2. Estructura proteica y caracteres generales de enzimas..pdf

OPTATIVA III - ENZIMOLOGÍA
UNIVERSIDAD POLITÉCNICA
SALESIANA
Ing. Gilda Gordillo Vinueza MSc.
ESTRUCTURA PROTEICA Y CARACTERES
GENERALES DE ENZIMAS.
UNIDAD DOS

ENZIMAS
2
CLASE DEMOSTRATIVA
1.
2.
3.
4.
5.
6.

1. AMINOÁCIDOS
3
1. ENZIMAS
1.1. CONCEPTO
• Son moléculas pequeñas, monómeros de los péptidos y las proteínas.
• Son cristalinos, casi todos dulces y presentan isomería, ya que poseen un carbono unido a cuatro radicales distintos
(excepto en el caso de la Glicocola).
• Su denominación responde a la composición química general que presentan, en la que un grupo amino (-NH2) y otro
carboxilo o ácido (-COOH) se unen a un carbono (-C-).
• Las otras dos valencias de ese carbono quedan saturadas con un átomo de hidrógeno (-H) y con un grupo químico
variable al que se denomina radical (-R).
Grupo amino Grupo carboxilo
Grupo RADICAL

1. PROPIEDADES DE AMINOÁCIDOS
4
1. ENZIMAS
AMINOACIDOS
Moléculas no hidrolizables.
1.2. ESTEROISOMERÍA DE LOS AMINOÁCIDOS
Todos los aminoácidos, excepto la glicina, tienen un carbono asimétrico, el carbono α, enlazado a cuatro radicales
diferentes: un grupo amino, un grupo carboxilo, un radical R y un hidrógeno. Como consecuencia, los
aminoácidos presentan isomería
Configuración D si al disponerlo en el espacio, de forma que el grupo
carboxilo quede arriba, el grupo -NH2 queda situado a la derecha.
Configuración L, si el grupo -NH2 se encuentra a la izquierda.

5
1. ENZIMAS
1.3. ISOMERÍA ÓPTICA DE LOS AMINOÁCIDOS
Debido a la presencia del carbono asimétrico, siendo capaces de desviar el plano de luz polarizada que
atraviesa una disolución de aminoácidos
DESVÍA EL PLANO DE
LUZ POLARIZADA
Dextrógiro o (+),
Si el aminoácido
desvía el plano de luz
polarizada hacia la
derecha.
Levógiro o (-),
Si lo desvía hacia la
izquierda.

6
1. ENZIMAS
1.4. COMPORTAMIENTO ANFÓTERO
Capacidad de ionizarse.
Comportándose como ácido o como base, dependiendo del pH.
Esta característica se debe a la existencia del grupo carboxilo y del grupo amino:
COMPORTAMIENTO
Se comporta como
ácido.
Los grupos -COOH
liberan protones,
quedando como -
COO-.
Se comporta como
base.
Los grupos -NH2
captan protones,
quedando como -
NH3
+.
EN MEDIO ÁCIDO:
• El aminoácido se comporta como una base.
• El grupo -COO- capta un protón y pierde su carga negativa.
EN MEDIO BÁSICO:
• El aminoácido se comporta como un ácido.
• El grupo como -NH3
+ libera un protón y pierde su carga positiva.

7
1. ENZIMAS
1.5. CARGA ELÉCTRICA - PUNTO ISOELÉCTRICO
Capacidad de adoptar una forma dipolar neutra (pH) – con tantas cargas positivas o negativas.
Cada aminoácido tiene un pH en el que tiende a adoptar una forma dipolar neutra (o zwitterión), con
tantas cargas positivas como negativas, que se denomina punto isoeléctrico.
Estudio del estado real como se presentan las moléculas de los aminoácidos en soluciones acuosas.
GRUPOS ÁCIDOS
Ceden protones
Quedando un grupo
carboxilo con carga
NEGATIVA (-COO-)
Captan protones
Quedando un grupo
amino con carga
POSITIVA (-NH3
+).
En medio ACIDO
Se IONIZA el grupo amino
En medio BÁSICO
Se IONIZA el grupo carboxilo
1.5.1. PUNTO ISOELÉCTRICO

8
1. ENZIMAS
1.6. CARGA ELÉCTRICA – GRÁFICA
Por variedad de aminoácidos.
Cada aminoácido presentará un comportamiento eléctrico diferente a los diferentes pH en el medio en que se
encuentra disuelto, y para cada uno de ellos se tiene una gráfica como la siguiente:
Variación de la carga eléctrica de un aminoácido (glicina) con el pH medio.

9
1. ENZIMAS
1.7. CARGA ELÉCTRICA – EJERCICIO APLICACIÓN
Equilibrio químico entre la zona ionizada y no ionizada del aminoácido
La carga neta del aminoácido depende del grado de ionización que han sufrido los grupos animo y
carboxilo.
EJEMPLO:
A un pH=x
Un aminoácido se presenta en 60% con carga positiva (Protonado)
Un 40% sin carga (Dipolar)
Un 0% carga negativa (Desprotonado)
Cual será la carga neta del aminoácido?
carga neta = +0.6
Promedio de las cargas que se encuentran las moléculas individuales.

1.PROPIEDADES DE AMINOÁCIDOS
10
1. ENZIMAS
1.8. CLASIFICACIÓN DE LOS AMINÁCIDOS
Por su carácter ácido
o básico.
Neutros
Alifáticos, aromáticos,
azufrados,
secundarios.
Ácidos
Básicos

11
1. ENZIMAS
1.5. CLASIFICACIÓN DE LOS AMINÁCIDOS
Condición: Los aminoácidos deben estar en disolución acuosa
pH óptimo de 7.0
Basado en la Polaridad de
los grupos R
R_ No polares
NATURALEZA HIDROCARBONADA Y CARÁCTER HIDRÓFOBO
Alanina, Valina, Leucina, Isoleucina, Prolina, Fenilalanina, Triptófano,
Metionina.
R_ Polares sin carga
MÁS SOLUBLES EN AGUA – GRUPOS FUNCIONALES
ESTABLECEN ENLACES HIDRÓGENO
Glicina, Serina, Treonina, Tirosina, Glitamina, Asparagina,
Cisteína.
R_ Cargados
negativamente
AMINOÁCIDOS ÁCIDOS- POSEEN UNA CARGA NEGATIVA NETA
Ácido aspártico - Ácido glutámico
R_ Cargados
positivamente
AMINOÁCIDOS BÁSICOS- CARGA POSITIVA NETA
Lisina - Arginina – Histidina

12
1. ENZIMAS
1.8. CLASIFICACIÓN DE LOS AMINOÁCIDOS
En la naturaleza existen unos 80 aminoácidos diferentes, pero de todos ellos sólo unos 20 forman
parte de las proteínas.
CLASES DE AMINOÁCIDOS
APOLARES [La cadena R posee
grupos hidrófobos mediante
fuerzas de Van der Waals]
Apolares alifático [Cadena R de
naturaleza alifática]
Apolares aromáticos [Cadena R de
naturaleza aromática]
POLARES SIN CARGA [La cadena R
contiene grupos polares capaces
de formar puentes de hidrógeno
con otros grupos polares]
POLARES CON CARGA [La cadena
R contiene grupos polares
cargados]
Ácidos [La cadena R aporta
grupos carboxilo - aniónicos]
Básicos [La cadena R aporta
grupos amino - catiónicos]

13
1. ENZIMAS
1.8. CLASIFICACIÓN DE LOS AMINOÁCIDOS
En la naturaleza existen unos 80 aminoácidos diferentes, pero de todos ellos sólo unos 20 forman
parte de las proteínas.
Para la especie humana son esenciales ocho aminoácidos:
1. Treonina
2. Metionina
3. Lisina
4. Valina
5. Triptófano
6. Leucina
7. Isoleucina
8. Fenilalanina
Histidina como esencial durante el crecimiento en niños pero no para el adulto)
EL ORGANISMO NO PUEDE
SINTETIZAR
Aminoácidos esenciales
SÍNTETIZA EL ORGANISMO Aminoácidos no esenciales

15
1. ENZIMAS
1.8. ENLACES PECTÍDICOS
Enlace que resulta de la unión de aminoácidos entre el grupo amida y el grupo carboxilo principal.
En los péptidos y en las proteínas, estos enlaces amida reciben el nombre de enlaces peptídicos y
son el resultado de la reacción del grupo carboxilo de un AA con el grupo amino de otro, con
eliminación de una molécula de agua..
• Los péptidos no > 50 o 100 aminoácidos.
• Peso molecular < 5.000 daltons.

2. ESTRUCTURA PRIMARIA, SECUNDARIA, TERCIARIA Y CUATERNARIA DE PROTEÍNAS.
16
1. ENZIMAS
2. PROTEINAS
Las proteínas con biomoléculas de alto peso molecular constituidas por una cadena lineal de
aminoácidos unidos por enlaces peptídicos que se mantiene plegada de forma que muestra una
estructura tridimensional.
Macromoléculas orgánicas de elevado peso molecular, constituidas basicamente por
carbono (C), hidrógeno (H), oxígeno (O) y nitrógeno (N); aunque pueden contener
también azufre (S) y fósforo (P) y, en menor proporción, hierro (Fe), cobre (Cu), magnesio
(Mg), yodo (Y), etc

17
1. ENZIMAS
2.1. CLASIFICACIÓN DE LAS PROTEINAS
Biopolímeros inialmente lineales en las que las unidades monoméricas son los aminoácidos, que se
pliegan en una variedad de formas tridimensionales.
Existe un sistema universal de clasificación:
A] En función a las propiedades físicas y solubilidad en soluciones salinas
acuosas u orgánicas
B] En función a su composición
C] Su forma global
D] Su función biológica
D] Su estructura tridimensional
2. GENERALIDADES

ESTRUCTURA PRIMARIA
2. PROTEINAS
18
1. ENZIMAS
2.1.1 ESTRUCTURA DE LAS PROTEINAS
ESTRUCTURA SECUNDARIA
ESTRUCTURA TERCEARIA
Niveles de organización estructural de la molécula proteica.
Composición cuantitativa de los AA
Orden- disposición
Disposición espacial de la cadena
proteica.
Formación de Hélices y estructuras
planas o filamentosas.
Conformidad tridimensional
completa de la cadena
polipectídica.
ESTRUCTURA CUATERNARIA
Formadas por varias cadenas
polipectídicas.
Interrelaciones entre cadenas.

19
1. ENZIMAS
2.1. ESTRUCTURA PRIMARIA PROTEINAS
Secuencia lineal de aminoácidos de la proteína, ordenados desde el primer aminoácido
hasta el último.
Indica los aminoácidos que componen la cadena polipeptídica y en qué orden se encuentran.
La función de cada proteína depende de su secuencia de aminoácidos que la forman y de la
forma que ésta adopte.
Extremos de las
proteínas
N- TERMINAL
Se encuentra el primer
aminoácido con su grupo
amino libre
C- TERMINAL
Está situado el último
aminoácido con su grupo
carboxilo libre

20
1. ENZIMAS
A] Formación de Péptidos
B] Estructura Primaria

21
1. ENZIMAS
• La secuencia de una proteína se define enumerando los aminoácidos desde el extremo
N-terminal hasta el C-terminal.
• Esta secuencia está basada en la información aportada por el ADN, y de ella depende la
función de la proteína y determina el resto de niveles estructurales más complejos.
• Una característica de esta estructura es su disposición en zigzag, debido a la capacidad
de rotación de los enlaces que forman el carbono α.
• Los enlaces peptídicos no pueden girar y los átomos de carbono, nitrógeno y oxígeno que
participan en ellos se sitúan en el mismo plano.
CONFORMACIÓNES DE PEPTIDOS POSIBLES
• 20n polipéptidos distintos, donde n es el número de aminoácidos presentes en la cadena.

2. ESTRUCTURA PRIMARIA, SECUNDARIA, TERCIARIA Y CUATERNARIA DE PROTEÍNAS
22
1. ENZIMAS
2.1. ESTRUCTURA PRIMARIA - ENLACE PEPTÍDICO
El esqueleto de las proteínas resulta de la unión de aminoácidos, mediante su enlace peptídico.
El grupo amino de una unidad se enlaza al grupo carboxílico de la siguiente, mediante la eliminación
de una molécula de agua, formando un enlace C-H.
POLIPÉPTIDO
CADENA PEPTÍDICA
Los átomos están dispuestos en forma de zig-zag con un ángulo aproximado de 120º.
LÍNEA PRINCIPAL DE LA CADENA: Constituida por los Cα,- C y N.
LADOS DE LA CADENA: Grupos R-O e H.
PROPIEDAD FUNDAMENTAL ENLACE PEPTÍDICO
Todos los átomos que forman el enlace se encuentran en el mismo plano.
La molécula solo puede girar por su carbono alfa.

23
1. ENZIMAS
2.1. ESTRUCTURA PRIMARIA - ENLACE PEPTÍDICO
Rotación alrededor de los enlaces de la cadena polipeptídica.
Entonces el enlace peptídico, coloca restricciones significativas, acerca del número de
conformaciones que puede adoptar una cadena polipeptídica.
La estructura de las uniones polipeptídicas es plana y rígida, resultado de la estabilidad de la
resonancia en el enlace peptídico.

2. ESTRUCTURA PRIMARIA, SECUNDARIA, TERCIARIA Y
CUATERNARIA DE PROTEÍNAS
24
1. ENZIMAS
2.3 ESTRUCTURA PRIMARIA- ENLACE PEPTÍDICO
CONFIGURACIÓN TRANS-CIS
Cada unidad de enlace peptídico se encuentra en un plano.
Entonces las cadena tiene que plegarse por medio de rotación de los enlaces establecidos por el
carbono alfa.
Adoptando las conformaciones más estables CIS y TRANS (repulsión estérica es la misma)
Configuración cis: los dos Ca se sitúan del mismo lado del doble enlace
Configuración trans: los dos Ca se sitúan a distinto lado del doble enlace

25
1. ENZIMAS
MÉTODOS DE SEPARACIÓN DE LOS PÉPTIDOS
1. ] Cromatografía de intercambio iónico
2. ] Electroforesis
Determinación de restos N-terminales de los péptidos
1. ] Reacción de Sangre
2. ] Reacción de Edman.
Determinación de restos N-terminales de los péptidos
1. ] Reacción de Sangre
2. ] Reacción de Edman.

26
1. ENZIMAS
2.4. ESTRUCTURA TRIDIMENSIONAL- SECUNDARIA .
Si la conformación para cada Cα son las mismas, la cadena adopta de forma natural un hélice.
El número de unidades repetidas de conformaciones hélice
Conformación Hélice
• Ordenación regular y periódica en el espacio de las cadenas polipeptídicas a lo largo de una
dirección.
• Tipos de enlace: No covalentes.
• Forman conformaciones de MENOR ENERGIA LIBRE ---- MÁS ESTABLES.
ESTRUCTURA SECUNDARIA
Disposición espacial de la cadena proteica.
Formación de Hélices y estructuras planas
o filamentosas.

27
1. ENZIMAS
Hélice puede describirse por el número de unidades o residuos de aminoácidos por vuelta de
hélice.
• Unidades o residuos de aminoácidos, n.
• Medida de la dirección del eje principal, d
Es la diferencia entre elementos iguales de dos aminoácidos consecutivos.
• Paso del hélice [p] = d*n
Distancia entre elementos homólogos medida en la dirección del eje principal de la hélice.
Hélice- Estructuras Helicoidales

28
1. ENZIMAS
PRESENTACIÓN ESTRUCTURA SECUNDARIA- CLASIFICACIÓN
HELICE ALFA
LAMINA BETA
BUCLES Y GIROS

29
1. ENZIMAS
La hélice alfa se repite exactamente cada 18
residuos que representan cinco vueltas.
Con una elevación de los residuos de 0.15 nm.
1. Calcular el número de residuos por vuelta.
2. Calcular el paso de la hélice.
A] 18/5= 3.6 residuos por vuelta.
B] p = 3.6 res/vuelta x 0.15 nm/res = 0.54
nm/vuelt.
Por tanto, el paso de hélice es de 0.54 nm.
HÉLICE- ALFA

30
1. ENZIMAS
Los puentes de hidrógeno, constituyen un parámetro para la estructura hélice.
FUNCIÓN: Forman un bucle en el interior de la hélice. (Para la Hélice alfa es de 13).
HELICE: Es el numero de residuos por vuelta + numero de puentes de hidrógeno.
EJEMPLO.
Para la hélice alfa = hélice 3.613
PUENTES DE HIDRÓGENO EN LAS HÉLICE

31
1. ENZIMAS

32
1. ENZIMAS
SENTIDO DE LA HÉLICE
• Dextrogira
• Levogira
HÉLICE LEVOGIRA los oxígenos de los grupos carbonilos y las
cadenas laterales de los residuos desestabilizan la hélice por
impedimentos estéricos. Esto se debe a que los aminoácidos de
las proteínas son de la serie L-.
Las cadenas laterales de cada residuo está aproximadamente en
posición TRANS respecto al oxígeno del carbonilo adyacente.
Si el aminoácido fuese de la serie D-, estos residuos estarían en
conformación CIS con mayores posibilidades de conflictos
estéricos dependiendo del tipo de cadena lateral.

33
1. ENZIMAS
LÁMINA BETA
• Es la cadena polipeptídica está generalmente estirada.
• Todos los residuos presentan una rotación de 180° respecto a los precedentes.
• La distancia entre dos aminoácidos adyacentes es de 0.35 nm.
• Estos se disponen casi perpendiculares a la cadena polipeptídica extendida.
• La hoja beta está estabilizada por puentes de hidrógeno entre el grupo amida y el grupo carboxilo de
un filamento adyacente.
• Los radicales se disponen alternatvamente a uno y otro lado de la cadena polipetídica.

34
1. ENZIMAS
LÁMINA BETA
ORIENTACIÓN DE LAS HOJAS BETA
• En la misma dirección (hojas beta paralelas).[Los enlaces de hidrógeno espaciados regularmente en
forma de ángulo respecto a las hebras enlazadas.]
• En direcciones opuestas (hojas beta antiparalelas). [Puentes de hidrógeno son perpendiculares a la
hebra, alternando los enlaces próximos con los más espaciados]

35
1. ENZIMAS
BUCLES Y GIROS
• Además de estas zonas en las cadenas polipeptídicas REPETITIVAS podemos encontrar regiones NO
repetitivas.
• Muchas de estas zonas no repetitivas son bucles y giros que provocan cambios en la dirección de
la cadena polipeptídica que posibilitan que la proteína tenga una estructura compacta.
• Las cadenas polipeptídicas no son flexibles en dichas regiones
• A menudo los giros beta conectan hojas beta antiparalelas.
Tipo I, podemos encontrar cualquier tipo de residuos con de la
prolina en posición 3.
Tipo II, la glicina debe estar en posición 2 y casi siempre aparece
una prolina en posición 3.
Tipo III: son una porción de hélice 310, y no hay restricciones en
cuanto a la identidad de sus componentes.

36
1. ENZIMAS
2.5. ESTRUCTURA TERNARIA.
La estructura terciaria parte de la estructura secundaria a la cual se adiciona giros y plegamientos.
Los cuales para la estabilidad de la molécula están en función de interacciones entre las cadena
laterales de las moléculas, generando disposiciones más estables.
Formación de la estructura terciaria
ESTRUCTURA TERCEARIA
Conformidad tridimensional
completa de la cadena
polipectídica.

37
1. ENZIMAS
• Puentes de hidrógeno
• Interacciones electrostáticas
• Interacciones de Van der Waals
• Interacciones Hidrofóbicas
• Puentes disulfuro
Iteraciones que pueden estabilizar la proteína

38
1. ENZIMAS
CLASES
CLASES
ESTRUCTURA
TERNARIA
I- Proteínas 𝝰
totales
Solo están presentes hélices 𝝰. Se
empaquetan en forma GLOBULAR
II. Proteínas 𝛽
Totales
Sólo están presentes estructuras 𝛽
generalmente como dos hojas 𝛽
antiparalelas.
III. Proteínas 𝝰-𝛽 Estructuras 𝝰-𝛽 segregadas en la
estructura
IV. Proteínas 𝝰/𝛽
Segmentos estructurales 𝝰-𝛽 se
alternan en la estructura primaria
dando lugar a una terciaria. Zona
central 𝛽 y a los lados con hélices 𝝰.
V. En espiral Recubren las moléculas pequeñas,
ricas en puentes disulfuro.

39
1. ENZIMAS
2.6. ESTRUCTURA CUATERNARIA
Constituida por varias cadenas polipeptídicas con estructura terciaria. Cada una de estas cadenas
polipeptídicas recibe el nombre de protómero, monómero o subunidad.
ESTRUCTURA CUATERNARIA
Formadas por varias cadenas
polipectídicas.
Interrelaciones entre cadenas.
Estos protómeros están unidos por
enlaces débiles, como enlaces de
hidrógeno, fuerzas de Van der Waals, e
incluso puentes disulfuro
El colágeno es una proteína fibrosa,
formada por tres cadenas
polipetídicas helicoidales
entrelazadas para formar una triple
hélice más grande, que confiere a
estas fibras gran resistencia.

40
1. ENZIMAS
2.6. ESTRUCTURA CUATERNARIA
La hemoglobina es una proteína globular
compuesta de cuatro cadenas polipeptídicas.

42
1. ENZIMAS
DENATURALIZACIÓN DE LAS PROTEINAS
3. DESNATURALIZACIÓN DE LAS PROTEINAS
Pérdida de las estructuras de orden superior (secundaria, terciaria y cuaternaria), quedando la
cadena polipeptídica reducida a un polímero estadístico sin ninguna estructura tridimensional fija.
Se puede producir cambios en las propiedades
físicas, químicas y biológicas de la moléculas
proteica.

43
1. ENZIMAS
MÉTODO QUE DESCRIBE LA DESNATURALIZACION DE PROTEÍNAS
Estructura
Pérdida casi inmediata de la estructura cuaternaria y terciaria
pero conservando la estructura secundaria, que se pierde
gradualmente en cada etapa metaestable.
1.] MODELO ESTADO DE GLÓBULO FUNDIDO
Perdida de funciones enzimáticas:
paulatinamente
Procesos de renaturalización:
Proteína puede regresar del mismo modo a forma nativa, especialmente
si no se desnaturalizó excesivamente, es decir, si PERMANECIÓ EN
ALGUNA DE LAS ETAPAS METAESTABLES.
Parte de la estructura que se conservó puede actuar como “molde”
sobre el cual se reorganiza la parte desnaturalizada.

44
1. ENZIMAS
TIPOS DE DESNATURALIZACIÓN
Pérdida de estabilidad de estructura cuaternaria (primer paso de desnaturalización, puede o no
recuperar sus propiedades funcionales).
1.] DISOCIACIÓN REVERSIBLE
Perdida en la estabilidad de estructura cuaternaria y terciaria y en algunas veces secundaria
(perdida total de sus características y propiedades funcionales).
2.] DISOCIACIÓN IRREVERSIBLE

45
FACTORES
AGENTES
DESNATURALIZANTES
FÍSICOS
Calor y frío
Presiones
hidrostáticas
Agitación intensa
QUÍMICOS
Detergentes
Disolventes
orgánicos
pH
Fuerza iónica
Como en algunos casos el fenómeno de la desnaturalización es reversible, es posible
precipitar proteínas de manera selectiva mediante cambios en:
• Polaridad del disolvente
• Fuerza iónica
• pH
• Temperatura
1. PROTEÍNAS

46
TEMPERATURA- VELOCIDAD DE AGITACIÓN
• Aumenta energía cinética de toda la proteína
• Se debilitan interacciones electrostáticas más débiles (iónicas)
• Desestabilización de interacciones no covalentes.
1. Puentes de Hidrogeno en interior de proteína, interacciones
electrostáticas y Van der Waals (exotérmicas).
Perdida de estabilidad a altas temperaturas
2. Hidrofóbicas: estables a altas temperaturas 60 – 70°C.
Poco estables a bajas temperaturas (endotérmicas).
1. PROTEÍNAS
FACTORES FÍSICOS

47
TEMPERATURA- VELOCIDAD DE AGITACIÓN
• PERFILES DE DESNATURALIZACIÓN TÉRMICA
A] Cambio brusco al pasar temperatura crítica (temperatura de desnaturalización o molting
point)
B] Cambio gradual de las propiedades
C] Pérdida progresiva con cambios bruscos ocasionales
1. PROTEÍNAS

48
pH
Modifica:
• Temperatura de desnaturalización
• Propiedades funcionales tales como:
- Gelificación
- Espumado
- Emulsificación.
• Proteínas estables en ciertos rangos de pH
• A pH extremadamente altos o bajos ocurre: Desnaturalización
• A pH isoeléctrico
- Falta de fuerzas repulsión inhibe desdoblamiento de proteínas.
1. PROTEÍNAS
FACTORES QUÍMICOS

49
pH
Punto isoeléctrico, pH al cual
- Suma de cargas positivas igual a cargas negativas
- Interacciones iónicas a nivel mínimo
- Frecuentemente a la menor solubilidad de proteína
A pH lejanos de punto isoeléctrico:
- Fuerzas de repulsión son inducidas por carga neta de la proteína,
produce:
Desdoblamiento o desnaturalización
pH altos
Una exposición prolongada de proteínas a pH altos inhibe la formación
de agregados.
1. PROTEÍNAS

50
Disolventes Orgánicos
•Afectan estabilidad de:
- Interacciones hidrofóbicas,
- Puentes de H
- Interacciones electrostáticas.
EFECTOS:
• Cadenas laterales son mas solubles
• Se debilitan las interacciones hidrofóbicas.
• Efecto neto depende de magnitud del cambio sobre las interacciones
polares/no polares.
• Se favorecen las interacciones entre grupos de carga opuesta y aumentan
la repulsión entre grupos con la misma carga.
1. PROTEÍNAS

51
Iones Metálicos
• pH y fuerza iónica DE UNA SOLUCIÓN,
- Determina la carga neta de una proteína y su susceptibilidad a la desnaturalización térmica.
• Concentración y/o la fuerza DE LA SAL.
- [M] < 0.5 proteínas tienen mayor estabilidad
- [M] > 1 altas concentraciones de sales neutras, disminuye solubilidad de proteína, tiende a
precipitar.
• Los metales alcalinoterreos (Mg, Ca) mas reactivos que sodio y potasio.
• Cu, Fe, Hg y Ag reaccionan fácilmente con proteínas.
• Serie Hofmeister
- SO4
2- < F- < CH3COO- < Cl- < Br- < I- < ClO4- < SCN< NH4+ < K+ < Na+ < Li+ < Mg2+ < Ca 2+
- Iones a la izquierda promueven insolubilización, agregación y estabilización de la conformación
nativa.
- Iones a la derecha promueven desplegamiento, disociación y solubilización.
1. PROTEÍNAS

52
Detergentes
Son selectivos, actuando independientemente con cada proteína.
.
• SDS [Dodecilsulfato sódico]
- Surfactante muy efectivo para solubilizar prácticamente todas las
proteínas
- Disminuye la estabilidad térmica en la albumina .
- Incrementa la estabilidad de b-lactoglobulina (hasta 7 °C) a bajas
concentraciones.
•Efectos:
- Enlace preferencial a proteína desnaturalizada.
- Modifica estructura de proteína de forma irreversible.
1. PROTEÍNAS

53
AZÚCARES Y POLIOLES
Algunas proteínas tienden a desnaturalizarse en la presencia de azucares como glucosa, sacarosa,
fructosa, o polioles.
Factores dependientes:
• Tipo y concentración del poliol y/o azúcar.
• Naturaleza de la proteína.
Ejemplos:
La T de desnaturalización de la b-lactoglobulina:
• Con sacarosa, glucosa y glicerol aumenta con concentración
• Con etilenglicol disminuye.
Importante
Azúcar estabiliza a proteína parcialmente desnaturalizada, Inhibiendo agregación.
1. PROTEÍNAS

54
MODIFICADORES DE PROTEÍNAS
UREA Y CLORHIDRATO DE GUANIDINA
Producen desnaturalización de proteína sin necesidad
de calor
• Solo a muy altas concentraciones
• Causan formación de agregados
EFECTOS:
• Enlace preferencial de urea con proteína
desnaturalizada.
• Solubilización de residuos de aminoácidos
hidrofóbicos
• Formación de enlaces H
• Competencia con el agua.
1. PROTEÍNAS

55
• Solubilidad
• UV y Espectrofotometría de fluorescencia
• Espectroscopia de infrarrojo
• Electroforesis
• Calorimetría
• Microscopía electrónica
1. PROTEÍNAS
Métodos de medición de desnaturalización térmica y coagulación

56
Características estructurales que protegen a la proteína de desnaturalización térmica
Tamaño:
• Proteínas pequeñas más resistentes en comparación a las grandes
Puentes disulfuro:
• Interacciones covalentes
• Poco afectados por incremento de temperatura
• Confieren rigidez a la estructura de la proteína)
Hidrofobicidad:
• Proteínas con más residuos hidrofóbicos son más estables a cambios de
temperatura que otras ricas en aminoácidos polares o iónicos.
Fuerzas iónicas
• Son de muy corto alcance
• Se debilitan al aumentar temperatura.
1. PROTEÍNAS

57
Características estructurales que protegen a la proteína de desnaturalización térmica
Contenido de agua:
Agua interviene en desnaturalización una vez iniciada:
• Al perder estructura nativa, se producen “grietas” a través de las
cuales el agua penetra al interior de proteína.
Proteínas deshidratadas
• Mas resistentes a desnaturalización térmica
• Tienen estructuras más estáticas
• Movilidad de segmentos polipeptídicos mas restringido
1. PROTEÍNAS

58
EJEMPLO
1. PROTEÍNAS

59
4.] PROTEÍNAS
COFACTORES
ENZIMÁTICOS

60
4. COFACTORES ENZIMÁTICOS
CARACTERÍSTICAS
• Componente del tipo no proteico que complementa a una enzima.
• Tiene que estar presente en cantidades adecuadas para que la enzima pueda actuar
catalizando una reacción bioquímica.
1. ENZIMAS
COFACTORES
• Bajo peso molecular
• Termoestables
• Se encuentra en baja concentración en la célula
• Pueden ser compartidos con diferentes enzimas
• Puede modificarse y no recuperarse en la misma reacción
• Son heterociclos o ciclos con electrones muy móviles.
• Poseen una extraordinaria reactividad
• En su mayoría son de origen vitamínico.

61
TIPOS DE COFACTORES
1. ENZIMAS
COFACTORES
GRUPOS PROSTÉTICOS

62
Los cofactores son generalmente estables frente al calor, mientras que muchas
proteínas enzimáticas pierden la actividad por calefacción.
1. ENZIMAS
COFACTORES
HOLOENZIMA
Son el complejo enzima-cofactor
catalíticamente activo.
APOENZIMA
Resulta cuando se separa el cofactor de la
enzima, la proteína restante, que por sí
misma es inactiva catalíticamente

63
TIPOS DE COFACTORES- INORGÁNICOS
1. ENZIMAS
Componente NO ENZIMÁTICO que promueve el valor catalítico de una enzima.
Conforman:
Iónes metálicos
- Cobre
- Hierro
- Magnesio
- Zinc
Tabla 1.- Algunos elementos inorgánicos que actúan como
cofactores por enzimáticos
Cu2+
Citocromo oxidasa
Fe2+
o Fe3+
Citocromo oxidasa, catalasa, peroxidasa
K2+
Piruvato, quinasa
Mg2+
Hexoquinasa, glucosa 6-fosfatasa, piruvato, quinasa
Mn2+
Arginasa, ribonucleótido reductasa
Mo Dinitrogenasa
Ni2+
Ureasa
Se Glutatión peroxidasa
Zn2+ Carbónico anhidrasa, alcohol deshidrogenasa,
carboxipeptidasasA y B

64
TIPOS DE COFACTORES- INORGÁNICOS
1. ENZIMAS
Los iones metálicos puede actuar como:
• Centro catalítico primario
• Como grupo puente para reunir el sustrato y la enzima, formando un complejo de
coordinación
• Como agente estabilizante de la conformación de la proteína enzimática en su forma
catalíticamente activa.
Los enzimas que precisan de iones metálicos, se llaman a veces metaloenzimas.
Tipos de cofactores. Los iones y las coenzimas esenciales se pueden
distinguir además por la fuerza de interacción con sus apoenzimas.

65
COENZIMAS - ORGÁNICOS
1. ENZIMAS
ENZIMA-VITAMINAS
Cada uno de los enzimas catalogados contiene, como parte de su estructura, una
molécula de alguna de las vitaminas; éstas son sustancias orgánicas, que en
cantidades mínimas (trazas), son vitales para la función de todas las células, y
deben figurarse en la dieta de algunas especies.
COENZIMAS COMO TRANSPORTADORES
Los coenzimas actúan, por lo general, como transportadores intermediarios de
grupos funcionales, de átomos específicos o de electrones, los cuales son
transferidos en la reacción enzimática global.
GRUPO PROSTÁTICO
Cuando el coenzima se halla unido íntimamente a la molécula del enzima recibe.

66
1. ENZIMAS
TABLA 2.- COENZIMAS DE REACCIONES DE TRANSFERENCIA DE GRUPOS
Coenzima Entidad Transferida
1 Nicotinamida-adenina-dinucleótido Átomos de hidrogeno (electrones)
2 Fosfato de Nicotinamida-adenina-dinucleótido Átomos de hidrogeno (electrones)
3 Flavin-mononucleótido Átomos de hidrogeno (electrones)
4 Flavin-adenina-dinucleótido Átomos de hidrogeno (electrones)
5 Coenzima Q Átomos de hidrogeno (electrones)
6 Pirofosfato de tiamina Aldehídos
7 Coenzima A Grupo acilo
8 Lipoamida Grupo acilo
9 Coenzimas cobamídicos Grupo alquilo
10 Biocitina Dióxido de carbono
11 Fosfato de piridoxal Grupo amino
12 Coenzimas tetrahidrofólicos Grupos metilo, metileno, formilo o formimino

67
1. ENZIMAS
CLASIFICACIÓN SEGÚN LA
FORMA COMO
INTERACTUAN CON LA
APOENZIMA
COSUSTRATOS
Son sustratos en reacciones
catalizadas por enzimas.
GRUPO
PROSTÉTICO
Un grupo prostético
permanece unido a la
enzima durante la reacción
• Un cosustrato se altera durante la reacción y se disocia del sitio activo.
• La estructura original del cosustrato se regenera en una reacción posterior, catalizada por otra
enzima.
• El cosustrato se recicla en forma repetida dentro de la célula, a diferencia de un sustrato
ordinario, cuyo producto, en el caso típico, sufre una transformación posterior.
• Los cosustratos llevan y traen grupos metabólicos entre distintas reacciones catalizadas por
enzimas.
COSUSTRATOS

68
1. ENZIMAS
• El grupo prostético se une en forma covalente a su apoenzima, en tanto que en otros casos
está firmemente unido al sitio activo por muchas interacciones débiles.
• Igual que los residuos iónicos de aminoácidos del sitio activo, un grupo prostético debe
regresar a su forma original durante cada evento catalítico total, o la holoenzima no seguirá
siendo catalíticamente activa
GRUPO PROSTÉTICO
• Son parte del sitio activo de las enzimas.
• Suministran grupos reactivos que no están disponibles en las cadenas laterales de los
residuos de aminoácido.
COSUSTRATOS Y GRUPOS PROSTÉTICOS

69
1. ENZIMAS
VITAMINAS
La mayor parte de las especies son capaces de sintetizar sus coenzimas a partir de precursores
simples.
Esto es válido en especial en cuatro de los cinco reinos: procariotas, protistas, hongos y plantas.
Los animales en general han perdido la capacidad de sintetizar algunas coenzimas.
TIPOS
HIDROSOLUBLES
Vitaminas B, se requieren diariamente en
pequeñas cantidades, porque son excretadas con
facilidad en la orina y los almacenamientos
celulares de sus coenzimas son inestables.
LIPOSOLUBLES O
vitaminas lípidas
Solubles en grasas y aceites como las vitaminas
A, D, E, K, son almacenadas por los animales, y
su ingestión exagerada puede causar estados de
toxicidad llamados hipervitaminosis.

70
1. ENZIMAS
COENZIMAS DE ORIGEN VITAMÍNICO
1. Hidrosolubles
Tiamina Tiamina pirofosfato B1
Riboflavina Flavinas: FAD, FMN B2
Piridoxal Piridoxal fosfato B6
Cobalamina Coenzimas cobamídicos B12
Ác.Ascórbico Ac. Ascórbico C
Nicotinamida NAD+, NADP+ PP
Ác.Lipoico Lipoamida
Ác.Fólico Coenzimas folínicos
Ác.Pantoténico Panteteínas (CoA, p.e.)
2. Liposolubles
Naftoquinonas g-Carboxilación K

71
1. ENZIMAS
COENZIMAS DE ORIGEN NO VITAMÍNICO
Hemo Hemoenzimas, citocromos
Complejos Fe-S Ferredoxinas
Quinonas Tr.electrónico mitocondrial y fotosintético
Glutatión Redox; transporte de aminoácidos
ATP Transf.de fosfato y/o de energía
UTP Transf.de grupos glicosídicos
PAPS Transf.de grupos sulfato
S-AM Transf.de grupos metilo
Carnitina Transportador de grupos acil-
Vitaminas que no forman parte de cofactores enzimáticos
Liposolubles
Retinoides vit. A
Calciferoles vit. D
Tocoferoles vit. E

72
COFACTORES REDOX
1. ENZIMAS
Operan en procesos de transferencia electrónica, a veces como aceptores, a veces como
donadores.
- Cofactores piridínicos (NAD+, NADP+)
- Cofactores flavínicos
- Cofactores hemínicos
- Ferredoxinas
- Quinonas
- Ác. Ascórbico
- Ác. Lipoico
- Glutatión
O
O
H
H
OH
H
OH
CH2
H
O
P
O
O-
O
P
O
O-
O
CH2 N
N
N
N
NH2
OH OH
N
CONH2
+
Nicotinamida - Ribosa - P - P - Ribosa - Adenina
NAD+

73
Características y funciones de las principales coenzimas
1. ENZIMAS

74
Tabla 3.- PRINCIPALES COENZIMAS
Coenzima Fuente vitamínica Principales funciones metabólicas Función mecanicista
Trifosfato de adenosina (ATP) --
Transferencia de grupos fosforilo o
nucleotidilo
Cosustrato
S-Adeniosilmetionina -- Transferencia de grupos metilo Cosustrato
Uridina difosfato glucosa -- Transferencia de grupos glicosilo Cosustrato
Nicotinamida adenina dinucleótido
(NAD+
) y fosfato de Nicotinamida adenina
dinucleótido (NADP+
)
Niacina
Reacciones de oxidación-reducción
donde haya dos transferencias de
electrón.
Cosustrato
Flavina mononucleótido (FMN) y Flavina
adenina dinucleótido (FAD)
Riboflavina (B2)
Reacciones de oxidación-reducción
donde haya una o dos transferencias de
electrón.
Grupo prostético
Coenzima A (CoA) Pantotenato (B5) Transferencia de grupos acilo Cosustrato
Pirofosfato de tiamina (TPP) Tiamina (B1)
Transferencia de fragmentos de dos
carbonos que contengan un grupo
carbonilo
Grupo prostético
Fosfato de piridoxal (PLP) Piridoxina (B6)
Transferencia de grupos desde aa y
hacia estos.
Grupo prostético
Biotina Biotina
Carboxilación de sustratos dependiente
de ATP, o transferencia de grupo
carboxilo entre sustratos
Grupo prostético
Tetrahidrofolato Folato
Transferencia de sustituyentes con un
carbono, en especial los grupos formilo e
hidroximetilo; suministra el grupo metilo
para la timina en el ADN
Cosustrato
Adenosilcobalamina Cobalamina (B12) Reorganizaciones intramoleculares Grupo prostético
Metilcobalamina Cobalamina (B12) Transferencia de grupos metilo Grupo prostético
Lipoamida --
Oxidación de un grupo hidroxiacilo del
TPP y después transferencia como grupo
acilo
Grupo prostético
Retinal Vitamina A Visión Grupo prostético
Vitamina K Vitamina K
Carboxilación de algunos residuos de
glutamato
Grupo prostético
Ubiquinona (Q) -- Portador de electrones solubles en lípidos Cosustrato

75
4.] PROTEÍNAS
ENZIMAS NOMENCLATURA
CLASIFICACIÓN DE
ENZIMAS

76
5. NOMENCLATURA DE ENZIMAS
NOMENCLATURA SEGÚN: Unión Internacional de Bioquímica y Biología Molecular
• El nombre de una enzima suele derivarse del sustrato o de la reacción química que
cataliza, con la palabra terminada en -asa.
• Por ejemplo
1. Lactasa proviene de su sustrato lactosa; alcohol deshidrogenasa proviene de la
reacción que cataliza que consiste en "deshidrogenar" el alcohol
2. ADN polimerasa proviene también de la reacción que cataliza que consiste en
polimerizar el ADN.
1. ENZIMAS
NOMENCLATURA
• Esta nomenclatura esta en base a Números EC.
• Así, cada enzima queda registrada por una secuencia de cuatro números
precedidos por las letras "EC".
• El primer número clasifica a la enzima según su mecanismo de acción.

77
5. NOMENCLATURA DE ENZIMAS
NOMENCLATURA SEGÚN: Unión Internacional de Bioquímica y Biología Molecular
1. ENZIMAS
Grupoº Reacción catalizada Reacción típica Ejemplo de enzima
EC 1
Reacciones de oxidación/reducción
y de transferencia de átomos de H,
O o electrones desde una
substancia a otra.
AH + B → A + BH (reducido)
Deshidrogenasa, oxidasa
Oxidorreductasas A + O → AO (oxidado)
EC 2
Transferencia de un grupo funcional
desde una substancia a otra. El
grupo puede ser metil-, acil-, amino-
o fosfato.
AB + C → A + BC Transaminasa, quinasa
Transferasas
EC 3
Formación dos productos de un
substrato por hidrólisis.
AB + H2O → AOH + BH Lipasa, amilasa, peptidasa
Hidrolasas
EC 4
Adición o eliminación no hidrolítica
de grupos de los substratos.
Pueden romper los enlaces C-C, C-
N, C-O o C-S.
RCOCOOH → RCOH + CO2 Descarboxilasa
Liasas
EC 5
Isomerización de una molécula. AB → BA Isomerasa, mutasa
Isomerasas
EC 6
Unión de dos moléculas por síntesis
de nuevos enlaces C-O, C-S, C-N o
C-C con la rotura simultánea de
ATP.
X + Y+ ATP → XY + ADP + Pi Sintetasa
Ligasas

78
5. CLASIFICACIÓN
Clase 1: OXIDORREDUCTASAS
• Catalizan reacciones de oxidorreducción,
es decir, transferencia de hidrógeno (H) o
electrones (e-) de un sustrato a otro,
según la reacción general:
• Existen 14 subclases, entre las cuales
destacan las deshidrogenasas y las
oxidasas.
1. ENZIMAS
CLASIFICACIÓN

79
Clase 2: TRANSFERASAS
1. ENZIMAS
• Transferencia de grupos funcionales entre dadores y aceptores.
• Catalizan la transferencia de un grupo químico (distinto del H2) de un sustrato a otro.
• Las porciones que más frecuentemente son transferidas son grupos amino, acilo, fosfato,
glucosilo y monocarbonados.
• Comprenden 8 subclases.
5. CLASIFICACIÓN

80
Clase 3: HIDROLASAS
1. ENZIMAS
• Reacciones de hidrólisis.
• Pueden considerarse como un grupo
especial de transferasas en las que el
sustrato es roto siendo sus fragmentos
transferidos a los componentes del agua
(OH-H)
• Las reacciones catalizadas por
hidrolasas implican la ruptura hidrolítica
de enlaces C-O, C-N, O-P, C-S.
• Según el enlace se conocen 9
subclases, siendo las más importantes
las esterasas, carbohidrasas, amilasas y
peptidasas.
5. CLASIFICACIÓN

81
Clase 4: LIASAS
1. ENZIMAS
• Estas enzimas catalizan reacciones en las cuales rompen enlaces C-C, C-N y C-O, sin
intervención de agua y con pérdida de grupos funcionales simultanea a la aparición de
dobles enlaces.
• Dentro de esta clase están las desaminasas y las descarboxilasas.
5. CLASIFICACIÓN

82
Clase 5: ISOMERASAS
1. ENZIMAS
• Catalizan reacciones de isomerización.
5. CLASIFICACIÓN

83
Clase 6: LIGASAS
1. ENZIMAS
• Participan en reacciones en las que se unen dos moléculas a expensas de un enlace
fosfato de alta energía procedente del ATP.
• El término sintetasa se reserva para este grupo de enzimas.
5. CLASIFICACIÓN

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