ENZIMAS

CONCEPTOS

• ENZIMAS: Proteínas globulares con función específica.

• COFACTOR: Sustancia no proteica de la cual dependen muchas enzimas para su actividad óptima.

• ZIMÓGENOS (Proenzima): es el precursor inactivo de la proteína

CONCEPTOS• HOLOENZIMA: Molécula proteica más el

cofactor y presenta la máxima actividad catalítica.

• APOENZIMA: Componente proteico menos su cofactor y presenta muy baja actividad (casi nula).

• COENZIMA: Cofactor orgánico derivado de vitaminas– Riboflavina (FAD (flavinadenindinucleótido) y

FMN (flavinmononucleótido)

LAS ENZIMAS

• Son proteínas que catalizan reacciones químicas necesarias para la sobrevivencia celular

• Sin las enzimas los procesos biológicos serían tan lentos que las células no podrían existir.

• Las enzimas pueden actuar dentro de la célula , fuera de ésta, y en el tubo de ensayo.

E + S ESEP E + P

E E E E

LA ENZIMA Y LA ENERGÍA DE ACTIVACIÓN

Tiempo de la reacción

E + S

E + P

Sin enzimaCon enzima

• La Ea de la hidrólisis de la urea baja de 30 a 11 kcal/mol con la acción de las enzimas, acelerando la reacción 1014 x

• El aumento de temperatura necesario para producir la reacción no catalizada seria de 529ºC

Enzima - Catalizador

• Tanto la enzima como el catalizador aceleran la velocidad de una reacción química.

• Una enzima puede transformar 1000 moléculas de sustrato/ segundo

• Las enzimas tienen 3 propiedades que los catalizadores NO tienen– Especificidad por el sustrato– Se inactivan por desnaturación– Pueden ser reguladas

• Las enzimas se unen a los reactivos (sustratos) reduciendo la energía de activación

• Cada enzima tiene una forma única con un sitio o centro activo en el que se une al sustrato

• Después de la reacción, enzimas y productos se separan.

• Las moléculas enzimáticas no han cambiado después de participar en la reacción

Las enzimas cumplen su papel catalítico gracias a:

• Fijación estereoquímicamente complementaria del substrato

• Transformación catalítica del mismo

En ambas funciones participan:

• Cadenas laterales de los aminoácidos• Grupos o moléculas no proteicas:

Grupos prostéticos Iones metálicos Cofactores

POR:

•Especificidad de la reacción enzimática• Carácter heterogéneo de la catálisis

enzimática

ES CAPAZ DE:

•Fijar específicamente al substrato• Transformarlo catalíticamente.

Enzima

Sitio activo

Sustrato

• Complementariedad geométrica

• Complementariedad de cargas, uniones iónicas

• Modelos: Encaje inducido

Llave – cerradura.

Estado de transición

La unión del sustrato es muy específica

TEORÍAS DE LA ACCIÓN ENZIMÁTICA, 1

Modelo de Llave y Cerradura (Emil Fischer)

Substrato y enzima se acoplan de forma estereospecífica, de la misma manera que una llave se ajusta a su cerradura.

Modelo aceptado durante mucho tiempo; hoy se considera insuficiente al no explicar algunos fenómenos de la inhibición enzimática

Teorías de la acción enzimática, 2

Modelo de Ajuste Inducido (Koshland)

Tanto la enzima como el substrato sufren una alteración en su estructura por el hecho físico de la unión.

Está mucho más de acuerdo con todos los datos experimentales conocidos hasta el momento.

TEORÍAS DE LA ACCIÓN ENZIMÁTICA, 3

La teoría del Ajuste Inducido se amplía en la actualidad definiendo la acción enzimática como el Centro Activo enzimático complementario, no al substrato o al producto, sino al estado de transición entre ambos.

Estabilización del Estado de Transición

Una enzima puede unir dos sustratos en su sitio activo

EC 2.7.1.1

Número Enzyme Commission:

EnzymeComission

Grupo Subgrupo

Nombre común (sustrato+”asa”):

Hexokinasa

CLASIFICACIÓN Y NOMENCLATURA

ATP: hexosa fosfotransferasa

Nombre sistemático:

Donador Aceptor

Grupo transferido

Tipo de reacción catalizada

Grupos químicos

Enzimas

EC 1.x OxidorreductasasEC 2.x TransferasasEC 3.x HidrolasasEC 4.x LiasasEC 5.x IsomerasasEC 6.x Ligasas

CLASIFICACIÓN DE ENZIMAS POR GRUPO

Grupo 1: OxidorreductasasCatalizan reacciones de oxidorreducción, en que átomos de oxigeno ó hidrogeno son trasladados entre moléculas:

En las reacciones redox, siempre tienen que estar presentes a la vez el aceptor y el dador electrónico.

AH2 + B A + BH2

Clasificación y nomenclatura

Ared + Box Aox + Bred

Nombre: Dador:Aceptor oxidorreductasa

Nombre común:Glucosa oxidasa

b-D-Glucosa : O2 1-oxidorreductasa

Dador Aceptor

Grupo 1: Oxidorreductasas

NOMENCLATURA DEL SUBGRUPO EN OXIDORREDUCTASAS:

EC 1.1.x - DeshidrogenasasEC 1.2.x - OxidasasEC 1.3.x - PeroxidasasEC 1.4.x - OxigenasasEC 1.5.x - HidroxilasasEC 1.6.x - Reductasasetc.

Aplicaciones: Ensayos de diagnostico clínico (glucosa oxidasa y colesterol oxidasa

Deslignificación ó Bioblanqueamiento

A-X + B A + B-X

Catalizan reacciones de transferencia de átomos ó grupo de átomos entre moléculas:

Dador: Aceptor Grupo transferido - transferasa

ATP: D-Hexosa FosfotransferasaNombre común: hexokinasa

GRUPO 2: TRANSFERASAS

EC 2.1.x - Grupos monocarbonadosEC 2.2.x - Grupos aldehido o cetoEC 2.3.x - AciltransferasasEC 2.4.x - GlicosiltransferasasEC 2.5.x - Alquil- o AriltransferasasEC 2.6.x - Grupos nitrogenadosEC 2.7.x - Grupos fosfatoEC 2.8.x - Grupos sulfatoEC 2.9.x - Grupos selenio

CLASIFICACIÓN DE SUBGRUPO DE LAS TRANSFERASAS:

Aplicaciones: Síntesis de oligosacáridos

Catalizan reacciones de hidrólisis y también su reverso. Son las más comunes en el dominio de la tecnología enzimática:

A-B + H2O A-OH + H-B

No se suelen utilizar nombres sistemáticos en lashidrolasas. Muchas de ellas conservan el nombrePrimitivo. Ejemplo: Quimosina EC 3.4.23.4.

Grupo 3: Hidrolasas

3.1.-.- Esterasas (carboxilesterasas,

fosfoesterasas, sulfoesterasas)

3.2.-.- Glicosidasas

3.3.-.- Éter hidrolasas

3.4.-.- Péptido hidrolasas

3.5.-.- Acil anhídrido hidrolasas

etc.

CLASIFICACIÓN HIDROLASAS

Lipasas → Síntesis de tensioactivos

Proteasas → Fabrico de quesos

Glicosidasas → Clarificación de jugos; liberación de aromas en vinos;

aplicaciones textiles

APLICACIONES

Caso particular Péptido hidrolasas: clasificación común (no sistemática)

I. Según la situación del enlace atacado:

- Exopeptidasas (extremos de la cadena) (Peptidasas)- Endopeptidasas (interior de la cadena) (Proteinasas)

II. Según el mecanismo catalítico:

- Serin proteinasas- Tiol proteinasas- Aspartil proteinasas- Metaloproteinasas

Catalizan reacciones reversibles de remoción de grupo de átomos del sustrato (este grupo no incluye las hidrolasas):

A-B A + B

GRUPO 4: LIASAS

EjemploNombre sistemático: Histidina amonio-liasa (EC 4.3.1.3)

Nombre común: Histidasa

4.1.x - Actúan sobre enlaces C-C4.2.x - Actúan sobre enlaces C-O4.3.x - Actúan sobre enlaces C-N4.4.x - Actúan sobre enlaces C-S4.5.x - Actúan sobre enlaces C-Haluro (S-, Cl-, Br-, I- At-)4.6.x - Actúan sobre enlaces P-O4.99.x - Otras liases

CLASIFICACIÓN DE LAS LIASAS

Aplicaciones: Pectato liasa – Remueve los compuestos indeseables (ceras, pectinas, proteínas) en fibras en la industria textil –

“bioscouring”

Catalizan reacciones de isomerización moleculares

GRUPO 5: ISOMERASAS

A B

Ejemplo:

Glucosa isomerasa (EC 5.3.1.5)

5.1.x - Rasemasas y Epimerasas5.2.x - cis-Trans-Isomerasas5.3.x - Oxidoreductasas Intramolecular5.4.x - Transferasas Intramoleculares (mutases)5.5.x - Liasas Intramoleculares5.99.x - Otras Isomerasas

CLASIFICACIÓN DE LAS ISOMERASAS

Catalizan la unión de dos grupos químicos a expensasde la hidrólisis de un nucleótido trifosfato (ATP, GTP, etc.).

A + B + ATP A-B + ADP + Pi

GRUPO 6: LIGASAS

Ejemplo: Glutationa sintasa (EC 6.2.2.3)

Nombre sistémico:G-L-glutamilo-L-cisteina:glicina ligase

CLASIFICACIÓN DE LAS LIGASAS

6.1.x - Forman enlaces C-O6.2.x - Forman enlaces C-S6.3.x - Forman enlaces C-N6.4.x - Forman enlaces C-C6.5.x - Forman enlaces ésteres fosfóricos6.6.x - Actúan sobre enlaces N-metal

COENZIMAS

• Alterar la estructura tridimensional de una proteína o la unión del sustrato, o de ambas, activando la interacción de la enzima con su sustrato.

• Participar en la reacción total como otro sustrato.

• Su actuación es como donadora o aceptora de un grupo químico.– CO2– Grupo metilo (---CH3)– Grupo amino (---NH2)– OH, H+– electrones

El NAD es una coenzima aceptora de H

Sustrato oxidado

COENZIMAS SU FUNCIÓN Y RELACIÓN CON VITAMINAS

Coenzima Tipo de Reacción

Grupo Transferido

Precursor Vitamínico

Nicotinamida adeníndinucleótido (NAD+)

Óxido-reducción H (electrones) Niacina

Nicotinamida adeníndinucleótido fosfato (NADP+)

Óxido-reducción H (electrones) Niacina

Flavinadenindinucleótido (FAD) flavinmononucleótido (FMN)

Óxido-reducción H (electrones) Riboflavina

Coenzima Q -------

Coenzima A Activación y transferencia de grupos acilo

R- C = O Ácido pantoténico

Pirofosfato de tiamina Transferencia del grupo acilo

Tiamina

INHIBICIÓN COMPETITIVA

• La enzima succinato deshidrogenasa, que cataliza la conversión de ácido succínico a ácido fumárico.

• Es inhibida por el ácido malónico que tiene un grupo CH2 menos que el succínico.

• Muchas drogas quimioterapéuticas funcionan como inhibidores competitivos como las sulfas.

• Las sulfas se utilizan para contrarrestar las infecciones bacterianas.

• Se relacionan con el ácido para-aminobenzoico (PABA), precursor de la biosíntesis microbiana del ácido fólico.

• La sulfa inhibe el paso enzimático que incorpora PABA en la producción de ácido fólico.– Alopurinol para tratar la gota.– Fluorouracilo para tratar el cáncer.

INHIBICIÓN IRREVERSIBLE

• La penicilina es un antibiótico de amplio uso.

• Inhibe las enzimas implicadas en el

ensamblaje de la pared celular bacteriana.

• Las células que carecen de pared celular

(protoplastos) se lisan muy fácilmente.

• La enzima clave es convertida a una forma EI

inactiva.

ZIMÓGENOS (PROENZIMA)

• Es el precursor inactivo de las proteínas que se sintetizan inactivas.

• Una vez secretadas de la célula se convierten en la forma activa.

• La activación implica la modificación de su nivel primario de estructura con una resultante alteración en la estructura tridimensional del polipéptido remanente.

• los zimógenos son inactivos porque carecen de sitio activo.

• Los residuos catalíticos están presentes pero no apropiadamente alineados.

• La ruptura de uniones peptídicas causa nuevas interacciones de los grupos R produciendo nuevas conformaciones y los sitios activos toman nuevas posiciones.

TRIPSINA Y QUIMOTRIPSINA

• Las enzimas que digieren proteínas TRIPSINA y QUIMOTRIPSINA catalizan la degradación de las proteínas ingeridas a sus aminoácidos constituyentes, que son luego absorbidos a partir del intestino hacia el torrente sanguíneo.

• Los precursores inactivos TRIPSINÓGENO Y QUIMOTRIPSINÓGENO se sintetizan en el páncreas.

• La inactivación del tripsinógeno y del quimotripsinógeno es crucial para el buen mantenimiento de las células que sintetizan estas enzimas digestivas.

• Si se produjeran en forma activa dentro de la célula, sería potencialmente autodestructivo, ya que cualquier célula podría ser blanco de su acción.

• PANCREATITIS liberación temprana de tripsina y quimotripsina en el páncreas.

ALGUNAS ENZIMAS REQUIEREN METALES PARA MEJORAR SU ACTIVIDAD

ISOENZIMAS O ISOZIMAS

• Son formas moleculares diferentes de una misma enzima.

• Catalizan la misma reacción

Ejemplo: Lactato deshidrogenasa

Lactato + NAD ==== Piruvato + NADH

• Se diferencian por su movilidad electroforética.

• Usadas en clínica: sueros normales y sueros con alguna patología