ENZIMAS

1
ENZIMAS

• Son biomoléculas cuya función es aumentar la
  velocidad de las reacciones bioquímicas, actúan
  por lo tanto como catalizadores biológicos.

M. Sc. Liliana Sumarriva
2
Cuál es su naturaleza química?

• La gran mayoría de las enzimas son proteínas.
• Sin embargo existen algunos ARN que pueden actuar
  como enzimas (ribozimas)

3
Cuál es la estructura de una proteína?

• Las proteínas son macromoléculas, polímeros de
  aminoácidos
• Analizando estas palabras
• Makrós grande
• Polymerés compuesto de varias partes
• Son cadenas simples, no ramificadas, de
  aminoácidos unidos unos a otros.

4
Cuál es la estructura de un aminoácido?

• Todos los aminoácidos están formados por un grupo
  amino y un grupo carboxilo.

Amino
Carboxilo
5
(No Transcript)
6
Cómo actúan las enzimas?

• Las enzimas son catalizadores y como tales
  aumentan la velocidad de la reacción química, sin
  modificar su resultado.
• No modifican la energía de los reactivos ni de
  los productos pero sí disminuyen la energía de
  activación, una especie de barrera energética que
  deben pasar los reactivos para convertirse en
  productos.

7
(No Transcript)
8
(No Transcript)
9
Una misma enzima cataliza las distintas
reacciones?

• No, las enzimas son específicas, cada una
  cataliza una determinada reacción.

10

• La alta especificidad se debe a que su estructura
  terciaria le permite formar cavidades llamadas
  sitios activos, lugar donde se ubica el sustrato
  durante el proceso de catálisis.

11
La enzima se une específicamente a las moléculas
denominadas sustratos, formando un complejo
enzima-sustrato y favoreciendo su transformación
en productos
12
(No Transcript)
13
sustrato
Complejo enzima-sustrato
productos
14
Una Reacción Enzimática
15
La velocidad de una reacción catalizada por una
enzima es siempre la misma?

• No, depende de muchos factores entre los que se
  cuentan
• Concentración del sustrato
• Temperatura
• pH

16
Concentración de sustrato

• A mayor concentración de sustrato es mayor la
  velocidad.
• Pero no aumenta indefinidamente, cuando no hay
  más enzima para unirse al sustrato se alcanza la
  velocidad máxima

17
(No Transcript)
18
pH

• Cada enzima tiene un pH óptimo en el cual la
  actividad enzimática es máxima

19
Temperatura

• Cada enzima tiene una temperatura óptima en la
  cual su actividad es máxima

20
De modo que

• si variamos el pH o la temperatura, la velocidad
  de la reacción catalizada por una enzima también
  varía.
• Los valores de pH y temperatura óptima son
  aquellos a los cuales se alcanza la máxima
  actividad enzimática o la mayor velocidad de
  reacción

21
Estado Nativo
Desnaturalización de una Proteína
Estado Desnaturalizado
Se llama desnaturalización de las proteínas a la
pérdida de las estructuras de orden superior
(secundaria, terciaria y cuaternaria), quedando
la cadena polipeptídica reducida a un polímero
estadístico sin ninguna estructura tridimensional
fija
22
 Desnaturalización de la ribonucleasa. En
general, la desnaturalización fuerte produce una
destrucción permanente de la molécula
Agentes desnaturalizantes Se distinguen agentes
físicos (calor) y químicos (detergentes,
disolventes orgánicos, pH, fuerza iónica).
23
Cofactores Enzimáticos
Cofactor (Coenzima) Átomo, ion o molécula que
participa en el proceso catalítico sin ser enzima
ni substrato.
Los cofactores participan de dos maneras
distintas
1. A través de una fijación muy fuerte a la
proteína y salen sin ser modificados del ciclo
catalítico 2. Como un segundo substrato salen
modificados del ciclo catalítico y por lo general
requieren otra enzima para volver al estado
original.
24
LAO L-aminoácido oxidasa es una flavoproteína
Las flavoproteínas tienen un grupo prostético
flavínico, que interviene en el proceso
catalítico sin salir modificado del mismo
25
Los cofactores enzimáticos suelen ser moléculas
complejas, que nuestro organismo no puede
sintetizar, por lo general. Por esa razón muchos
cofactores enzimáticos deben ser, en todo en
parte, ingresados con la dieta muchos de ellos
son, por lo tanto, vitaminas. Ni todos los
cofactores son vitamínicos ni todas las
vitaminas son cofactores enzimáticos
26
Cofactores de naturaleza vitamínica ejemplos 1.
Hidrosolubles Tiamina Tiamina pirofosfato B1 Ri
boflavina Flavinas FAD, FMN B2 Piridoxal Piri
doxal fosfato B6 Cobalamina Coenzimas
cobamídicos B12 Ác.Ascórbico Ac.
Ascórbico C Nicotinamida NAD,
NADP PP Ác.Lipoico Lipoamida Ác.Fólico Coenzi
mas folínicos Ác.Pantoténico Panteteínas (CoA,
p.e.) 2. Liposolubles Naftoquinonas g-Carboxilac
ión K
27
Cofactores de naturaleza no vitamínica
ejemplos Hemo Hemoenzimas, citocromos Complejo
s Fe-S Ferredoxinas Quinonas Tr.electrónico
mitocondrial y fotosintético Glutatión Redox
transporte de aminoácidos ATP Transf.de fosfato
y/o de energía UTP Transf.de grupos
glicosídicos PAPS Transf.de grupos
sulfato S-AM Transf.de grupos
metilo Carnitina Transportador de grupos acil-
28
Vitaminas que no forman parte de cofactores
enzimáticos Liposolubles Retinoides vit.
A Calciferoles vit. D Tocoferoles vit. E
29
Teorías de la Acción Enzimática
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 insuficient
e al no explicar algunos fenómenos de la
inhibi-ción enzimática.
30
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.
31
La teoría del Ajuste Inducido se amplía en la
actualidad definiendo la acción enzimática como
Estabilización del Estado de Transición
Según lo cual, el Centro Activo enzimático es en
realidad complementario no al substrato o al
producto, sino al estado de transición entre
ambos.
32
Substrato un éster
Estado de transición intermediario
tetraédrico, inestable
Productos
33
Clasificación y Nomenclatura de Enzimas
34
Grupo transferido
Nombre sistemático
ATP hexosa fosfotransferasa
Aceptor
Donador
Grupo
Número sistemático
Subgrupo
EC 2.7.1.1
Enzima
Enzyme Comission
Sub-subgrupo
Nombre común Hexokinasa
35
Clasificación de enzimas Grupos

• 1. Oxidorreductasas
• 2. Transferasas
• grupos aldehidos 
• gupos acilos
• grupos glucosilos
• grupos fosfatos (kinasas)
• 3. Hidrolasas
• Transforman polímeros en monómeros. Actuan
  sobre
• enlace éster
• enlace glucosídico
• enlace peptídico
• enlace C-N

36

• 4. Liasas
• (Adición a los dobles enlaces)
• Entre C y C
• Entre C y O
• Entre C y N
• 5. Isomerasas
• (Reacciones de isomerización)
• 6. Ligasas
• (Formación de enlaces, con aporte de ATP)
• Entre C y O
• Entre C y S
• Entre C y N
• Entre C y C

37
Inhibición Enzimática
Inhibidor Efector que hace disminuir la
actividad enzimática, a través de interacciones
con el centro activo u otros centros
específicos (alostéricos). Esta definición
excluye todos aquellos agentes que inactivan a la
enzima a través de desnaturalización de la
molécula enzimática
38

• De esta forma, habrá dos tipos de inhibidores
• Isostéricos ejercen su acción sobre el centro
  activo

II. Alostéricos ejercen su acción sobre otra
parte de la molécula, causando un cambio
conformacional con repercusión negativa en la
actividad enzimática.
Activador alostérico favorece la unión del
sustrato
Inhibidor alostérico impide la unión del sustrato
39
Los inhibidores isostéricos pueden ser de dos
tipos
1. Inhibidor reversible establece un equilibrio
con la enzima libre, con el complejo
enzima-substrato o con ambos
E I
EI
ESI
ES I
2. Inhibidor irreversible modifica químicamente
a la enzima
E I
E
40
Inhibición reversible
(a) El inhibidor se fija al centro activo de la
enzima libre, impidiendo la fijación del
substrato Inhibición Competitiva
(b) El inhibidor se fija a la enzima
independientemente de que lo haga o no el
substrato el inhibidor, por tanto, no impide la
fijación del substrato a la enzima, pero sí
impide la acción catalítica Inhibición No
Competitiva
(c) El inhibidor se fija únicamente al complejo
enzima-substrato una vez formado, impidiendo
la acción catalítica este tipo se conoce
como Inhibición Anticompetitiva
41
Las fijaciones de substrato e inhibidor
son mutuamente exclusivas el complejo EI no es
productivo
42
El inhibidor se fija indistintamente a la enzima
libre E y al complejo enzima-substrato ES ni el
complejo EI ni el complejo ESI son productivos
43
Inhibición Anticompetitiva
El inhibidor sólo puede fijarse al complejo
ES el complejo ESI no es productivo
44
Inhibición Competitiva
S
E
ES
E P
I
Se define una constante de equilibrio de
disociación del inhibidor
E I
Ki
EI
EI
Características - Las fijaciones de substrato e
inhibidor son mutuamente exclusivas - A muy altas
concentraciones de substrato desaparece la
inhibición - Por lo general, el inhibidor
competitivo es un análogo químico del
substrato. - El inhibidor es tan específico como
el substrato
45
4-aminobenzoato
4-aminobenceno sulfonamida
46
Ác. Fólico
Methotrexate
47
Análogos de base
Timina
5-Bromouracilo
48
Análogos de nucleósido
Citidina
Citosina arabinósido
49
Inhibición Irreversible
- Los inhibidores irreversibles reaccionan con un
grupo químico de la enzima, modificándola
covalentemente - Su acción no se describe por
una constante de equilibrio Ki, sino por una
constante de velocidad ki
E I
E
- A diferencia de la inhibición reversible, el
efecto de los inhibidores irreversibles depende
del tiempo de actuación del inhibidor. - Los
inhibidores irreversibles son, por lo general,
altamente tóxicos.
50
Algunos tipos de inhibidores irreversibles
1. Reactivos de grupos -SH 2. Organofosfóricos 3
. Ligandos de metales 4. Metales pesados
51
Regulación de la Actividad Enzimática
52
Regulación alostérica
Procesos a nivel celular regulación de ajuste
fino de la actividad enzimática, a través de
efectos de retroalimentación (negativa o positiva)
Regulación por modificación covalente
Procesos a nivel supracelular (orgánico)
regulación a gran escala de actividades
enzimáticas, a través de modificación covalente
de enzimas, provocadas por señales (transducción
de señales)
53
Regulación alostérica
Retroalimentación negativa en vías metabólicas, 1
Síntesis de Isoleucina
a-cetobutirato
Thr
Ile
Treonina desaminasa
El producto final de la ruta, Isoleucina, inhibe
a la primera enzima de la misma, Treonina
desaminasa
54
Regulación por modificación covalente
Suele haber fenómenos de modificación covalente
de enzimas en la respuesta celular a señales
químicas 1. Neurotransmisores 2. Hormonas 3.
Factores de crecimiento 4. Estímulos
morfogenéticos y de diferenciación 5. Muerte
celular programada (apoptosis) 6. Estímulos
antigénicos 7. Luz y otros agentes físico-químicos
55
EFECTO DE LA MODIFICACIÓN COVALENTE SOBRE LA
ACTIVIDAD ENZIMÁTICA
Elementos de la reacción
La Enzima no fosforilada es inactiva
La enzima fosforilada es activa
56



57
(No Transcript)