CONTENIDO

Definición

Estructura

Modos de acción enzimática

Cofactores enzimáticos

Clasificación internacional

Factores que afectan la velocidad de las reacciones enzimáticas

Mecanismos de regulación de la actividad enzimática

ENZIMAS

Prof. Yadidla de Muñoz. UNELLEZ, 2012.

Definición

Las enzimas son moléculas de naturaleza proteica, con especificidad de acción, que catalizan reacciones bioquímicas, termodinámicamente posibles

Naturalezaproteica

Especificidad de acción

La cadena aminoácida de los enzimas está genéticamente codificada y al igual que toda proteína se desnaturaliza

Cada enzima actúa sobre una molécula o grupo de moléculas semejantes y participa en un tipo de reacción química

Poder catalizador

•Intervienen en reacciones energéticamente favorables•Actúan en pequeña cantidad y se recuperan indefinidamente •No modifican el sentido de una reacción, sino que aceleran su consecución•Disminuyen la energía de activación (ΔG±)

Especificidad relativa

La quimotripsina hidroliza enlaces

éster independientemente de la naturaleza aromática o alifática de los grupos adyacentes a este enlace

Ejemplos de especificidad

Especificidad absoluta

HOOC – CH = CH – COO- + NH4+

HOOC – CH2 - CHNH2 - COO- + H +

aspartasa

Algunas enzimas muestran especificidad absoluta, como la aspartasa que cataliza la adición reversible del amoníaco al doble enlace del ácido fumárico, pero no al de otros ácidos insaturados

Fumarato (isómero trans) + amoníaco

L- aspartato + hidrógeno

Poder catalizador

Gráfica que representa la energía de activación (ΔG±) requerida para unareacción química en presencia y ausencia de una enzima

Energía de activación con la enzima

Energía de activación sin la enzima

Estado de transición o cima de la barrera de energía

Curso de la reacciónEn

erg

ía d

e a

cti

vació

n

(ΔG±)

La energía de activación es la energía necesaria para que un

compuesto alcance el estado de transición

Estructura

Las enzimas son proteínas globulares, de tamaños muy variados cuya actividad catalítica viene determinada por su estructura tridimencional.

Centro activo es el lugar de unión entre la enzima y su sustrato,comprende los aminoácidos que hacen contacto directo con elsustrato y un sitio catalítico, directamente implicado en elmecanismo de la reacción.

Sustrato

Centroactivo

Sustrato es la molécula sobre la cual actúa el enzima

Modos de Acción Enzimática

Enzima y sustrato forman un complejo “enzima –sustrato” (E-S) que representa el estado de transición.

El sustrato modificado recibe

el nombre de producto.

Ejemplo de modo de acción enzimática

a) El sustrato (S) de esta reacción enzimática es la sacarosa

b) La enzima (E) se conoce como invertasa

c) La sacarosa se une al centro activo de la invertasa formando el

complejo enzima-sustrato (E-S)

d) Los productos de esta reacción hidrolítica son la glucosa y la

fructosa

a) Sacarosa (S)

b) Invertasa (E)

c) Complejo E-S

d) Productos

Hidrólisis de la molécula de sacarosa

glucosa fructosa

Centro activo

enlace

Modelos de interacción enzima-sustrato

Modelo de Fisher o Teoríade La llave y la Cerradura

Modelo de Koshland-Neet o Teoría del Ajuste Inducido

sustrato

enzima

sustrato

enzima

Complejo enzima-sustrato

Complejo enzima-sustrato

Cofactores enzimáticosIones o moléculas orgánicas no proteicas, termoestables, que participan en las reacciones enzimáticas.

Iones: Fe ²+, Mg²+, Mn²+, Zn²+,Cu²+, K..

Moléculas o coenzimas:Vitaminas, NAD, ATP, FAD…..

Un cofactor enzimático unido covalentemente a su enzima se denomina grupo prostético.

Las enzimas que precisan de ionesmetálicos se llaman metaloenzimas.

Anhidrasa carbónica

Función de los Cofactores

Ión metálico Centro catalítico primario Grupo puente para unir sustrato y enzima,

formando un complejo de coordinación Agente estabilizante de la conformación

catalíticamenteactiva de un enzima

Coenzima

Acepta, transporta y cede átomos o grupos químicos

Apoenzima + Cofactor = Holoenzima

1.Óxidoreductasas

Transferencia de electrones

2.Transferasas

Transferencia de

grupos: acilo

fosfato, aldehidos

3.Hidrolasas

Transformación de polímeros en monómeros

4.Liasas Adición a los dobles enlaces

C=C

C=O

C=N

5.Isomerasas Formación de isomeros 6.Ligasas Formación de enlaces

covalentes con participación del ATP

Clasificación

Factores que afectan la actividad de las

enzimas

Concentración del enzima

Concentración del sustrato

Tiempo

Temperatura

pH

Presencia de inhibidores

.

.

.

Efecto de la concentración de la enzima

Para estudiar el efecto de laconcentración de la enzimasobre su actividad es necesarioexceso de sustrato ycondiciones optimas de pH ytemperatura.

La velocidad de reacciónenzimatica es proporcional a lacantidad de enzima utilizada.

Dos o tres de los puntosexperimentalmentedeterminados, deben coincidircon el punto cero en una líneamás o menos recta.

concentración de la enzima

Velo

cid

ad d

e r

eacció

n

Efecto de la concentración del sustrato

Inicialmente, la velocidad de reacciónes proporcional a la concentración delsustrato. Luego, mayor aumento deconcentración del sustrato, provoca elefecto de saturación de la enzima con susustrato y la velocidad se mantiene máso menos constante.

La velocidad media de una reacciónenzimática, en función de laconcentración del sustrato, se denominaKm o constante de Michaelis-Menten y seexpresa en moles/L.Esta constante permite conocer laafinidad de la enzima por su sustrato.V

elo

cid

ad d

e r

eacció

n

(S) concentración del sustrato

Km = Vmáx

2

Efecto del tiempo

La velocidad de una reacción

enzimática decrece con el tiempodebido a:

Inactivación de la enzima

Agotamiento del sustrato

Acumulación de productos finales

tiempo

Velo

cid

ad d

e r

eacció

n

Efecto de la temperatura

Esta gráfica en forma de campanase interpreta de la siguientemanera:

La velocidad de reacciónenzimática,a bajas temperaturases casi nula.

La velocidad de reacción esfavorecida al incrementar latemperatura.

La mayor velocidad de reacciónse alcanza para la mayoría de lasenzimas, entre 30 y 40°C, yrepresenta su temperatura óptima.

Temperaturas mayor a la óptimadesnaturalizan la enzima.

Velo

cidad d

e r

eacc

ión

temperatura

Efecto del pH

Esta curva permite inferir que:

Existe un pequeño rango de pHpara el cual la velocidad dereacción enzimática es máxima,este valor de pH se denomina pHóptimo.

El pH óptimo de muchasenzimas es cercano a laneutralidad (pH 7).

Valores de pH más bajos o máselevados al óptimo, reducen lavelocidad de reacción enzimática.

Velo

cidad d

e r

eacc

ión

Inhibidores enzimáticos

Son moléculas que disminuyen la actividad enzimática porque se unen al centro activo de la enzima o modifican su estructura.

Existen dos tipos de inhibidores enzimáticos:

1) Reversibles: El complejo enzima - inhibidor (EI) se disocia

E + I EI

2) Irreversibles: El complejo enzima - inhibidor (EI) no se disocia

E + I EI

Enzimas

Proteasa del SIDA

inhibidor

Inhibidores Reversibles

El inhibidor modifica el centroactivo, en consecuencia, el sustrato no puede unirse a laenzima.

Competitivo

No Competitivo

El inhibidor se une al centroactivo de la enzima.

Altas concentraciones de sustrato desplazan al inhibidor

Regulación de la actividad enzimática

Regulación alostérica

Una molécula efectora se une en el sitio alostérico de la proteína (otro sitio que no sea el sitio activo)

Los efectores que aumentan la actividad de la enzima se denominan activadores alostéricos y aquellos que disminuyan dicha actividad se llaman inhibidores alostéricos

Regulación de la actividad enzimática

Activación proteolítica

Algunas enzimas no se sintetizan como tales, sino como proteínasprecursoras sin actividad enzimática. Estas proteínas se llaman proenzimaso zimógenos

Para activarse, los zimógenos sufren un ataque hidrolítico que origina laliberación de uno o varios péptidos

El resto de la molécula proteica adopta la conformación y las propiedadesde la enzima activo

Ej.: quimotripsina, que se sintetiza en forma de quimotripsinógenoy en el tubo digestivo se convierte en su forma biológicamente activa

Regulación de la actividad enzimática

Isozimas

Algunas enzimas tienen distinta estructura molecular aunque su función biológica es similar. Se llaman isozimas o isoenzimas.

Así, podemos observar la existencia de isoenzimas en función de: El tipo de tejido: la enzima lactato deshidrogenasa se presenta

diferente en músculo y corazón.

El compartimento celular donde actúa: como ejemplo, señalamos la malato deshidrogenasa del citoplasma y la mitocondria.

El momento concreto del desarrollo del individuo: algunas enzimas de la glicólisis del feto son diferentes en el adulto.

La utilización de las enzimases amplia, su aplicación esmuy extensa, inclusive esútil en diversos campos,como en medicina, farmacia,industrias, alimentos.La lechosa, por ejemplo,contiene el enzima papaínaque a lo largo de los años ha

tenido múltiplesaplicaciones