El documento describe los biocatalizadores de naturaleza proteica conocidos como enzimas. Las enzimas son catalizadores orgánicos que aceleran las reacciones químicas sin consumirse en el proceso. Actúan a través de su sitio activo donde se une el sustrato y catalizan la reacción. Existen diferentes clases de enzimas según la reacción que catalizan como oxidorreductasas, transferasas e hidrolasas. Su actividad depende de factores como la concentración de sustrato, temperatura y pH

1. Dra. Evelin Rojas Villarroel

3. Biocatalizadores de naturaleza proteica. Catalizadores orgánicos (Sustrato  Producto). Potentes y eficaces Aceleran la velocidad de reacción. No se consumen. Específicas: catalizan reacciones específicas. Distintos grados de especificidad: Ej. Sacarasa es específica:  sacarosa (sustrato natural) maltosa e isomaltosa Máxima eficacia sobre el sustrato natural

4. Sitio activo comprende: Sitio de unión: aminoácidos que están en contacto directo con el sustrato. Sitio catalítico: aminoácidos directamente implicados en el mecanismo de la reacción.

5. E +S E - S E +P Sustrato: compuesto sobre el que actúa la enzima SITIO ACTIVO: región particular de la enzima donde se une el sustrato Formación de productos: enzima puede comenzar un nuevo ciclo de reacción

6. Según su acción catalítica específica: 6 grupos o clases: OXIDOREDUCTASAS TRANSFERASAS HIDROLASAS LIASAS ISOMERASAS LIGASAS

7. . Catalizan reacciones de oxidorreducción: Transferencia de hidrógeno (H) o electrones (e-) de un sustrato a otro. Ejemplo: dehidrogenasas

8. Catalizan la transferencia de un grupo químico (distinto del hidrógeno) de un sustrato a otro. Reacción: Ejemplo: glucoquinasa A-B + C A + C-B glucosa + ATP ADP + glucosa-6-fosfato

9. Catalizan las reacciones de hidrólisis: Ruptura de enlaces en presencia de agua A-B + H 2 O AH + B-OH H 2 O

10. Catalizan reacciones de ruptura y/o formación de enlaces covalentes en un sustrato. NH2 A-B A + B

11. Catalizan la ínterconversión de isómeros: Ej: Fosfotriosa isomerasa Fosfoglucosa isomerasa A B

12. A + B + XTP A-B + XDP + P i Catalizan la unión de dos sustratos con hidrólisis simultánea de un nucleótido trifosfato (ATP, GTP, etc.): Ej: Piruvato carboxilasa: piruvato + CO 2 + ATP oxaloacetato + ADP + P i

13. Sustrato: interactúa con enzima (energía y orientación adecuada). Forma complejo enzima-sustrato ( sitio activo) Enzima: modifica las propiedades químicas del sustrato unido . Se debilitan los enlaces existentes y se facilita la formación de otros CINÉTICA ENZIMÁTICA http://www.ehu.es/biomoleculas/enzimas/enz3.htm#e

14. UNIÓN ENZIMA-SUSTRATO. MODELOS Forma en que el sustrato se une al sitio activo de la enzima: Llave-cerradura Estructuras del sustrato y sitio activo de la enzima: Complementarias y rígidas http://enzimass.blogspot.com/2011/06/mecanismos-de-accion-enzimatica.html

15. Ajuste inducido Sitio activo de la enzima sufre cambio conformacional: En presencia del sustrato UNIÓN ENZIMA-SUSTRATO http://bioquimicafariusblackwolf.blogspot.com/2009/05/bases-de-la-accion-enzimatica-energia.html

16. Al inicio, la reacción requiere un aporte de energía. Energía inicial: energía de activación (Ea). Cuanto menor es la Ea más fácilmente transcurre la reacción. Los productos finales tienen menos energía libre de Gibbs ( Δ G) que los reactantes. En las reacciones espontáneas se libera energía de Gibbs ( Δ G<0).

17. Acción de los catalizadores: Disminuir la E a . Las enzimas son catalizadores especialmente eficaces: ya que disminuyen la E a aún más que los catalizadores inorgánicos. Ej: H 2 O 2 H 2 O + O 2 Sin catalizador: 18 Kcal/mol Catalizador inorgánico (platino): 12 Kcal/mol (20.000 veces) Enzima específica (catalasa): 6 Kcal/mol (370.000 veces).

18. MODO DE ACCIÓN Perfil energético de una reacción espontánea Perfil energético de una reacción catalizada por enzimas

19. Velocidad de las reacciones catalizadas por enzimas. Proporcionan información sobre: Mecanismo de la reacción catalítica Especificidad de la enzima. La medida de la velocidad de una reacción: Condiciones óptimas de pH Temperatura, Presencia de cofactores, etc Concentraciones saturantes de sustrato. En estas condiciones: la velocidad de reacción = velocidad máxima (Vmax). La velocidad puede determinarse midiendo la desaparición de los sustratos o la aparición de los productos.

20. MODELO CINÉTICO DE MICHAELIS-MENTEN Finales del siglo XIX. En1882: concepto del complejo enzima-sustrato ( intermediario del proceso). Leonor Michaelis y Maud Menten (1913): Ecuación de velocidad que explica el comportamiento cinético de las enzimas. Las reacciones catalizadas enzimáticamente ocurren en dos etapa: 1era etapa: se forma el complejo enzima-sustrato 2da etapa: el complejo enzima-sustrato da lugar a la formación del producto , liberando la enzima libre.

21. ECUACIÓN DE DE MICHAELIS-MENTEN V1= k1  E   ES  V2= k2  ES  V3= k3  ES  Velocidad de formación y disociación del complejo E-S es CONSTANTE  = velocidad de la reacci ó n enzim á tica. Vmax= Velocidad máxima  S  = Concentraci ó n del sustrato. K M = Constante de Michaelis

22. REPRESENTACIÓN DE MICHAELIS-MENTEN K M :Concentración de sustrato a la cual la velocidad de la reacción es la mitad de la Vmax Vmax: Valor máximo al que tiende la curva.

23. REPRESENTACIÓN DE LINEWEAVER-BURK Representación doble recíproca (1/v frente a 1/[S]: línea recta. Pendiente es K M /V max Origen de la abscisa es -1/K M Origen de la ordenada es 1/V max

24. Proteínas  catalizadores. Cambios en la conformación  asociados a cambios en la actividad. Los factores que influyen de manera más directa sobre la actividad de un enzima son: Concentración de sustrato. Concentración de enzima Temperatura pH Presencia/concentración de Inhibido r

25. Baja [S]: velocidad inicial directamente proporcional a la concentración de sustrato ( reacción de primer orden). Alta [S]: enzima saturada por el sustrato, y la velocidad ya no depende de [S]. Se alcanza la velocidad es máxima (V max ).

26. Baja  E  : velocidad de la reacción directamente proporcional a la  E  . Alta  E  : se alcanza Vmax, se agota el sustrato

27. Temperatura óptima : la actividad catalítica es máxima. Por encima de la temperatura óptima: pérdida de actividad catalítica debido a la desnaturalización. La actividad enzimática decrece rápidamente hasta anularse EFECTO DE LA TEMPERATURA

28. EFECTO DEL pH Enzimas son sensibles a cambios de pH. pH óptimo : Conformación más adecuada de la enzima para la actividad catalítica: Por encima o por debajo del pH óptimo: se afecta la actividad y pueden provocar la desnaturalización de la enzima.

29. Moléculas que inhiben acción catalítica de una enzima. Pueden ocupar temporalmente el sitio activo por semejanza estructural con el sustrato original ( inhibidor competitivo ). Alteran la conformación espacial de la enzima, impidiendo su unión al sustrato ( inhibidor no competitivo ). INHIBIDORES

30. Se alcanza la Vmax El K M se altera (aumenta) INHIBICIÓN COMPETITIVA Inhibidor estructuralmente similar a estructura del sustrato (isostérico). Competencia por el sitio activo

31. No se alcanza la Vmax El K M no se altera Inhibidor se une en sitio alostérico. Provoca cambio conformacional del sitio activo INHIBICIÓN NO COMPETITIVA

32. El inhibidor se une al complejo E-S Sitio alostérico: diferente al sitio activo INHIBICIÓN ACOMPETITIVA Vmax no se alcanza K M disminuye

33. CONCENTRACIÓN DE SUSTRATO Y PRODUCTOS CONCENTRACIÓN DE ENZIMA TEMPERATURA pH PRESENCIA Y CONCENTRACIÓN DE INHIBIDORES PRESENCIA DE COFACTORES

34. Sustancias no proteicas que potencian la actividad de la enzima. Cofactores inorgánicos: iobnes Fe ++ , Mg ++ , Mn ++ , Zn ++ etc. Cofactor orgánico= coenzima . Derivadas de vitaminas hidrosolubles (complejo B y vit. C): ej. NAD+; FAD; CoA, NADP. Derivadas de vitaminas liposolubles ( A, D, E, K): ej. retinal. Cofactores y coenzimas unidos covalentemente a la enzima forman grupos prostéticos. La enzima unida a su grupo prostético, se llama holoenzima . Parte proteica de un holoenzima: apoenzima. COFACTORES apoenzima + grupo prostético= holoenzima

35. VITAMINAS HIDROSOLUBLES Y SU FORMA COENZIMÁTICA Desconocida Ácido ascórbico ( Vit C) Pirofosfato de Tiamina (PPT) Tiamina (B1) Coenzimas de Flavina (FAD, FMN) Riboflavina ( B2) Fosfato de piriridoxal Piridoxina (B6) Coenzima A (CoA) Ácido pantoténico Coenzimas de nicotinamida (NAD+ y NADP) Ácido nicotínico (niacina) Ácido Tetrahidrofólico (THF) Ácido Fólico Coenzimas de cobalamina: Desoxiadenosilcobalamina Metilcobalamina Cobalamina ( B12) Biocitina Biotina Coenzima Vitaminas Hidrosolubles

36. VITAMINAS LIPOSOLUBLES Y SU FORMA COENZIMÁTICA Desconocida Vitamina K Desconocida Vitamina E 1, 25-Dihidroxicolecalciferol Vitamina D Retinal Vitamina A Coenzima Vitaminas Liposolubless