Prof. Responsables: - Dra. Alicia Molina (Lic. en Ciencias

Biológicas)- Dra. Ana Anzulovich (Prof. en Cs.

Biológicas y Lic. en Biotecnología)

Jefes de Trabajos Prácticos: - Dra. Mariela Coria (Lic. y Prof. en

Ciencias Biológicas y Lic. en Biotecnología)

- Lic. Nuria Mitjans (Lic. en Biotecnología)

QUIMCA BIOLOGICA- EQUIPO DOCENTE

QUIMICA BIOLOGICA

Objetivos:I. Comprender las transformaciones

energéticas celularesII. Establecer los principios de la

bioenergéticaIII. Estudiar el metabolismo

Moléculas Biológicas - Estructura químicaInteracciones entre moléculasDegradación y síntesis celular de las moléculas

Conservación y utilización de la energía en las células

Mecanismos regulatorios

En particular, los OBJETIVOS de este curso para las carreras de Lic. y Prof. en Ciencias Biológicas y Lic. en Biotecnología, son:

- Analizar los procesos de degradación y biosíntesis de los compuestos biológicos, teniendo en cuenta su interrelación y mecanismos de regulación.

- Estudiar las enzimas como herramientas de regulación, transformación y generación de energía celular.

- Integrar las distintas vías metabólicas y su relación con los mecanismos de producción y utilización de energía por parte de los seres vivos.

METABOLISMO. Principales nutrientes de autótrofos y

heterótrofos. Catabolismo. Anabolismo. ENZIMAS: Naturaleza

Química. Propiedades Generales. Nomenclatura y Clasificación.

Coenzimas y Grupos Prostéticos. Actividad Enzimática: Unidad

de enzima- Actividad específica- Actividad molecular. Conceptos

de afinidad y cooperatividad enzimática. Factores que

afectan la actividad enzimatica: pH, T, [S], [Enzima].

Inhibidores naturales de la actividad enzimática.

Mecanismo de regulación metabólica: Inhibición y activación

por sustrato, niveles enzimáticos, modulación de la actividad de

enzimas. Regulación Enzimática: Enzimas alostéricas

(propiedades y cinética). Modulación Covalente. Zimógenos.

Isoenzimas: Propiedades e importancia.

BOLILLA 1

AutótrofosFotosintéticos

Heterótrofos¿Cómo?¿Cómo?

M E T A B O L I S M O

H2O

Energía para la vida

H2O

ME

TA

BO

LIS

MO

IN

TE

RM

ED

IO

Conjunto de reacciones químicas que tienen lugar en las células y tejidos.

Sentido biológico del metabolismo

1- Obtener energía y poder reductor a partir de los nutrientes.

2- Degradar los compuestos ingeridos con los alimentos, o los de reserva, en productos más simples, utilizables como precursores para la síntesis de moléculas constituyentes de órganos y tejidos y otras sustancias necesarias para su funcionamiento.

Nutrientes

Au

tótr

ofo

s - CO2

- H2O- Iones de nitrógeno- Elementos Minerales

He

teró

tro

fos

Nutrientes

- Carbohidratos- Lípidos- Proteínas- Vitaminas- Minerales

Sentido biológico del metabolismo

DEGRADACION SINTESIS

1- Obtener energía y poder reductor a partir de los nutrientes.

2- Degradar compuestos ingeridos con los alimentos, o los de reserva, en productos más simples, utilizables como precursores para la síntesis de moléculas constituyentes de órganos y tejidos y otras sustancias necesarias para su funcionamiento.

Catabolismo Anabolismo

Metabolismo

Estructuras complejas

Estructuras simples

DG

DE

GR

AD

AC

ION

SIN

TE

SIS

Nutrientes Contenedores

de Energía

CarbohidratosLípidosProteínas

VIAS CATABOLICAS (Degradación oxidativa)

Productos finales carentes de Energía

CO2

H2ONH3

NAD+

NADP+

FADADP+HPO4

2-

NADHNADPHFADH2

ATP

Energía Química

Moléculas Precursoras

MonosacáridosÁcidos grasosAminoácidosBases nitrogenadas

VIAS ANABOLICAS(Síntesis reductora)

Macromoléculas Celulares

PolisacáridosLípidosProteínasÁcidos Nucleicos

Equilibrio dinámico

AnabolismoCatabolismo

Anabolismo

Catabolismo

Crecimiento

Envejecimiento

Anabolismo

Catabolismo

ME

TA

BO

LIS

MO

IN

TE

RM

ED

IO

Conjunto de reacciones químicas que tienen lugar en las células y tejidos.

Esquemas de distintos tipos de secuencias metabólicas

A B C D E

P Q

A B C D E

A

B

C

S

D

PA B

M N

YX

S

Vías

Ciclos Cascadas

Vías anabólicasdivergentes

Vías catabólicas

convergentes

Esquemas de distintos tipos de secuencias metabólicas

A Ba

Cb

D Ec d

P Qp

A B C D Ea b c d

A

B

C b

a

S

D

c

d

PA B

a

M N

YX

Sef

Vías

Ciclos Cascadas

1926, James Sumner (ureasa, estructura proteica).

1930, John Northrop y Moses Kunitz- (pepsina,tripsina y quimotripsina).

CONTINUA LA HISTORIA…

Ultimos 50 años (estructura y función).

1963- 1º Secuencia de aminoácidos ribonucleasa pancreática bovina A.

CONTINUA LA HISTORIA…

1983.Sidney Altman y colaboradores. El ARN de la ribonucleasa P tiene actividad catalítica.

Energía de activación de una reacción

Energia libre (G)

Progreso de la reaccion

Estado deactivación

Energia de Activacion (Ea)

ΔG (-) de reaccion

G1 de Reactivos A+B

G2 de Productos C+D

A + B C + D

Ea de la reaccioncatalizada

Catalizador

La velocidad a la cual se produce el intermediario de transición depende de:1- la Ea,2- la frecuencia de choques entre las moléculas.3- orientación adecuada de las moléculas.

Catalizador: agente capaz de acelerar una reacción química, sin formar parte de los productos formados, ni desgastarse en el proceso.Las ENZIMAS son macromoléculas que funcionan como catalizadores biológicos, ya que disminuyen la Ea y favorecen la orientación de las moléculas reaccionantes.

SACARASA

La/s sustancia/s sobre la/s cual/es actúa/n se denomina/n SUSTRATO (S).

SITIO DE UNION AL SUSTRATO (Sitio Activo) Uniones no Covalentes: Puente de hidrógeno

Hidrofóbicas Electrostáticas

ESPECIFICIDAD DE SUSTRATO. Estereoespecificidad y especificidad geométrica.

NECESITAN DE FACTORES NO ENZIMATICOS (cofactores): inorgánicos (metales) u orgánicos (Coenzimas)

La síntesis de la proteína-enzima, su actividad y degradación SON REGULABLES:.

CARACTERISTICAS DE LAS ENZIMAS

REACCION ENZIMATICA

Enzima ProductoSustratoEnzima

E + S E + P

Complejo ES

ES

ALTA ESPECIFICIDAD

Único sustrato

Glucoquinasa Glucosa

ESPECIFICIDAD RELATIVA Grupo de sustratos

Hexoquinasas HEXOSAS

glucosa, manosa y fructosa

ESPECIFICIDAD DE LAS ENZIMAS

D-Glucosa

Glucoquinasa

GLUCOSA GLUCOSA-6P

ATP ADP

- P

Enzimas que requieren iones metálicos como cofactores

Citocromo oxidasa

Catalasa

Peroxidasa

Fe++ ó Fe+++

Anhidrasa carbónica Zn++

Piruvato quinasa K+

Hexoquinasa

Glucosa-6-fosfatasa

Piruvato quinasaMg++

ENZIMA TOTAL

PROTEÍNA(termolábil)

NO PROTEICA(termoestable)

HOLOENZIMA APOENZIMA COENZIMA= +

COENZIMAS

Transportadores de grupos funcionales

Transportadores de electrones

VITAMINAS-COENZIMAS

Niacina NAD, NADP

Ion Hidruro (:H -)

PDH GAD

Riboflavina (Vit.B2)

FAD, FMN

Electrones

SDH

Tiamina (Vit. B1)

PP-tiamina

Aldehídos

PDH, TC

Acido fólico

TH4

Grupos monocarbonados

Ser-Tre Deshidra

t.

Acido lipoico

Lipoamida

Electrones y grupos acilos.

PDH

Piridoxina (B6)

P-piridoxal

Transferencia grupos aminos

Transaminasas

Acido pantoténico

Coenzima A

Grupos acilo

Tiolasa

Grupo/s transportado/s ENZIMAS

ME

TA

BO

LIS

MO

IN

TE

RM

ED

IO

Conjunto de reacciones químicas que tienen lugar en las células y tejidos.

Ningún organismo puede vivir sin ENZIMAS

La mayoría de las reacciones deben ser catalizadas para que ocurran en el tiempo y el momento que la célula lo requiere.

Las enzimas en general son proteínas que deben ser sintetizadas correctamente, con la estructura primaria, secundaria, terciaria y cuaternaria, si la tuvieran, de toda proteína.

Cualquier alteración de la síntesis de estas proteínas puede llevar a una patología.

Transformación de moléculas de nutrientes simples en moléculas mas complejas, y viceversa.

Extracción de energía desde metabolitos combustibles o compuestos degradables por oxidación.

Polimerización de subunidades para formar macromoléculas, etc.

FUNCION DE LAS ENZIMAS

Transformación de moléculas complejas en moléculas simples y viceversa

Ejemplos de transformaciones mediadas por enzimas

PAN

PAPAS

ARROZ

ALMIDON

GLUCOGENO

nGLUCOSA

ENZIMAS

ENZIMAS

PANCETA

CHIZITOS

CHORIZOS

GRASAS(TG)

TRIGLICERIDOS

MONOGLICERIDOS

ENZIMAS

ENZIMAS

GLICEROL+3 AC.GRASOS

ENZIMAS

Oxido-reducción

Rotura y formación de enlaces C-C

Reorganización interna

Transferencia de grupos

Reacciones de condensación

Tipos de reacciones catalizadas por enzimas

Al nombre del sustrato o del producto, se le agrega la terminación ASA. Por ejemplo:

sacarasa, ureasa, amilasa, etc. O a la reaccion que catalizan, por ej.:

oxidoreductasa, deshidrogenasa, descarboxilasa, etc.

Otras tienen nombres arbitrarios, como: ptialina salival, pepsina del jugo gástrico,

tripsina, etc. Cada enzima tiene un nombre y un numero

asignado por la Comisión Internacional de Enzimas. Por ej.: Lactato deshidrogenasa (EC 1.1.1.27)

DENOMINACION DE LAS ENZIMAS

Clase - subclase - subsubclase - nº de orden

1 1 1 27

Cómo se clasifican las enzimas???

1-OXIDORREDUCTASAS

2. TRANSFERASAS

Lactato deshidrogenasa (EC 1.1.1.27)

Hexoquinasa

(EC 2.7.1.2)

4. LIASAS

5. ISOMERASAS

6. LIGASAS

Piruvato descarboxilasa

(EC 4.1.1.1)

Fumarasa ó malato isomerasa

(EC 5.2.1.1)

Piruvato carboxilasa

(EC 6.4.1.1)

3. HIDROLASAS

Carboxipeptidasa A

(EC 3.4.17.1)

COMPARTIMENTALIZACION: Diferente localización dentro de la célula.

SISTEMAS MULTIENZIMATICOS: Enzimas relacionadas agrupadas formando verdaderos complejos macromoleculares.

ENZIMAS MULTIFUNCIONALES: Una enzima que presenta distintos sitios catalíticos

DISTRIBUCION DE LAS ENZIMAS

Unidades Internacionales (UI) (medida de velocidad)

Actividad Específica Actividad enzimática (UI) por miligramo de

proteína presente en la muestra

Actividad Molar ó Numero de Recambio Moléculas de S convertidas en P por unidad de tiempo y por molécula de enzima

ACTIVIDAD ENZIMATICA

UI =-moles de S transformados

min

AE =

UI

mg de proteína

Actividad molar = mol de enzima

mmol de S transformados/min

ACTIVIDAD ESPECIFICA

+ +Prot.Tot: ∑ + +Prot.Tot: ∑ +

AB

+Prot.Tot: ∑

Prot.Tot: ∑

C

Actividad específica

U.I.E.

mgr de proteína= =

Activ. Enzimática

Prot. totales

A, B y C: pasos de purificación

Factores que afectan la actividad enzimática

Factores que afectan la actividad enzimática

pH

Temperatura

Concentración de Enzima

Concentración de Sustrato

Influencia del pH sobre la actividad enzimática

Actividad enzimática

pHpH óptimo

act

ivid

ad p

or

d

e p

H h

asta

el p

H

op

tim

o.

de pH provoca

desnaturalización

Ejemplos de enzimas con diferentes pH óptimos

Influencia de la Temperatura sobre la actividad enzimática

T(ºC)

Actividad enzimática

T. óptima

act

ivid

ad p

or

d

e la

te

mp

erat

ura

de temperatura

provoca

desnaturalización

Efecto de la concentración de enzima sobre la actividad

[E]

Act. Enz. o Vo

Concentración saturante de sustrato, y a pH yT constantes

Vo

[S]

Leonor Michaelis y Maud Menten

Vo (= Act. Enz.)

[S]

VARIACION DE LA VELOCIDAD DE REACCION CON LA CONCENTRACION DE SUSTRATO

GRÁFICA DOBLE RECÍPROCA O DE LINEWEAVER-BURK

Pendiente= Km/Vmáx

Intersección c/eje x = - 1/Km

Ordenada al origen = 1/Vmáx.