Este documento resume las características generales de las enzimas, incluyendo su composición proteica, poder catalítico, especificidad y regulación. Explica la formación del complejo enzima-sustrato y las características de los centros activos. Finalmente, presenta el modelo de Michaelis-Menten para medir las constantes cinéticas KM y Vmax y su significado, así como el criterio Kcat/KM.

1. UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO
FACULTAD DE CIENCIAS BIOLÓGICAS
DEPARTAMENTO ACADÉMICO DE QUÍMICA BIOLÓGICA Y FISIOLOGÍA ANIMAL
BIOQUÍMICA
T1: Introducción a las enzimas. Poder catalítico. Especificidad. Regulación de la actividad
enzimática. La energía libre y la cinética enzimática. El estado de transición en las
reacciones enzimáticas.
T2: Formación del complejo enzima-sustrato. Características de los centros activos.
Grupos funcionales de los centros activos.
T3: Modelo de Michaelis – Menten. Medición de KM y Vmax. Significado de los valores de
KM y Vmax . Criterio Kcat/ KM.
Prof. Patricia Torres P.

2. ENZIMAS

3. ENZIMAS. Características Generales
Casi todos son de naturaleza
proteica, excepto moléculas de
RNA catalíticamente activas
(ribosimas).
1. Composición:
En los viroides de plantas, como los que producen la
mancha de los paltos y la mancha de la planta del
tabaco. Estas ribozimas contienen secuencias de
RNA, que tienen esta posibilidad de cortar otras
cadenas RNA, en secuencias de nucleótidos bien
determinadas.

4. 2. Poder catalítico
3. Especificidad
ENZIMAS. Características Generales
Aumentan las velocidades
de las reacciones hasta
106 veces, sin afectar el
equilibrio de la reacción.
El enzima no se
modifica tras su
actuación catalítica.
Radica en el centro activo del enzima
(responsable de la interacción).

5. Pepsina 1.5
Tripsina 7.7
Catalasa 7.6
Arginasa 9.7
Fumarasa 7.8
Ribonucleasa 7.8
Enzima pH óptimo
ENZIMAS. Características Generales
4. Requieren de condiciones ambientales: pH

6. Mamíferos 37
Bacterias y algas apróx. 100
Bacterias Árticas apróx. 0
Enzima Temp. Óptima.
(oC)
Bacterias en muestra de hielo antigua
5. Requieren de condiciones ambientales: Temperatura

7. La actividad catalítica de muchos enzimas depende de la presencia
de pequeñas moléculas llamadas cofactores.
Metales
Moléculas orgánicas pequeñas
deriv. vitaminas: coenzimas
COFACTORES
Grupo Prostético Cosustrato
ENZIMAS. Características Generales
Unión fuerte Unión débil

8. Enzimas que requieren
elementos inorgánicos
Citocromo oxidasa
Catalasa, peroxidasa
Fe2+, Fe+,
Citocromo oxidasa Cu2+
DNA polimerasa
Anhídrasa carbónica
Alcohol deshidrogensa
Zn2+
Hexoquinasa
Glucosa 6-fosfatasa
Mg2+
Arginasa Mn2+
Piruvato quinasa K+, Mg2+
Ureasa Ni2+
Nitrato reductasa Mo2+

10. Transformación
de Alimentos
Fermentaciones
Quesos
Vinos
Medicina Transaminasas
Industria
Química Penicilina
Agricultura Rhyzobium
DIVERSAS APLICACIONES:

11. ENZIMAS. Clasificación
La UIB: sistema de nomenclaturas sin ambigüedad. Cada enzima:
nombre y número de código singular que identifican el tipo de reacción
catalizada y los sustratos comprendidos.
Anteriormente, los nombres: tipo
de reacción catalizada, seguido por
sufijo –asa. Deshidrogenasas,
proteasas e isomerasas.
Descubrimiento de más y
más enzimas surgieron
ambigüedades inevitables.

13. 1. Oxidorreductasas
Catalizan reacciones de oxidorreducción,
transferencia de hidrógeno (H) o
electrones (e-) de un sustrato a otro.
De acuerdo al tipo de reacción catalizada, los enzimas se agrupan
en seis clases:

14. 2. Transferasas:
Transfieren grupos funcionales entre dadores y
aceptores. Transfieren grupos amino, acilo,
fosfato, glucosilo y los grupos
monocarbonados.

15. 3. Hidrolasas:
La reacción generalizada implica la
rotura hidrolítica de enlaces C-C, C-
O, C-N, O-P y C-S; la rotura del
enlace peptídico es un buen ejemplo
de esta reacción.

16. 4. Liasas:
Añaden o eliminan los
elementos del agua, amoniaco
o dióxido de carbono.
Las descarboxilasas eliminan
unidades de CO2 de  y -
cetoácidos o aminoácidos.

17. 5. Isomerasas:
Catalizan isomerizaciones
de diversos tipos dentro
de una molécula.
Interconversiones cis –
trans y aldosa – cetosa.

18. 6. Ligasas:
Catalizan la unión de dos
moléculas acopladas a la hidrólisis
de ATP.
El término sintetasa se reserva
para este tipo de enzimas.

19. La energía libre (G) es una función termodinámica útil para la comprensión
de los enzimas.
Energía libre: La primera ley de la Termodinámica establece que la energía
total de un sistema y su entorno permanece constante.
Para comprender el funcionamiento de los enzimas, es necesario conocer:
La diferencia de la energía libre (ΔG)
entre los productos y los reactantes
La energía que se requiere para iniciar la
conversión de los reactantes en productos
(energía de activación ΔG++.).
Si ΔG es negativo: Reacción espontánea.
si ΔG es cero: Equilibrio.
si ΔG es positivo: Reacción no espontánea
Determina la velocidad de la reacción
Intervienen los enzimas, favoreciendo
La formación del estado de transición.
A+B C+D

20. Los enzimas alteran la velocidad de una reacción pero no el equilibrio
Por lo tanto:
De S a P: estado de transición X++ que
tiene mayor energía libre.
ΔG entre X++ y el S: energía libre de Gibbs
o energía de activación: ΔG++.
Energía liberada por interacciones débiles entre el E
y el S (energía de unión) permite que la energía de
activación disminuya.
La esencia de la catálisis es la estabilización
específica del estado de transición .

21. Formación del complejo Enzima - Sustrato
La mayor parte de la capacidad catalítica de los enzimas procede de yuxtaponer sus
sustratos en condiciones favorables dentro de los complejos ES para facilitar la
formación de los estados de transición. Los sustratos quedan unidos a una región
específica del enzima denominado centro activo.
CATÁLISIS ENZIMÁTICA:

22. El Centro Activo, al ser la región que se une al sustrato, contiene los residuos
que participan directamente en la producción y roturas de enlaces (grupos
catalíticos). La función del centro activo es:
Fijar específicamente al sustrato
Transformarlo catalíticamente.
Los centros activos de las diversas enzimas poseen ciertas
características comunes:
Centro activo, porción pequeña del volumen del enzima
Es una entidad tridimensional
Los sustratos se unen por fuerzas débiles: Interacciones
electrostát., hidrofóbicas, Van der Waals, puentes de H.
Los centros activos son hoyos o hendiduras
La especificidad del enlace depende de la disposición definida
de los átomos del centro activo.

23. Modelo llave - cerradura
Modelo del ajuste inducido

24. CINÉTICA ENZIMÁTICA
La cinética enzimática estudia la velocidad
de las reacciones catalizadas por los
enzimas, así como también los factores que
intervienen.
Concentración de enzima, sustratos y
productos (incluyendo inhibidores
y/o activadores)
pH
Temperatura

25. ¿Qué significa “velocidad” cuando hablamos de una reacción química?
Si tenemos la siguiente reacción:
La velocidad (V) es la cantidad de A que desaparece en una unidad de tiempo
concreta; es igual a la velocidad de aparición de P, es decir, la cantidad de P que
aparece en una unidad de tiempo completo.
La velocidad de la reacción está relacionada directamente con la concentración
de A mediante una constante de proporcionalidad k, denominada constante de
velocidad:
Muchas reacciones bioquímicas importantes incluyen dos reactantes:
Primer orden
V = k[A][B]
Bimolecular
Pseudo primer orden
Orden cero

26. La concentración del sustrato afecta la velocidad de
reacción catalizada por enzimas
Para investigar la velocidad de reacción el método más sencillo es seguir el
incremento del producto de la reacción en función del tiempo.
Sin embargo, las cinéticas enzimáticas son más fácilmente comprendidas
si se considera solamente la reacción directa (conversión del S a P).
Se alcanza un equilibrio, el enzima es
activo y transforma el P en S y vicev.
Velocidad de catálisis (V0) : número de moles de producto formado por
segundo cuando la reacción acaba de empezar (t = 0).

27. Leonor Michaelis y Maud
Menten propusieron un
modelo sencillo que explica
estas características
cinéticas mediante la
formación de un complejo
E-S intermediario en la
catálisis.
E + S ES E + P
k-1
k1
K-2
k2
Modelo de Michaelis - Menten

28. E + S ES E + P
k-1
k1 k2
Teniendo en cuenta la velocidad de
reacción cercana a 0:
En el estado estacionario la [ES] permanece
invariable y las concentraciones del S y P van
cambiando. Se obtiene una constante que
relaciona las constantes de velocidad de
destrucción y formación del complejo [ES]
Si K1 >> K2, Km = cte disociación del complejo
ES, es decir es una medida de la estabilidad del
complejo ES:
Una Km baja indica una unión fuerte.
Una Km alta indica una unión débil.
Km es diferente para cada enzima y depende del sustrato, pH, temperatura y fuerza iónica.

29. Obteniendo la ecuación de Michaelis –
Menten:
Baja
concentración
de sustrato
ALTA concentración
de sustrato
SATURACION
Si [S] es >>> que Km, Vo = Vmax
Si [S] es <<< que Km, Vo = (Vmax/Km) [S]
Si [S] es igual a Km, Vo = Vmax/2

30. En resumen, los valores de Km y Vmax significan:
Km:
Es aquella concentración de sustrato a la cual la velocidad de reacción se hace la mitad
de su valor máximo o aquella concentración a la cual la mitad de los centros activos
están ocupados.
Es la medida de la estabilidad del complejo ES, es decir indica la afinidad del E por el S.
Vmax:
Revela el número de recambio de un enzima, que es el número de moléculas de sustrato
convertidas en producto por unidad de tiempo por una molécula de enzima totalmente
saturada de sustrato. Es igual a la cte cinética K2 o Kcat.

31. Determinación de los valores de Km y Vmax
Representación recíproca doble
(Lineweaver - Burk)
1/s
-0.4 -0.2 0.0 0.2 0.4 0.6
1/v
0.00
0.01
0.02
0.03
0.04

32. NUMERO DE RECAMBIO: Kcat
K cat = Vmax/ [E]T
Kcat = numero de moléculas de sustrato convertidas en
producto por unidad de tiempo por una molécula
enzimática en condiciones óptimas ( saturada por el
sustrato).
[ E]T = concentración total de la enzima

33. Kcat/Km
Es una medida de la eficiencia catalítica:
Cuando la [S] >>> Km, la V = Kcat.
Cuando la [S] <<< Km, la V <<<Kcat y [E] es parecida a [E]T .

34. La mayoría de las reacciones bioquímicas incluye múltiples sustratos
Las reacciones en los sistemas biológicos incluyen normalmente dos S y dos P. Reacción
bisustrato:
A+B P+Q
La mayoría de estas reacciones supone la transferencia de un grupo funcional (fosforilo,
amonio) o de electrones (reacc. Redox) de un sustrato a otro.
Las reacciones de múltiples sustratos, se dividen en dos clases:
Desplazamiento secuencial y desplazamiento doble.

35. DESPLAZAMIENTO SECUENCIAL
Todos los sustratos se unen al enzima antes de que se libere cualquier producto.
Se forma un complejo ternario entre el enzima y ambos sustratos (o productos).
Existen dos tipos: ordenado (S se une al E en una secuencia definida) y al azar.
Mecanismo secuencial ordenado:

36. Mecanismo secuencial al azar:
El orden de adición de sustratos y la liberación de productos es al azar.

37. DESPLAZAMIENTO DOBLE O PING-PONG
Uno ó más productos se liberan antes de que todos los sustratos se unan al enzima.
La característica de estas reacciones es la existencia de un intermediario del
enzima sustituido (que modifica al enzima temporalmente).
Son ejemplo las reacciones de transaminación (transferencia de grupos amino de un
Aa a un α-cetoácido).

38. Los enzimas alostéricos no siguen la cinética de Michaelis-Menten
Los enzimas alostéricos contienen múltiples subunidades y múltiples centros activos.
Muestran curvas sigmoideas en vez de las hiperbólicas.
La interacción de las subunidades hace a la unión del sustrato cooperativa, es decir la
unión del S a un centro activo del enzima facilita la unión a otros centros activos.
Además la actividad de estos enzimas se puede modificar por la unión de moléculas
reguladoras (que se unen reversiblemente a otros centros que no son los catalíticos). Estos
enzimas son reguladores de las vías metabólicas.

39. GRACIAS POR SU
ATENCIÓN