Este documento describe diferentes mecanismos catalíticos enzimáticos, incluyendo: 1) catálisis ácido-base, 2) catálisis covalente, 3) catálisis por iones metálicos, 4) catálisis electrostática, 5) catálisis mediante efectos de proximidad y orientación, y 6) catálisis por fijación del estado de transición. Se proporcionan ejemplos detallados de cada mecanismo y cómo participan los grupos funcionales de las enzimas y los sustratos en las reacc

1. Universidad de Guadalajara
Mecanismos de Reacciones Enzimaticas
MCQ David Camacho Córdova
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Departamento de Química del CUCEI

2. Mecanismos catalíticos
• A Catálisis ácido- base
• B Catálisis covalente
• C Catálisis por iones metálicos
• D Catálisis electrostática
• E Catálisis mediante efectos de proximidad y
orientación
• F Catálisis por fijación del estado de transición

3. A Catálisis ácido- base
• La catálisis ácida general es un proceso en el que la
transferencia parcial de un protón desde un ácido de
Brönsted (especie que puede donar protones)
disminuye la energía del estado de transición en una
reacción.
• La catálisis básica general si la velocidad de una
reacción aumenta debido a la abstracción parcial de
un protón por una base de Brönsted (especie que
puede aceptar un protón).

4. A Catálisis ácido- base (tautomerización ceto-enol)

5. A Catálisis ácido- base (mutorrotación de la glucosa)

6. A Catálisis ácido- base (mutorrotación de la glucosa)

7. B Catálisis covalente
• Supone aceleración de la velocidad de reacción a través de
la formación transitoria de un enlace entre la enzima y el
sustrato.
• La catálisis covalente se puede descomponer en dos pasos:
1. La reacción nucleofílica entre el catalizador y el sustrato para
formar un enlace covalente.
2. La eliminación de electrones del centro de reacción por el
catalizador que, ahora, es electrofílico.

8. B Catálisis covalente
• La amina ataca nucleofílicamente al grupo carbonilo del
acetoacetato formando una base de schiff.
• La formación y descomposición de la base de schiff se
produce muy rápidamente por lo que no es la etapa
determinante en esta reacción.

9. Hidrólisis del RNA catalizada por la Rnasa pancreática
bovina.
• Formación del nucleófilo.
• Ataque del nucleófilo
• Liberación del R-O-
• Robo del protón por el R-O-
para formar el R-OH.

10. • Formación del nucleófilo
• Apertura del anillo
• Desprotonación del anillo
de histidina.

11. • Liberación del nucleótido
• Regeneración de los sitios
activos.

12. C Catálisis por iones metálicos
• Casi un tercio de las enzimas conocidas requiere la presencia
de iones metálicos para su actividad catalítica.
• Existen dos clases de enzimas que requieren iones
metálicos.
1. Metaloenzimas: Contiene iones metálicos fuerte mente
unidos, metales de transición (Fe+2
, Fe+3
, Cu+2
, Zn+2
, Mn+2
, Co+3
).
2. Enzimas activados por metal: Fijan débilmente metales
presentes en una solución, normalmente iones metálicos
alcalinos o alcalino-térreos (Na+
, K+
, Mg+2
o Ca+2
).

13. C Catálisis por iones metálicos
• Los iones metálicos participan en el proceso catalítico de
tres modos principales:
1. Fijándose a sustratos, de modo que los orientan
adecuadamente para la reacción.
2. Facilitando reacciones de oxido- reducción, mediante cambios
reversibles en el estado de oxidación del ion metálico.
3. Estabilizando o apantallando electrostáticamnete las cargas
negativas.

14. C Catálisis por iones metálicos
Los iones metálicos son a menudo catalizadores mucho más
efectivos que los protones, por que los iones metálicos pueden
estar presentes a elevadas concentraciones a pH neutro y
pueden tener cargas > +1, por ello los iones metálicos han sido
apodados “superácidos”.
Descarboxilación del dimetiloxaloacetato
Catalizada por iones metálicos como el
Cu+2
, Ni+2
.

15. Sitio activo de la carbónico anhidrasa humana

16. • El Zn+2
tetraédricamente coordinado por
tres evolutivamente invariables cadenas de
His y una molécula de H2O. Esta molécula
de H2O polarizada con el Zn+2
se ioniza en un
proceso facilitado por los Glu 106 y 117.
• El OH-
resultante ligado al Zn+2
ataca
nucleofílicamente al CO2 próximo unido a la
enzima, convirtiéndolo así en HCO3
-
.
• El sitio activo se regenera por la fijacion y
onizacion de otra H2O al Zn+2
posiblemente
antes que salga el ion HCO3
-
de manera que
se forma transitoriamente un complejo de
Zn+2
pentacoordinado.

17. D Catálisis electrostática
• La fijación de un sustrato produce generalmente la exclusión de agua del
sitio activo de la enzima.
• La constante dieléctrica del sitio activo se parece, por tanto, a la de un
disolvente orgánico en el que las interacciones electrostáticas son mas
fuertes.
• Así los valores de pK de las cadenas de los aminoácidos en las proteínas
pueden desplazarse varias unidades de los valores nominales debido a
la proximidad de grupos cargados.
• Esta distribución de cargs sirve aparentemente para guiar sustratos
polares hacia sus sitios de fijación, de modo que la velocidad de estas
reacciones enzimáticas es mayor que sus limites aparentes de control
por difusión.

18. E Catálisis mediante efectos de proximidad y
orientación
• Los reactivos han de entrar en contacto con la relación espacial adecuada
para que tenga lugar la reacción.
• Tratamiento de Daniel Koshland
1. Las especies reactivas, es decir, los grupos funcionales , son
aproximadamente del tamaño de una molécula de agua.
2. Cada especie reactiva en solución tiene 12 moléculas vecinas
próximas, como esferas empacadas del mismo tamaño.
3. Las reacciones químicas solo se dan entre reactivos que están en
contacto.
4. La concentración del reactivo en solución es suficiente mente baja, de
forma que la probabilidad de que cualquier especie reactiva este en
contacto con mas de una molécula del otro reactivo sea despreciable.
• La detención de las mociones relativas de los reactivos y su
orientación adecuada puede dar lugar a grandes incrementos de la
velocidad de catálisis.

20. F Catálisis por fijación del estado de
transición
• El concepto original de fijación del estado de
transición propuso que las enzimas tensionan
mecánicamente sus sustratos, llevándolos a la
geometría del estado de transición, mediante
sitios de fijación en los que no encajaría
perfectamente los sustratos sin distorsionar.
• Mecanismo del potro (análogo al instrumento
medieval de tortura).

21. • La velocidad de reacción es 315 veces mas
rápida cuando R es CH3 en lugar de H, debido a
las mayores repulsiones estericas entre los
grupos CH3 y los grupos reactivos.