Enzimas_1_2015

Las Enzimas

Profa. Glenda Vílchez

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Enzimas

• El estudio de las enzimas permite comprender:– Funcionamiento celular– Mecanismo de acción de las drogas– Fundamentos de muchos análsis clínicos

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Enzimas

• Catalizadores biológicos– Catalizador:

• Sustancia que modifica la velocidad de una reacción química sin verse alterada.

• Participa en la reacción pero no se modifica

– Catalizador biológico:• Biomolécula que modifica la velocidad de las reacciones

químicas sin modificarse en el proceso

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Definición

Enzimas

• Sustrato– Compuesto(s) sobre el(los) que actúa la enzima

• Producto– Compuesto(s) generado(s) por la enzima a partir de

el(los) sustrato(s)

• Catalisis Enzimática– Proceso en cual se rompen y/o reconstruyen enlaces

químicos, cambiando la disposición espacial de los átomos en la estructura de una o más moléculas (Sustrato), dando origen a nuevas moléculas (Producto)

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Terminología

Enzimas

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Terminología

A BE1

A + B CE1

A B + CE1

A + B C + DE1

Enzimas

• Extraordinario poder catalítico

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Propiedades y Características

Veces la Velocidad de la reacción

catalizada

2,1 x 1012

6,0 x 1012

1,2 x 1012

2,1 x 1011

2,1 x 109

1,9 x 106

Enzima

Adenosina deaminasaAMP nucleosidasa

Citidina DeaminasaCarboxipeptidasa A

Triosa Fosfato IsomerasaCorismato Mutasa

Reacción no catalizada

120 años69000 años

69 años7,3 años1,9 días

7,4 horas

Reacción catalizada

0,00177 s0,35 s0,00178 s0,00108 s0,00007 s0,014 s

Enzimas

• Extraordinario poder catalítico• Sumamente específicas

– Sustratos• Capaces de diferenciar entre moléculas muy parecidas• Pe: diferencian isómeros ópticos

– Productos– Llevan a cabo un solo tipo de proceso

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Enzimas

• Extraordinario poder catalítico• Sumamente específicas• Altamente eficientes

– No producen productos secundarios

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Enzimas

• Extraordinario poder catalítico• Sumamente específicas• Altamente eficientes• No se alteran en la reacción• Funcionan en condiciones fisiológicas• Su actividad puede ser regulada

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Enzimas

• Según el tipo de macromolécula– Proteicas

• Cadenas polipeptídicas• Mayoría

– Ribozimas• Cadenas de ácido ribonucleico (RNA)

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Clasificación

Enzimas

• Según su composición– Simples

• Forma activa compuesta sólo por la porción proteica

– Conjugadas• Proteínas + Componente químico

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Clasificación

Indispensables para que la enzima realice su actividad catalítica

Enzimas




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Componentes químicos adicionales

• Cofactor: Iones inorgánicos

Enzimas




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• Coenzima: Molécula orgánica (≠ aminoácido)Grupo prostético

Unida fuertemente a la enzimaSintetizadas a partir de vitaminas

Enzimas

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Vitaminas precursoras de coenzimas

Vitamina Coenzima Reacción típica Deficiencia

Tiamina (B1) Tiamina pirofosfato Transferencia de aldehído Beriberi (pérdida de peso, cardiopatía, neuropatía)

Rivoflavina (B2) Flavina sdenina dinucleótido (FAD)

Oxidación-reducción Estomatitis, dermatitis

Piridoxina (B6) Fosfato de piridoxal Transaminación Depresión, confusión, convulsiones

Ácido nicotínico (niacina)

Nicotinamida adenina dinucleótido (NAD)

Oxidación-reducción Pelagra

Ácido pantoténico Coenzima A Transferencia de grupos acilo Hipertensión

Ácido fólico Tetrahidrofolato Transferencia de compuestos de un carbono

Anemia, defectos del tubo neural

B12 5 desoxiadenosil-cobalamina Transferencia de grupos metilo

Anemia perniciosa

Biotina Complejos Biotina-lisina Carboxilaciones Salpullido en las cejas, dolor muscular

Enzimas

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Enzimas

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• Enzima conjugada

Porción Proteica(Apoenzima)

+ Cofactor

Holoenzima(Forma catalíticamente activa)

Enzimas

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Nomenclatura

• Nombres coloquiales– No dan información sobre la función– Pe: Tripsina, Pepsina

Enzimas

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Nomenclatura

• Nombres coloquiales• Sustrato(asa) o Función(asa)

– Ureasa: degradación de la urea– Fosfatasa: remoción de grupos fosfato– Generaban confusión

• Glucosa 6 Fosfato Isomerasa1. Fosfohexosa isomerasa 7. Fosfohexomutasa

2. Oxoisomerasa 8. Hexosafosfato Isomerasa3. Fosfosacaromutasa 9. Fosfoglucoisomerasa4. Fosfohexoisomerasa 10. Fosfoglucosa isomerasa5. Glucosa Fosfato Isomerasa 11. Hexosa Fosfato Isomerasa6. D-glucose-6-Fosfato cetol-isomerasa

Enzimas

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Nomenclatura

• Nombres coloquiales• Sustrato(asa) o Función(asa)• Por la reacción que cataliza

– Union Intermacinal de Bioquímica y Biología Molecular

– Número de 4 dígitos• Característica de la reacción

Enzimas

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Nomenclatura

• Nombres coloquiales• Sustrato(asa) o Función(asa)• Por la reacción que cataliza

– Hexoquinasa • (E.C: 2.7.1.1)

Transfiere un grupo fosfato

El grupo (–OH) aceptor pertenece a una molécula de glucosa

Transferasa

El grupo aceptor del grupo fosfato es un grupo hidroxilo (-OH)

Enzimas

• Oxido-Reductasas – Reacciones de oxido-reducción

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Clasificación

Enzimas

• Oxido-Reductasas• Transferasas

– Transferencia de grupos funcionales (aldehidos, acilos, glucosilos, fosfatos)

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Clasificación

Enzimas

• Oxido-Reductasas• Transferasas• Hidrolasas

– Reacciones de hidrólisis– Convierten polímeros en monómeros

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Clasificación

Enzimas

• Oxido-Reductasas• Transferasas• Hidrolasas• Liasas

– Agregan o eliminan dobles enlaces

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Clasificación

Enzimas

• Oxido-Reductasas• Transferasas• Hidrolasas• Liasas• Isomerasas

– Cambios geométricos o estructurales en una molécula

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Clasificación

Enzimas

• Oxido-Reductasas• Transferasas• Hidrolasas• Liasas• Isomerasas• Ligasas

– Formación de enlaces, con aporte de ATP

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Clasificación

¿Cómo actúan las enzimas?

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• Porción de la enzima a la cual se enlaza el sustrato – Pocos aminoácidos (~ 10)

Sitio Activo

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Sitio Activo

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• Porción de la enzima a la cual se enlaza el sustrato – Pocos aminoácidos (~ 10)– Estructuralmente complementario al sustrato

(Especificidad)– Hendidura rodeada de cadenas laterales de

aminoácidos

Sitio Activo

3119/04/23

19/04/23 32

1010

424268

75 99

114114

• Porción de la enzima a la cual se enlaza el sustrato – Pocos aminoácidos (~ 10)– Estructuralmente complementario al sustrato

(Especificidad)– Hendidura rodeada de cadenas laterales de

aminoácidos– No siempre aminoácidos consecutivos– Enlazamiento del sustrato mediante interacciones

no covalentes

Sitio Activo

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Rodeada de cadenas laterales de aminoácidos

Complementario al sustrato

Constituído por aminoácidos no siempre consecutivos

Sustrato estabilizado por interacciones no covalentes19/04/23 35

¿Cómo funcionan las enzimas?

• Consideremos una reacción en la cual un compuesto A se transforma en un compuesto B…

• Para que esta transformación ocurra, A debe adoptar una configuración inestable llamada Estado de Transición, en la cual tiene una estructura intermedia entre A y B

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A B


• Por ejemplo… en la transformación del Peróxido de Hidrógeno (H2O2)

• Se forma un Estado de Transición…

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2 H2O2 2 H2O + O2


• Para que el reactante se transforme en el estado de transición, es necesario aplicar cierta energía, llamada Energía de Activación (EA).

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La velocidad de una reacción es inversamente proporcional al valor de la Energía de Activación, es decir, mientras mayor sea el valor de la EA, la velocidad de la reacción será menor… entonces, la reacción procederá mas lento…


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Permiten que el sustrato adopte un estado de transición alternativo que requiere una menor energía de activación para ser alcanzadoSi, disminuye la energía de activación, incrementa la velocidad de la reacción


• Reconocen al sustrato• Inducen la formación del estado de transición

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Sustrato

Estado de transición Producto


• Las enzimas proporcionan una superficie catalítica

• Esta superficie estabiliza el estado de transición• Transforma el estdo de transición en producto

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B

BA Superficie catalítica

A


• Incrementando la concentración efectiva de sustrato– Si se incrementa la concentración de los reactantes,

se acelera la velocidad de la reacción– En el sitio activo la [S] puede llegar a 100 M

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¿Por qué disminuye la energía de activación?

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• Incrementando la concentración efectiva de sustrato

• Aproximando el(los) sustrato(s)

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• Aproximando el(los) sustrato(s)• Colocando el(los) sustrato(s) en una orientación

adecuada

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• Aproximando el(los) sustrato(s)• Colocando el(los) sustrato(s) en una orientación

adecuada• Generando tensión en el(los) sustrato(s)

– El sustrato sufre tensión torcional que lo obliga a adoptar una estructura similar a la del estado de transición

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• Eliminando sus interacciones con el agua, las cuales deben ser reemplazadas por interacciones no covalentes entre la enzima y el(los) sustrato(s)

• Ofreciendo grupos funcionales que contribuyan a la catálisis– Por ejemplo; grupos que actúen como ácidos o bases

débiles que participen como donadores o aceptores de protones (Cátalisis Acido-Base)

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Unión enzima-sustrato

• El sustrato se une al sitio activo de la enzima• Relación complementaria tipo Llave- Cerradura

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Modelo llave-cerradura

Unión enzima-sustrato

• El sustrato se une al sitio activo de la enzima• Cambio en la conformación de la enzima• Ciertos grupos catalíticos adquieren una

configuración geométrica que favorece la formación del estado de transición

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Modelo de ajuste inducido

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