Definición.Definición.

Una enzima es una proteína producida por las células Una enzima es una proteína producida por las células que cataliza las reacciones químicas en el espacio que cataliza las reacciones químicas en el espacio intracelular o extracelular para que se produzcan a una intracelular o extracelular para que se produzcan a una velocidad útil en condiciones fisiológicas, sin verse velocidad útil en condiciones fisiológicas, sin verse alterada ella misma en el proceso global. La mayor parte alterada ella misma en el proceso global. La mayor parte de los catalizadores biológicos son las enzimas, aunque de los catalizadores biológicos son las enzimas, aunque no todos ellos son proteínas en el caso de las no todos ellos son proteínas en el caso de las ribozimasribozimas. . Las sustancias sobre las cuales actúan las enzimas Las sustancias sobre las cuales actúan las enzimas reciben el nombre genérico de reciben el nombre genérico de sustratossustratos; la especificidad ; la especificidad de una enzima le permite distinguir con gran selectividad de una enzima le permite distinguir con gran selectividad entre diferentes sustancias y aún entre isómeros ópticos. entre diferentes sustancias y aún entre isómeros ópticos. Ej. la Ej. la glucoquinasa glucoquinasa enzima que cataliza una reacción de enzima que cataliza una reacción de fosforilación de D-glucosa, no actúa frente a L-glucosa.fosforilación de D-glucosa, no actúa frente a L-glucosa.

Características Generales.Características Generales.

Aumentan la velocidad de las reacciones químicas en las Aumentan la velocidad de las reacciones químicas en las que participan.que participan.Son más efectivas que los catalizadores inorgánicos, Son más efectivas que los catalizadores inorgánicos, debido a que las enzimas muestran una mayor debido a que las enzimas muestran una mayor especificidad.especificidad.Aunque participan en el proceso de la reacción no se Aunque participan en el proceso de la reacción no se modifican por ésta, no forman parte de los productos modifican por ésta, no forman parte de los productos finales ni se desgastan en el proceso.finales ni se desgastan en el proceso.Los catalizadores disminuyen la energía de activación, Los catalizadores disminuyen la energía de activación, aumentando la velocidad del proceso pero no afectan la aumentando la velocidad del proceso pero no afectan la constante de equilibrio de una reacción.constante de equilibrio de una reacción.

Enzimas como Catalizadores.Enzimas como Catalizadores.Qué hace un catalizador?Qué hace un catalizador?

Un catalizador reduce la barrera de energía para una Un catalizador reduce la barrera de energía para una reacción ∆reacción ∆GGºº‡‡, con lo que aumenta la fracción de , con lo que aumenta la fracción de moléculas que tienen la energía suficiente para moléculas que tienen la energía suficiente para alcanzar el estado de transición y hacer que la alcanzar el estado de transición y hacer que la reacción vaya más rápida en ambas direcciones. Este reacción vaya más rápida en ambas direcciones. Este no tiene efecto alguno sobre la posición de equilibrio.no tiene efecto alguno sobre la posición de equilibrio.Modifican la velocidad de los procesos (parámetro Modifican la velocidad de los procesos (parámetro cinético). así pues, la energía libre ∆cinético). así pues, la energía libre ∆GGºº no se modifica no se modifica como tampoco la constante de equilibrio como tampoco la constante de equilibrio K. K. (parámetro (parámetro termodinámico).termodinámico).

Efecto de un Catalizador Sobre Efecto de un Catalizador Sobre la Energía Libre de Activación.la Energía Libre de Activación.

Importancia de los Estados Importancia de los Estados Intermediarios.Intermediarios.

Poder Catalít ico de las Poder Catalít ico de las Enzimas.Enzimas.

Una enzima une una molécula de sustrato (o, en Una enzima une una molécula de sustrato (o, en algunos casos, varios sustratos) en una región de la algunos casos, varios sustratos) en una región de la enzima denominada enzima denominada lugar activolugar activo , este es con , este es con frecuencia un bolsillo o una hendidura rodeada por frecuencia un bolsillo o una hendidura rodeada por cadenas laterales de aa que facilitan la unión del cadenas laterales de aa que facilitan la unión del sustrato o por otras cadenas laterales que intervienen sustrato o por otras cadenas laterales que intervienen en la catálisis. La compleja estructura terciaria de las en la catálisis. La compleja estructura terciaria de las enzimas hace posible que en este bolsillo se ajuste el enzimas hace posible que en este bolsillo se ajuste el sustrato de manera muy estrecha, lo cual explica la sustrato de manera muy estrecha, lo cual explica la extraordinaria especificidad de la catálisis enzimática.extraordinaria especificidad de la catálisis enzimática.

Principios y Ejemplos.Principios y Ejemplos.

Modelo de cerradura-l laveModelo de cerradura-l lave : : (Propuesto por Emil (Propuesto por Emil Fischer, bioquímico alemán en 1894) En este primer Fischer, bioquímico alemán en 1894) En este primer modelo, el lugar activo de la enzima ajusta el sustrato de la modelo, el lugar activo de la enzima ajusta el sustrato de la misma manera que una cerradura a una llave, por lo tanto misma manera que una cerradura a una llave, por lo tanto debe haber complementariedad.debe haber complementariedad.

Modelo del ajuste inducidoModelo del ajuste inducido : : (Propuesto por(Propuesto por Daniel Daniel Koshland en 1958) Es un perfeccionamiento del modelo de Koshland en 1958) Es un perfeccionamiento del modelo de cerradura-llave, tanto la enzima como el sustrato sufren una cerradura-llave, tanto la enzima como el sustrato sufren una distorsión o un cambio en su estructura al unirse. El distorsión o un cambio en su estructura al unirse. El sustrato es forzado a adoptar una conformación que se sustrato es forzado a adoptar una conformación que se aproxima al estado de transición; la enzima mantiene el aproxima al estado de transición; la enzima mantiene el sustrato en tensión. Continúa siendo el modelo más sustrato en tensión. Continúa siendo el modelo más aceptado para la catálisis enzimática.aceptado para la catálisis enzimática.

Dos Modelos de la Interacción Dos Modelos de la Interacción Enzima-Sustrato.Enzima-Sustrato.

Hipótesis del Ajuste Inducido.Hipótesis del Ajuste Inducido.

El ajuste inducido implica la distorsión de la enzima, El ajuste inducido implica la distorsión de la enzima, así como la del sustrato. Esta distorsión puede ser así como la del sustrato. Esta distorsión puede ser local o puede comportar un cambio importante de la local o puede comportar un cambio importante de la conformación enzimática. Una visualización gráfica de conformación enzimática. Una visualización gráfica de esta distorsión puede observarse con la enzima esta distorsión puede observarse con la enzima hexoquinasahexoquinasa, que cataliza la fosforilación de la glucosa , que cataliza la fosforilación de la glucosa a glucosa-6-fosfato en el primer paso de la ruta a glucosa-6-fosfato en el primer paso de la ruta metabólica denominada glucólisis, donde la unión de la metabólica denominada glucólisis, donde la unión de la glucosa hace que dos dominios de la enzima se glucosa hace que dos dominios de la enzima se plieguen uno hacia el otro con lo que se cierra la plieguen uno hacia el otro con lo que se cierra la hendidura del lugar de unión alrededor del sustrato.hendidura del lugar de unión alrededor del sustrato.

Cambio Conformacional Cambio Conformacional Inducido en la Hexoquinasa.Inducido en la Hexoquinasa.

Química de las Enzimas.Química de las Enzimas.

Todas las enzimas son proteínas, sin embargo se han Todas las enzimas son proteínas, sin embargo se han aislado moléculas de ácido ribonucleico (RNA) con aislado moléculas de ácido ribonucleico (RNA) con actividad catalítica, las llamadas actividad catalítica, las llamadas ribozimasribozimas. Las . Las técnicas actualmente disponibles para el estudio de técnicas actualmente disponibles para el estudio de macromoléculas han permitido conocer con exactitud macromoléculas han permitido conocer con exactitud la estructura de numerosas enzimas y constituir la estructura de numerosas enzimas y constituir modelos precisos de las mismas. Este tipo de modelos precisos de las mismas. Este tipo de conocimiento arroja luz acerca del mecanismo de la conocimiento arroja luz acerca del mecanismo de la acción enzimática. Algunas enzimas están constituidas acción enzimática. Algunas enzimas están constituidas sólo por aa. Las sólo por aa. Las hidrolasashidrolasas son proteínas simples. son proteínas simples. Existen enzimas formadas por asociación de varias Existen enzimas formadas por asociación de varias subunidades o cadenas polipeptídicas , es decir, son subunidades o cadenas polipeptídicas , es decir, son oligómeros. Frecuentemente las relaciones mutuas oligómeros. Frecuentemente las relaciones mutuas entre las subunidades constituyentes tienen entre las subunidades constituyentes tienen importancia funcional.importancia funcional.

Mecanismos Generales de la Mecanismos Generales de la Acción Enzimática.Acción Enzimática.

A menudo encontramos cadenas laterales de aa A menudo encontramos cadenas laterales de aa específicos colocados en los lugares adecuados específicos colocados en los lugares adecuados para facilitar el propio proceso catalítico. En muchos para facilitar el propio proceso catalítico. En muchos casos estas cadenas laterales son grupos ácidos o casos estas cadenas laterales son grupos ácidos o básicos que pueden impulsar la adición o eliminación básicos que pueden impulsar la adición o eliminación de protones. En otros casos, la enzima contiene un de protones. En otros casos, la enzima contiene un ión metálico en la posición exacta para participar en ión metálico en la posición exacta para participar en la catálisis.la catálisis.

Función EnzimáticaFunción Enzimática : :

• Une el sustrato o los sustratos,Une el sustrato o los sustratos,• Reduce la energía del estado de transición e,Reduce la energía del estado de transición e,• Impulsa directamente el suceso catalítico.Impulsa directamente el suceso catalítico.

Combinación de Enzima y Combinación de Enzima y Sustrato.Sustrato.

Cuando el proceso catalílico se ha completado, la Cuando el proceso catalílico se ha completado, la enzima debe ser capaz de liberar el producto o los enzima debe ser capaz de liberar el producto o los productos y volver a su estado original, para estar productos y volver a su estado original, para estar preparada para un nuevo ciclo de catálisis. Para una preparada para un nuevo ciclo de catálisis. Para una enzima (E) que cataliza la conversión de un único enzima (E) que cataliza la conversión de un único sustrato (S) en un único producto (P).sustrato (S) en un único producto (P).

La forma más sencilla de escribir la reacción global es La forma más sencilla de escribir la reacción global es en dos pasos:en dos pasos:

S + ES + E ↔ ↔ ESESES ES → E + P→ E + P

En la primera reacción (el paso de unión) es En la primera reacción (el paso de unión) es reversible, la segunda (o paso catalítico), es reversible, la segunda (o paso catalítico), es irreversible.irreversible.

Efecto de la Concentración de Efecto de la Concentración de Sustrato Sobre la Velocidad de Sustrato Sobre la Velocidad de Reacción.Reacción.

Coenzimas y Grupos Coenzimas y Grupos Prostéticos.Prostéticos.

Una proteína puede requerir la ayuda de alguna otra Una proteína puede requerir la ayuda de alguna otra molécula o ión pequeño para llevar a cabo la reacción. molécula o ión pequeño para llevar a cabo la reacción. Las moléculas que se unen a las enzimas con este fin Las moléculas que se unen a las enzimas con este fin se denominan coenzimas. Como las enzimas, las se denominan coenzimas. Como las enzimas, las coenzimas no se modifican de manera irreversible coenzimas no se modifican de manera irreversible durante la catálisis; o bien no se modifican o bien se durante la catálisis; o bien no se modifican o bien se regeneran. Cada tipo de coenzima tiene una función regeneran. Cada tipo de coenzima tiene una función química concreta. Algunas son agentes de oxidación – química concreta. Algunas son agentes de oxidación – reducción, otros facilitan la transferencia de grupos, reducción, otros facilitan la transferencia de grupos, etc. de hecho, si consideramos los electrones como etc. de hecho, si consideramos los electrones como “grupos” a transferir, podemos pensar que todas las “grupos” a transferir, podemos pensar que todas las coenzimas intervienen en procesos de tansferencia. El coenzimas intervienen en procesos de tansferencia. El número de coenzimas importantes es limitado, pero número de coenzimas importantes es limitado, pero cada una de ellas puede estar asociada con muchas cada una de ellas puede estar asociada con muchas enzimas diferentes.enzimas diferentes.

Coenzimas y vitaminas.Coenzimas y vitaminas.

Las vitaminas son moléculas orgánicas Las vitaminas son moléculas orgánicas esenciales para los procesos biológicos de los esenciales para los procesos biológicos de los organismos superiores, pero que no pueden organismos superiores, pero que no pueden sintetizarte por estos organismos. En algún sintetizarte por estos organismos. En algún momento de la evolución se perdió la momento de la evolución se perdió la capacidad de sintetizar estas sustancias, por capacidad de sintetizar estas sustancias, por lo que los organismos superiores han de lo que los organismos superiores han de obtener ahora de los alimentos. Muchas de las obtener ahora de los alimentos. Muchas de las coenzimas están estrechamente relacionadas coenzimas están estrechamente relacionadas con las vitaminas.con las vitaminas.

Coenzimas, Vitaminas y Coenzimas, Vitaminas y Metales Esenciales.Metales Esenciales.

CoenzimaCoenzima VitaminaVitamina Tipo de ReacciónTipo de ReacciónNicotinamida adenín dinucleótico (NAD+) Niacina Oxidación-Reducción

Nicotinamida adenín dinucleótido fosfato (NADP+) Niacina Oxidación-Reducción

Flavín adenín dinucleótido (FAD); Flavín dinucleótido (FMN)

Riboflavina (Vit. B2) Oxidación-Reducción

Coenzima Q Oxidación-Reducción

Grupos hemínicos del citocromo Oxidación-Reducción

Coenzima A Ácido Pantoténico Activación y transferencia de grupos acilo

Ácido Lipoico Ácido Lipoico Transferencia de grupos acilo

Tiamina pirofosfato Tiamina (Vit. B1) Transferencia de grupos acilo

Biotina Biotina Fijación de CO2

Piridoxal fosfato Piridoxal Transaminación de aa y otras reacciones

Ácido tetrahidrofólico Ácido Fólico Metabolismo de fragmentos de un átomo de Carbono

Coenzimas de la cobalamina Vitamina B12 Especializadas

Nucleótidos trifosfatos; Adenosíntrifosfato (ATP) Fosforilación y activación deO║

− C −

Uridín trifosfato (UTP) Biosíntesis e interconversión de carbohidratos

Citidín trifosfato (CTP) Biosíntesis de fosfolípidos

Centro Activo o Sit io Activo.Centro Activo o Sit io Activo.

Sitio de unión.Sit io de unión. Aa que hacen que el sustrato Aa que hacen que el sustrato se mantenga fijado.se mantenga fijado.Sit ios catalít icos.Sit ios catalít icos. Son cadenas laterales Son cadenas laterales que contribuyen a acelerar la velocidad de la que contribuyen a acelerar la velocidad de la reacción, aa que participan directamente en la reacción, aa que participan directamente en la catálisiscatálisisAa con OH.Aa con OH. Predilectos del sitio catalítico, Predilectos del sitio catalítico, con ellos el más reactivo serina (serina, con ellos el más reactivo serina (serina, treonina, tirosina)treonina, tirosina)

Sitio Catalít ico de una Enzima.Sitio Catalít ico de una Enzima.

Centros Alostéricos y Centros Alostéricos y Regulación de la Actividad Regulación de la Actividad Enzimática.Enzimática.las enzimas están dispuestas en “líneas de las enzimas están dispuestas en “líneas de ensamblaje” para llevar a cabo los pasos ensamblaje” para llevar a cabo los pasos secuenciales necesarios en una ruta secuenciales necesarios en una ruta metabólica, por eso es necesaria una metabólica, por eso es necesaria una coordinación y regulacióncoordinación y regulación para hacer que para hacer que estas funcionen eficientemente. La eficiencia estas funcionen eficientemente. La eficiencia con la que las enzimas individuales actúan ha con la que las enzimas individuales actúan ha de controlarse de una forma que refleje la de controlarse de una forma que refleje la disponibilidad de los sustratos, la utilización de disponibilidad de los sustratos, la utilización de los productos y las necesidades generales de los productos y las necesidades generales de la célula.la célula.

Control a Nivel de Sustrato.Control a Nivel de Sustrato.

Parte de la regulación enzimática que esta dada por la Parte de la regulación enzimática que esta dada por la interacción directa de los S y los P de cada reacción interacción directa de los S y los P de cada reacción catalizada enzimáticamente con la propia enzima. Está catalizada enzimáticamente con la propia enzima. Está relacionado con la cinética de la acción enzimática el relacionado con la cinética de la acción enzimática el cual a mayor concentración de un S, más rápidamente cual a mayor concentración de un S, más rápidamente se produce una reacción, al menos hasta que se llega se produce una reacción, al menos hasta que se llega a la saturación de la enzima. Y a la inversa, las a la saturación de la enzima. Y a la inversa, las concentraciones elevadas de P, que pueden unirse concentraciones elevadas de P, que pueden unirse también a la enzima, tienden a inhibir la conversión del también a la enzima, tienden a inhibir la conversión del S en P. por lo que respecta a la reacción deseada S en P. por lo que respecta a la reacción deseada metabólicamente, el P puede actuar como inhibidor metabólicamente, el P puede actuar como inhibidor competitivo. Ej.competitivo. Ej.

Control por Retroacción Control por Retroacción o Feed-Back. o Feed-Back.

La inhibición se realiza sobre la E1 de una reacción enzimática La inhibición se realiza sobre la E1 de una reacción enzimática compleja a manera de evitar la acumulación de P.compleja a manera de evitar la acumulación de P.

A es el reactivo inicial o materia prima; B, C y D son productos A es el reactivo inicial o materia prima; B, C y D son productos intermediarios; y E es el producto final. El P se utilizará intermediarios; y E es el producto final. El P se utilizará probablemente en otra ruta, de igual manera la “materia prima” probablemente en otra ruta, de igual manera la “materia prima” puede participar también de algún otro conjunto de procesos. La puede participar también de algún otro conjunto de procesos. La célula puede controlar la generación del P final mediante la célula puede controlar la generación del P final mediante la acitvación acitvación o la inhibición o la inhibición ..

Enzimas Alostéricas.Enzimas Alostéricas.

Las enzimas alostéricas son invariablemente Las enzimas alostéricas son invariablemente proteínas con múltiples lugares activos. Presentan proteínas con múltiples lugares activos. Presentan cooperatividad de unión del sustrato cooperatividad de unión del sustrato (homoalosterismo) y una regulación de su actividad (homoalosterismo) y una regulación de su actividad por otras moléculas efectoras (heteroalosterismo).por otras moléculas efectoras (heteroalosterismo).

Moduladores:Moduladores:PositivosPositivos→→ se unen a la E alostérica y la activan. se unen a la E alostérica y la activan.Negativos Negativos → se unen a la E y disminuyen su → se unen a la E y disminuyen su actividad, la inhiben.actividad, la inhiben.No todas las enzimas son alostéricas.No todas las enzimas son alostéricas.

Efecto de la Unión del Sustrato Efecto de la Unión del Sustrato Sobre la Cinética Enzimática.Sobre la Cinética Enzimática.

(a) Comparación entre las curvas V frente a [S] para una enzima no cooperativa y una enzima alostérica con unión cooperativa.

(b) Representaciones de Lineweaver-Burk correspondiente a la curva de unión cooperativa que se muestra en (a)

Modificaciones Covalentes Modificaciones Covalentes Util izadas Para la Actividad Util izadas Para la Actividad Enzimática.Enzimática.Otra forma de regulación alostérica que puede ser Otra forma de regulación alostérica que puede ser reversible y no reversible. Ej.reversible y no reversible. Ej.Fosfori laciones:Fosfori laciones: el P se introduce en los OH de la el P se introduce en los OH de la serina, treonina o tirosina; estas activan o inhiben.serina, treonina o tirosina; estas activan o inhiben.La E que introduce el P: quinasaLa E que introduce el P: quinasaLa E que saca el P: fosfatasasLa E que saca el P: fosfatasasAdenilaciones:Adenilaciones: La E introduce adenilato proveniente La E introduce adenilato proveniente del ATP en el OH del sustrato formándose PP en el del ATP en el OH del sustrato formándose PP en el grupo OH.grupo OH.ADP ribosilaciones:ADP ribosilaciones: Se introduce en la En un ADP Se introduce en la En un ADP ribosilo en un grupo NHribosilo en un grupo NH2 2 en una arginina o histidina.en una arginina o histidina.Las enzimas que presentan cinética sigmoidea (curva Las enzimas que presentan cinética sigmoidea (curva de Michaelis-Menten) son enzimas cooperativas. de Michaelis-Menten) son enzimas cooperativas. Pueden ser positivas o negativas.Pueden ser positivas o negativas.

Especificidad EnzimáticaEspecificidad Enzimática

La figura muestra la forma en que la superficie asimétrica La figura muestra la forma en que la superficie asimétrica de una enzima puede conferir estereoespecificidad a la de una enzima puede conferir estereoespecificidad a la reacción de un sustrato simétrico. Puesto que las dos reacción de un sustrato simétrico. Puesto que las dos caras caras nono son equivalentes en el entorno asimétrico de una son equivalentes en el entorno asimétrico de una enzima. Estas consideraciones subyacen en la alta enzima. Estas consideraciones subyacen en la alta estereoespecificidad de muchas reacciones catalizadas por estereoespecificidad de muchas reacciones catalizadas por enzimas a diferencia de lo que ocurre en los procesos no enzimas a diferencia de lo que ocurre en los procesos no enzimáticos.enzimáticos.

Iones Activadores Específicos.Iones Activadores Específicos.

Muchas enzimas contienen iones metálicos, que Muchas enzimas contienen iones metálicos, que generalmente se mantienen unidos mediante enlaces generalmente se mantienen unidos mediante enlaces covalentes coordinados con las cadenas laterales de covalentes coordinados con las cadenas laterales de los aa, aunque a veces se unen mediante un grupo los aa, aunque a veces se unen mediante un grupo prostético como el hemo. Estas enzimas se denomina prostético como el hemo. Estas enzimas se denomina MetaloenzimasMetaloenzimas. Los iones actúan de una forma muy . Los iones actúan de una forma muy parecida a las coenzimas, confiriendo a la parecida a las coenzimas, confiriendo a la metaloenzima una propiedad que no poseería en su metaloenzima una propiedad que no poseería en su ausencia. Las funciones de estos iones son diversas. ausencia. Las funciones de estos iones son diversas. En otras muchas reacciones enzimaticas son En otras muchas reacciones enzimaticas son necesarios determinados iones para la eficiencia necesarios determinados iones para la eficiencia catalítica, a pesar de que puedan no permanecer catalítica, a pesar de que puedan no permanecer unidos de manera permanente a la proteína ni unidos de manera permanente a la proteína ni desempeñar un papel directo en el proceso catalítico.desempeñar un papel directo en el proceso catalítico.

Metales y Elementos Metales y Elementos Importantes Como Cofactores Importantes Como Cofactores Enzimáticos.Enzimáticos.

MetalMetal Ejemplo de enzimaEjemplo de enzima Función del metalFunción del metal

Fe Citocromo Oxidasa Oxidación-Reducción

Cu Ácido Ascórbico Oxidasa Oxidación-Reducción

Zn Alcohol Deshidrogenasa Facilita la unión del NAD+

Mn Histidina Amoniaco Liasa Facilita la catálisis mediante extracción de electrones

Co Glutamato Mutasa El Co forma parte de la enzima cobalamina

Ni Ureasa Lugar catalítico

Mo Xantina Oxidasa Oxidación-Reducción?

V Nitrato Reductasa Oxidación-Reducción?

Se Glutatión Peroxidasa Sustituye el S en una cisteína del lugar activo

Zimógenos, Isozimas o Zimógenos, Isozimas o Lisozimas.Lisozimas.

Zimógenos: Zimógenos: Son formas inactivas de las Enzimas (precursores – pre o Son formas inactivas de las Enzimas (precursores – pre o proenzimas)proenzimas)Ej. Proelastasa, tripsinógeno (enteropeptidasa que rompe un hexapeptido Ej. Proelastasa, tripsinógeno (enteropeptidasa que rompe un hexapeptido en el extremo amino terminal), procarboxipeptidasa, quimotripsinógeno.en el extremo amino terminal), procarboxipeptidasa, quimotripsinógeno.Se activan por medio de una tripsina (con inhibidor competitivo de Se activan por medio de una tripsina (con inhibidor competitivo de interacción más fuerte conocida) mediante la rotura proteolítica parcial interacción más fuerte conocida) mediante la rotura proteolítica parcial (donde los enlaces se rompen) (donde los enlaces se rompen) Ej. La vía intrínseca de la coagulación: es una cascada de activaciones Ej. La vía intrínseca de la coagulación: es una cascada de activaciones covalentes, el cual el resultado común es la activación del fibrinógeno o covalentes, el cual el resultado común es la activación del fibrinógeno o fibrina coagulante.fibrina coagulante.

Endopeptidasa: Endopeptidasa: Tripsinógeno → tripsinaTripsinógeno → tripsina Pepsinógeno → PepsinaPepsinógeno → Pepsina

Exopeptidasa: Exopeptidasa: Quimotripsinógeno → QuimotripsinaQuimotripsinógeno → Quimotripsina Procarboxipeptidasa → CarboxipeptidasaProcarboxipeptidasa → Carboxipeptidasa

Isozimas o Lisozimas: Isozimas o Lisozimas: Son enzimas de distinta forma molecular o Son enzimas de distinta forma molecular o estructura. Ej. LDH enzima láctico deshidrogenasa (tetrámero de cadena estructura. Ej. LDH enzima láctico deshidrogenasa (tetrámero de cadena M4 predominante en el cerebro o H4 en el músculo).M4 predominante en el cerebro o H4 en el músculo).

Activación de Zimógenos Activación de Zimógenos Mediante Ruptura Proteolít ica.Mediante Ruptura Proteolít ica.

Proceso en Cascada de la Proceso en Cascada de la Coagulación de la Sangre.Coagulación de la Sangre.

Factores que Modifican la Factores que Modifican la Velocidad de las Reacciones Velocidad de las Reacciones Enzimáticas.Enzimáticas.

Temperatura.Temperatura. la velocidad de las reacciones químicas la velocidad de las reacciones químicas aumentan con el aumento de la temperatura. El calor excesivo aumentan con el aumento de la temperatura. El calor excesivo lleva a la desnaturalización. La gran mayoría de las enzimas se lleva a la desnaturalización. La gran mayoría de las enzimas se desnaturalizan a 70° C.desnaturalizan a 70° C.Concentración de iones HConcentración de iones H ++ - PH. - PH. La acción enzimática La acción enzimática necesita un PH óptimo, el PH cambia el carácter de los aa. Ej. necesita un PH óptimo, el PH cambia el carácter de los aa. Ej. Pepsina PH=1, Fosfatasa alcalina PH=9.3, Fosfatasa ácida Pepsina PH=1, Fosfatasa alcalina PH=9.3, Fosfatasa ácida PH=5.PH=5.Concentración de Cationes.Concentración de Cationes. Algunas enzimas necesitan la Algunas enzimas necesitan la ayuda de iones para poder llevar a cabo su función, la falla o ayuda de iones para poder llevar a cabo su función, la falla o exceso del catión puede llegar a disminuir o impedir la acción de exceso del catión puede llegar a disminuir o impedir la acción de la enzima.la enzima.Concentración de la enzima.Concentración de la enzima. Si aumenta la concentración Si aumenta la concentración de la enzima aumenta la velocidad de la acción enzimática. Si de la enzima aumenta la velocidad de la acción enzimática. Si aumenta la cantidad de sustrato, la velocidad depende de la aumenta la cantidad de sustrato, la velocidad depende de la cantidad de enzimas existentes.cantidad de enzimas existentes.Concentración de sustrato.Concentración de sustrato. A cantidad fija de enzimas la A cantidad fija de enzimas la velocidad de reacción depende de la concentración de sustratos. velocidad de reacción depende de la concentración de sustratos. Una cantidad inicial mayor de sustrato aumenta la velocidad de Una cantidad inicial mayor de sustrato aumenta la velocidad de reacción hasta un punto en que la enzima se satura (Vreacción hasta un punto en que la enzima se satura (Vmaxmax).).

Inhibición de la Actividad Inhibición de la Actividad Enzimática.Enzimática.Muchos tipos diferentes de moléculas inhiben las Muchos tipos diferentes de moléculas inhiben las enzimas, y actúan de diversas formas. Debe enzimas, y actúan de diversas formas. Debe establecerse una distinción importante entre la establecerse una distinción importante entre la inhibición reversibleinhibición reversible y la y la inhibición irreversibleinhibición irreversible . . La primera comporta una unión La primera comporta una unión no covalente no covalente del del inhibidor que siempre puede revertirse, al menos en inhibidor que siempre puede revertirse, al menos en principio, mediante la eliminación del inhibidor. En principio, mediante la eliminación del inhibidor. En algunos casos, la unión no covalente puede ser tan algunos casos, la unión no covalente puede ser tan fuerte que fuerte que parece parece irreversible en condiciones irreversible en condiciones fisiológicas. En cambio, en la inhibición irreversible, fisiológicas. En cambio, en la inhibición irreversible, una molécula se une de forma una molécula se une de forma covalentecovalente a la enzima y a la enzima y la incapacita realmente. La inhibición irreversible se la incapacita realmente. La inhibición irreversible se observa con frecuencia en la acción de toxinas observa con frecuencia en la acción de toxinas específicas y venenos, muchos de los cuales pueden específicas y venenos, muchos de los cuales pueden causar la muerte al incapacitar enzimas claves.causar la muerte al incapacitar enzimas claves.

Inhibición Reversible.Inhibición Reversible.

Los diversos modos de inhibición reversible implican Los diversos modos de inhibición reversible implican todos ellos la unión no covalente de un inhibidor a la todos ellos la unión no covalente de un inhibidor a la enzima, pero difieren en los mecanismos por medio enzima, pero difieren en los mecanismos por medio de los cuales reducen la actividad enzimática y en la de los cuales reducen la actividad enzimática y en la forma en que afectan la cinética de la reacción.forma en que afectan la cinética de la reacción.

Este t ipo de inhibición puede ser:Este t ipo de inhibición puede ser: Inhibición Inhibición competitivacompetitiva e e Inhibición no competitiva.Inhibición no competitiva.

Inhibición por Competencia.Inhibición por Competencia.

Ocurre cuando el Ocurre cuando el sustrato y el inhibidor sustrato y el inhibidor compiten para unirse al compiten para unirse al sitio activo de la enzima, sitio activo de la enzima, estos se parecen (El estos se parecen (El inhibidor y el sustrato inhibidor y el sustrato son análogos son análogos estructurales) y la estructurales) y la enzima se confunde enzima se confunde uniéndose al inhibidor. uniéndose al inhibidor. Esta inhibición se Esta inhibición se contrarresta aumentando contrarresta aumentando la concentración del la concentración del sustrato. sustrato.

Efectos de la Inhibición Efectos de la Inhibición Competit iva Sobre la Cinética Competit iva Sobre la Cinética Enzimática.Enzimática.

(a) Efecto de un inhibidor competitivo.

(b) Representaciones de Lineweaver-Burk de las reacciones que se muestran en (a).

(c) Determinación de KM y K1.

Inhibición Sin Competencia.Inhibición Sin Competencia.

En este tipo de En este tipo de inhibición, el inhibidor no inhibición, el inhibidor no compite con el sustrato compite con el sustrato debido a que no son debido a que no son análogos estructurales. análogos estructurales. El inhibidor puede unirse El inhibidor puede unirse a la enzima a un a la enzima a un segundo lugar de la segundo lugar de la superficie enzimática (no superficie enzimática (no el lugar activo) de tal el lugar activo) de tal manera que modifican la manera que modifican la KKcatcat. el sustrato también . el sustrato también puede unirse a la enzima puede unirse a la enzima pero la reacción no se pero la reacción no se procesa.procesa.

Efectos De La Inhibición No Efectos De La Inhibición No Competit iva Sobre La Cinética Competit iva Sobre La Cinética Enzimática.Enzimática.

(a) Efecto de un inhibidor no competitivo.

(b) Representaciones de Lineweaver-Burk de las reacciones que se muestran en (a).

(c) Determinación de K1 y de la Vmax sin inhibición que nos proporciona Kcat.

Inhibición Irreversible.Inhibición Irreversible.

Algunas sustancias se combinan de forma Algunas sustancias se combinan de forma covalente covalente con las enzimas y las inactivan de con las enzimas y las inactivan de manera irreversible. Casi todos los manera irreversible. Casi todos los inhibidores enzimáticos irreversibles inhibidores enzimáticos irreversibles son sustancias tóxicas, naturales o sintéticas. son sustancias tóxicas, naturales o sintéticas. En la mayoría de los casos estas sustancias En la mayoría de los casos estas sustancias reaccionan con algún grupo funcional del lugar reaccionan con algún grupo funcional del lugar activo para bloquear el lugar del sustrato o activo para bloquear el lugar del sustrato o para dejarlo catalíticamente inactivo.para dejarlo catalíticamente inactivo.

Inhibidores Enzimáticos Inhibidores Enzimáticos Irreversibles.Irreversibles.

NombreNombre OrigenOrigen Modo de acciónModo de acción

Cianuro Almendras amargas Reacciona con iones metálicos de enzimas (Fe, Zn, Cu)

Diisopropil fluorofosfato (DFP) Sintético

Inhibe enzimas con serina en el lugar activo, como la acetilcolinesterasa

Sarín Sintético (gas nervioso) Como el DFP

N-Tosil-L-Fenil-alaninaclorometil cetona (TPCK)

SintéticoReacciona con His 57 de la quimotripsina

Fisostigmina Semillas de Physostigmina venosum

Forma derivados acilo con la acetilcolinesterasa y otras enzimas

Paratión Sintético (insecticida) Inhibición de la acetilcolinesterasa

Penicilina Del hongo PenicilliumInhibición de enzimas de la síntesis de la pared de la célula bacteriana

Clasif icación y Nomenclatura Clasif icación y Nomenclatura de las Enzimas.de las Enzimas.

Las enzimas se clasifican por el tipo Las enzimas se clasifican por el tipo de reacción y mecanismo. Con objeto de reacción y mecanismo. Con objeto de reducir la confusión, IUBMB ha de reducir la confusión, IUBMB ha diseñado un sistema lógico de diseñado un sistema lógico de denominación y numeración. Las denominación y numeración. Las enzimas se dividen en 6 grandes enzimas se dividen en 6 grandes clases con subgrupos u sub-clases con subgrupos u sub-subgrupos que definen sus funciones subgrupos que definen sus funciones con mayor precisión.con mayor precisión.

Las Principales Clases de Las Principales Clases de Enzimas son las Siguientes:Enzimas son las Siguientes:

ClaseClase FunciónFunción

1. Oxidorreductasas Catalizan reacciones de Oxidación-Reducción

2. Transferasas Catalizan transferencias de grupos funcionales de una molécula a otra

3. Hidrolasas Catalizan rupturas hidrolíticas

4. Liasas Catalizan eliminaciones de un grupo o adición de un grupo a un doble enlaces, u otras rupturas que implican un reordenamiento electrónico

5. Isomerasas Catalizan reordenamiento intramolecular

6. Ligasas Catalizan reacciones de las que se unen dos moléculas

Excepciones de la Excepciones de la Nomenclatura Enzimática.Nomenclatura Enzimática.

Amilasas Amilasas → → hidrólisis de hidrólisis de carbohidratoscarbohidratosCatalasas Catalasas → descomposición del → descomposición del

peroxido de hidrógeno peroxido de hidrógeno

Quimotripsina Quimotripsina → hidrólisis de proteínas→ hidrólisis de proteínas

Lisozima Lisozima → hidrólisis de carbohidratos→ hidrólisis de carbohidratos

Pepsina Pepsina → hidrólisis de proteínas→ hidrólisis de proteínas

Tilina Tilina → hidrólisis de carbohidratos→ hidrólisis de carbohidratos

Ejemplos de Cada una de las Ejemplos de Cada una de las Principales Clases de Enzimas.Principales Clases de Enzimas.

ClaseClase EjemploEjemplo Reacción CatalizadaReacción Catalizada

1. OxidorreductasasAlcohol deshidrogenasa(Oxidación con NAD+)

2. TransferasasHexoquinasa(Fosforilación)

3. HidrolasasCarboxipeptidasa A(Ruptura de enlaces peptídicos)

4. LiasasPiruvato descarboxilasa(descarboxilación)

5. IsomerasasMaleato isomerasa(Isomerización cis-trans)

6. LigasasPiruvato carboxilasa(Carboxilación)

Velocidad de reacción para una reacción Velocidad de reacción para una reacción simple catalizada enzimáticamente: Cinética simple catalizada enzimáticamente: Cinética de Michaelis-Menten.de Michaelis-Menten. La ecuación mínima para La ecuación mínima para describir una reacción simple con un sustrato y un describir una reacción simple con un sustrato y un producto, catalizada por una enzima es la siguiente:producto, catalizada por una enzima es la siguiente:

E + S E + S ↔ ES ↔ ES → E + P→ E + PLa formación catalítica del P, con regeneración de la La formación catalítica del P, con regeneración de la E, será pues una reacción simple de primer orden, y E, será pues una reacción simple de primer orden, y su velocidad vendrá determinada únicamente por la su velocidad vendrá determinada únicamente por la concentración de ES y el valor de concentración de ES y el valor de KK22. en consecuencia, . en consecuencia, podemos expresar la rapidez o velocidad de reacción, podemos expresar la rapidez o velocidad de reacción, definida como la velocidad de formación de los definida como la velocidad de formación de los productos, de la misma forma que hicimos en la productos, de la misma forma que hicimos en la ecuación. ecuación. V V = = KK2 2 [ES][ES]

Cinética de la catálisis Cinética de la catálisis enzimática.enzimática.

K1

K - 1

K2

Estado Estacionario en la Estado Estacionario en la Cinética Enzimática.Cinética Enzimática.

Cuando se inicia la reacción Cuando se inicia la reacción mezclando enzimas y sustratos, mezclando enzimas y sustratos, la la [ES] aumenta al principio, pero [ES] aumenta al principio, pero alcanza rápidamente un alcanza rápidamente un estado estado estacionarioestacionario, en el que se , en el que se mantiene casi constante que mantiene casi constante que persiste hasta que se haya persiste hasta que se haya consumido la mayor parte del consumido la mayor parte del sustrato. En el gráf.sustrato. En el gráf. muestra la muestra la manera en que varían a lo largo manera en que varían a lo largo del tiempo las del tiempo las [S], [E],[S], [E], [ES] y [P],[ES] y [P],tras un breve periodo inicial [ES] alcanza un estado estacionario en el tras un breve periodo inicial [ES] alcanza un estado estacionario en el

que ES se consume con una velocidad aprox. Igual a la de su que ES se consume con una velocidad aprox. Igual a la de su formación de manera que formación de manera que d [ES]d [ES]= 0= 0 dtdt

Significado de KSignif icado de K MM K K catcat y K y K catcat /K/K MM ..

KK MM Constante de Michaelis-Menten, se asocia a la Constante de Michaelis-Menten, se asocia a la afinidad de la enzima al sustrato en caso de una afinidad de la enzima al sustrato en caso de una reacción de dos pasos en el caso que reacción de dos pasos en el caso que KK22 es mucho más es mucho más pequeño que pequeño que K-1. K-1. generalmente se usa como medida de generalmente se usa como medida de concentración de sustrato necesaria para que se concentración de sustrato necesaria para que se produzca una catálisis eficaz.produzca una catálisis eficaz.KK ca tca t Medida de la producción catalítica de productores en Medida de la producción catalítica de productores en condiciones óptimas (enzimas saturadas). Número de condiciones óptimas (enzimas saturadas). Número de moléculas de sustratos recambiado por moléculas de moléculas de sustratos recambiado por moléculas de enzimas por segundo.enzimas por segundo.KK ca tca t /K/K MM Medida de la eficacia enzimática. Una Medida de la eficacia enzimática. Una KKcatcat/K/KMM elevada significa mayor afinidad al sustrato, no puede elevada significa mayor afinidad al sustrato, no puede seguir la ecuación de Michaelis-Menten porque tiene tres seguir la ecuación de Michaelis-Menten porque tiene tres pasos.pasos.

Ecuación de Michaelis-Menten.Ecuación de Michaelis-Menten.

V V == KK22 [E]t [S] [E]t [S]

KKM M + [S]+ [S]

≈≈

V = V = Vmax [S] Vmax [S] KKM M + [S]+ [S]

La ecuación se denomina La ecuación se denomina ecuación de Michaelis-ecuación de Michaelis-Menten y Menten y KK MM se llama se llama constante de Michaelisconstante de Michaelis . .

Representación de Representación de Lineweaver-Burk.Lineweaver-Burk.

1 1 == K KMM + + [S] [S] = = K KMM + + [S[S]__ ]__

V VV Vmaxmax[S] V[S] Vmaxmax[S] V[S] Vmaxmax[S][S] En esta representación En esta representación doble inversa, que doble inversa, que invierte la ecuación de invierte la ecuación de Michaelis-Menten para Michaelis-Menten para obtener una recta.obtener una recta.

Representación de Representación de Eadie-Hofstee.Eadie-Hofstee. V V == VVmax max _ _ V V

S S KKMM KKMMEn esta representación la En esta representación la alternativa es reordenar la alternativa es reordenar la ecuación.ecuación.

Reacciones con Múltiples Reacciones con Múltiples Sustratos.Sustratos.

La mayoría de las reacciones bioquímicas en el organismo La mayoría de las reacciones bioquímicas en el organismo catalizadas por enzimas comportan la reacción de dos o más catalizadas por enzimas comportan la reacción de dos o más sustratos, a menudo con la formación de múltiples productos.sustratos, a menudo con la formación de múltiples productos.Unión aleatoria de los sustratos. Unión aleatoria de los sustratos. Cualquiera de los sustratos Cualquiera de los sustratos puede ser el primero en unirse a la enzima, aunque en muchos puede ser el primero en unirse a la enzima, aunque en muchos casos se favorecerá la unión inicial de uno de los sustratos, y su casos se favorecerá la unión inicial de uno de los sustratos, y su unión puede promover luego la unión del otro. Ej. Fosforilación de unión puede promover luego la unión del otro. Ej. Fosforilación de la glucosa por el ATP.la glucosa por el ATP.

Reacciones con Múltiples Reacciones con Múltiples Sustratos.Sustratos.

Unión ordenada de los sustratos. Unión ordenada de los sustratos. Un sustrato debe unirse antes de Un sustrato debe unirse antes de que un segundo sustrato pueda unirse significativamente. Este que un segundo sustrato pueda unirse significativamente. Este mecanismo se observa a menudo en las oxidaciones de los sustratos por mecanismo se observa a menudo en las oxidaciones de los sustratos por la coenzima NADla coenzima NAD++..

Mecanismo “ping-pong”. Mecanismo “ping-pong”. A veces la secuencia de los sucesos de la A veces la secuencia de los sucesos de la catálisis es la siguiente. Se une un sustrato, se libera un producto, entra catálisis es la siguiente. Se une un sustrato, se libera un producto, entra un segundo sustrato y se libera un segundo producto. Aquí E* es una un segundo sustrato y se libera un segundo producto. Aquí E* es una forma modificada de la enzima, que a menudo lleva un fragmento de S1. forma modificada de la enzima, que a menudo lleva un fragmento de S1. Un buen Ej. Es la roptura de una cadena polipeptídica por una serina Un buen Ej. Es la roptura de una cadena polipeptídica por una serina proteasa.proteasa.