ENZIMAS

Las enzimas son proteínas Catalizan reacciones químicas necesarias

para la sobrevivencia celular Sin las enzimas los procesos biológicos

serían tan lentos que las células no podrían existir.

Las enzimas pueden actuar dentro de la célula , fuera de ésta, y en el tubo de ensayo.

E + SE + S ES ESEP EP E + P E + P

E E E E

La enzima disminuye la energía de activación

Tiempo de la reacción

E + S

E + P

Sin enzimaCon enzima

• La Ea de la hidrólisis de la urea baja de 30 a 11 kcal/mol con la acción de las enzimas, acelerando la reacción 1014 x

• El aumento de temperatura necesario para producir la reacción no catalizada seria de 529ºC

Enzima - Catalizador Tanto la enzima como el catalizador

aceleran la velocidad de una reacción química.

Una enzima puede transformar 1000 moléculas de sustrato/ segundo

Las enzimas tienen 3 propiedades que los catalizadores NO tienen• Especificidad por el sustrato

• Se inactivan por desnaturación

• Pueden ser reguladas

Las enzimas se unen a los reactivos (sustratos) reduciendo la energía de activación

Cada enzima tiene una forma única con un sitio o centro activo en el que se une al sustrato

Después de la reacción, enzimas y productos se separan.

Las moléculas enzimáticas no han cambiado después de participar en la reacción

Las enzimas cumplen su papel catalítico gracias a:• Fijación estereoquímicamente complementaria

del substrato• Transformación catalítica del mismo

En ambas funciones participan:

• Cadenas laterales de los aminoácidos• Grupos o moléculas no proteicas:

Grupos prostéticos Iones metálicos Cofactores

Enzima

Sitio activoSitio activo

SustratoSustrato

Complementariedad geométrica

Complementariedad de cargas, uniones iónicas

Modelos:

Encaje inducido

Llave – cerradura.

Estado de transición

La unión del sustrato es muy específica

Grupo 1: OxidorreductasasCatalizan reacciones de oxidorreducción, en que átomos de oxigeno ó hidrogeno son trasladados entre moléculas:

En las reacciones redox, siempre tienen que estar presentes a la vez el aceptor y el dador electrónico.

AH2 + B A + BH2

Clasificación y nomenclatura

Ared + Box Aox + Bred

Nombre: Dador:Aceptor oxidorreductasa

Nombre común:Glucosa oxidasa

β-D-Glucosa : O2 1-oxidorreductasa

Dador Aceptor

EC 1.1.3.4

Clasificación y nomenclatura

Grupo 1: Oxidorreductasas

Nomenclatura del subgrupo en oxidorreductasas:

EC 1.1.x - DeshidrogenasasEC 1.2.x - OxidasasEC 1.3.x - PeroxidasasEC 1.4.x - OxigenasasEC 1.5.x - HidroxilasasEC 1.6.x - Reductasasetc.

Clasificación y nomenclatura

Grupo 1: Oxidorreductasas

Aplicaciones: Ensayos de diagnostico clínico (glucosa oxidasa y colesterol oxidasa

Deslignificación ó Bioblanqueamiento

A-X + B A + B-X

Grupo 2: Transferasas

Catalizan reacciones de transferencia de átomos ó grupo de átomos entre moléculas:

Dador: Aceptor Grupo transferido - transferasa

ATP: D-Hexosa Fosfotransferasa EC 2.7.1.1Nombre común: hexokinasa

Clasificación y nomenclatura

Clasificación de subgrupo de las transferasas:EC 2.1.x - Grupos monocarbonadosEC 2.2.x - Grupos aldehido o cetoEC 2.3.x - AciltransferasasEC 2.4.x - GlicosiltransferasasEC 2.5.x - Alquil- o AriltransferasasEC 2.6.x - Grupos nitrogenadosEC 2.7.x - Grupos fosfatoEC 2.8.x - Grupos sulfatoEC 2.9.x - Grupos selenio

Clasificación y nomenclatura

Grupo 2: Transferasas

Aplicaciones: Síntesis de oligosacáridos

Grupo 3: Hidrolasas

Catalizan reacciones de hidrólisis y también su reverso. Son las más comunes en el dominio de la tecnología enzimática:

A-B + H2O A-OH + H-B

No se suelen utilizar nombres sistemáticos en lashidrolasas. Muchas de ellas conservan el nombrePrimitivo. Ejemplo: Quimosina EC 3.4.23.4.

Clasificación y nomenclatura

Clasificación de las hidrolasas:

3.1.-.- Esterasas (carboxilesterasas, fosfoesterasas, sulfoesterasas)3.2.-.- Glicosidasas3.3.-.- Éter hidrolasas3.4.-.- Péptido hidrolasas3.5.-.- Acil anhídrido hidrolasasetc.

Grupo 3: Hidrolasas

Clasificación y nomenclatura

Aplicaciones: Lipasas → Síntesis de tensioactivos

Proteasas → Fabrico de quesos

Glicosidasas → Clarificación de jugos; liberación de aromas en los vinos; aplicaciones textiles

Caso particular ⇒ Péptido hidrolasas: clasificación común (no sistemática)

I. Según la situación del enlace atacado:

- Exopeptidasas (extremos de la cadena) (Peptidasas)- Endopeptidasas (interior de la cadena) (Proteinasas)

II. Según el mecanismo catalítico:

- Serin proteinasas- Tiol proteinasas- Aspartil proteinasas- Metaloproteinasas

Grupo 3: Hidrolasas

Clasificación y nomenclatura

Grupo 4: LiasasCatalizan reacciones reversibles de remoción de grupo de átomos del sustrato (este grupo no incluye las hidrolasas):

A-B A + B

Clasificación y nomenclatura

EjemploNombre sistemático: Histidina amonio-liasa (EC 4.3.1.3)

Nombre común: Histidasa

Clasificación de las liasas:

4.1.x - Actúan sobre enlaces C-C4.2.x - Actúan sobre enlaces C-O4.3.x - Actúan sobre enlaces C-N4.4.x - Actúan sobre enlaces C-S4.5.x - Actúan sobre enlaces C-Haluro (S-, Cl-, Br-, I- At-)4.6.x - Actúan sobre enlaces P-O4.99.x - Otras liases

Clasificación y nomenclatura

Aplicaciones: Pectato liasa – Remueve los compuestos indeseables (ceras, pectinas, proteínas) en fibras en la industria textil – “bioscouring”

Grupo 4: Liasas

Grupo 5: Isomerasas

Catalizan reacciones de isomerización moleculares

Clasificación y nomenclatura

A B

Ejemplo:

Glucosa isomerasa (EC 5.3.1.5)

5.1.x - Rasemasas y Epimerasas5.2.x - cis-Trans-Isomerasas5.3.x - Oxidoreductasas Intramolecular5.4.x - Transferasas Intramoleculares (mutases)5.5.x - Liasas Intramoleculares5.99.x - Otras Isomerasas

Grupo 5: Isomerasas

Clasificación y nomenclatura

Clasificación de las isomerasas:

Grupo 6: Ligasas

Catalizan la unión de dos grupos químicos a expensasde la hidrólisis de un nucleótido trifosfato (ATP, GTP, etc.).

A + B + ATP A-B + ADP + Pi

Clasificación y nomenclatura

Ejemplo: Glutationa sintasa (EC 6.2.2.3)

Nombre sistémico:G-L-glutamilo-L-cisteina:glicina ligase

Grupo 6: Ligasas

Clasificación y nomenclatura

Clasificación de las ligasas:

6.1.x - Forman enlaces C-O6.2.x - Forman enlaces C-S6.3.x - Forman enlaces C-N6.4.x - Forman enlaces C-C6.5.x - Forman enlaces ésteres fosfóricos6.6.x - Actúan sobre enlaces N-metal

Definición Actividad Enzimática

Es el número de moles de sustrato que reaccionan para formar producto, por mol de enzima y por unidad de tiempo. Esto supone que la enzima está plenamente saturada con sustrato y por tanto que la reacción se efectúa con su máxima rapidez

El índice de recambio muestra la eficiencia impresionante de la catálisis enzimática

A fin de normalizar la medición de la actividad, se ocupa el valor de la velocidad inicial de reacción, donde eses factores son despreciables. Así,

Esta velocidad inicial no se espera que sea observada en un proceso enzimático donde, debido a los elevados tiempos de operación, es razonable suponer que esos factores ejercerán su influencia.

000

→→→

−=

==

ttt dt

ds

dt

dpva

Efecto del pH en la ENZIMAEfecto del pH en la ENZIMA

Cada enzima tiene un pH óptimo para su actividadCada enzima tiene un pH óptimo para su actividadEl pH afecta las interacciones iónicasEl pH afecta las interacciones iónicas

1. Sobre la fijación del substrato al centro activo:- Grupos disociables de la enzima- Grupos disociables del substrato

2. Sobre la transformación catalítica del substrato

3. Sobre la estructura de la proteína enzimática

Efecto del pH

En el efecto de la temperatura hay dos componentes:

1. Aceleración de la reacción según la ecuación de Arrhenius

k = A exp (-Ea/RT)

2. Desnaturalización térmica de la proteína

CoenzimasCoenzimas

Las coenzimas son pequeñas moléculas Las coenzimas son pequeñas moléculas orgánicas, que se unen a la enzima.orgánicas, que se unen a la enzima.

Las coenzimas colaboran en la reacción Las coenzimas colaboran en la reacción enzimática recibiendo transitoriamente enzimática recibiendo transitoriamente algún grupo químico: Halgún grupo químico: H+ + , OH, CH, OH, CH33 . .

La enzima sin la coenzima recibe el nombre La enzima sin la coenzima recibe el nombre de APOENZIMAde APOENZIMA

El NAD es una coenzima aceptora de H

Sustrato oxidado

Algunas enzimas requieren metales Algunas enzimas requieren metales para mejorar su actividad para mejorar su actividad

Isoenzimas o Isozimas Son formas moleculares diferentes de una

misma enzima Catalizan la misma reacción Ejemplo: Lactato deshidrogenasa Lactato + NAD ==== Piruvato + NADH M4, M3H1, M2H2, M1H3 y H4

Se diferencian por su movilidad electroforética Usadas en clínica: sueros normales y sueros

con alguna patología

Así esta actividad corresponde al máximo potencial catalítico que las enzimas poseen para un determinado conjunto de condiciones ambientales. Luego, estas deben ser consideradas en las expresiones matemáticas representativas del proceso enzimático.

Existen situaciones (sustratos heterogéneos) donde la velocidad inicial de reacción no es representativa del real potencial catalítico de la enzima.

Se asume que la velocidad inicial de reacción es proporcional a la concentración de proteína enzimática.

Inhibidor:

Efector que hace disminuir la actividad enzimática, a través deinteracciones con el centro activo u otros centros específicos(alostéricos).

Esta definición excluye todos aquellos agentes que inactivan ala enzima a través de desnaturalización de la molécula enzimática

De esta forma, habrá dos tipos de inhibidores:

I. 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.

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

2. Inhibidor irreversible: modifica químicamente a la enzima:

E + I E’

ES + I ESI

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

Inhibidores Competitivos

Compiten con el sustrato por el sitio activo de la enzima

Se une solo a la enzima libre V máx no se altera y K M cambia

Inhibición competitiva

Al aumentar la cantidad Al aumentar la cantidad de SUSTRATO el de SUSTRATO el inhibidor competitivo es inhibidor competitivo es desplazado y se forma desplazado y se forma productoproducto

Por tanto, en la inhibición competitiva,

1. El efecto cinético del inhibidor es el aumento aparente de la Km, que aparece multiplicada por el factor (1 + i/Ki)

2. La Vmax no aparece modificada; para concentraciones muy altas del substrato, v = Vmax, igual que en ausencia de inhibidor

3. Cuanto más pequeño sea el valor de Ki mayor será la potencia del inhibidor competitivo.

Ácido Fólico y Sulfanilamida La sulfanilamida es un análogo estructural

del ácido p - aminobenzoico (PABA) PABA es el punto de partida para la síntesis

de ácido fólico en las bacterias El ácido fólico es una vitamina esencial para

la proliferación (división) bacteriana Sulfanilamida se usa en el tratamiento

algunas infecciones

Inhibidor No Competitivo

Se une a un lugar diferente del sitio activo la enzima

Se une a la enzima libre y también al complejo enzima-sustrato

Por acción del inhibidor disminuye la Vm pero el valor de Km no se altera

Inhibidor NO competitivoInhibidor NO competitivoEl inhibidor NO competitivo se une a la enzima en un

sitio diferente del sitio activo

Enzimas alostéricas Las enzimas alostéricas

presentan estructura cuaternaria.

Tienen diferentes sitios activos, unen mas de una molécula de sustrato

La unión del sustrato es cooperativa

la curva de velocidad presenta una forma sigmoidal