1. Introducción

2. Breve historia de la Enzimología

3. Descripción general de las enzimas

4. Enzimas monoméricas y enzimas oligoméricas

5. Enzimas solubles y enzimas ligadas a membranas

6. Clasificación de enzimas

7. Isoenzimas

8. Enzimas no convencionales - Ribozimas

-Anticuerpos catalíticos (Abzimas) - Synzimas

INTRODUCCIÓN A LA ENZIMOLOGÍAINTRODUCCIÓN A LA ENZIMOLOGÍATema-1

1. INTRODUCCIÓN

* La vida depende de una serie de reacciones químicas perfectamente organizadas. Sin embargo, muchas de estas reacciones, por sí mismas, tienen lugar a una velocidad demasiado lenta como para

dar respuesta a los diversos procesos vitales.

* La Naturaleza ha diseñado los catalizadores biológicos, o biocatalizadores.

* Los biocatalizadores pueden ser de:

- naturaleza proteica:- naturaleza no-proteica:

* De todos ellos, los más abundantes son las enzimas.Estos biocatalizadores son capaces de acelerar la velocidad de reacción, varios órdenes de magnitud,

- naturaleza proteica: enzimas (proteína), abzymas (anticuerpos catalíticos),

- naturaleza no-proteica: ribozimas (RNAs catalíticos)

104 – 1018.

Velocidadsin enzima

Velocidadcon enzima

CO2 + H2O HCO3- + H+ 1 107

(Anhidrasa carbónica)

H2O2 H2O + O2 1 109

(Catalasa)

G-1-P G-6-P 1 1012

(Fosfoglucomutasa)

Urea + 2H2O NH4+ + 2CO2 1 1014

(Ureasa)

* Este poder catalítico de las enzimas es el que hace posible que los diferentes procesos vitales, en todas las formas de vida -desde los virus al hombre-, tengan lugar de manera eficiente.

-Veamos algunos ejemplos:

¿Cuáles son las propiedades especiales de las enzimas que las hacen

catalizadores tan eficientes?

* Este es uno de los aspectos, más importantes, de la Enzimología que intentaremos estudiar a lo largo del curso.

-La respuesta a esta pregunta no es fácil:

* E intentaremos, siempre cuando sea posible, justificarla a nivel molecular.

Pero antes, comencemos fijando ciertas ideas, a nivel formal, tales como definiciones, símbolos, nomenclaturas, etc.

Las enzimas como catalizadores biológicosLas enzimas son proteínas, producidas por los seres vivos que tienen capacidad para catalizar con gran eficiencia procesos muy específicos.

Naturaleza proteica de las enzimas, apunta a las cuestiones básicas de la Enzimología:

- Mecanismo catalítico, - Especificidad.- Regulación

* Los seres vivos tienen enzimas multitud de Enzimas diferentes

Ej. Escherichia coli 4288 proteínas

2658 (62%) Caracterizadas

1701 (64%) Enzimas

Eucariotas todavía es superior

* Las enzimas ejercercen su poder catalítico en condiciones suaves de temperatura, pH, presión, etc., compatibles con la vida. Además, las

enzimas son catalizadores susceptibles de regulación en su actividad, lo que permite armonizar el entramado metabólico de acuerdo con las

necesidades del organismo.

* Aplicaciones de las enzimas:- Análisis clínico- Aplicaciones médicas

- Aplicaciones industriales

* Química orgánica

* Química farmacéutica

* Alimentación

* Detergentes

* Textil

Ausencia de enzimas NO metabolismo celular NO vida

Definición de catalizador* Un catalizador es una sustancia que aumenta la velocidad de una

reacción, sin verse alterada en el proceso global.

* La mayor parte de los catalizadores biológicos (aunque no todos ellos) son enzimas.

* La sustancia sobre la que actúa una enzima se denomina

sustrato de esa enzima.

H2O2 ------- H2O + O2

* Esta reacción, aunque fuertemente favorecida termodinámicamente, es muy lenta, a menos que sea

catalizada.

-Veamos todo esto en un ejemplo:

Velocidad de Reacción

Sin catalizador 1 100

Con catalizador químico (FeCl3) 1.000 103

En presencia de Hb 1.000.000 106

En presencia de catalasa 1.000.000.000 109

* Este ejemplo nos muestra que la velocidad de una reacción termodinámicamente favorable depende en gran medida de que exista o

no un catalizador y de la naturaleza del mismo.

* Los catalizadores biológicos, entre ellos las enzimas, se encuentran entre los más eficaces y específicos que

se conocen.

* En este punto, nos conviene resaltar dos hechos importantes:

1. Un catalizador verdadero, aunque participa en el proceso de reacción, no se modifica a lo largo de ella.

2. Los catalizadores modifican la velocidad de los procesos, pero no afectan la posición de equilibrio de

una reacción.

Ya que en el equilibrio:

V1 = V2

2. BREVE HISTORIA DE LA ENZIMOLOGÍA

Biocatálisis raíces en la industria alimentaria

Cerveza, queso, etc

Homero (Iliada) Menciona el uso de estómagos animales en la elaboración de queso 400 bC

(XIX ) Payen y Person investigaron la acción de extractos de cebada en hidrólisis de almidón

Formularon los principios básicos del mecanismo de acción enzimático

a) Pequeñas cantidades de extracto podían hidrolizar grandes cantidades de almidón

b) Termolabil

c) La substancia activa se podía separar del extracto (precipitación alcoholica) y ser purificada

Berzelius (1835) definio la reacción como catalítica (diastasa)

Definió que un cuerpo, por su presencia por afinidad con una substancia fermentable puede causar su ruptura en otros productos

Proceso industrial de diastasa en industria del pan, cerveza, etc

Aplicación

Richard Kuhne fue el que acuño el termino de enzimas,

tomado del griego, que significa literalmente "en la levadura".

DESARROLLO ENZIMOLOGIA MECANICISTA

VITALISMO (Pasteur)Reacciones químicas proceso vital no unido a materia ni energía.

MECANICISMO (Liebing)Proceso biológico como un engranaje o una máquina y que los seres vivos para realizar alguna determinada función necesitaban echar mano de ese engranaje.

Las bases del proceso catalítico controversia científica

Wöhler sintetizó el compuesto orgánico (sólo presente en seres vivos) urea a partir de cianuro de amonio, una sustancia inorgánica

Büchner extractos de levaduras (sin células) producían fermentación principio separable de ellas, hidrosoluble y termolábilal que dieron el nombre de zimasa

Nuevo paradigma bioquímico:

La catálisis enzimática es un proceso químico no necesariamente unido a la presencia y acción de organismos vivos no requiere una fuerza vital “a vis vitalis”

Fisher (1894)

1. Especificidad

Selectividad: complementaridad adaptabilidad

Elementos: geometría, carga,

puentes de H, etc.

2. Intuyo la naturaleza proteica (Tardaron varias décadas)

(1900) Kastle Loevenhart Reversibilidad de las reacciones enzimáticas (Lipasas)

(1897) Bertrand . Descubre la necesidad de substancias para ejercer accion catalítica (coenzimas)

A partir de 1926 Confirmación de la Naturaleza protéica de las enzimas Purificación y cristalización de Ureasa Tripsina, Pepsina, etcV. Henri fue el pionero en los estudios de la cinética enzimática,Cumple "Ley de acción de masas" los fenómenos de saturación.

Michaelis y Menten (1913), continuaro estudios de Henry.Formularon Primera ecuación cinética

[S]v = kcat [Eo] -------------

Ks + [S]

3. DESCRIPCIÓN GENERAL DE LAS ENZIMAS

* Las principales características de las enzimas son:

1. Las Enzimas son proteínas

2. Las Enzimas tienen centro(s) activo(s)

3. Las Enzimas son específicas

4. Las enzimas “modifican” la velocidad de reacción

(incrementándola) pero no el equilibrio químico

* Efectivamente, las enzimas son proteínas pero unas proteínas muy especiales:

1 Las enzimas son proteínas

Proteínas con actividad catalítica

* Una proteína se define por lo que es ....PMComposición aminoacídicaSecuenciaTamaño y formaetc.

- Así pues, es conveniente tener presente lo siguiente:

* Una enzima se define por lo que hace ......* Reacción que cataliza * Especificidad Sustrato/Producto* pH optimo de acción* Temperatura optima de acción* Mecanismo catalítico* etc.

Sin embargo,

2 * Estas proteínas tienen la característica específica de poseer una zona específica de su molécula donde tiene lugar la reacción química que cataliza: el centro activo.

<-Centro activo-><------>Surface recognition site----->

Región hidrofóbica Región polar

3 * Las enzimas son altamente específicas

Especificidad enzimática:1.) Requerimientos estructurales:

* Los sustratos deben poseer los grupos químicos funcionales adecuados.

2.) Requerimientos quirales:* Las enzimas son sensibles a la quiralidad del sustrato.* Las enzimas mismas son quirales.* Por regla general existen 3 o más puntos de contacto

entre la E y el S.

3.) Especifidad de producto

Especificidad de sustrato:

* La mayor parte de las enzimas actúan sobre un número muy reducidos de sustratos.

Glutamato + Piruvato --------------------------------> GABA + CO2

Aspartato + Piruvato ---------------------------------> -Alanina + CO2

Glutamato decarboxilasa

Glutamato decarboxilasaX

* En este ejemplo la especificidad viene dada por el grupo “etilen”, (-CH2-CH2-)

Especificidad quiral:Algunas enzimas actúan sólo sobre uno de los isómeros

L-Glutamato + Piruvato --------------------------------> GABA + CO2

D-Glutamato + Piruvato --------------------------------->

Glutamato decarboxilasa

Glutamato decarboxilasaX

* Las enzimas son catalizadores, pero unos catalizadores muy especiales, actúan:

i) a temperatura fisiológica, 37ºC

ii) a pHs fisiológicos, 6 - 7,5

iii) a presión atmosférica, 1 atm.

* De acuerdo con las teorías actuales, las enzimas ejercen su función estabilizando el estado de transición.

4. ENZIMAS MONOMÉRICAS Y ENZIMAS OLIGOMÉRICAS

* Enzimas monoméricas:- constituidas por una sola cadena polipeptídica,- no presentan estructura cuaternaria.

* Sin embargo, la gran mayoría de las enzimas son oligoméricas:

- Si estan formadas por:-dos subunidades Dímeros-tres subunidades Trímero-cuatro subunidades Tetrámero-cinco subunidades Pentámero-etc.

* Estas subunidades, a su vez, pueden ser iguales o distintas. -Homo-oligómeros

iguales

-Hetero-oligómeros distintas

5. ENZIMAS SOLUBLES Y ENZIMAS LIGADAS A MEMBRANAS

¿Problemática?

- Las enzimas solubles se miden fácilmente en medios acuosos

- Las enzimas unidas a membranas necesitan de un medio, generalmente, hidrófobo para poder medir su actividad.

6. CLASIFICACIÓN DE ENZIMASNecesidad de un sistema de clasificación

* Si el nº de enzimas es pequeño --> NO hay problemas- Muchos nombres eran poco informativos, cuando no

engañosos, respecto a la reacción catalizada, como:

-emulsina,-diaforasa,-enzima amarilla antigua,

-etc.- En muchos casos se utilizaban varios nombres para una misma enzima, como:

-invertasa,-sacarasa,-invertina y

-fructofuranosidasa.- Por otra parte, un mismo nombre se aplicaba a enzimas diferentes, como p. ej.,

-“sintetasa”.

* En 1956 la Unión Internacional de Bioquímica (IUB) creó la Comisión de Enzimas (EC).

*La misión de dicha comisión era, según palabras textuales de sus declaración programática:“Considerar la clasificación y nomenclatura de enzimas y coenzimas, sus unidades de actividad y métodos estándar de ensayo junto con los

símbolos utilizados en la descripción de la cinética enzimática.”

* En 1961 la Comisión publicó las bases para una nomenclatura y clasificación de las enzimas.

* Posteriormente se disolvió la Comisión y la IUB creó el Comité Permanente de Enzimas que se encargó de la aplicación de la nueva

nomenclatura.

* En 1964 se publica la primera lista de 874 enzimas clasificadas y nombradas sistemáticamente.

* Finalmente, la IUB formó con la Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (IUPAC), la Comisión de Nomenclatura

Bioquímica, dentro de la cual se formó un Comité de Expertos en Enzimas que actualizaron las normas anteriores e incluyeron el gran

número de enzimas descubiertos en los últimos años.

En 1961 se publicó una lista con 712 enzimasEn 1964 se publicó una lista con 875 enzimasEn 1972 se publicó una lista con 1770 enzimas.En 1978 se publicó una lista con 2122 enzimas.En 1984 se publicó una lista con 2477 enzimasEn 1992 se publicó una lista con 3196 enzimas En 2003 ....... ?

http://www.chem.qmul.ac.uk/iubmb/

http://www.iubmb.unibe.ch/

Clasificación de las enzimas de acuerdo con la Enzyme Commission (EC)

* La clasificación sistemática de las enzimas de acuerdo con el sistema propuesto por la EC sigue un criterio funcional según el cual las

enzimas se clasifican según el tipo de reacción catalizada.

* La EC asigna un nombre sistemático y un código numérico particular a cada enzima conocido.

EC 4.1.1.89 biotin-dependent malonate decarboxylase (25 November 2008)

Nombre sistemático:En nombre sistemático consta de tres partes:

a) sustrato sobre el que actúa la enzima,b) acción química que cataliza,c) terminación universal –ase (en inglés) –asa (en español).

Ejemplo:G-6-P F-6-P

Sustrato: Glucosa-6-P Acción: Isomerización

Nombre: glucosa-6-fosfato isomerasa

* Al ser la reacción reversible, esta enzima también podría haberse nombrado como:fructosa-6-fosfato isomerasa, en cuyo caso el sustrato sería la Fructosa-6-P

* Algunas normas a tener en cuenta a la hora de escribir el nombre sistemático de una enzima:

1. Usar para el sustrato(s) nombres triviales, o incluso abreviaciones, cuando éstas sean de uso general y corriente:

ATP, NAD+.2. Usar el verdadero nombre del sustrato, (teniendo en cuenta el pH a que se encuentra):

acetato vs ácido acético ; lactato vs ácido láctico3. Cuando el nombre del sustrato esté formado por más de una palabra, usar guiones para mantener el nombre formando una unidad.

Glucosa-6-fosfato ; Fructosa-6-fosfato4. Cuando el sustrato tenga sustituyentes en su molécula, indique la posición con números: 1,2,3, ... no como alfa, beta, gamma, etc.

Excepciones a esta regla son:beta-aspartil y gamma-glutamil;beta-alanina y gamma-lactona.

- En relación con el nombre de la reacción química catalizada:

1. El nombre debe indicar el tipo de reacción que cataliza la enzima de acuerdo con la siguiente lista:

1. Oxidorreductasas2. Transferasas3. Hydrolasas 4. Liasas 5. Isomerasas

MutasasRacemasas

Epimerasas6. Ligasas

Código numérico:El código de cada enzima empieza por las letras EC (Enzyme

Commission) seguidas de cuatro números:

EC.n1.n2.n3.n4.

* El primero, n1, indica la clase de reacción, de acuerdo con el siguiente esquema:

1. Oxidoreductasas2. Transferasas3. Hidrolasas4. Liasas5. Isomerasas6. Ligasas o sintetasas.

* Las tres primeras clases catalizan reacciones de transferencia del tipo

Ax + B ------ A + Bx

* En el caso de las oxidorreductasas “x” consiste en equivalentes de oxidación-reducción (electrones, hidrógenos).

* Mientras que en las transferasas e hidrolasas son grupos químicos los que se transfieren.

* Las transferasas transfieren grupos químicos de un sustrato a otro sustrato, siendo el segundo sustrato distinto del agua

* Las hidrolasas se caracterizan por la ruptura de un enlace con la adición de agua.

* Las liasas catalizan la eliminación de grupos del sustrato mediante la ruptura de enlaces, que, en algunos casos, lleva consigo la creación de

dobles enlaces:

HZ-Y-X ---- Z=Y + XH

Grupo saliente

* En sentido contrario catalizan la formación del enlace Y-Z mediante adición al doble enlace, Z=Y.

* Las isomerasas catalizan reacciones de isomerización.

* De acuerdo con el tipo de isomerización en concreto, las isomerasas podrán ser:

- Racemasa

- Mutasas

- Epimerasas

* Las ligasas o sintetasas catalizan la formación de enlaces acoplada a la hidrólisis de ATP:

XH + YOH + ATP --- X-Y + ADP + Pi (ó AMP + PPi)

* Veamos a continuación algunas recomendaciones en relación con la manera de escribir el nombre de una enzimamanera de escribir el nombre de una enzima..

- Para lo que tendremos en cuenta las siguientes recomendaciones:

* Las Oxidorreductasas, EC.1 deben nombrarse de acuerdo con el siguiente convenio:

Donador de e- : Aceptor de e- Oxidorreductasa

Ejemplo: Lactato:NAD+ oxidorreductasa

Nota: Si no se conoce el verdadero aceptor de electrones, usar “(aceptor)”

Ej.: Succinato : (aceptor) Oxidorreductasa.

* Respecto a los nombres trivialesnombres triviales hay que indicar los siguiente:

a) Deshidrogenasas: el aceptor es un coenzima de oxidación- reducción.

b) Oxidasas: el aceptor es el oxígeno molecular.

c) Reductasas: el donador es NADH o NADPH.

d) Oxigenasas: incorporan oxígeno molecular en el donador; (monooxigenasas o dioxigenasas, según incorporen uno o dos átomos de oxígeno).

e) Hidroxilasas: son un tipo de monooxigenasas.

f) Desciclantes: dioxigenasas que rompen ciclos aromáticos.

g) Rompedoras de enlace: dioxigenasas que rompen enlaces C-C alifáticos;

h) Peroxidasas: el aceptor es el agua oxigenada.

i) Hidrogenasas: el donador es el hidrógeno molecular.

* Las Transferasas, EC.2 deben nombrarse de acuerdo con el siguiente convenio:

Donador : Aceptor Grupo-transferido-transferasa

Ej.: ATP : acetate fosfotransferasa

* Las subclases se establecen según la naturaleza del grupo transferido.

- En la nomenclatura trivial se puede sustituir la expresión “ grupo transferasa” por “trans grupo asa”:

aminotransferasa por transaminasa

* Las subclases específican un poco más la naturaleza del grupo transferido

* Veamos algunos nombres triviales:

a) Transaminasas: transfieren grupos aminos.

b) Fosfotransferasas: transfieren grupos fosfatos.

c) Transcetolasa: transfieren grupos glicoaldehídicos (CH2OH-CO-)

d) Transaldolasas: transfieren grupos dihidroxiacetona (CH2OH-CO-CHOH-).

e) Quinasas: transfieren grupos fosfato con el ATP como donador.

f) Tioforasas: transfieren CoA.

g) Fosforilasas: tienen al fosfato como aceptor del grupo transferido.

* Las Hidrolasas, EC.3 deben nombrarse de acuerdo con el siguiente convenio:

Sustrato hidrolasa oSustrato grupo-eliminado-hidrolasa

Ej., Adenosina amino-hidrolasa

* Las subclases se establecen según la naturaleza del enlace hidrolizado y las subsubclases concretan un poco más la naturaleza

de este enlace.

* En el caso de las proteasas las subsubclases se establecen según el mecanismo catalítico pues la complejidad del sustrato (proteína) hace inviable una clasificación basada en la naturaleza del mismo.

* Los nombre triviales más importantes son:

a) Fosfatasas: rompen enlaces del tipo monoésteres fosfóricos (R-O-PO3H2).

b) Fosfodiesterasas: rompen enlaces del tipo diésteres fosfóricos (R-O-PO2H-O-R’).

c) Pirofosfatasas: rompen enlaces del tipo monoésteres difosfóricos (R-O-PO2H-PO3H2).

d) Aminopeptidasas: -aminoacilpéptido hidrolasas, rompen enlaces peptídicos a partir

delextremo N- terminal

e) Carboxipeptidasas: peptidilaminoácido hidrolasa que rompen enlaces peptídicos a partir delextremo C-terminal.

* Las Liasas, EC.4 deben nombrarse de acuerdo con el siguiente convenio:

Sustrato grupo-eliminado-liasa

Ej., L-malato hidro-liasa

- En la reacción:

HZ-Y-X Z=Y + XH

Se considera como grupo eliminado, o saliente, Z=Y o XH según cual de las dos moléculas sea más pequeña.

* Las subclases se establecen según el tipo de enlace Y-X que se escinde y las subsubclases según el grupo eliminado.

Los principales nombres triviales son:

a) Descarboxilasas: carboxil-liasas, eliminan grupos carboxilos.

b) Aldolasas: aldehido liasas, eliminan grupos aldehídicos.

c) Dehidratasas: hidroliasas, eliminan agua.

d) Deaminasas: aminoliasas, eliminan grupos aminos.

* Las Isomerasas, EC.5, se clasifican y nombran según el tipo de isomerización que catalizan, nombrandose de acuerdo con los

siguientes convenios:

i) Sustrato tipo-de-isomerización-isomerasa

Ej.: Maleato cis-tras-isomerasa

ii) Sustrato racemase (convierte formas D & L)

Ej.: Alanina racemasa

iii) Sustrato epimerasa (invierte un centro óptico sencillo en una molécula con más de uno de dichos

centros)Ej.: Glucosa epimerasa

iv) Sustrato mutasa (transferencia intramolecular de grupo)

Ej.: Metil-malonil-CoA mutasa

* Las Ligasas o sintetasas, EC.6, se clasifican según el tipo de enlace que forman entre los sustratos, y deben nombrarse de

acuerdo con el siguiente convenio:

Molécula-1 : Molécula-2 ligasa (nucleótido producido)

Ej., Alanil : tRNA ligasa (AMP)

* La denominación sintetasa se ha aplicado frecuentemente a enzimas que determinan la formación de un enlace por mecanismos

distintos a los de las verdaderas sintetasas, como por ejemplo a muchas transferasas y a liasas consideradas en sentido inverso.

* La CE reserva el término “sintetasa” para la formación de enlaces acopladas a la hidrólisis de ATP, utilizando en los otros casos, siempre que se quiera recalcar el aspecto sintético, la denominación de “sintasa”.

* Veamos a continuación la adjudicación de los cuatro números del código EC:

Direcciones de InterNet:

http://www.expasy.ch/enzyme/

n1 --> tipo de reacción (1 a 6)

n2 --> tipo de enlace que se rompe o forma (1 a n)

n3 --> subtipo de enlace que se rompe o forma ( 1 a n)

n4 --> número de orden o catálogo

http://www.chem.qmul.ac.uk/iubmb/enzyme/

Ejemplos:

Fosfatidil-colina + H2O 1-Acilglicerol-fosfocolina + Acido Graso

Nombre sistemático: Fosfatidil-colina-2-acil-hidrolasa

R1

2R

P Colina

+ H2O + 2R-COOH

R1

P Colina

HO

EC. __.__.__.__3

3 Hidrolasa

3.1 Rompe o hidroliza un enlace de tipo ester

1

3.1.1 el enlace ester es del subtipo ester carboxílico

1

3.1.1.X Nº orden

X

7. Formas multiples de una enzima: IsoenzimasDefinición:

Según el Diccionario de Oxford de Bioquímica y Biología Molecular

Isoenzimas o Isozimas son “cualquiera de las múltiples formas de una enzima, proveniente de diferencias determinadas genéticamente

en la estructura primaria”.

* El término Isoenzima es un término operacional, que hace referencias a un conjunto de enzimas (con el mismos código EC) que

catalizan la misma reacción en la misma célula o en el mismo organismo.* El término Isoenzima abarca también a las alelozimas, que se definen

“como cualquiera de dos o más variantes de una enzima particular (con propiedades catalíticas semejantes) cuyas secuencias de aminoácidos están codificadas en genes alélicos.

1. En la misma célula y en el mismo compartimento, como ocurre con las isoenzimas de la enzima Lactato deshidrogenasa

(EC 1.1.1.27) que se encuentran todas en el citosol.

2. En la misma célula pero en diferentes compartimentos celulares, como es el caso de Glutamato oxalacetato transaminasa (EC 2.6.1.1) que se encuentra en el citoplasma y en las mitocondrias.

3. En diferentes tejidos de un mismo organismo, como es el caso de la Glutaminasa activada por fosfato (EC. 3.5.1.2) de la que existen dos tipos, tipo riñon (K) y tipo higado (L).

4. En el mismo individuo y en el mismo tejido, pero en diferentes fases del desarrollo, como es el caos de la Piruvato

quinasa (EC 2.7.1.40), de la que se conocen dos formas la fetal y la adulta.

Localización de las IsoenzimasLas isoenzimas podemos encontrarlas:

Así pues, cada código numérico de la clasificación EC, por ejemplo, EC.3.2.1.21, no representa una sola especie de proteína

enzimática sino a un grupo de proteínas con la misma propiedad catalítica, pero difiriendo en mayor o menor grado en la

especificidad de sustrato y otras propiedades cinéticas, así como en la estructura proteica.

¿De dónde procede esta multiplicidad o diversidad?

* Una primera fuente de multiplicidad es la especie (animal, vegetal o microbiana) de la cual procede la enzima.

Pero esto está ya contemplado por el cuarto número del código EC.

* Dentro de una misma especie pueden existir también formas múltiples de una enzima.

Cuando esta multiplicidad intra-especie se debe a una multiplicidad en los genes que controlan la estructura primaria de la proteína, las

distintas formas se denominan isoenzimas.

Hay tres tipos de isoenzimas:

a) Los codificados por genes distintos, como las dos formas de la malato-DH existentes en el citoplasma y en la mitocondria de las células eucarioticas.

b) Los procedentes de variantes alélicos de un mismo gen, como ocurre con las isoenzimas de la glucosa-6-P-DH humana.

c)Los procedentes de heteropolímeros de dos o más cadenas polipeptídicas, cada una de las cuales es codificada por un gen distinto. Así la Lactato-DH humana es un tetrámero con dos tipos de subunidades distintas, H y M, que están codificadas por dos genes distintos. Pueden existir cinco tipos de isoenzimas: M4, M3H, M2H2, MH3, H4.

* Otro tipo de multiplicidad enzimática es el debido a modificaciones post-traducionales de las enzimas, que pueden ser de varios tipos:

a) Conjugación con grupos no prostéticos, como ocurre con las enzimas llamadas “interconvertibles” porque pueden existir en dos estados según estén o no conjugadas a un grupo no prostético. Así, la forma “a” de la fosforilasa difiere de la forma “b” en contener grupos fosfato.

b) Distintas conformaciones de una proteína.

c) Distinto grado de polimerización de una subunidad común. Así la glutamato-DH puede existir como polímero de 6 o 24 subunidades idénticas.

d) La familia de proteínas ligeramente distintas que derivan de la proteolisis de un precursor, como p. ej., las distintas quimotripsinas. En estos casos el precursor se nombra con el prefijo “pre-“ o el sufijo “-ógeno” (quimotripsinógeno, protrombina).

* Vemos por tanto que para especificar claramente a una proteína enzimática hay que indicar no sólo su nombre sistemático y código

numérico, sino también la especie de que procede y el tipo de isoenzima o modificación post-traduccional a que corresponde.

* Las isoenzimas suelen caracterizarse por su movilidad electroforética, ya que un cambio de aminoácidos o una modificación, puede afectar la

carga de la molécula.

* Cuando en una electroforesis se separan varias bandas con la misma actividad enzimática, las isoenzimas se suelen numerar a partir del ánodo

(isoenzima-1, isoenzima-2, ....).

* En efecto, a mediados de los años 80, Arthur Zaug y Thomas Cech comunicaban, en la revista Science, el descubrimiento de que moléculas de RNA también pueden

tener capacidad catalítica y comportarse como biocatalizadores muy activos.Thomas Cech descubrió que el RNA L-19 cataliza la hidrólisis del RNA de

manera específica y es capaz de también de ejercer acción polimerasa.

Ribozimas

Ribozimas en cabeza de martillo

8. ENZIMAS NO CONVENCIONALES

* Los estudios sobre el mecanismo de acción de las enzimas, como complementarias del estado de transición de los sustratos, tal como ya

había sugerido Pauling en 1948, llevó a varios investigadores, en la década de los 80, a producir anticuerpos monoclonales frente a

haptenos, análogos estructurales al estado de transición de algunos sustratos.

Abzimas

Estos anticuerpos que tienen propiedades catalíticas reciben el nombre de “abzimas” y son, a su vez, fuertemente inhibidos por los haptenos

Tipos de reacciones catalizadasRotura de enlaces éster, adiciones, eliminaciones, condensaciones aldólicas, oxido-reducciones y algunas transformaciones dependientes de cofactor.

bzimas naturalesActividades Dnasa, Rnasa e hidrólisis de polisacáridos en pacientes con enfermedades autoinmunes (lupus, esclerosis múltiple, artritis reumatoide...) y personas infectadas por VIH .

Sinzimas

* enzimas artificiales reciben el nombre de “sinzimas”, y puede que en el futuro sean la solución a algunos de los

problemas que actualmente presenta el uso de las enzimas a nivel médico-farmacéutico e industrial.

Ejemplos:Proteínas derivatizadas [Ru(NH3)5]

3+ unido a Histidina

Mioglobina (transportador pasivo de oxiogeno) se convierte en una oxidasa Ácido ascorbico es oxidado con oxigeno molecular.Synzymes from organic molecules: Ciclodextrinas estructuras con un exterior hidrofílico y un interior hidrofóbico. Piridoxal es anclado en el interior muestra actividad transaminasa.