Este documento trata sobre enzimas, sus mecanismos de acción y cinética enzimática. Explica que las enzimas son proteínas que catalizan reacciones químicas vitales de forma altamente específica y eficiente. Describe la importancia biomédica y agroindustrial de las enzimas, así como su estructura, clasificación, nomenclatura y factores que afectan su actividad como la energía de activación y las constantes cinéticas Km y Vmax.

1. ENZIMAS
Mecanismos de Acción
y
Cinética Enzimática

2. Dr. Fidel Guevara Lara
Profesor Investigador Titular C
Departamento de Química,
Centro de Ciencias Básicas
Universidad Autónoma de Aguascalientes
Edificio 202, Av. Universidad 940, Cd. Universitaria,
Aguascalientes, Ags. 20100, México.
Cubículo: Edificio 35
Laboratorio: Edificio 23, Tel. 910-7400 Ext. 357
Tel. Ofic. Depto. Química: (449) 910-8414 (recados)
Fax: (449) 910-8401 (Decanato).
E-mail: fguevaralara@yahoo.com.mx
fguevara@correo.uaa.mx

3. ENZIMAS
Proteínas y RNAs (ribozimas): Catalizan las reacciones
químicas que hacen posible la vida.
Importancia Biomédica
Degradación de nutrientes
Generación de energía y elementos de construcción celulares
Ensamble de elementos de construcción
Proteínas, membranas, ácidos nucleicos, etc.
Ribozimas (RNA catalítico)
Deficiencias en calidad y cantidad de actividad enzimática
Defectos genéticos
Déficits nutricionales
Toxinas
Fármacos (inhibición de enzimas)
Terapia génica (remediar déficits)

4. ENZIMAS
Importancia Biomédica
El análisis de ciertas enzimas ayuda al diagnóstico de enfermedades.
Principales enzimas séricas usadas en diagnóstico clínico
Aminotransferasas (AT)
AspAT Infarto al miocardio
AlaAT Hepatitis viral
Amilasa Pancreatitis aguda
Creatíncinasa Desórdenes musculares e infarto al miocardio
γ-Glutamiltranspeptidasa Enfermedades del hígado
Lactato deshidrogenasa Infarto al miocardio
Lipasa Pancreatitis aguda
Fosfatasa ácida Carcinoma metastásico de próstata
Fosfatasa alcalina Desórdenes de huesos,
enfermedades obstructivas del hígado.

5. ENZIMAS
Importancia Agroindustrial
Las enzimas transforman la calidad/cantidad de alimentos y sus componentes.
El análisis de ciertas enzimas ayuda a cuantificar ingredientes alimentarios,
diagnósticar patógenos, enfermedades, etc.
Algunas enzimas importantes y aplicaciones en alimentos
Amilasas Hidrólisis de almidón, malteado, pan, bebidas
alcohólicas, jarabes glucosados, fructosa.
Proteasas
Renina Cuajo, quesos.
Papaína Detergentes biológicos
Bromelaína Ablandador de carnes
Lipasas Detergentes biológicos, procesos de aceites
Polifenoloxidasas Oscurecimiento de papa, plátano, aguacate.
Poligalacturonasas Maduración y ablandamiento de frutos
Lacasas Blanqueamiento de pulpa para papel
Pectinasas Jugos de frutas clarificados

6. ENZIMAS
Qué son y qué hacen?
Catalizadores altamente efectivos y específicos
Catalizan conversión de sustrato(s) en producto(s)
Aumentan velocidad de reacción al menos 1;000,000 de veces
Catalizadores: No son consumidos ni alterados en la reacción
Selectividad
Tipo de reacción catalizada (no cualquiera)
Un solo sustrato o grupo de sustratos
Estereoespecificidad (D-azúcares, no L)
Por lo menos tres puntos de unión al sustrato
Regulación

7. Perspectiva Histórica de las Enzimas
Enzimología
Siglo XIX, estudios de la fermentación y digestión.
Joseph Gay-Lussac (1810): fermentación de azúcares en
CO2 y etanol.
Jacob Berzelius (1835): Primera teoría general de la catálisis
química: Un extracto de malta llamado diastasa
(α-amilasa) cataliza la hidrólisis del almidón mejor que
el ácido sulfúrico.
Louis Pasteur (mediados del siglo XIX): Procesos fermentativos
sólo pueden ocurrir en la célula viva ("fuerza vital").
Justus von Liebig: Procesos biológicos son causados por la
acción de sustancias químicas ("fermentos").
Friedrich Wilhelm Kühne (1878): Acuña enzima (en levadura).
Hay algo en la levadura (aparte de la levadura misma)
que cataliza las reacciones de la fermentación.

8. Perspectiva Histórica de las Enzimas
Emil Fischer (1894): Las enzimas glicolíticas distinguen entre
estereoisómeros de azúcares.
Hipótesis de la llave y la cerradura.
Eduard Buchner (1897): Obtiene un extracto de levaduras libre
de células que puede sintetizar etanol a partir de
glucosa.
James Sumner (1926): Cristaliza la primera enzima (ureasa de
frijol). Las enzimas son proteínas.
John Northrop y Moses Kunitz (mediadosde los 30s): Ratifican
la naturaleza proteica de las enzimas. Pepsina, tripsina
y quimotripsina cristalizadas.
1963: Primera secuencia de aminoácidos de una enzima -
ribonucleasa A pancreática bovina.
1965: Primera estructura de rayos X dilucidada de una enzima -
lisozima de clara de huevo de gallina.

9. Estereoespecificidad de las Enzimas

10. Nomenclatura de Enzimas
Nomenclatura trivial: Tipo de reacción o sustrato + sufijo “asa”
Deshidrogenasa: Elimina hidrógenos del sustrato
Proteasa: Hidrólisis de proteínas
Isomerasa: Rearreglo de configuración
Desventaja: Se presta a confusiones, ambigüedades,
nombres raros, etc.
Nomenclatura sistemática: Unión Internacional de Bioquímica y
Biología Molecular (International Union of Biochemistry
and Molecular Biology, IUBMB)
Nombre y número de código: Reflejan el tipo de reacción
catalizada y los sustratos
involucrados
Ejemplo: Hexocinasa
ATP:D-hexosa-6-fosfotransferasa E.C. 2.7.1.1.

11. Nomenclatura de Enzimas
Nomenclatura sistemática:
Ejemplo: Hexocinasa
ATP:D-hexosa-6-fosfotransferasa E.C. 2.7.1.1.
E.C.: Enzyme Commission
Clase 2: Transferasas
Suclase 7: Transferencia de un grupo fosforilo
Sub-subclase 1: Un grupo alcohol es el aceptor del fosforilo
Número 1: Designa a la hexocinasa propiamente dicha.
ATP: Donador del grupo fosforilo
D-hexosa-6-: Sólo el hidroxilo del carbono 6 de D-hexosas
acepta el fosforilo

12. Clasificación de Enzimas
Clases
1. Oxidorreductasas: Catalizan reacciones de oxidación-reducción
2. Transferasas: Transferencia de grupos de una molécula donadora
a una aceptora
3. Hidrolasas: Ruptura hidrolítica de enlaces C-C, C-O, C-N y otros
enlaces con adición de una molécula de agua
4. Liasas: Catalizan formación de enlaces por eliminación (formando
dobles enlaces). También añaden grupos a dobles enlaces.
5. Isomerasas: Catalizan cambios geométricos o estructurales a las
moléculas sustrato.
6. Ligasas: Catalizan unión de dos moléculas acoplada a hidrólisis
de ATP o moléculas de alta energía similares.

13. Clasificación de Enzimas
Sitios de Internet sobre Nomenclatura e Información de Enzimas
http://www.chem.qmul.ac.uk/iubmb/enzyme
Nomenclature Committee of the International Union of
Biochemistry and Molecular Biology (NC-IUBMB)
http://enzyme.expasy.org
SwissProt ENZYME Enzyme nomenclature database
http://www.brenda-enzymes.info
BRENDA The Comprehensive Enzyme Information System
http://www.enzyme-database.org
ExplorEnz: The Enzyme database
http://www.metacyc.org
Metabolic Encyclopedia of enzymes and metabolic pathways
TAREA: Recopilar y resumir 2 páginas de información (sin incluir la
portada, sobre una enzima de su preferencia (por alumno), obtenida
de las páginas web descritas arriba. Enviar como archivo PDF a
fguevaralara@yahoo.com.mx
Fecha límite: Martes 2 de Octubre del 2012, antes de medianoche.

14. Estructura de Enzimas
Holoenzima =
Apoenzima
+
Cofactor enzimático
Sitio activo: Bolsa o ranura
donde se lleva a cabo la
reacción enzimática
(catálisis).
Ambiente adecuado
para la reacción.
Sitio alostérico: Sitio de
unión de factor regulatorio.
La unión modifica la
estructura proteica y por
lo tanto la funcionalidad.

15. Estructura de Enzimas
Cofactores Enzimáticos
Grupos prostéticos
Unión covalente al polipéptido. Ejem.: Hemo de la hemoglobina
Coenzimas
Acarreadores reciclables (shuttles)
Transportan sustrato de A a B
Unión transitoria a la enzima (disociable, enlaces débiles).
Ejem.: Flavín-mononucleótido (FMN)
Flavín –adenín-dinucleótido (FAD) Óxidorreductasas
Nicotín-adenín-dinucleótido (NAD)
Pirofosfato de tiamina (vit. B1) Transferasas
Ácido fólico, vit. B2, vit. B6, etc.
Iones metálicos
Unión iónica y de coordinación (fuerte, estable)
Metaloenzimas

16. Grupo Prostético Común: Grupo Hemo
Hemo:
Protoporfirina + Fe

17. Coenzimas Comunes
Coenzima Reacción Deficiencia
Biocitina Carboxilación **
Cobalamina Alquilación Anemia perniciosa
Coenzimas de flavina Óxido-reducción **
Coenz. de nicotinamida Óxido-reducción Pelagra
Fosfato de piridoxal Transf. de aminos **
Tetrahidrofolato Transf. de 1 C Anemia, y otras
Pirofosfato de tiamina Transf. de aldehído Beriberi
Ácido dehidroascórbico Hidroxilación Escorbuto
** No hay nombre específico, o la deficiencia es rara o no observada en humanos

18. Algunas Enzimas que Requieren
Elementos Inorgánicos como Cofactores
Elemento inorgánico Enzimas
Fe (II) ó Fe (III) Citocromo oxidasa, catalasa, peroxidasa.
Cu (II) Citocromo oxidasa
Zn (II) DNA polimerasa, anhidrasa carbónica, alcohol deshidrogenasa
Mg (II) Hexocinasa, glucosa-6-fosfatasa
Mn (II) Arginasa
K (I) Piruvato cinasa [también requiere Mg (II)]
Ni (II) Ureasa
Mo Nitrato reductasa
Se Glutatión peroxidasa

19. Actividad Enzimática
Las enzimas son
catalizadores.
Aumentan la velocidad
de la reacción
respecto a la reacción
no catalizada.

20. Actividad Enzimática
Estado de transición Catalizadores:
Disminuyen la barrera
de energía de activación
Estado de transición
de la reacción.
Energía de activación:
Cantidad de energía
(calorías ó Joules)
necesaria para llevar a
todas las moléculas
al estado de transición.

21. Actividad Enzimática
Catalizadores:
Disminuyen la barrera
de energía de activación
de la reacción.
Energía de activación:
Cantidad de energía
(calorías ó Joules)
necesaria para llevar a
todas las moléculas
al estado de transición.

22. Actividad Enzimática
Unidades para medirla
1 Katal Cantidad de enzima que cataliza la transformación
de 1 mol de sustrato por segundo en condiciones
estándar.
1 Unidad Cantidad de enzima que causa la transformación
de 1 micromol de sustrato por minuto a 25 °C bajo
condiciones óptimas de medición.
Actividad Número de unidades de actividad enzimática por
Específica miligramo de proteína. Medida de la pureza de la enzima.
Número de Número de moléculas de sustrato transformadas por
recambio unidad de tiempo por una sola molécula de enzima.
β-galactosidasa (intestino, lactasa) 12,500 / seg
β-amilasa (malta): 1;100,000 / seg
anhidrasa carbónica (eritrocitos) 36;000,000 / seg

23. Cinética Enzimática
k1 kcat
E+S ES E+P
k2
Ecuación de Michaelis-Menten
[S] V= Velocidad de reacción
V = Vmax
[S] + Km Vmax = Velocidad máxima
[S] = Conc. de sustrato
Km = Constante de Michaelis
Medida de la afinidad de la
enzima por el sustrato.