Este documento describe las características fundamentales de las enzimas. Explica que las enzimas son proteínas que actúan como catalizadores biológicos, acelerando las reacciones químicas en los seres vivos sin formar parte de los productos finales. También describe que las enzimas tienen alta especificidad, incrementan enormemente la velocidad de las reacciones, y que su actividad catalítica depende de factores como la concentración de sustrato, pH y temperatura.

1. Universidad de Oriente
Núcleo Bolívar
Escuela de Ciencias de la Salud “Francisco Batisttini”
Dpto. de Ciencias Fisiológicas: Bioquímica
Profesora: Zulay Castillo Pérez

2.  Proteínas con actividad catalítica de los seres vivos.
 Unidades del Metabolismo
 Regulan la velocidad de las reacciones químicas espontáneas
(ΔG-).
 No promueven reacciones no-espontáneas (Δ G +).
 Incrementan la velocidad de reacción 103 a 1012 veces sin afectar
el sentido de la reacción.
 No forman parte del producto de la reacción.

3. Catalizador de origen biológico y naturaleza proteica, de alto peso
molecular y conformación tridimensional característica, acelera la
reacción al disminuir la energía de activación.
Contiene un centro activo, generalmente situado en un entorno
apolar. La actividad catalítica requiere que dicho centro adopte una
conformación determinada, mantenida por el resto de la molécula
proteica.

4.  No hacen factibles las reacciones imposibles
 Son sustancias que, sin consumirse en una reacción, aumentan
notablemente su velocidad.
 Ello hace posible que en condiciones fisiológicas tengan lugar
reacciones que sin catalizador requerirían condiciones extremas de
presión, temperatura o pH.
 Prácticamente todas las reacciones químicas que tienen lugar en
los seres vivos están catalizadas por enzimas.
* En su mayoría son proteínas, hay ARN con capacidad catalítica (ribozimas)

5. 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 (modificación covalente de la enzima)
 Por regulación alostérica
Alta especificidad de reacción
 Interacción estereoespecífica con el sustrato
 No hay productos colaterales.

6. Las enzimas simples están constituidas por proteína sin
requerir de la unión de otra molécula o grupo químico para
realizar su actividad catalítica.
Las enzimas conjugadas poseen en su estructura una parte
no protéica esencial para su funcionamiento que según su
naturaleza puede llamarse cofactor o coenzima.

7. Apoenzima: fracción protéica
Cofactor: grupo que se une a la fracción protéica para
permitir el correcto funcionamiento de la enzima.
Holoenzima: fracción protéica + cofactor o coenzima

8. Átomo, ion o molécula que participa en el proceso catalítico
sin ser enzima ni sustrato.
Los cofactores participan de dos maneras distintas:
 A través de una fijación muy fuerte a la proteína y salen sin
ser modificados del sitio catalítico.
Como un segundo substrato; salen modificados del sitio
catalítico y por lo general requieren otra enzima para volver al
estado original.

9. En función de su naturaleza los cofactores se denominan:
Grupos prostéticos: se trata de iones o moléculas inorgánicas.
Coenzima: es una molécula orgánica. Aquí se puede señalar, que
muchas vitaminas funcionan como coenzimas; y realmente las
deficiencias producidas por la falta de vitaminas responde más bien
a que no se origina la coenzima, para una determinada enzima.

10. Tiamina B1 Tiamina pirofosfato
FAD (Flavín adenín dinucleótido), FMN
Riboflavina
(Flavín mononucleótido)
Piridoxina PLP (Piridoxal fosfato)
Cobalamina Metilcobalamina, cobamida
Ácido pantoténico Coenzima A (CoA)
NAD+ (Nicotín adenín dinucleótido) Y NADP+
Nicotinamida
(Nicotín adenín dinucleótido fosfato)
Ácido lipoico Lipoamida
Ácido fólico THF (Tetrahidrofolato)

11. Hemo Hemoenzimas , citocromos
Complejos Fe-S Ferredoxinas
Quinonas Transporte electrónico mitocondrial y
fotosintético
Glutatión Redox, transporte de aminoácidos
ATP Transferencia de fosfato y/o energía
UTP Transferencia de grupos glucosídicos
Carnitina Transportador de grupos acilo

12. Región de la enzima donde se une la molécula de sustrato de
forma específica, suele ser un bolsillo o una hendidura que se
forma entre las cadenas laterales de los aminoácidos.
Estas cadenas:
• Facilitan la unión del sustrato (especificidad de sustrato)
• Intervienen en la catálisis (centro catalítico)

13.  Supone una porción relativamente
pequeña del volumen total de la
enzima
 Es una entidad tridimensional
 Se unen a los sustratos por fuerzas
relativamente débiles
 Son hoyos o hendiduras de las que
suele quedar excluida el agua, salvo
que sea un componente de la
reacción
 La especificidad del enlace depende
de la disposición de los átomos
del centro activo

14. Lugar de la enzima en el que ocurre la catálisis y puede
incluir también:
• Coenzimas
• Cofactores
Puede coincidir o no con el centro activo

16. En 1894, Emil Fischer propuso la hipótesis de la llave-cerradura
Sitio
activo

17. En 1958, Koshland propuso el modelo del ajuste inducido
Sitio
activo
Conformación del estado de
transición

18. Estereoespecificidad
Centros activos asimétricos: sólo L-aminoácidos
Capacidad de distinguir entre estereoisómeros
Especificidad geométrica
Grupos químicos que interactúan con el sitio activo
Más limitante que la estereoespecificidad
Enzimás digestivas: más “preferencia” que “especificidad”

19. Antiguamente, las enzimas recibían nombres particulares, asignados
por su descubridor.
Ejemplo:
amilasa (hidroliza el almidón)
Glc + ATP  Glc-6P + ADP
Al ir aumentando el número de enzimas conocidos, se hizo necesaria
una nomenclatura sistemática que informara sobre la acción
específica de cada enzima y los sustratos sobre los que actuaba.

20. Consta actualmente de 3 partes:
el sustrato preferente
el tipo de reacción realizado
terminación "asa"
Ejemplo: la glucoquinasa
ATP-glucosa-fosfo-transferasa
Glc + ATP  Glc-6P + ADP

21. El nombre es identificado por un código numérico:
Encabezado por las letras EC (enzyme commission), seguidas de
cuatro números separados por puntos:
 el primer número indica a cual de las seis clases pertenece la
enzima,
 el segundo se refiere a distintas subclases dentro de cada
grupo,
 el tercero y el cuarto se refieren a los grupos químicos
específicos que intervienen en la reacción.

22. Ej.: ATP:glucosa fosfotransferasa (glucoquinasa)
Glc + ATP  Glc-6P + ADP
EC 2.7.1.2.
2: transferasa
7: fosfotransferasa
1: el aceptor es un grupo OH
2: es un OH de la D-glucosa el que acepta el grupo
fosfato.

23. Clases
1. Óxido-reductasas
2. Transferasas
3. Hidrolasas
4. Liasas
5. Isomerasas
6. Ligasas

24. Catalizan reacciones de transferencia de hidrógeno (H) o
electrones (e-) de un sustrato a otro
AH2 + B ⇄ A + BH2
Ared + Box ⇄ Aox + Bred

25. Catalizan la transferencia de un grupo químico (distinto
del hidrógeno) de un sustrato a otro
A-B + C ⇄ A + C-B

26. Catalizan las reacciones de hidrólisis
A-B + H2O ⇄ AH + B-OH

27. Catalizan reacciones de ruptura o unión de sustratos
A-B ⇄ A + B

28. Catalizan la interconversión de isómeros
AB BA

29. Catalizan la unión de dos sustratos con hidrólisis simultánea de un
nucleótido trifosfato (ATP, GTP, etc.)
A + B + XTP A-B + XDP + Pi

30. Perfil energético de una Perfil energético de una
reacción espontánea reacción catalizada
La acción de los catalizadores consiste en disminuir la Energía de
activación.
Las enzimas son catalizadores especialmente eficaces, ya que
disminuyen la energía de activación, aún más que los catalizadores
inorgánicos.

31. Por ejemplo, la descomposición del agua oxigenada (H2O2) puede ocurrir:
 sin catalizador Ea= 18 Kcal/mol
con un catalizador inorgánico (platino) Ea= 12 Kcal/mol
con una enzima específico (catalasa) Ea= 6 Kcal/mol
Así, se puede calcular que el platino acelera la reacción 20.000
veces, mientras que la catalasa la acelera 370.000 veces.

32. Para que una reacción química tenga lugar, las moléculas de los reactantes
deben chocar con una energía y una orientación adecuadas.
La enzima :
 Aumenta la concentración efectiva de los sustratos (aumenta la
probabilidad de choque)
 Permite que los reactantes (sustratos) se unan a su centro activo con
una orientación óptima para que la reacción se produzca y
 Modifica las propiedades químicas del sustrato unido a su centro
activo, debilitando los enlaces existentes y facilitando la formación de
otros nuevos

33. Estudio cuantitativo de la catálisis enzimática que proporciona
información sobre las velocidades de reacción, afinidad de las
enzimas por su sustrato, mecanismos de reacción y los
inhibidores
Aplicación:
- Mejor comprensión de las rutas metabólicas
- Diseño de tratamientos más adecuados
Velocidad de una reacción bioquímica: Cambio de la
concentración de un reactante o un producto por unidad de
tiempo

34. 1. Concentración de sustrato
2. Concentración de enzima
3. pH
4. Temperatura
5. Efectores (Activadores e Inhibidores)

35. La velocidad inicial Vo de la reacción A → P , donde A= Sustrato y P=
Producto, es:
- Δ[A] Δ[P] Donde
Vo= =
Δt Δt [A]= concentración de sustrato
[P]= concentración del producto
T= tiempo
Es proporcional a la frecuencia con que las moléculas reactantes
forman el producto, la velocidad de reacción es
Vo= K [A]x Donde
Vo= velocidad
K= constante de velocidad
(temp, pH, fuerza iónica)
X= orden de reacción

36. Orden de Reacción: Suma de los componentes de los
términos de concentración en la expresión de velocidad
Reacción de Primer Orden:
La velocidad es proporcional a la
concentración de sustrato
Reacción de Orden Cero:
Independientemente de la
concentración de sustrato, la
velocidad es constante

37. Modelo propuesto por Leonor Michaelis y Maud Menten en
1913 Donde:
K1= constante de velocidad de la
formación de ES
k1 k2 K-1= constante de velocidad de la
E+S ES E+P disociación de ES
K-1 K2= constante de velocidad de la
formación y liberación del
producto del lugar catalítico
Hipótesis del Estado Estacionario: establece que [ES] se
mantiene casi constante durante gran parte de la reacción
K1 [E][S]=K-1 [ES] + K2 [ES]

38. Inducen una nueva constante: Km (Constante de Michaelis)
K-1 + K2
Km=
K1
Ecuación de Michaelis-Menten:
Donde
Vmax s Vmax= velocidad máxima
v Km= constante de Michaelis
Km s
[S]= concentración del
sustrato

39. Representa la Ecuación de
Michaelis-Menten
Km (Constante de Michaelis): mide la
concentración del sustrato a la que la
enzima tiene la mitad de la velocidad
máxima (Vmáx/2)
Vmáx: Se alcanza cuando todos los centros
catalíticos de la enzima se encuentran
ocupados por sustrato
Km y Vmax se determina midiendo las velocidades iniciales de reacción a varias [S]

40.  No todas las enzimas cumplen las condiciones
(Enzimas alostéricas)
 Difícilmente aplicable a reacciones con dos
sustratos
 No se puede determinar con exactitud Vmax ni
Km (Hipérbola rectangular, nunca llega a Vmax)

41.  Unidades Internacionales (UI): Cantidad de enzima
necesaria para producir 1 μmol de producto/minuto
 Nueva Unidad: Katal
Cantidad de enzima que transforma 1 mol de
sustrato/segundo (6 x 107 UI)
Grado de Pureza: Actividad Específica. Número de UI
en 1 mg de proteína

42. Consiste en representar la recíproca de la ecuación de
Michaelis-Menten
Donde:
1 KM 1 1 y = 1/Vo
v0 V max S V max x = 1/[S]
m = Km/Vmáx
Y = mx + b b = 1/Vmáx
Resultado: línea recta
Pendiente: Km/Vmax
Corte en ordenada: 1/Vmax
Corte en Abscisa (extrapolado): -1/Km

44. Inhibidores: moléculas que reducen la actividad de una enzima
(fármacos, antibióticos, conservantes alimentarios, venenos)
- Importante para regular las rutas metabólicas
- Tratamiento clínico
Tipos de Inhibición Enzimatica:
Isostérica: Reversible (competitiva, acompetitiva y no
competitiva) e Irreversible
Alostérica

45. El inhibidor competitivo es muy similar al sustrato normal
de la enzima. Dada esa similitud estructural, este tipo de
inhibidor se une reversiblemente al sitio activo de la
enzima.
Varia el Km, en presencia del inhibidor Vmáx, no es alcanzada.
Puede ser superada al aumentar la [S]

46. El inhibidor se combina sólo con ES, por lo que el inhibidor ejerce su efecto
sólo a altas concentraciones de sustrato en las que hay gran cantidad de
complejo enzima-sustrato (ES).
Aumenta el Km, disminuye
Vmáx y mantiene Km/Vmáx

47. El inhibidor se combina con la enzima en un lugar distinto al
sitio activo.
Tanto EI como EIS se forman:
Mantiene el Km
disminuye Vmáx y
aumenta Km/Vmáx

49. Los inhibidores irreversibles reaccionan con un grupo químico de la enzima,
modificándola covalentemente, su acción no se describe por una constante
de equilibrio, sino por una constante de velocidad:
E+I E’
A diferencia de la inhibición reversible, el efecto de los inhibidores
irreversibles depende del tiempo de actuación del inhibidor.
Los inhibidores irreversibles son, por lo general, altamente tóxicos.
Algunos tipos de inhibidores irreversibles
1. Reactivos de grupos -SH
2. Organofosfóricos
3. Ligandos de metales
4. Metales pesados

50. Sustratos suicidas:
(Inhibidores activados enzimáticamente)
1 2 3
E+I EI EI* E’ + I*
1. El inhibidor se unen al centro activo de la enzima, de manera específica, igual
que el substrato o un inhibidor competitivo convencional
2. La acción catalítica de la enzima convierte al inhibidor I en una especie
altamente reactiva I*
3. I* modifica covalentemente a la enzima, inactivándola de forma definitiva al
igual que un inhibidor irreversible.
Tienen por tanto:
(a) la especificidad del inhibidor competitivo y
(b) la potencia de los inhibidores irreversibles

51. Ejemplo: Sistema de la b-lactamasa bacteriana
La utilización masiva de antibióticos b-lactámicos
(penicilinas, sus derivados semisintéticos y Penicilina (activa)
cefalosporinas) ha conducido a la aparición de
S
resistencias a los mismos. R CO NH CH3
N CH3
O
Los microorganismos resistentes a estos COO-
antibióticos lo son por producir una enzima, la b-
lactamasa, que inactiva a los antibióticos b-
lactámicos. -Lactamasa
S
R CO NH CH3
O C HN CH3
O-
COO-
Ác.peniciloico (inactivo)

52. [E] Temperatura
pH

53. Características:
También llamadas regulables, la actividad de la enzima se
afecta por moléculas efectores que se unen en otros lugares;
sitios alostéricos o regulables
Catalizan pasos reguladores claves de las rutas bioquímicas
La regulación puede ser:
Activación alostérica: enzima aumenta afinidad por el
sustrato (disminuye su Km), así como su velocidad de catalisis
Inhibición alosterica: efectores negativos.

54. Características: Vo
Cinéticamente no sigue el
comportamiento catalítico de MM
- Gráfica: curva sigmoidea o
hiperbólica
La presencia de una sigmoide
implica la existencia de
cooperatividad en la fijación del
substrato
[S]

55. Enzimas Alostéricas
La cooperatividad (positiva) consiste en que la fijación de una
molécula de substrato favorece la fijación del siguiente, y así hasta
ocuparse toda la molécula
s + s s + s s + s s
1 2 s 3 s s
En términos de Km veríamos que Km1 > Km2 > Km3
Existe también cooperatividad negativa, cuando la fijación de
una molécula de substrato dificulta la fijación del siguiente.

56. 1. Monad, Wyman y Chanqeux (MWC)
Forma R s s s s s s s
s s s
Forma T i i i
i i i i i i i
1. Kosland, Nemethy y Filmes (KNF)
2. Eigen (Eig)

57. Inhibidores y activadores
alostéricos
Los inhibidores alostéricos aumentan 1.0
Y
el grado de cooperatividad Activador
0.8
Los activadores alostéricos 0.6 Sin
disminuyen el grado de Inhibición
cooperatividad; a concentraciones 0.4
elevadas de activador, la cinética Inhibidor
pasa a ser michaeliana, y deja de ser 0.2
sigmoide. s
0.0
0 2 4 6 8 10 12

58. Control Homoalostérico
Control Heteroalostérico

59. Centro Centro Centro
Centro
activo alostérico activo
alostérico
s i s
En ausencia de inhibidor, el sustrato Cuando el inhibidor ocupa el centro
se fija normalmente al centro activo alostérico, tiene lugar un cambio
conformacional en el centro activo que
impide la fijación del sustrato

60. La mayoría de las enzimas catalizan reacciones con dos
o más sustratos
Varios mecanismos posibles
- Orden de unión de los sustratos
- Orden de liberación de los productos
Determinación más compleja que en las enzimas
monosustrato
- Para cada sustrato hay Km, Kcat y Vmax

61. Mecanismo secuencial
o de desplazamiento
simple:
Secuencial Ordenado
adición de todos los
sustratos para poder
obtener los productos
Secuencial Aleatorio

62. Mecanismo de doble desplazamiento o ping pong:
No se han unidos todos los sustratos cuando ya hay
salida de productos

63.  Catálisis Covalente
- Grupo reactivo que se une transitoriamente mediante enlace
covalente
 Catálisis Ácido-Base
- Molécula diferente de H2O acepta o cede protón
 Catálisis por Iones Metálicos
- Varias funciones, dependiendo de la reacción
 Catálisis por Aproximación
 Catálisis por unión del Estado de Transición

64.  Quimotripsina: proteasa que rompe enlaces
peptídicos adyacentes a los aminoácidos aromáticos
 Catálisis Covalente
- Unión irreversible con el diisopropilfluorofosfato
(DFP)
- Actividad de residuo clave, Ser 195
 Catálisis Ácido-Base
- Otros dos elementos de “triada catalítica”
- Asp 102 e His 57

65. Aprox. 30% de las enzimas usan iones metálicos:
- Metaloenzimas unidas fuertemente a metales de
transición: Fe2+, Fe3+, Cu2+, Zn2+, Mn2+ o Co3+
- Metaloenzimas unidad débilmente a metales en
solución: Na+, K+, Mg2+ o Ca2+
Mecanismos:
- Enlace con el sustrato para permitir su adecuada
orientación
- Participación del metal en mecanismos de
oxidorreducción
- Estabilizador de la reacción al atraer cargas negativas
del sustrato

66. Observada en reacciones con varios sustratos
- Reactantes se encuentran en relación espacial
óptima
Proximidad: acercamiento simple de las moléculas
- Aumentos de velocidad de hasta 5x
Orientación: acercamiento de los grupos

67. Uno de los mecanismos más importantes
- Enzima tiene mayor afinidad por el estado
de transición que por los sustratos o
productos
Conjuntamente con los demás, es
responsable de los grandes aumentos de
velocidad

68. Las rutas bioquímicas están organizadas en reacciones químicas
catalizadas por enzimas, donde la regulación se hace más compleja
Razones de la regulación:
- Mantenimiento de un estado ordenado
- Conservación de la energía
- Respuestas a las variaciones ambientales
Se realiza:
- Regulación de la concentración enzimática
- Regulación de la actividad intrínseca de la enzima
1. Regulación alostérica
2. Regulación por modificación covalente

69. Regulación alostérica
Procesos a nivel celular; regulación de ajuste fino de la actividad
enzimática, a través de efectos de retroalimentación (negativa
o positiva)
Regulación por modificación covalente
Procesos a nivel supracelular (orgánico); regulación a gran escala
de actividades enzimáticas, a través de modificación covalente
de enzimas, provocadas por señales (transducción de señales)

70. Regulación alostérica
Retroalimentación Negativa en Vías Metabólicas
Síntesis de Isoleucina
Thr a-cetobutirato Ile
Treonina
desaminasa
El producto final de la ruta, Isoleucina, inhibe a la primera
enzima de la misma, Treonina desaminasa

71. Suele haber fenómenos de modificación covalente de
enzimas en la respuesta celular a señales químicas:
1. Neurotransmisores
2. Hormonas
3. Factores de crecimiento
4. Estímulos morfogenéticos y de diferenciación
5. Muerte celular programada (apoptosis)
6. Estímulos antigénicos
7. Luz y otros agentes físico-químicos

72. Defosforilación: Protein fosfatasas Fosforilación: Protein kinasas
R CH R CH
ATP ADP
N H N H
O C O C O
Ser H C CH2OH Ser HC CH2O P O-
H N H N O-
C O C O
R' CH R' C H
N H N H
Sobre residuos previamente fosforilados: Ser- Sobre residuos de Ser, Thr y Tyr
P, Thr-P, Tyr-P
Adenilación. ADP-ribosilación. Actúa NAD+ como
Sistema de la Glutamina sintetasa donador del grupo ADP-ribosa
H 2N
Tyr R CH
R CH
H2N
N H N N
N H O N N
O C O
O C OH OH O O
HC CH2 O P O CH2 N N
O HC NH N CH2 O P O P O CH2 N N
C H O
H N O- H N O-
O-
C O C O NH2
+
R' C H R' CH
OH OH OH OH
N H N H

73. Son variantes de una misma enzima. Formas
físicamente distintas de una enzima pero que catalizan
una misma reacción
Enzimas multiméricas con varios tipos de subunidades
- LDH: cuatro cadenas, tipos M y H
- 5 isoenzimas diferentes
- Preferencia por reacciones diferentes
Permite ajustes sutiles en función catalítica, una enzima
simple puede tener isoenzimas, ej: anhidrasa carbónica

74. Niveles enzimáticos como índices de
enfermedad
Enzimas Funcionales: Actúan normalmente en
las reacciones del metabolismo
Enzimas No Funcionales: Aumentan sus niveles
cuando hay daño tisular o orgánico

75. Enzima no Funcional Daño ocasionado
a-amilasa Daño pancreático
Obstrucción biliar,
Fosfatasa Alcalina
cáncer de huesos
Fosfataa Ácida Cáncer de Próstata
Creatinfosfoquinasa (CKmb), Lactato
Deshidrogenasa (LDH-H4), a-hidroxibutirato Infarto al miocardio
DH
Trasaminasa Glutámica Oxaloacético
Evalúa infarto
(TGO)
Trasaminasa Glutámica Pirúvica (TGP) Evalúa la Hepatitis