Este documento resume la historia y conceptos fundamentales de las enzimas. Las enzimas son proteínas que actúan como catalizadores biológicos, acelerando las reacciones químicas sin ser consumidas. Se clasifican según el tipo de reacción que catalizan y su número EC. Su especificidad depende de factores como la orientación, carga eléctrica y distorsión inducida en los sustratos. La cinética enzimática sigue el modelo de Michaelis-Menten.

1. INTRODUCCION
ENZIMAS Historia:
1700: estudios de la digestión de carnes
mediante secreciones del estómago.
1800: convertir almidón en azúcar mediante
CAPITULO 4 la saliva.
1810: comienzan estudios sobre
fermentación.
1850: Louis Pasteur concluyó estudios sobre
fermentación de azúcares en alcoholes por
levadura y catalizado por fermentos.
INTRODUCCION AGENTES CATALITICOS
Historia:
1897: Buchner descubrió que los extractos Cambian la velocidad de una reacción
de levadura podían convertir el azúcar en química.
alcohol. Fermentación se llevaba a cabo
por la presencia de moléculas. Aceleran la reacción en ambas direcciones
Kühne llamó las moléculas enzimas. disminuyendo la energía de activación.
1926: ureasa fue aislada y cristalizada. Funcionan en reacciones que pueden
1930: pepsina, tripsina, y otras enzimas ocurrir sin su presencia (exergónica).
digestivas fueron cristalizadas. Permanecen inalterados al final de la
reacción.

2. ESPECIFICIDAD
ENZIMAS ENZIMATICA
La especificidad enzimática puede
CATALISIS ENZIMATICA
variar.
Las enzimas son los agentes catalíticos de
los sistemas biológicos. Pasos que ocurren durante la acción
Todas las enzimas son proteínas excepto enzimática:
las riboenzimas.
Sustrato se enlaza a la enzima.
Aumentan la velocidad de una reacción
hasta por un factor de 1014 . Ocurren alteraciones químicas que
Son altamente específicas. incluyen rompimiento y formación de
La acción enzimática es regulada. enlaces.
La enzima libera el producto de la
reacción.
Teorías que explican la
actividad enzimática:
Llave y cerradura: específica; un sustrato y
una enzima.
Adaptación inducida: menos específica, el
centro activo se ajusta al sustrato que
interviene.
Teoría de poliafinidad: enzima y sustrato
poseen por lo menos tres puntos de
contacto, sólo uno de dos grupos idénticos
del carbono proquiral es orientado
correctamente.

3. Clasificación enzimática
1. Oxidoreductasas: transferencia de
electrones
2. Transferasas: transferencia de grupos
3. Hidrolasas: reacciones de hidrólisis
4. Liasas: adición de grupos a dobles
enlaces
5. Isomerasas: transferencia de grupos
en la molécula
6. Ligasas: formación de enlaces
Clasificación enzimática
De acuerdo al número de la Comisión
Enzimática (Enzyme Commission number)
Primer #: tipo de reacción catalizada.
Segundo #: indica la subclase; dice el tipo de
sustrato o el enlace que se rompe en forma mas
precisa.
Tercer #: indica la sub-subclase; nos dice el tipo
de aceptador de electrones (oxidoreductasas) o
el tipo de grupo que se remueve (liasas), etc.
Cuarto #: indica el número de serie de la enzima
en su sub-subclase.

4. Mecanismos de acción Mecanismos de acción
Estado de transición: forma activa de una Energía de activación: cantidad de
molécula en la cual la molécula realiza una energía necesaria para convertir todas
reacción química parcial. las moléculas de un mol de sustancia
Energía libre: componente de la energía reaccionando de su estado raso a su
total de un sistema que puede realizar estado de transición.
trabajo a temperatura y presión constante. Las enzimas aumentan la velocidad de
ΔG reacción = G productos – G reactivos la reacción disminuyendo la energía de
Reacción endergónica: ΔG es negativo activación, pero no afectan los
ΔG = ΔH - TΔS aspectos termidinámicos de las
reacciones.

5. Eficiencia enzimática
Se describe con el “turnover number”:
número de moles de sustrato
transformado en producto por mol de
enzima por segundo.
Mayor el “turnover number” mayor la
eficiencia.
Equivale a: Vmax/[Et]
Factores que determinan la
Unidades enzimáticas catálisis (eficiencia)
La concentración de las enzimas se Proximidad y orientación: debe existir una
expresa en términos de su actividad: interacción entre el sustrato y el centro
Unidad enzimática: cantidad de enzima activo.
que produce la transformación de un
micromol de sustrato por minuto bajo Efectos electrostáticos: constante
condiciones definidas. dieléctrica baja lo que permite estabilizar
Actividad específica: número de unidades estados de transición polares; mejor
por miligramo de proteína total. interacción.
Actividad total: número total de unidades
enzimáticas.

6. Factores que determinan la Factores que determinan la
catálisis (eficiencia) catálisis (eficiencia)
Factores de entropía: la pérdida en entropía es Catálisis ácido-base: interacción entre
más pequeña que la de las reacciones en grupos ácidos y básicos.
solución porque los reactivos, los estados de
transición y los productos están enlazados a la
Catálisis covalente: interacción entre
enzima. la enzima y el sustrato es inestable;
Distorciones: cambios en la conformación sustrato se convierte en producto con
cuando se enlaza la enzima. Hay distorción del más rápidez.
sustrato, se destabilizan los enlaces y se
forman o rompen con más facilidad los enlaces.
Regulación actividad
enzimática
Puede llevarse a cabo por:
Control de la cantidad de enzima:
número actual de moléculas de enzima
por célula en un tiempo dado.
Control de la actividad enzimática:
efectividad actual de las moléculas de
enzima en una célula determinada.

7. Control de la actividad enzimática:
propiedades de las enzimas
Velocidad de la reacción: rapidez con la que
procede una reacción. Cambio en
concentración de producto (aparece) o
reactivo ( desaparece) por unidad de
tiempo.
Concentración: hipérbola; mayor
concentración de sustrato la enzima se
satura y la velocidad de reacción es
máxima.
Tiempo de reacción: la velocidad disminuye
con el tiempo.

8. Control de la actividad enzimática:
propiedades de las enzimas
pH: óptimo
Temperatura: óptima
Control de la actividad enzimática:
propiedades de las enzimas
Cofactores, vitaminas y hormonas:
Enzimas conjugadas: apoenzima y
cofactor forma la holoenzima.
Cofactores: grupo prostético
Vitaminas: solubles en agua
Hormonas: pueden afectar la cantidad o la
actividad de las enzimas.

9. Ejemplos de metales usados
como cofactores
ENZYMES Cu+2 oxidasa de citocromo
(holoenzyme) catalasa, peroxidasa
Fe+2 o Fe+3
K+ quinasa de piruvato
Apoenzyme Chemical component hexoquinasa
(amino acid portion) (non-amino acid portion)
Mg+2
Mn+2 arginasa
Mo dinitrogenasa
Cofactor
Ni+2 ureasa
Se peroxidasa de glutationa
metals coenzymes prosthetic group
dehidrogenasa de alcohol
Zn+2
Control de la actividad enzimática:
COENZIMAS propiedades de las enzimas
Coenzima Reacción Vitamina
Biocitina CO2 Biotina Inhibidores
Reversibles
Coenzima A Grupo acil Ac. Pantotenico
Competitivo: Compite con el sustrato por el centro activo. Se
Coenz. B12 H y alquilos Vitamina B12 parecen al sustrato. E + I EI (no catálisis)
No competitivo: el inhibidor no compite con el sustrato.
FAD, FMN Electrones Riboflavin Inhibidor tiene un punto diferente de enlace. Puede enlazar la
E o el complejo ES. E + I EI + S EIS or E + S ES + I
NAD, NADP Electrones Niacina EIS
Fosfato de Grupos aminos Piridoxina De incompetencia: el inhibidor se enlaza directamente al
piridoxal complejo enzima-sustrato y no a la enzima libre. E + S ES
Pirofosfato Tiamina Aldehidos Tiamina + I ---> EIS (no reaccion).
Tetrahidrofolato Un carbono Ac. folico

10. Inhibidor competitivo Inhibidor competitivo
Inhibidor no-competitivo

11. Inhibidor no-competitivo
Inhibidor de incompetencia

12. Control de la actividad enzimática: Control de la actividad enzimática:
propiedades de las enzimas cinética de las enzimas
Inhibidores Estado raso (steady state):
Irreversibles: se combina con o destruye un Velocidad de formación = Velocidad de
grupo funcional necesario para la actividad desaparición
enzimática. Se forma un enlace covalente. Ecuación Michaelis-Menten
Ejemplo: Inhibidores de acetilcolinesterasa.Interfiere El modelo de Michaelis-Menten presenta la
con la secuencia del impulso nervioso. formación del complejo enzima-sustrato.
Diisopropylphosphofluoridate, tabun y sarin La concentración del complejo es baja, pero
(nerve gases) permanece constante durante la reacción.
Parathion and malathion El sustrato se convierte en producto.
E+S ES E+P

13. Control de la actividad enzimática: Control de la actividad enzimática:
cinética de las enzimas cinética de las enzimas
Ecuación Michaelis-Menten Ecuación Michaelis-Menten
KM es igual a la concentración de
V max [S ] sustrato cuando 50% de los centros
activos de la enzima están ocupados.
V =
K M + [S ] También representa cuán fuerte la
enzima se enlaza al sustrato.
VMAX está relacionado con el turnover
V max
Km = [ S ], cuandoVo = number
2 Gráfica Lineweaver-Burk
Control de la actividad enzimática:
cinética de las enzimas
Medidas de la actividad enzimática
Ks: mayor la afinidad de la enzima por el
sustrato, mayor la concentración [ES] y
menor el Ks.
Constante de velocidad catalítica:
Vmax/[E], mide la eficiencia de la enzima
cuando la enzima está saturada con
sustrato.
Constante de especificidad: kcat/Km,
ayuda a medir la eficiencia de la enzima.

14. Control de la actividad enzimática:
cinética de las enzimas
Inhibición enzimática
Inhibidor competitivo
Inhibidor no-competitivo
Inhibidor de incompetencia
Control de la actividad enzimática:
tipos de enzimas
Formas inactivas
Zimógeno
Isoenzimas
Catalizan la misma reacción pero varían
en estructura y propiedades
Sistemas multienzimáticos
Grupo de enzimas que catalizan una
reacción en secuencia

15. Control de la actividad enzimática:
tipos de enzimas
Enzimas reguladoras
Son clave en la regulación de una ruta
metabólica.
Mecanismos de retroalimentación
Una enzima actúa sobre un paso determinado.
Modificación covalente
Formación o rompimiento de un enlace
covalente.
Modificación alostérica
Enlace de un efector positivo o negativo.
Control de la actividad enzimática:
tipos de enzimas
Enzimas alostéricas
Sufren cambios conformacionales en
respuesta a enlace de efectores o
moduladores.
Ejemplos:
inhibidores
activadores

16. Acción de las enzimas alostéricas
Modelo secuencial
La enzima contiene subunidades.
Cuando se enlaza el sustrato cambia la
conformación de la subunidad.
Enlace cooperativo
Acción de las enzimas alostéricas
Modelo concertado
La enzima existe en equilibrio entre dos
conformaciones o estados: relajado (R) o
tenso (T).
En el estado R se enlaza el sustrato y el
activador.
En el estado T se enlaza el inhibidor.