Enzimas (Prof. Jimena Lens)

1. Enzimas
E E E E

2. Concepto de metabolismo
•El metabolismo es el conjunto de reacciones químicas que se
producen en el interior de las células y que conducen a la
transformación de unas biomoléculas en otras.
•Las distintas reacciones químicas del metabolismo se denominan
vías metabólicas y las moléculas que intervienen se llaman
metabolitos.
•Todas las reacciones del metabolismo están reguladas por
enzimas, que son específicas para cada metabolito inicial o
sustrato y para cada tipo de transformación.
•Las sustancias finales de una vía metabólica se denominan
productos.
•Las conexiones existentes entre diferentes vías metabólicas
reciben el nombre de metabolismo intermediario.

4. 1. Concepto de metabolismo
Las reacciones metabólicas están
encadenadas, de forma que el
producto de una reacción es el
sustrato o metabolito de la
siguiente.
Cada uno de los conjuntos de
reacciones encadenadas que
constituyen el metabolismo se
denomina vía o ruta metabólica.
Las rutas metabólicas pueden ser:
lineales, ramificadas y cíclicas.

6. Las sustancias que intervienen en el metabolismo celular son muy
estables a temperatura ambiente
Sin “ayuda” no reaccionarían o lo harían tan lentamente que no sería
posible la vida. Esta dependencia de ayuda es paradójicamente una
gran ventaja, ya que permite al organismo regular qué reacciones se
han de dar y en que momento, es decir, el control bioquímico del
metabolismo
Control del metabolismo
Para acelerar una reacción química también hay dos soluciones:
1. Calentar los reactivos.
2. Añadir un catalizador.
En los seres vivos, un aumento de temperatura podría provocar la
muerte, por lo que se sigue el segundo mecanismo, es decir, el
concurso de catalizadores biológicos o biocatalizadores. Las moléculas
que desempeñan esta función son las enzimas

7. Concepto de enzima
• Los enzimas son generalmente proteínas
(terciarias o cuaternarias) o asociaciones de
proteínas y otras moléculas orgánicas e
inorgánicas que actúan catalizando los
procesos químicos que se dan en los seres
vivos.
• ¿Qué es catalizar?
– Acelerar las reacciones químicas o disminuir la
energía de activación.
“Energía de activación” Es la energía necesaria para
que una sustancia A se transforme en otra B.

9. Para que una reacción se lleve a cabo las
moléculas deben alcanzar un estado energético
determinado (energía de activación).
Puede conseguirse esta energía, de dos formas:

13. PROPIEDADES GENERALES
• AUMENTAN LA VELOCIDAD DE REACCIÓN
– De 106
a 1012
veces vs sin enzima.
– Aún más rápido que los catalizadores químicos.
• CONDICIONES DE REACCIÓN
– Temperatura 25-40 o
C (algunas hasta 75 o
C)
– pH neutro (5-9), la mayoría 6.5 – 7.5
– Presión atmosférica normal
• CAPACIDAD DE REGULACIÓN
– Por concentración de sustrato
– Por concentración de enzima
– Por inhibidores competitivos (semejantes al sustrato)
– Por inhibidores no competitivos (no semejantes al sustrato)
– Por regulación alostérica: Las enzimas que reaccionan por interacción
alostérica cuentan con dos sitios activos:
A) es al que se une el sustrato y en donde se cumple la acción catalítica,
B ) se denomina alostérico, aquí se unen sustancias que modifican la
actividad enzimática las cuales son conocidas como efectores alostéricos
que al cambiar la estructura de la enzima implica activación o inactivación de
esa enzima.
• ALTA ESPECIFICIDAD DE REACCIÓN
– Interacción específica con el sustrato
– No hay productos colaterales

14. Las enzimas actúan como un catalizador:
 Disminuyen la energía de activación (aceleran las reacciones bioquímicas)
No cambian el signo ni la cuantía de la variación de energía (sólo aumentan la
velocidad)
 No modifican el equilibrio de la reacción
 Aceleran la llegada del equilibrio
 Al finalizar la reacción quedan libres y pueden reutilizarse pues no se consumen
y nunca forman parte del producto
 Muestran especificidad de sustrato
y de reacción (reconocimiento
estérico)
 No se alteran durante la
reacción
 Son eficaces a bajas
concentraciones

15. 1. La enzima (E) actúa fijando al sustrato en su superficie
(adsorción) mediante enlaces débiles
2. Se forma el complejo enzima-sustrato (ES). Se
generan tensiones que debilitan los enlaces del sustrato,
por lo que para llegar al estado de transición del
complejo enzima-sustrato, (complejo activado) se
requiere mucha menos energía que para llegar al estado
de transición del sustrato solo.
3. Se liberan la enzima intacta (E) y el producto (P)
Mecanismo de la reacción enzimática

17. El Sitio Activo de los enzimas
• La actividad enzimática se inicia con
la formación del complejo ES.
• Esta unión se realiza gracias a los
radicales de algunos pocos
aminoácidos que establecen
enlaces con el sustrato (y con el
grupo prostético, que es el
componente no aminoacídico, si lo
hay), fijándolo y luego rompiendo
alguno de sus enlaces.
• La región de la enzima que se une
al sustrato recibe el nombre de
SITIO ACTIVO.

18. Características del sitio activo.
• Es una parte muy pequeña del volumen total de la
enzima.
• Tienen una estructura tridimensional en forma de
hueco que facilita encajar al sustrato.
• Están formados por aminoácidos lejanos en la
secuencia polipeptídica, que debido a los
repliegues de ésta, quedan próximos.
• Los radicales de estos aminoácidos presentan
afinidad por el sustrato, lo atraen y establecen
enlaces débiles con él.
• Esto facilita que, una vez roto alguno de sus
enlaces, los productos resultantes se puedan
separar con facilidad del sitio activo.

21. Nomenclatura histórica:
– SUSTRATO + ACTIVIDAD + SUFIJO(asa)
(v.g. glucoquinasa)
– SUSTRATO + SUFIJO(asa)
(v.g. ureasa)
– DONADOR + ACEPTOR + ACTIVIDAD +
SUFIJO(asa)
(v.g. oxalacetilaminotransferasa)
Nomenclatura

22. CLASE TIPO DE REACCION CATALIZADA
1. OXIDO-REDUCTASAS Transferencia de electrones
20 subclases Sred + S’ox  Sox + S’red
2. TRANSFERASAS Transferencia de grupos
9 subclases S-grupo + S’  S’-grupo + S
3. HIDROLASAS Rotura hidrolítica de enlaces
11 subclases A-B + H2O  A-H + B-OH
4. LIASAS Rotura de enlaces A-B  A+B
7 subclases Salida de grupos CX-CY  C=C + X-Y
Adición a dobles enlaces C=C + XY  CX-CY
5. ISOMERASAS Cambios internos
6 subclases Transferencias internas de grupos
6. LIGASAS Formación de enlaces mediante reacciones de
5 subclases condensación con gasto de energía (ATP)
CLASE TIPO DE REACCION CATALIZADA
1. OXIDO-REDUCTASAS Transferencia de electrones
20 subclases Sred + S’ox  Sox + S’red
2. TRANSFERASAS Transferencia de grupos
9 subclases S-grupo + S’  S’-grupo + S
3. HIDROLASAS Rotura hidrolítica de enlaces
11 subclases A-B + H2O  A-H + B-OH
4. LIASAS Rotura de enlaces A-B  A+B
7 subclases Salida de grupos CX-CY  C=C + X-Y
Adición a dobles enlaces C=C + XY  CX-CY
5. ISOMERASAS Cambios internos
6 subclases Transferencias internas de grupos
6. LIGASAS Formación de enlaces mediante reacciones de
5 subclases condensación con gasto de energía (ATP)
Clasificación de los Enzimas
Clasificación de los Enzimas

23. Cinética Enzimática
 La cinética enzimática es el análisis cuantitativo del efecto de
cada uno de los factores que intervienen en la actividad
enzimática, que se evalúa a través de la velocidad de la
reacción catalizada.
 Las variables más importantes son:
• Concentración de enzima, sustratos y productos
(incluyendo inhibidores y/o activadores)
• pH
• Temperatura

24. Efecto del pH
Todas las enzimas presentan un pH óptimo de actividad. El pH
puede afectar de varias maneras:
 El centro activo puede contener aminoácidos con grupos
ionizados que pueden variar con el pH.
 El sustrato puede verse afectado por las variaciones del pH.
Algunas enzimas presentan variaciones peculiares. La pepsina del
estómago, presenta un óptimo a pH=2, y la fosfatasa alcalina del
intestino un pH= 12

25. 4. Las enzimas
Temperatura
La actividad enzimática depende de la temperatura. En general, todas las
constantes cinéticas aumentan con la temperatura, por lo que las
reacciones químicas suelen acelerarse al aumentar ésta.
En las reacciones enzimáticas se da también este efecto, pero con una
particularidad: puesto que la estabilidad térmica de las proteínas es
limitada, si la temperatura aumenta por encima de un determinado valor, la
velocidad comienza a disminuir. Esto se debe a la desnaturalización
térmica de la enzima.
Las enzimas tienen una temperatura óptima, aquélla en que se da el
máximo de actividad.

26. Inhibidor:
Efecto que hace disminuir la actividad enzimática, a través de
interacciones con el sitio activo u otros centros específicos
(alostéricos).
De esta forma, habrá dos tipos de inhibidores:
I. Isostéricos: ejercen su acción sobre el sitio activo
II. Alostéricos: ejercen su acción sobre otra parte de la
molécula, causando un cambio conformacional con
repercusión negativa en la actividad enzimática.

27. Inhibición enzimática

28. –Ejemplo: compuestos organofosforados:
▪Insecticidas: Parathion, Malathion
• Inhibidores de la Acetilcolinesterasa
• INHIBICIÓN IRREVERSIBLE

29. • INHIBICIÓN REVERSIBLE: COMPETITIVA
– El inhibidor se fija al sitio activo de la enzima libre,
impidiendo la fijación del sustrato.
– Los inhibidores compiten con el sustrato por el sitio
activo, debido a su similar estructura espacial.
– Se revierte su efecto aumentando la concentración
(cantidad) de sustrato.
• INHIBICIÓN REVERSIBLE: NO COMPETITIVA
– El inhibidor se fija a la enzima independientemente
de que lo haga o no el sustrato; el inhibidor, por tanto,
no impide la fijación del sustrato a la enzima, pero sí
impide la acción catalítica.
– Esta inhibición se caracteriza por que no se puede
revertir el efecto del inhibidor, aumentando la
concentración del sustrato.

30. 4. Las enzimas
Reacción sin inhibidor

31. Las enzimas alostéricas son aquellas que pueden adoptar dos formas estables
diferentes (activa e inactiva).
Estas enzimas, además del centro activo, tienen al menos otro lugar, denominado
centro regulador, al que se puede unir una determinada sustancia, denominada
ligando.
Los ligandos pueden ser activadores o inhibidores.
Enzimas alostéricas
El alosterismo permite la autorregulación de la actividad enzimática. Hay dos
casos:
1.Regulación por retroinhibición o feed-back. Se da en enzimas cuya
conformación inicial es la activa. Se produce cuando el producto final es el que al
fijarse al centro regulador actúa como inhibidor, provocando la transición
alostérica a la forma inactiva de la enzima.
2.Regulación por inducción enzimática. Se da en enzimas cuya conformación
inicial es la inactiva. Se produce cuando alguna sustancia inicial es la que al
fijarse sobre el centro regulador provoca la transición alostérica a la forma activa
de la enzima, por lo que ésta empieza a actuar sobre el sustrato

32. En las vías metabólicas el producto generado por una enzima es el sustrato de la
siguiente enzima, por ello, para aumentar la eficiencia del sistema hay distintos
mecanismos:
1.La compartimentación. Consiste en separar mediante membranas los lugares
donde se realizan aquellas vías metabólicas que no se desea que se relacionen
2.Complejo multienzimático. Es la asociación de varias enzimas que actúan
sucesivamente en una vía. El complejo supramolecular resultante es más eficaz
que si las enzimas estuvieran dispersas en el medio.
3.Inclusión en membranas. Algunas enzimas y algunos complejos
multienzimáticos se encuentran englobados de forma ordenada en las
membranas, de forma que esto facilita la unión entre los sucesivos productos y las
sucesivas enzimas.
Eficacia de las vías metabólicas

33. Tipos de sistemas multienzimáticos:

34. Factores que influyen en la actividad
enzimática
Algunas enzimas requieren la presencia de una molécula no proteica para
la catálisis: son las proteínas CONJUGADAS u HOLOENZIMAS
APOENZIMA: parte proteica
COFACTOR: parte no proteica
Según la complejidad de la porción
no proteica:
• Ión
• Coenzima
• Grupo prostético

35. HOLOENZIMAS HOLOPROTEÍNAS
APOENZIMA COFACTOR
Grupo proteico Grupo no
proteico
Cationes metálicos
Zn+2
, Ca+2
, Fe+2
, Mg+2
Moléculas orgánicas
Coenzimas
(NAD+
, FAD+
…)
Grupo
prostético
(grupo hemo)
unión
fuerte a la
apoenzima
unión débil
a la
apoenzima
TIPOS
Muchas coenzimas son sintetizadas a partir de ciertas vitaminas
Estructura delas enzimas

41. OTRAS
• Flavin Mononucleótido (FMN)
• Flavin Adenina Dinucleótido (FAD)
• ATP

45. Isoenzimas
• Las isoenzimas o isozimas son enzimas
que difieren en la secuencia de
aminoácidos, pero que catalizan la misma
reacción química.
• La existencia de las isoenzimas permite el
ajuste del metabolismo para satisfacer las
necesidades particulares de un
determinado tejido o etapa del desarrollo.

46.  La lactato deshidrogenasa cataliza la transformación de pirúvico a
láctico, que se produce en condiciones de anoxia, dando lugar a una
fermentación a partir de la glucosa.
 Está formada por 5 isoenzimas, con el mismo peso molecular, con una
estructura tetramérica: combinaciones de 2 tipos de cadenas, M y H.
Isoenzimas
LDH-1 (H4): en corazón, músculos y eritrocitos.
LDH-2 (H3M): en sistema retículoendotelial y leucocitos.
LDH-3 (H2M2): en pulmones.
LDH-4 (HM3): en riñones, placenta y páncreas.
LDH-5 (M4): en hígado y músculo esquelético.
 Estas isoenzimas presentan carácterísticas cinéticas distintas.
M4
Tejido especializado en el uso anaeróbico de la glucosa
con alta formación de lactato
H4
Especializado en el uso aeróbico del pirúvico. Sólo se
emplea la ruta anaeróbica en emergencias.

49. • El Catabolismos y el Anabolismo son reacciones químicas
que por separado no pueden ocurrir y en conjunto forman
parte de un reciclado y renovación de los constituyentes de
la célula.
Proteínas Carbohidratos Lípidos
Aminoácidos Monosacáridos Ácidos grasos
Acetil Co- A
C
A
T
A
B
O
L
I
S
M
O
Proteínas Carbohidratos Lípidos
Aminoácidos Monosacáridos Ácidos grasos
A
N
A
B
O
L
I
S
M
O

50. Glucosa Acido Graso Aminoácidos
Piruvato Acetil CoA
NH4, Piruvato,
acetil CoA etc. Urea
Glucolisis
ATP, NADH
B
Oxidación
Transaminación y
desaminación
Etanol, Acido
láctico
NADH
Fermentación
Acido
Cítrico
CO2
ATP
NADH
FADH2 Cadena
Respiratoria
O2 H2O
Fosforilación
Oxidativa
ADP + Pi ATP
Glucosa Acido Graso Aminoácidos
ATP, NADH
Gluconeogénesis Síntesis ac. Grasos
y aa.