ENZIMAS

Prof. Nestor Gomero Ostos

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERIA PESQUERA Y DE ALIMENTOS - EPIP

2014 - B

Moléculas proteicas encargadas de la catálisis de reacciones químicas en los seres vivos

Enzimas . Definición

Esta definición se modificó con descubrimiento de las ribozimas

Thomas Cech, col. 1982.

Establecen moléculas de RNA con capacidad catalítica, comportándose como enzimas muy activas en el auto procesamiento del rRNA transcrito

RIBOZIMAS, ¿son enzimas?

Acción de una ribozima

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Macromoléculas biocatalizadoras de

reacciones químicas en seres vivos

Enzimas. Definición

A temperatura y pH de seres vivos, reacciones químicas no se realizan por sí solas.

Insuficiente energía para actividades musculares, generación de impulsos nerviosos y otras actividades para soportar la vida

Hay que acelerar la velocidad de las reacciones

¿Por qué son necesarias las enzimas en sistemas

biológicos?

◦Elevando temperatura◦Disminuyendo la energía de activación

Enzimas aceleran la velocidad de reacción por medio de disminuir la

energía de activación

¿Cómo se aumenta la velocidad de reacción?

Cantidad de energía mínima para que sustrato (S) alcance el estado de transición (E-S) y luego se transforme en producto (P).

E-S

E-S

Reacción catalizada por una enzima

Energía de Activación

(Ea)

Estado intermedio en el que enlaces de (S) están suficientemente distorsionados para su conversión en (P)

E + S E - S E + P

E-S

E + S

E + P

Estado de Transición(E-S)

Concentración de sustrato que desaparece por unidad de tiempo.

Concentración de producto que se forma por unidad de tiempo.

La velocidad de una enzima se mide en razón a:

En la práctica...... Gráfica de Michaelis-Menten

v

----------------------------------------------------------

Vmax

Gráfica de Lineweaver-Burk1/v = Km/Vm x 1/[S] + 1/Vm

Suponiendo:

1/Vm = 2Vm = ½

Establece el valor aprox. de la concentración de sustrato en la célula.

Identificación de isoenzimasMide afinidad de la enzima por

determinado sustrato

A mayor valor de Km, la afinidad de la enzima por el sustrato es baja.

¿Por qué determinar Km?

Glucosa

Glucosa-6-P

ATP

ADP

HexoquinasaGlucoquinasa

Km hexoquinasa = 0.1 mM

Km glucoquinasa = 10 mM

[glucosa] sangre = 4 - 5 mM

Después de ingerir dieta rica en carbohidrato, [glucosa] sangre, se eleva. Glucosa es transportada al hígado para ser convertida en Glu-6-P.

Clasificación

Procesos de óxido-reducción.– Ej: Deshidrogenasas, peroxidasas

Clase 1. Oxido-reductasas

Clase 1. Oxido-reductasas

2e

PIRUVATO

LACTATO

◦Peroxidasa.- Utilizan como oxidante H2O2 en lugar de oxigeno. Ejm NADH Peroxidasa a, citocromo oxidasa

NADH+H + H2O2 ------- NAD + 2H2O

◦Catalasa.- Transforma dos moléculas de H2O2 en dos moléculas de agua con desprendimiento de oxigeno. H2O2 + H2O2 --------2H2O + O2

Prof. Nestor Gomero Ostos

Transferencia de grupos funcionales: amino, acilo, fosfato, glucosilo, grupos monocarbonados

Ej: transaminasa, quinasas.

Glucosa + ATP Glucosa-6P + ADPHexoquinasa

Clase 2. Transferasas

Clase 3. Hidrolasas

Catalizan la ruptura de enlaces químicos con la participación de las moléculas de agua

Lactosa + H2O glucosa + galactosaLactasa

Catalizan reacciones en las cuales se forman o eliminan grupos H2O, NH3, CO2 para formar o eliminar doble enlace, respectivamente.

H2OFumarasa

• Clase 4. Liasas

Catalizan isomerizaciones de diversos tipos óptica, geométrica, funcional, de posición, etc (cis-trans, ceto-enol, aldosa-cetosa)

Clase 5. Isomerasas

Propionil-CoA D-

metilmalonil-CoA

Ligan o separan compuestos y para ello utilizan energía o liberan energía

Clase 6. Ligasas

ATP: hexosa fosfotransferasa

Nombre sistemático:

Donador Aceptor

Grupo transferido

EC 2.7.1.1

Número sistemático

EnzymeComission

Grupo Subgrupo

Sub-subgrupo

Enzima

Nombre común: Hexokinasa

Algunos enzimas necesitan de una o más sustancias de naturaleza no proteica para

llevar a cabo su actividad catalítica  

Iones metálicos que actúan como cofactores enzimáticos

Son generalmente cationes mono o divalentes

1) En algunos enzimas el ion metálico constituye el verdadero centro catalítico. El ion suele presentar por sí solo una cierta actividad catalítica, que se ve incrementada cuando forma parte de la enzima.

2) A veces el ion metálico no forma parte del sitio activo

sino que se encuentra en un lugar del enzima muy alejado

del mismo, actuando como agente estabilizador de

la conformación nativa del enzima.

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3) En otras enzimas el ion metálico constituye un grupo puente para unir el sustrato al sitio

activo.

Sitio catalítico de enzima

carboxipeptidasa

 COENZIMAS

Actúan generalmente como transportadores

intermediarios de grupos funcionales, de

determinados átomos o de electrones, los cuales son transferidos de una

sustancia a otra en la reacción enzimática

global. 

A veces los coenzimas se hallan íntimamente unidos a la molécula

proteica constituyendo un verdadero grupo prostético.

En otros casos la unión es débil y el coenzima actúa en realidad como un sustrato más de la

enzima.

Reducido: NADH

Oxidado: NAD+

+ H+

Coenzimas derivadas de

niacina:NAD+, NADH +

H+, NADP+, NADPH + H+

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CoenzimasNAD+, NADH + H+

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Coenzimas derivadas de vitamina riboflavina:

Flavina monofosfato (FMN), flavin-adenina dinucleótido (FAD, FADH2)

Tiamina-PP

Tiamina-pirofosfato (TPP)

Tiamina (vit. B-1)

Coenzimas derivadas de tiamina:Tiamina pirofosfato (TPP)

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Glutamato

cetoácido

Alfa cetoglutar

ato

aminoácido

EnzimaAminotransfera

sa

Piridoxal-P

Coenzima derivada de vit. B6:

piridoxal fosfato

Acetil-CoA

Coenzima derivada de ácido pantoténico:

Coenzima A

Complejo hexacoordinado de  cobalto

Es coenzima de enzimas que catalizan la transferencia de grupos metilo (-CH3)

- Metionina sintetasa (sintasa)- Metil malonil CoA mutasa

Vit. B-12 (Cianocobalamina)

VITAMINACOENZIMA DERIVADA FUNCIÓN

Tiamina (B1)Pirofosfato de

tiamina TPPDescarboxilación y

transferencia de grupos acilo.

Riboflavina (B2)

Flavina mononucleótido FMN Portadores de hidrógeno y

electrones en oxido-reducciones

Flavina y adenina dinucleótido FAD

Ácido Nicotínico

Nicotinamida y adenina dinucleótido NAD+

Portadores de hidrógeno y electrones en oxido-

reduccionesNicotinamida y

adenina dinucleótido fosfato

NADP+

Piridoxina, piridoxal y piridoxamina (B6)

    Transferencia de grupo amino y decarboxilación

Ácido Pantoténico Coenzima A CoASH Transferencia de acilos

BiotinaEnlazada

covalentemente a carboxilasas

  Carboxilación

Ácido Fólico Tetrahidrofolato TH4 Transferencia de un carbono

Cobalamina (B12)Coenzima de cobalamida

  Reordenamientos, transferencia de metilos

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1968 Introducción en mercado de BACTRIM (combinación de trimetoprim-sulfametoxasol).

¿De qué manera este medicamento ejerce una acción antibacteriana y antiparasitaria?

Inhibición Enzimática

Trimetoprim (TMP) y sulfametoxazol (SMX) actúan de forma sinérgica.

Trimetoprim inhibe de forma competitiva la enzima dihidrofolato reductasa.

TMP-SMX inhibe 50,000 veces más la dihidrofolato reductasa bacteriana que la de los mamíferos

Disminuir o bloquear la velocidad de reacción, uniéndose a la enzima. Son específicos.Alteran grupos importantes para la función

catalítica, o Alteran ligeramente conformación de la

enzima sin llegar a desnaturalizarla.

Características de la inhibición enzimática

Aplicaciones

Son el fundamento de fármacos antivíricos,

antibacterianos y antitumorales

Inhibición Permanente

Unión IRREVERSIBLE por enlaces covalentes, provocando modificación química de grupos en centros de fijación y

sitio activo de la enzima.

Tipos Inhibición

Compuesto organofosforadoinhibe la actividad de

ACETILCOLINESTERASA

Gas sarín

Los organofosforados forman un éster estable con el OH de la SER ubicada en el sitio activo de

la enzima, bloqueándola e inactivándola.

Inhibición permanente

Tipos de inhibición reversible

CompetitivaAcompetitiva

No competitiva

I y S compiten por sitio catalítico.

I y S son de estructura química parecida

Afecta el valor de Km.

Vm permanece inalterable

Inhibición Competitiva

Acción Bioquímica de Agentes

Quimioterapéuticos

Tetrahidrofolato

5, 10-metilen tetrahidrofolato

UMP dTMP

7, 8 dihidrofolato

NADPH + H+

NADP+

Serina

Glicina

Dihidrofolato reductasa

Timidilato

sintasa

Fluorouracil

Metotrexato

FdUMP

DNA

Serina hidroximetil transferasa

Inhibición

METOTREXATO

Las posiciones 7 y 8 llevan hidrógeno en el

DIHIDROFOLATO

Ác. fólico

I se une tanto a la enzima como al complejo E-S.

Km no se altera Vm varía. Disminuye

a medida que aumenta [I].

I, podría impedir la conformación tridimensional del sitio catalítico.

Inhibición No competitiva

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El inhibidor no es estrictamente análogo del substrato, sino del Estado de Transición (E-S) de la reacción.

Análogo de Estado de Transición (AET)

La afinidad de las enzimas por los AET es

enorme, del orden nM o pM, con lo

que la fijación es tan fuerte que

puede considerarse irreversible

Análogo de Estado de Transición (AET)

O2N OC

O

O

N+H3C

CH3

CH3

Sustrato

O2N OC

ON+

H3C

CH3

CH3

-O O-E-S

O2N OH+

ON+

H3C

CH3

CH3

C

O

HO

Productos

O2N OP

ON+

H3C

CH3

CH3

-O O-

Análogo de un E-S

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Angiotensinógeno

Angiotensina I

Angiotensina II(aumento de presión

arterial)

Enzima convertidorade Angiotensina, ECA

Renina

Sistema hormonal que ayuda a regular a largo plazo la presión sanguínea y

el volumen extracelular corporal. 

Sistema renina-angiotensina (RAS) o sistema

renina-angiotensina-aldosterona (RAAS) 

50

C O

HNCH COO-

R

C HR'

NH

C-O C

HO

Estado de transiciónde la ECA

Análogos de Estado de Transición: Captopril

C O

NCH COO-

CH3C H

CH-S

H

Captopril