Las enzimas son proteínas que actúan como catalizadores de las reacciones bioquímicas, aumentando su velocidad hasta en un factor de 10^14. Las enzimas son altamente específicas y solo catalizan una reacción en particular, actuando mediante la unión del sustrato a su sitio activo y disminuyendo la energía de activación requerida para que ocurra la reacción.

3. Todas las enzimas son proteínas excepto las ribozimas (formadas por RNA sólo o asociado a proteínas) Aumentan la velocidad de reacción hasta por un factor de 10 14 Hay dos características importantes en la catálisis 1.- Las enzimas aumentan la velocidad de la reacción sin verse alteradas en el proceso, no se modifican en su actuación: E + S ES E + P 2.- Las enzimas no modifican la constante de equilibrio de la reacción

5. SITIO ACTIVO 1.- Supone una porción relativamente pequeña del volumen total de la enzima 2.- Es una entidad tridimensional 3.- Se unen a los sustratos por fuerzas relativamente débiles 4.- Son hoyos o hendiduras de las que suele quedar excluida el agua, salvo que sea un componente de la reacción 5.- La especificidad del enlace depende de la disposición de los átomos del sitio activo Región que se une al sustrato y contribuye con los residuos que participan en la formación y rotura de enlaces ( grupos catalíticos )

7. Catálisis por quimotripsina “ Bioquímica” Mathews, van Holde y Ahern. Addison Wesley 2002 Lugar de ruptura 2 Se transfieren H+ desde Ser a His y luego al fragmento C-terminal H NH----------(C) 3 Intermediario acilo-enzima 4 Una molécula de agua se une a la enzima 5 El agua transfiere el H+ a la His y el OH al resto de S HO OC----------- (N) Ser 195 -CH 2 -O H 6 1 Unión no covalente del S con cadenas del bolsillo hidrófobo

8. TEORÍAS PROPUESTAS PARA EXPLICAR LA ACCIÓN ENZIMÁTICA 1894 Fischer propuso la hipótesis de la llave-cerradura 1958 Koshland propuso el modelo del ajuste inducido “ Bioquímica” Mathews, van Holde y Ahern. Addison Wesley 2002

9. Especificidad de acción 1.- Especificidad Absoluta : Ej. Aspartasa H aspartasa │ -OOC ─CH 2 ─CH─COO- -OOC─C ═ C─COO- │ │ NH 3 H aspartato fumarato Las enzimas catalizan reacciones con diferente grado de especificidad.

11. LAS ENZIMAS ACELERAN LAS REACCIONES BAJANDO LA ENERGÍA DE ACTIVACIÓN La enzima se une a la molécula de sustrato y la hace adoptar un estado intermediario semejante al de transición pero de menor energía Esta energía de activación y la conversión del intermediario en producto son menores que la energía de activación de la reacción sin catalizar Diagrama de energía libre Catalizador Enzima “ Bioquímica” Mathews, van Holde y Ahern. Addison Wesley 2002

13. ESTADO DE TRANSICIÓN O COMPLEJO ACTIVADO (E T ; ‡): representa la estructura de más alta energía que participa. Corresponde a una configuración en la cuál hay ruptura y formación parcial de enlaces, por lo tanto es inestable y no se puede aislar. Energía de activación (Ea): es la diferencia entre los Reactantes y el Estado de Transición y determina qué tan rápido ocurre la reacción. Una Ea ELEVADA da por resultado una reacción lenta. Una Ea PEQUEÑA da por resultado una reacción rápida.

14. BASES DE LA ACCIÓN ENZIMÁTICA: ENERGÍA DE ACTIVACIÓN Para que se de una reacción química tienen que verificarse 3 condiciones 1.- Los reactivos , llamados sustratos en enzimología, deben colisionar 2.- La colisión molecular tiene que ocurrir con una orientación adecuada (las enzimas aumentan la probabilidad) 3.- Los reactivos deben poseer suficiente energía para alcanzar el estado de transición . Esta energía se llama energía de activación Las enzimas hacen que la reacción vaya más rápida

18. Un tercio de las enzimas requieren algún ión metálico para catalizar

20. Transferencia de grupos acilos Coenzima A (CoA) ÀCIDO PANTOTÉNICO (B5) Oxido-reducciones NAD y NADP ÀCIDO NICOTÍNICO, NIACINA (B3) Oxido- reducciones FMN y FAD RIBOFLAVINA (B2) Descarboxilación, transferencia de grupos aldehido Pirofosfato de tiamina (TPP) TIAMINA (B1) REACCIÓN o PROCESO COENZIMA VITAMINA

21. Transferencia de grupos de un solo carbono Metilcobalamina Cobamida COBALAMINA (B12) Transferencia de grupos de un solo carbono Tetrahidrofolato (TH4) ACIDO FÓLICO (B9) Carboxilaciones Transferencia de CO 2 Biocitina BIOTINA (B8) Transferencia de grupos amino Fosfato de piridoxal (PLP) PIRIDOXINA (B6) REACCIÓN o PROCESO COENZIMA VITAMINA

25. CLASIFICACIÓN INTERNACIONAL DE ENZIMAS 1. Oxidoreductasas : transferencia de electrones 2. Transferasas : reacciones de transferencia de grupo (no agua) 3. Hidrolasas : reacciones de hidrólisis 4. Liasas : adición de grupos a dobles enlaces o formación de dobles enlaces por eliminación de grupos 5. Isomerasas : transferencia de grupos dentro de la misma molécula para dar isómeros 6. Ligasas : formación de enlaces C-C, C-S, C-O y C-N por reacciones de condensación acopladas a hidrólisis de ATP

26. “ Bioquímica” Mathews, van Holde y Ahern. Addison Wesley 2002

27. Unidad de Actividad Enzimática (UI): La cantidad que transforma 1.0  mol (10-6 M) de S /min, a 25 0 C, en las condiciones de medida óptima. Katal = cantidad de enzima que transforma 1.0 mol de S/seg. Actividad específica: Es el no. de U de una E / mg de proteína. Es decir: una medida de la pureza de la E. Al purificarla, el valor llega a un máximo y es estable. Número de recambio No. de moléculas de S transformadas /unidad de tiempo, por una molécula de E ( o por un solo sitio catalítico) Enzima No. de Recambio Anhidrasa carbónica 36 000 000 B-Amilasa 1 000 000 B-Galactosidasa 12 000 Fosfoglucomutasa 1 240

28. Diagnostico por la presencia de Enzimas Inespecíficas

33. Propusieron una ecuación de velocidad que explica el comportamiento cinético de las enzimas

34. Variación de la [S]

35. ECUACIÓN DE MICHAELIS-MENTEN [S] V 0 = V max --------------- [S] + K M Cuando V = V max /2: K M = [S] Para [S] << K M : Vmax v  ----------- [S] K M Para [S] >> K M : v  Vmax  k 2 [E 0 ] Concentración de sustrato, [S] Velocidad, V

36. Cuando: V o = V max Todos los sitios activos están ocupados y no hay moléculas de E libre. K M = [S] Sí... ½ V max K M representa la cantidad de sustrato necesaria para fijarse a la mitad de la E disponible y producir la mitad de la V max K M representa la concentración del sustrato en una célula

41. INHIBICIÓN IRREVERSIBLE Algunas sustancias se combinan de forma covalente con las enzimas y las inactivan de manera irreversible Casi todos los inhibidores enzimáticos irreversibles son sustancias tóxicas (naturales o sintéticas) “ Bioquímica” Mathews, van Holde y Ahern. Addison Wesley 2002

42. Inhibidor Irreversible Fluorofosfato de diisopropilo (DFP) Acetilcolinesterasa Acetilcolina Acetato + Colina Fluorofosfato de diisopropilo (DFP)

43. “ Bioquímica” Mathews, van Holde y Ahern. Addison Wesley 2002 Cianuro Sarín Paratión N-Tosil-L-fenil- Alaninacloro- Metil cetona (TPCK) Penicilina Reacciona con iones metálicos de enzimas (p.ej.,Fe,Zn,Cu);sus dianas primarias son las enzimas de la cadena respiratoria Almendras amargas Nombre Origen Modo de acción Fórmula a Diisopropil Fluorofosfato (DFP) Inhibe enzimas con serina en el lugar activo, como la acetilcolinesterasa Sintético Como el DFP Sintético (gas nervioso) Fisostigmina Como el DFP Semillas de Physostigma venosum Como el DFP, pero especialmente inhibidor de la acetilcolinesterasa de insectos Sintético (insecticida) Reacciona con la His 57 de la quimotripsina Sintético Inhibe las enzimas de la síntesis de la pared de la célula bacteriana Del hongo Penicillium a R = grupo variable; difiere en las distintas penicilinas

44. Inhibición Competitiva

46. USO TERAPÉUTICO DE LA INHIBICIÓN COMPETITIVA Pacientes que han ingerido metanol (anticongelante) Alcohol deshidrogenasa Ceguera CH 3 -CH 2 -OH + NAD + CH 3 -C=O + NADH + H + H Etanol Acetaldehido

48. Inhibición sin competencia I El inhibidor se une a una SUBUNIDAD reguladora La subunidad catalítica une al sustrato y cataliza la reacción

50. Inhibición No Competitiva El inhibidor NO se une al sitio activo NO se puede revertir con un exceso de sustrato

55. Fosforilasa fosfatasa Fosforilasa quinasa Fosforilasa b (menos activa) Fosforilasa a (más activa) Cadena lateral de Ser 14 Cadena lateral de Ser 14

56. ACTIVACIÓN POR RUPTURA PROTEOLÍTICA (Modificación covalente irreversible) EJEMPLO: Proteasas pancreáticas (tripsina, quimotripsina, carboxipeptidasa) Se sintetizan en el páncreas de forma inactiva denominada zimógeno (mayores que la enzima activa) para evitar que digieran el tejido pancreático. En el intestino se activan por ruptura protelítica y finalmente son degradadas

57. Zimógenos (modificación covalente irreversible) del jugo gástrico y pancreático

58. “ Bioquímica” Mathews, van Holde y Ahern. Addison Wesley 2002 Autoactivación ACTIVACIÓN DE ZIMÓGENOS POR PROTEOLISIS INHIBIDOR ZIMÓGENOS PROTEASAS PROTEASAS

59. Activación de Zimogenos

60. PROCESO EN CASCADA DE LA COAGULACIÓN DE LA SANGRE “ Bioquímica” Mathews, van Holde y Ahern. Addison Wesley 2002

61. Regulación por Fijación no covalente de Ligando. Cinasa de las proteína

63. - Presentan una cinética sigmoidal , indicativa de efectos cooperativos en la unión del sustrato. - Su actividad está regulada por otras moléculas efectoras. - Pueden mantener las concentraciones de sus sustratos en valores bastante constantes: * Existe una concentración crítica de sustrato ([S]c ) por debajo de la cuál la enzima es prácticamente inactiva * Un pequeño aumento de la concentración de sustrato, por encima de la ([S]c, da lugar a un notable aumento de la actividad enzimática - Son proteínas con múltiples subunidades (múltiples centros activos y catalíticos) ENZIMAS ALOSTÉRICAS

64. ENZIMAS ALOSTÉRICAS ENZIMAS HOMOTRÓPICAS: El sitio de unión es a la vez el sitio activo y el sitio regulador. El sustrato puede funcionar como modulador. ENZIMAS HETEROTRÓPICAS: El modulador es un metabolito diferente del sustrato. El sitio regulador es distinto del sitio regulador. “ Bioquímica” Mathews, van Holde y Ahern. Addison Wesley 2002 Enzima ineficaz Enzima muy eficiente

65. http://www.upo.es/depa/webdex/biocel/Tecnicas/documentos/ENZYMAS-definitivo-.ppt#477,54,Diapositiva 54

66. http://www.upo.es/depa/webdex/biocel/Tecnicas/documentos/ENZYMAS-definitivo-.ppt#478,55,Diapositiva 55

68. Inhibición por Retroalimentación