido reducción (transferencia de e-)
Deshidrogenasas
Peroxidasa Oxidasas
Oxigenasas
Reductasas
2 Transferasas Transferencia de grupos Kinasas
Transaminasas
3 Hidrolasas Hidrólisis, con transferencia de grupos
funcionales del agua
Pirofosfatasa
Tripsina
Aldolasa
4 Liasas Lisis de un substrato, generando un
doble enlace, o
Adición de un substrato a un doble
enlace de un 2o. substrato
(Sintasa)
(Sintasas)
Descarboxilasa pirúvica
5 Isomerasas Transferencia de grupos en el
interior de las moléculas para
dar formas isómeras
Mutasas
Epimerasas
Racemasas
6 Ligasas Formación de enlaces C-C,
C-S, C-O y C-N. Mediante
reacciones de condensación,
acopladas a la ruptura del ATP
Sintetasas
Enzimas:
digitalizado por Melilds 37

38. Mecanismo de la acción enzimática
digitalizado por Melilds 38

39. Modelo de llave y
cerradura (Fischer) 1894
Modelo de ajuste
inducido (koshland) 1958
El modelo llave-cerradura supone que la
estructura del sustrato y la del centro activo son
complementarias, de la misma forma que una
llave encaja en una cerradura. Este modelo es
válido en muchos casos, pero no es siempre
correcto.
En algunos casos, el centro activo adopta la
conformación idónea sólo en presencia del sustrato.
La unión del sustrato al centro activo del enzima
desencadena un cambio conformacional que da
lugar a la formación del producto. Este es el modelo
del ajuste inducido (Figura animada de la derecha.
Pulsar la opción "Recargar" del navegador para ver la
animación). Sería algo así como un cascanueces, que
se adapta al contorno de la nuez.digitalizado por Melilds 39

40. Modelo llave –cerradura
(Fischer 1894)
Modelo del ajuste inducido
(Koshland 1958)
digitalizado por Melilds 40

41. Cambio conformacional Inducido
en la hexoquinasa
digitalizado por Melilds 41

42. • El sitio activo es el sitio de unión al sustrato a la enzima
y donde se lleva a cabo la catálisis
Generalmente las enzimas son de
mayor tamaño que sus sustratos
Su conformación es complementaria o se
forma complementaria al sustrato
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43. Centro activo (centro de unión + sitio catalítico)
Unión del sustrato por puentes de hidrógeno, interacciones hidrofóbicas,
puentes salinos, incluso enlaces covalentes transitorios
Centro activo
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44. EN LA MOLECULA DE LA ENZIMA SE DISTINGUEN 4
TIPOS DE aa.
1.RESIDUOS NO ESENCIALES
Pueden eliminarse sin afectar la función de la enzima
2.RESIDUOS ESTRUCTURALES
Esenciales para el mantenimiento de la conformación
3. RESIDUOS DE UNIÓN
Responden por la asociación de la enzima con sustrato
4.RESIDUOS CATALITICOS
Intervienen en la transformación química del sustrato
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45. GRUPOS CATALITICOS
LAS CADENAS LATERALES DE MUCHOS aa
CONSTITUYEN FACTORES CATALITICOS EN LAS
REACCIONES.
Dichos aminoácidos participan en las reacciones
catalíticas de la enzima así:
aa cuyas cadenas laterales pueden ceder o aceptar
protones: radicales de His, Lys, Glu, Asp. Actuando
en forma reversible como ácidos (cede de protones)
o bases (acepta protones)
Radicales de otros aa que actúan como nucleofilicos:
aa con grupos OH, NH2
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46. MECANISMO DE LA ACCIÓN ENZIMATICA
SITIO ACTIVO:
El S se une a una región específica de la E llamado sitio activo.
CARACTERÍSTICAS:
Tamaño………es pequeño
Forma…………tridimensional
Interacción……La unión con S forma un complejo compacto
COMPLEJO ENZIMA - SUSTRATO
El efecto catalítico de una enzima siempre va precedido por
al formación del complejo E- S
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47. SITIO ACTIVO
• Contiene una maquinaria en forma de grupos
químicamente determinados implicados en
catalizar la reacción.
• Acción:
• Catálisis ácido-base
• Catálisis covalente
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48. Tipos de Catalisis
• Catálisis ácido-base
• Catálisis covalente
• Catálisis por iones metálicos
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49. Catálisis Acido - Base
• Muchas reacciones son promovidas por donar
protones (ácidos) o aceptar protones (base).
• Sitios activos de algunas enzimas contienen grupos
funcionales amino-acidos que participan en la
catálisis donando protones o aceptando protones
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50. GRUPOS CATALITICOS
LAS CADENAS LATERALES DE MUCHOS aa
CONSTITUYEN FACTORES CATALITICOS EN LAS
REACCIONES.
Dichos aminoácidos participan en las reacciones
catalíticas de la enzima así:
aa cuyas cadenas laterales pueden ceder o aceptar
protones: radicales de His, Lys, Glu, Asp. Actuando
en forma reversible como ácidos (cede de protones)
o bases (acepta protones)
Radicales de otros aa que actúan como nucleofílicos:
aa con grupos OH, NH2
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51. digitalizado por Melilds 51

52. Catálisis covalente
Esto incluye la formación de la unión transitoria
covalente entre la E y S. Si consideramos la unión entre A
y B
A - B  A + B
En la presencia de una catálisis covalente (une E con
grupo nucleofílico X:) la reacción viene:
A – B + X :  A – X + B  A + X : + B
X : = Núcleo nucleofílico de la enzima
Ej:Transaminaciones
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53. MODO DE ACCIÓN
• TIENEN CAPACIDAD DE ACTUAR COMO ACIDOS DE LEWIS
• FORMACIÓN DE QUELATOS (COMPUESTOS DE COORDINACION
ORGANICA)
Ej: CARBONICO ANHIDRASA: CATALIZA A CO2 + H2O H2 CO3
ETAPAS
ENZ – Zn2+ + O ENZ – Zn2+ - O + H +
H
H
H
ENZ – Zn2+- O + H+ + O= C= O ENZ - Zn2+- O
H
H
O =C =O
+H+ ENZ-Zn2+ -O-C-OH
H
O
ENZ – Zn2+ + H2CO3
FORMACION DE QUELATO: ADENINA – RIBOSA P
O
O-
O P O P O
O O
O-
O-Mg2+
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54. Esquema de la estructura de la enzima
Centro activo:
Zona de la molécula a la
que se une el sustrato y
donde se realiza la
catálisis enzimática.
Centro regulador:
Zona en la que se unen
las sustancias que
regulan la actividad de
la enzima
coenzima
vitamina
APOENZIMA
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55. ESTRUCTURA DE LAS ENZIMAS
Holoenzima: Apoenzima (parte proteica) +
Cofactor
Si una enzima precisa de cofactor, no puede desarrollar su función hasta
que no une el cofactor, es decir, que sin cofactor la enzima NO ES
FUNCIONAL
Grupo prostético
(unión fuerte)
Cofactor
(unión débil)
Carácter inorgánico (iones metálicos)
Carácter orgánico (NADH, FADH, vitaminas): Coenzima
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56. A veces, un enzima requiere para su función la presencia de sustancias
no proteicas que colaboran en la catálisis: los cofactores.
Los cofactores pueden ser iones inorgánicos como el Fe++, Mg++,
Mn++, Zn++ etc. Casi un tercio de los enzimas conocidos requieren
cofactores.
Cuando el cofactor es una molécula orgánica se llama coenzima.
Muchos de estos coenzimas se sintetizan a partir de vitaminas. En la
figura inferior podemos observar una molécula de hemoglobina
(proteína que transporta oxígeno) y su coenzima (el grupo hemo).
Cuando los cofactores y las coenzimas se encuentran unidos
covalentemente al enzima se llaman grupos prostéticos.
La forma catalíticamente activa del enzima, es decir, el enzima unida a
su grupo prostético, se llama holoenzima. La parte proteica de un
holoenzima (inactiva) se llama apoenzima, de forma que:
EFECTO DE LOS COFACTORES
SOBRE LA ACTIVIDAD ENZIMÁTICA
digitalizado por Melilds 56

57. • COFACTOR:
Ion inorgánico o coenzima
necesaria para la actividad
enzimática.
• IONES METÁLICOS:
Son cofactores que se
mantienen unidos por enlaces
covalentes.
Estas dan origen a las
metaloenzimas.
COFACTORES ENZIMÁTICOS
EJEMPLO DE COFACTOR
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58. A veces la actividad catabólica depende de componente químico adicional.
• Cofactor: metales o iones inorgánicos pequeños; Fe, Mg, Mn, Zn y Co
• Coenzima: moléculas orgánicas pequeñas
EJEMPLO DE COFACTOR
Apoenzima + Cofactor = Holoenzima
digitalizado por Melilds 58

59. LAS COENZIMAS SE UNEN CON LAS ENZIMAS
PARA ACTIVARLAS
LA ENZIMA ESTÁ
INACTIVADA SIN
LA COENZIMA
COENZIMA
LA ENZIMA SE
ACTIVA POR LA
ADICION DE LA
COENZIMA
COMPONENTE
QUIMICO
EL COMPONENTE NO
PUEDE UNIRSE A LA
ENZIMA
NO SE PUEDE
PRODUCIR LA
REACCION
QUIMICA
SE PRODUCE
LA REACCION
QUIMICA
LA ENZIMA ESTÁ
INACTIVADA
COENZIMA
LA ENZIMA
ACTIVADA
EL COMPONENTE SE
UNE A LA ENZIMA
digitalizado por Melilds 59

60. digitalizado por Melilds 60

61. El complejo enzima-cofactor catalíticamente activo recibe el nombre de
holoenzima. Cuando se separa el cofactor, la proteína restante, que por sí
misma es inactiva catalíticamente, se designa con el nombre de apoenzima
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62. METALES COMO FACTORES
Un tercio de las enzimas requieren algún ión metálico calalizar
in
Algunos elementos inorgánicos que sirven como cofactores de
algunas enzimas
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63. CO-ENZIMAS
Muchas vitaminas son cofactores o precursores de las enzimas.
FUNCIONAN EN CONJUNTO CON LA ENZIMA EN EL PROCESO
CATALITICO.
ESTA LIGADA DE FORMA:
 COVALENTE A LA E
 FUNCIONA EN Ó CERCA DEL CENTRO ACTIVO.
GENERALMENTE FUNCIONAL COMO:
•TRANSPORTADORES INTERMEDIARIOS DE GRUPOS
FUNCIONALES
• TRANSPORTADORES DE ELECTRONES QUE SON TRANSFERIDOS
EN LAS REACCIONES ENZIMATICAS
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64. Las vitaminas no son fuentes directas de
energía pero ayudan a generar energía
METABOLISMO
PROTEICO
METABOLISMO DE
LOS H de C
METABOLISMO DE
LAS GRASAS
NAD PLP
THF B12
TPP FAD FMN
NAD CoA B12
FAD FMN NAD
CoA B12
ENERGÍA PARA
REALIZAR TODAS LAS
FUNCIONES VITALES
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65. COENZIMAS
A. DE ORIGEN
VITAMÍNICO
1. Transporte de grupo
Acido pantetoico o
CoA (acilos) Bictina
(carboxilos),
pirofosfato de
tiamina (grupos
aldehidos) Fosfato
de pirodoxal
(aminos),
cobalamina
(metilos), ácido
fólico (fragmentos
monocarbonados)
2. Transporte
electrónico
Nucleotido de
Flavina, Niacina,
vitamina C
B. DE ORIGEN NO
VITAMÍNICO
1. Transporte de grupos
Triofosfato de
nucleosido
(fosforilo) ATP y UTP
(adenina y uridina),
CDP (diacilgliceroles
y amino alcoholes
activados), S-
adenosilmetionina
(metilos etc)
2. Transporte
electrónico
Ubiquinona
(Co.Q) Acido
dihidrolipoico etc
(Vit. Hidrosolubles)
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66. COENZIMA Y REDUCCION
TIAMINA (B1)
Pirofosfato
de tiamina
(TPP)
Descarboxilación,
transferencia de grupos
aldehído
RIBOFLAVINA
(B12)
FMN y FAD Oxido - reducciones
ACIDO
NICOTINICO,
NIACINA (B3)
NAD y NADP Oxido - reducciones
ACIDO
PANTOTÉNICO
(B5)
Coenzima A
(CoA)
Transferencia de
grupos acilos
digitalizado por Melilds 66

67. COENZIMA Y REACCION
B6 Fosfato de
piridoxal (PLP)
Transferencia de grupos
amino
BIOTINA
(B8)
Biocitina Carboxilaciones
ACIDO
FÓLICO (B9)
Tetrahidrofolato
(TH4)
transferencia de grupos de un solo
carbono
B12 Metilcobalamina
cobamida
Transferencia de grupos de un solo
carbono
C Acido ascorbico Hidroxilaciones
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68. VITAMINAS: COENZIMAS
TIAMINA
TPP
RIBOFLAMINA
FAD FMN
NIACINA
NAD NADP
VIT.B6
PLP
ACIDO FOLICO
THF
AC.
PANTOTENICO
Co.A
BIOTINA
BIOTIN
VIT. B12
B12
digitalizado por Melilds 68

69. MUCHAS VITAMINAS SON COFACTORES O PRECURSORES DE
COFACTORES DE ENZIMAS
digitalizado por Melilds 69

70. digitalizado por Melilds 70

71. La enzima existe en todos los tejidos
digitalizado por Melilds 71

72. MODO DE ACCIÓN
Su aumento en sangre es significativo de necrosisdigitalizado por Melilds 72

73. Como la enzima presenta 4 sub-unidades, son posibles
5 formas de la enzima que se diferencian en
características cinéticas y fisicoquímicas
H M
H4 H3M H2M2 HM3 M4
digitalizado por Melilds 73

74. DESHIDROGENASA LACTICA
REACCIÓN ENZIMATICA
C
COO-
HO H
CH3
+
NAD+
LDH
COO-
C = O
CH3
+ NADH + H+
LACTATO PIRUVATO
La isoenzima presente en el corazón tiene mayor afinidad por el lactato y está
favorecida la reacción de la izquierda a la derecha, mientras que la isoenzima
del musculo esquelético tiene mayor afinidad por el piruvato y favorece la
reacción contraria
digitalizado por Melilds 74

75. digitalizado por Melilds 75

76. Un incremento en
cualquier forma
de la LDH en la
sangre, implica
algún tipo de
daño a los tejidos
digitalizado por Melilds 76

77. digitalizado por Melilds 77

78. digitalizado por Melilds 78

79. digitalizado por Melilds 79

80. digitalizado por Melilds 80

81. digitalizado por Melilds 81