BIOQUÍMICA I

CARACTERÍSTICAS DE LAS ENZIMAS

1. Son los catalizadores de las reacciones químicas de los sistemas biológicos.

2. Tienen gran poder catalítico.

3. Poseen un elevado grado de especificidad de sustrato.

4. Funcionan en soluciones acuosas en condiciones suaves de pH y temperatura.

5. La mayoría de las enzimas son proteínas: La función depende de la integridad de la conformación proteica nativa.

Existen enzimas que son proteínas simples y otras que requieren componentes químicos adicionales:

Cofactores:

iones inorgánicos.

complejos orgánicos : coenzimas, grupos prostéticos.

Holoenzima/ Apoenzima + Cofactor.

6. Las enzimas se clasifican según la reacción catalizada.

COFACTORES ENZIMÁTICOS

En las enzimas el cofactor puede actuar como centro catalítico

primario, grupo puente para reunir el sustrato y la enzima ó

agente estabilizante de la actividad enzimática (conformación).

IONES METÁLICOS COMO COFACTORES (Algunos de los elementos inorgánicos que actúan como cofactores para las enzimas)

ION ENZIMA

Cu2+ Citocromo oxidasa

Fe2+ or Fe3+ Citocromo oxidasa, catalasa, peroxidasa

K+ Piruvato quinasa

Mg 2+ Hexoquinasa, glucosa-6-fosfatasa, piruvato quinasa

Mn2+ Arginasa, ribonucleotido reductasa

Mo Dinitrigenasa

Ni2+ Ureasa

Se Glutatión peroxidasa

Zn2+ Anhidrasa carbónica, alcohol deshidrogenasa , carboxipeptidasas A y

B

CLASIFICACIÓN DE LAS ENZIMAS

NUMERO DE

CLASIFICACIÓN

CLASE DE

ENZIMA

TIPO DE REACCIÓN CATALIZADA

1 Oxidoreductasas Transferencia de electrones, casi siempre en forma de iones hidruro o átomos de hidrógeno.

2 Transferasas Transferencia de grupos funcionales de una molécula a otra.

3 Hidrolasas Ruptura de enlaces por hidrólisis.

4 Liasas Formación de dobles enlaces por eliminación de grupos o adición de grupos o un doble enlace.

5 Isomerasas Transferencia de grupos dentro de una molécula para dar formas isoméricas.

6 Ligasas Formación de enlaces C-C, C-S, C-O y C-N por condensación acoplada con la ruptura de ATP.

1. Oxidoreductasas: Catalizan reacciones de oxido reducción o redox. Precisan la colaboración de las coenzimas de oxido reducción (NAD+, NADP+, FAD) que aceptan o ceden los electrones correspondientes; tras la acción catalítica, estas coenzimas quedan modificadas en su grado de oxidación, por lo que deben ser transformadas antes de volver a efectuar la reacción catalítica.

Ejemplos: deshidrogenasas, peroxidasas.

2. Transferasas: Transfieren grupos activos (obtenidos de la ruptura de ciertas moléculas) a otras sustancias receptoras. Suelen actuar en procesos de interconversión de monosacáridos, aminoácidos, etc.

Ejemplos: transaminasas, quinasas.

3. Hidrolasas: Verifican reacciones de hidrólisis con la consiguiente obtención de monómeros a partir de polímeros. Actúan en la digestión de los alimentos, previamente a otras fases de su degradación. La palabra hidrólisis se deriva de hidro 'agua' y lisis 'disolución'.

Ejemplos: glucosidasas, lipasas, esterasas.

CLASIFICACIÓN DE LAS ENZIMAS

4. Liasas: Catalizan reacciones en las que se eliminan grupos (H2O, CO2 y NH3) para formar un doble enlace o añadirse a un doble enlace, capaces de catalizar la reducción en un sustrato. El sustrato es una molécula, la cual, se une al sitio activo de la enzima para la formación del complejo enzima-sustrato. El mismo, por acción de la enzima, es transformado en producto y es liberado del sitio activo, quedando libre para recibir otro sustrato.

Ejemplos: descarboxilasas, liasas.

5. Isomerasas: Actúan sobre determinadas moléculas obteniendo de ellas sus isómeros de función o de posición, es decir, catalizan la racemización y cambios de posición de un grupo en determinada molécula obteniendo formas isoméricas. Suelen actuar en procesos de interconversión.

Ejemplo: epimerasas (mutasa).

6. Ligasas: Realizan la degradación o síntesis de los enlaces denominados "fuertes" mediante el acoplamiento a sustancias de alto valor energético (como el ATP).

Ejemplos: sintetasas, carboxilasas.

CLASIFICACIÓN DE LAS ENZIMAS

Las enzimas se nombran según las reacciónes que catalizan:

Número clasificatorio de 4 dígitos

Nombre sistemático (oficial internacional) terminado en -asa

Nombre trivial

Ejemplo:

ATP + D – Glucosa → ADP + D – Glucosa - fosfato

Número clasificatorio: E.C. 2.7.1.1

2 Clase : Transferasa.

7 Subclase : Fosfotransferasa.

1 Fosfotransferasas con OH como aceptor

1 D-glucosa como aceptor del fosfato

Nombre sistemático: ATP: glucosafosfotransferasa

Nombre trivial: hexoquinasa

NOMENCLATURA DE LAS ENZIMAS

ESPECIFICIDAD

MODELOS DE ACTUACIÓN DE LAS ENZIMAS

Modelos de acción enzimática. Modelo llave-cerradura de Fischer

Modelos de acción enzimática. Modelo de ajuste inducido de Koshland.

Modelo de ajuste inducido de Koshland. Hexoquinasa

MODELOS DE ACTUACIÓN DE LAS ENZIMAS

En condiciones fisiológicas las reacciones sin catalizar tienden a ser lentas (estabilidad de biomoléculas)

Muchas reacciones bioquímicas suponen situaciones poco probables

Una enzima soluciona estos problemas proporcionando un ambiente tridimensional favorable a la reacción (sitio activo)

¿ cómo funcionan las enzimas ?

LAS ENZIMAS ALTERAN LAS VELOCIDADES DE

REACCIÓN PERO NO LOS EQUILIBRIOS

EN EL ESTADO DE TRANSICIÓN LAS

INTERACCIONES ENTRE LA ENZIMA Y EL

SUSTRATO SON ÓPTIMAS

EN EL ESTADO DE TRANSICIÓN LAS

INTERACCIONES ENTRE LA ENZIMA Y EL

SUSTRATO SON ÓPTIMAS

GRUPOS CATALÍTICOS ESPECÍFICOS

CONTRIBUYEN A LA CATÁLISIS

CAMBIO CONFORMACIONAL DE LA HEXOQUINASA

CINÉTICA ENZIMÁTICA

La cinética enzimática estudia la velocidad de las reacciones

químicas que son catalizadas por las enzimas.

La velocidad de la reacción va aumentando a medida que

aumenta la concentración de sustrato hasta que la enzima se

satura.

Temperatura: las enzimas son sensibles a la temperatura pudiendo verse modificada su actividad por este factor. Los rangos de temperaturas óptimos pueden llegar a variar sustancialmente de unas enzimas a otras. Normalmente, a medida que aumente la temperatura, una enzima verá incrementada su actividad hasta el momento en que comience la desnaturalización de la misma, que dará lugar a una reducción progresiva de dicha actividad.

pH: el rango de pH óptimo también es muy variable entre diferentes enzimas. Si el pH del medio se aleja del óptimo de la enzima, esta verá modificada su carga eléctrica al aceptar o donar protones, lo que modificará la estructura de los aminoácidos y por tanto la actividad enzimática.

Concentración salina: al igual que en los casos anteriormente mencionados, la concentración de sales del medio es crucial para una óptima actividad enzimática. Una elevada concentración o una ausencia de sales en el medio pueden impedir la actividad enzimática, ya que las enzimas precisan de una adecuada concentración de iones para mantener su carga y su estructura.

FACTORES FÍSICO-QUÍMICOS QUE PUEDEN

MODIFICAR LA ACTIVIDAD ENZIMÁTICA

EL MODELO DE MICHAELIS-MENTEN (1913)

Como las reacciones catalizadas por enzimas son saturables, la

velocidad de catálisis no muestra un comportamiento lineal en

una gráfica al aumentar la concentración de sustrato.

LEONOR MICHAELIS MAUD MENTEN

Mecanismo de unión de único sustrato para una

reacción enzimática. k1, k-1 y k2 son las constantes

cinéticas para cada una de las etapas de la

reacción.

CONCENTRACIÓN DE SUSTRATO VERSUS

VELOCIDAD DE REACCIÓN

Representación gráfica de la curva de saturación de una enzima donde se puede

observar como evoluciona la relación entre la concentración de sustrato y la

velocidad de la reacción.

INHIBICIÓN ENZIMÁTICA

Los inhibidores enzimáticos son moléculas que reducen o

anulan la actividad enzimática. Estos inhibidores pueden unirse

a las enzimas de forma reversible o irreversible.

Esquema de una reacción enzimática en presencia de un

inhibidor enzimático de unión reversible.

INHIBIDOR IRREVERSIBLE

• Modifica químicamente a la enzima.

• Inactivan una enzima de forma irreversible.

• Unión irreversible por medio de enlaces covalentes.

• Modificaciones químicas de los grupos catalíticos.

• Modificada la enzima, y está siempre inhibida.

• Estas reacciones decaen de forma exponencial y suelen ser saturables.

• Mantienen una cinética de primer orden con respecto al inhibidor.

E + I E·

• Establece un equilibrio con la enzima libre, con el complejo

enzima-substrato o con ambos

• La unión del inhibidor y la enzima es reversible.

• Al quitar el inhibidor del medio, se recupera la actividad.

• Hay 3 tipos:

1. Competitiva.

2. No Competitiva.

3. Acompetitiva (Alostérica)

INHIBIDOR REVERSIBLE

E + I EI

ES + I ESI

INHIBICIÓN COMPETITIVA

INHIBICIÓN NO COMPETITIVA

INHIBICIÓN ACOMPETITIVA

ENZIMAS REGULADORAS

1.Enzimas alostéricas:

• Son reguladas por unión no-covalente de moduladores

• Constituyen excepciones a muchas reglas generales:

- Efecto homotrópico [positivo (activación) o negativo (inhibición)]: varias moléculas (sustrato)

idénticas se unen a la enzima.

- Efecto heterotrópico (positivo o negativo): Diferentes sustancias (inhibidor

y sustrato) se unen a la enzima.

• Hay dos modelos que explican el comportamiento cinético de las enzimas alostéricas:

- Modelo simétrico (Monod): Conformación T (tensa) y R

(relajada)

- Modelo secuencial (Koshland): Cambio conformacional

2.Modulación covalente reversible:

• Fosforilación

• Adenilación

• Uridililación

• ADP- ribosilación

• Metilación

ENZIMAS REGULADORAS