LOS BIOCATALIZADORES

Catalizadores

• Las células poseen compuestos químicos que controlan las reacciones que ocurren en su interior.

• La sustancia que controla la velocidad a la que ocurre una reacción química sin que la célula sufra daño alguno ni se destruya se conoce como un catalizador.

• Las enzimas son proteínas que actúan como catalizadores en las células.

Enzimas• Hacen posibles las reacciones,

disminuyendo la cantidad de energía de activación que se necesita.

• Controlan la velocidad a la que ocurre la reacción, para que la energía se libere lentamente.

• Permiten que las reacciones ocurran a unas temperaturas que no hagan daño al organismo.

¿Cuántas enzimas habrán en un organismo?

Enzimas y sustratos

• La sustancia sobre la cual actúa una enzima se conoce como sustrato.– El sustrato se convierte en uno o más productos nuevos.

• Las enzimas son reutilizables y cada una puede catalizar de 100 a 30,000,000 de reacciones por min.

• Pero, una enzima particular actúa solo sobre un sustrato específico.– Cada enzima particular puede controlar solo un tipo de reacción.

La unión del sustrato produce un cambio conformacional de la enzima hexoquinasa (cinasa), la cual es monomérica.

Substrato de glucosa

Sitio de enlace

PROPIEDADES GENERALES• AUMENTAN LA VELOCIDAD DE REACCIÓN

– De 106 to 1012 veces vs sin enzima.– Aún más rápido que los catalizadores químicos.

• CONDICIONES DE REACCIÓN– Temperatura 25-40 oC (algunas hasta 75 oC)– pH neutro (5-9), la mayoría 6.5 – 7.5– Presión atmosférica normal

• CAPACIDAD DE REGULACIÓN– Por concentración de sustrato– Por concentración de enzima– Por inhibidores competitivos (semejantes al sustrato)– Por inhibidores no competitivos (modificación covalente de la enzima)– Por regulación alostérica

• ALTA ESPECIFICIDAD DE REACCIÓN– Interacción estereoespecífica con el sustrato– No hay productos colaterales

ALTA ESPECIFICIDAD DE REACCIÓN

INTERACCIÓNESTEREOESPECÍFICA CON SU SUSTRATO

Enzimas y coenzimas

• Una enzima recibe el nombre del sustrato sobre el cual actúa.– A una parte del nombre del sustrato se

le añade el sufijo –asa. ¿Cuál será el sustrato de una proteasa?

• En algunas reacciones, pequeñas moléculas, llamadas coenzimas, se unen a las enzimas para controlar las reacciones.– Las coenzimas no son proteínas pero

no sufren cambios durante las reacciones.

– Algunas vitaminas son coenzimas. B1, B2, B6, K.

– Una reacción no ocurrirá si la coenzima no está presente.

Los modelos de enzimas• La forma y la estructura de una enzima determinan la reacción que

puede catalizar.• La enzima se une al sustrato (S) mediante un área especial, el sitio

activo, para formar un complejo enzima-sustrato o E-S.• En el sitio activo, la enzima y el sustrato se ajustan perfectamente.

• Modelo del ajuste inducido.

• Modelo de la llave y la cerradura.

Los modelos de enzimas

Las células regulan la cantidad y la actividad de sus enzimas

Se realiza la reacción catalítica

Inhibición por retroalimentación

Los factores que afectan la actividad enzimática

• La temperatura (desnaturalización) (Ej: albúmina)

Los factores que afectan la actividad enzimática

El pH (desnaturalización) (Ej: pepsina)

La concentración del sustrato

Sustancias químicas (inhibidores)

Coenzimas y Cofactores Enzimáticos

ENZIMAS Y COENZIMAS

La capacidad catalítica de los enzimas está limitada por las propiedades de los grupos funcionales de los aminoácidos del Centro Activo

Acidos y Bases Transferencia de H+

Nucleófilos Transferencia de grupos

Cuando los cambios químicos no pueden ser producidos porlos resíduos de los aminoácidos, los enzimas actúan con la cooperación de pequeñas moléculas orgánicas o iones metálicos

COFACTORES ENZIMATICOS O COENZIMAS

COFACTORES ENZIMATICOS Y COENZIMAS

Cofactor enzimático: Componente no proteico que actúa coordinadamente con un enzima para catalizar una reacción bioquímica HOLOENZIMA = APOENZIMA+COFACTOR

Molécula orgánicaCOENZIMA

Ión metálico

Unido por enlace covalenteGRUPO PROSTETICO

Acido Pantoténico Acido LipóicoBiocitina

Tiamina PP

N

NN

NC

C

Co

Cobalamina

N

H

NAD/NADH+

FMN/FMNH2

GRUPOS FUNCIONALES DE COENZIMAS

CARACTERISTICAS GENERALES DE LOS COENZIMAS

1. Bajo peso molecular, similar al de los sustratos metabólicos

2. Termoestables

3. Se encuentran a baja concentración en las células

4. Pueden ser compartidos por muchos enzimas diferentes

5. Pueden modificarse y no recuperarse en la misma reacción: Cosustratos

6. Son heterociclos o ciclos con electrones muy móviles

7. Poseen una extraordinaria reactividad

8. En su mayoría son de origen vitamínico

CLASIFICACION DE COENZIMAS

1. CRITERIO NUTRICIONAL:- Origen vitamínico- Origen no vitamínico2. CRITERIO FUNCIONAL:- Coenzimas de transporte de grupos- Coenzimas de transporte de electrones

3. CRITERIO ENZIMOLOGICO:- Según el tipo de reacción en que participan

COENZIMAS Y VITAMINAS

Vitaminas: Sustancias orgánicas presentes en los alimentos naturales,que no pueden ser sintetizadas significativamente por el organismo y que se requieren en pequeñas cantidades para el funcionamiento metabólico

Vitaminas liposolubles

Vitaminas hidrosolubles

La mayor parte de coenzimas son formas modificadas de vitaminas hidrosolubles

Avitaminosis oEnfermedades carenciales

COENZIMAS DE TRANSFERENCIA DE ELECTRONES

e-

e-

e-e-

COENZIMAS DE TRANSFERENCIA DE GRUPOS

CARACTERISTICAS Y FUNCIONES DE LOS PRINCIPALES COENZIMAS

COENZIMACoenzima A

Biocitina

Acido lipoico

Tiamina Pirofosfato

Piridoxal Fosfato

5´-desoxiadenosil Cobalamina

Tetrametil hidrofolato

NAD+/NADH

NADP+/NADPH

FMN/FMNH2

FAD/FADH2

VITAMINAAcido Pantoténico

Biotina (vit H)

---

Tiamina (vit B1)

Piridoxal (vit B6)

Cobalamina (vit B12)

Acido fólico

Niacina (vit B3)

Riboflavina (vit B2)

REACCIONESActivación de acilosTransferencia de acilos

Fijación de CO2/CO3H-

Carboxilación

Transferencia simultáneade acilos y electrones

Rotura de enlaces C-C

Transaminaciones, a-descarboxilaciones, Racemizaciones

Reordenamientos inter-moleculares

Transferencia de grupos C-

Transferencia de electrones

Transferencia de electrones

METABOLISMOb-oxidaciónSíntesis de ac. GrasosDescarboxilación de aminoácidos

Carboxilasas: etapas iniciales de la gluconeogénesis y síntesis de ác. grasos

Descarboxilación de a-cetoácidos

Descarboxilación de a-cetoácidos

TransaminasasGlucógeno fosforilasa

Mutasas

Biosíntesis de purinasInhibido por metotrexate

Transferencia de 1 electrón

Transferencia de 2 electrones

COFACTORES METALICOS

1. Presentan elevada concentración de carga positiva

2. Poseen valencias dirigidas: interacción con varios ligandos

3. Pueden existir en dos o más estados de valencia

4. Los más importantes cofactores son los metales de transición

N

N

N

N

Fe

CH3

HOOC

HOOC

CH3

H3C

H3C

Mn Co

Fe Cu

Zn Mo

COFACTORES METALICOS

METAL(Valencia)

Mn (II)

Fe (III)

Co (III)

Cu (II)

Zn (II)

Mo (V)

Configuracion

3d5

3d5

3d6

3d9

3d10

4d1

Número de coordinación

4

46

6

4

4 / 5

6 / 5

Estereoquímica

Tetraedro

TetraedroOctaedro

Octaedro

Tetraedro

TetraedroBipiramide trigonalOctaedroBipirámide trigonal

Ejemplo

Piruvato deshidrogenasa

Coenzimas Fe-SCitocromos

Vitamina B12

Citocromos

CarboxipeptidasasPolimerasasProteínas reguladoras

Nitrogenasa

Leonor Michelis y Maud Menten (1913)

Tiempo

Con

cent

.

ECUACIÓN DE MICHAELIS-MENTEN

Vo = V max [S]

Km + [S]

Cinética enzimática en función de la concentración de sustrato

Vmax

KM

La KM es un parámetro de Actividad Enzimática

• La KM es inversamente proporcional con la actividad de la enzima.

• Valor de KM grande, baja actividad

• Valor de KM pequeño, alta activida

Determinación Cuantitativa de la Cinética Enzimática

1. La reacción global

2. Procedimeinto analítico para determinar elS que desaparece o el P que aparece

3. Sí el E requiere Cofactores (iónes o coenzimas)

4. La dependencia de la actividad enzimática con la [S] o se la KM del S.

5. El pH óptimo

6. Un intervalo de temperatura en la que la E es estable y muestra actividad elevada.

Actividad enzimática y variación del pH

1 3 7 11 14 pH

VoPepsina 1.5Tripsina 7.7Catalasa 7.6Arginasa 9.7Fumarasa 7.8Ribonucleasa 7.8

Enzima pH óptimo

4 37 85 Temperatura oC)

Vo

10 50 100 Coenzima

Vo

10 30 50 70 100 Tiempo (min)

Vo

1.0 Unidad de Actividad Enzimática (U):

La cantidad que transforma 1.0 mmol (10-6 M) de S /min, a 25 0C, en las condiciones de medida óptima.

Actividad específica:

Es el no. de U de una E / mg de proteína.Es decir: una medida de la pureza de la E.Al purificarla, el valor llega a un máximo y es estable.

Número de recambio

No. de moléculas de S transformadas /unidad de tiempo, por una molécula de E ( o por un solo sitio catalítico)

Enzima No. de RecambioAnhidrasa carbónica 36 000 000B-Amilasa 1 000 000B-Galactosidasa 12 000Fosfoglucomutasa 1 240

¿Vmax?

¿KM?

Cuando:

Vo= Vmax Todos los sitios activos están ocupados y no hay moléculas de E libre.

KM= [S] Sí... ½ Vmax

KM representa la cantidad de sustrato necesaria para fijarse a la mitad de la E disponible y producir la mitad de la Vmax

KM representa la concentración del sustrato en una célula

Inhibidores

Reactivos químicos específicos que pueden inhibir a la mayor parte de las enzimas.

INHIBIDORESIrreversibles

Reversibles

Inhibidor Irreversible

• Inhibición permanente• Unión irreversible por medio de enlaces covalentes.• Modificaciones químicas de los gps. catalíticos. • Modificada la enzima, está siempre inhibida.

Para distinguirlo de los reversible se someten a diálisis y si no se separan enzima e inhibidor, éste es permanente.

El inhibidor NO se une al sitio activo

Inhibición No Competitiva

NO se puede revertir con un exceso de sustrato

Inhibición acompetitiva

I

El inhibidor se une a una SUBUNIDAD reguladora

La subunidad catalítica une al sustrato y cataliza la reacción