ENZIMAS - seminario 2

1 UNIVERSIDAD NACIONAL JOSE FAUSTINO SANCHEZ CARRION-E.A.P DE MEDICINA HUMANA

PRESENTACION

Existen dos condiciones fundamentales para la vida. Una, que la entidad viviente pueda autoreplicarse. Dos, el organismo ha de poder catalizar reacciones qumicas eficiente y selectivamente. Es aqu donde entra el concepto de catlisis, esta se da cuando un organismo absorbe energa de su entorno, consumindolo. Las diversas sustancias que nuestro organismo consume, tal es el caso de la sacarosa, que se pude consumir de la azcar de mesa, y en un corto proceso al ser consumido asimilando de forma rpida la energa que libera esta al ser convertida en CO2 Y H2O en presencia de oxgeno. Sabemos que si almacenamos esta sustancia por largo tiempo, no ocurrir transformacin alguna, pero se da de forma demasiado lenta. Es aqu donde mencionamos a un grupo de protenas encargadas de acelerar ese tipo de reacciones, hacindolas millones de veces mas rpido, de lo que ocurrira con ausencia de esta. Es vital entonces, que para que haya habido una evolucin, los procesos qumicos se hayan ido haciendo ms complejos hasta quedar envueltos en un pequeo espacio denominado membrana celular, y a su vez estos biocatalizadores hayan permitido que esas reacciones se desarrollen de forma mas eficiente, y permitiendo de este modo la vida El presente trabajo intenta recoger lo principal sobre las enzimas, sus formas, sus funciones as como lo que ocurre en ausencia de estas, dando a su vez el origen a diversas patologas.

BIOLOGIA GENERAL, CELULAR Y MOLECULAR SEMINARIO NO2


ENZIMAS

DEFINICION Las enzimas son protenas, casi todas con estructura terciaria globular,lasmas notables y mas especializadas, que catalizan todas las reacciones bioqumicas. Adems de su importancia como catalizadores biolgicos, tienen muchos usos mdicos y comerciales. Un catalizador es una sustancia que disminuye la energa de activacin de una reaccin qumica. Al disminuir la energa de activacin, se incrementa la velocidad de la reaccin. La mayora de las reacciones de los sistemas vivos son reversibles, es decir, que en ellas se establece el equilibrio qumico. Por lo tanto, las enzimas aceleran la formacin de equilibrio qumico, pero no afectan las concentraciones finales del equilibrio. Ese extraordinario poder cataltico, a menudo es muy superior al de los catalizadores sintticos o inorgnicos. Poseen un alto grado de especificidad respecto a sus sustratos, aceleran en gran escala las reacciones qumicas que ocurren dentro de cada clula, y funcionan en soluciones acuosas en condiciones muy suaves de temperatura y PH. Hay pocos catalizadores no biolgicos que tengas todas estas propiedades. Las enzimas catalizan alrededor de 4.000 reacciones bioqumicas distintas. No todos los catalizadores bioqumicos son protenas, pues algunas molculas de ARN son capaces de catalizar reacciones (como la subunidad 16S de los ribosomas en la que reside la actividad peptidiltransferasa). Tambin cabe nombrar unas molculas sintticas denominadas enzimas artificiales capaces de catalizar reacciones qumicas como las enzimas clsicas. Las enzimas estn en el centro de cada proceso bioqumico. Actuando en secuencias organizadas catalizan cientas de reacciones consecutivas mediante las que se degradan nutrientes, se conserva y se transforma la energa qumica y se fabrican las macromolculas biolgicas a partir de precursores sencillos. A travs de la accin de las enzimas reguladoras, las rutas metablicas estn altamente estn altamente coordinadas, proporcionando una armoniosa influencia recproca entre la multitud de actividades distintas que son primordiales para la vida.



Propiedades de las enzimas

Catalizadores orgnicos: aceleran la velocidad de las reacciones bioqumicas, sin ser alteradas qumicamente por la reaccin que catalizan. Debido a esto ltimo, las enzimas pueden actuar varias veces y, por lo tanto, resultan efectivas an en cantidades muy pequeas.

Energa de activacin: las energas de activacin son barreras energticas para las reacciones qumicas, estas barreras son cruciales para la propia vida. Sin tales barreras energticas, las macromolculas complejas revertiran espontneamente a formas moleculares muchos mas sencillas. No podran existir ni las estructuras complejas y altamente ordenadas ni los procesos metablicos que tienen lugar en cada clula. Las enzimas son molculas que estn para disminuir la energa de activacin de las reacciones necesarias para la supervivencia celular. En los laboratorios qumicos, tambin es frecuente que la energa de activacin sea proporcionada por el calor. Cuando se aplica la llama de un mechero al matraz que contiene las sustancias reactantes, las molculas de estas aceleran sus movimientos, lo que se traduce en un aumento de colisiones moleculares que favorecen las reacciones qumicas. En las clulas vivas, un incremento del calor acelerara igualmente todas las reacciones metablicas, pero, muy pronto las protenas se desnaturalizaran, perderan su funcionalidad y apareceran otros efectos destructivos.

Formacin de un complejo enzima-sustrato: Las enzimas controlan las reacciones bioqumicas ofreciendo un entorno tridimensional alos reactivos sobre los que actan. Toda molcula de enzima posee un sitio, denominado sitio activo, donde tiene lugar su accin cataltica. El concepto de sitio activode una enzima corresponde a una depresin o hendidura relativamente pequea que posee lageometra y distribucin de cargas (positivas y negativas) para unirse especficamente y en forma complementaria a un determinado sustrato, (este sitio activo es el lugar donde a travs del reconocimiento molecular ocurren las reacciones de ruptura y BIOLOGIA GENERAL, CELULAR Y MOLECULAR SEMINARIO NO2

4 UNIVERSIDAD NACIONAL JOSE FAUSTINO SANCHEZ CARRION-E.A.P DE MEDICINA HUMANA formacin de enlaces) formndose as un complejo enzima-sustrato en el que las molculas de las sustancias reactantes (sustratos) quedan muy prximas entre si, condicin indispensable para que se lleve a cabo la reaccin qumica de ellas. Por ultimo cabe sealar que, al separarse los productos de la enzima, esta ultima queda libre e intacta para catalizar la biosntesis de nuevos productos iguales a los anteriores.

Especificidad: Las enzimas suelen ser muy especficas tanto del tipo de reaccin que catalizan como del sustrato involucrado en la reaccin. La forma, la carga y las caractersticas hidroflicas/ hidrofbicas de las enzimas y los sustratos son los responsables de dicha especificidad. Las enzimas tambin pueden mostrar un elevado grado de estereoespecificidad, regioselectividad y quimioselectividad. Algunas de estas enzimas que muestran una elevada especificidad y precisin en su actividad son aquellas involucrados en la replicacin y expresin del genoma. Estas enzimas tienen eficientes sistemas de comprobacin y correccin de errores, como en el caso de la ADN polimerasa, que cataliza una reaccin de replicacin en un primer paso, para comprobar posteriormente si el producto obtenido es el correcto. Este proceso, que tiene lugar en dos pasos, da como resultado una media de tasa de error increblemente baja, en torno a 1 error cada 100 millones de reacciones en determinadas polimerasas de mamferos. Este tipo de mecanismos de comprobacin tambin han sido observados en la ARN polimerasa, en la ARNtaminoacilsintetasa y en la actividad de seleccin de los aminoacil-tRNAs. Aquellas enzimas que producen metabolitos secundarios son denominadas promiscuas, ya que pueden actuar sobre una gran variedad de sustratos. Por ello, se ha sugerido que esta amplia especificidad de sustrato podra ser clave en la evolucin y diseo de nuevas rutas biosintticas.

Historia y Etimologa Gran parte de la historia de la bioqumica es la historia de la investigacin de las enzimas. Los catalizadores biolgicos se reconocieron y fueron descritos por primera vez desde finales del siglo XVIII y principios del siglo XIX, se conoca la digestin de la carne por las secreciones del estmago y la conversin del almidn en azcar por los extractos de plantas y la saliva. Sin embargo, no haba sido identificado el mecanismo subyacente. En el siglo XIX, cuando se estaba estudiando la fermentacin del azcar en el alcohol con levaduras, Louis Pasteur lleg a la conclusin de que esta fermentacin era catalizada por una fuerza vital contenida en las clulas de la levadura, llamadas fermentos, e inicialmente se pens que solo funcionaban con organismos vivos. Escribi que "la fermentacin del alcohol es un acto relacionado con la vida y la organizacin de las clulas de las BIOLOGIA GENERAL, CELULAR Y MOLECULAR SEMINARIO NO2

5 UNIVERSIDAD NACIONAL JOSE FAUSTINO SANCHEZ CARRION-E.A.P DE MEDICINA HUMANA levaduras, y no con la muerte y la putrefaccin de las clulas". Por el contrario, otros cientficos de la poca como Justus von Liebig, se mantuvieron en la posicin que defenda el carcter puramente qumico de la reaccin de fermentacin. En 1878 el fisilogo Wilhelm Khne (18371900) acu el trmino enzima, que viene del griego "en levadura", para describir este proceso. La palabra enzima fue usada despus para referirse a sustancias inertes como la pepsina. Por otro lado, la palabra "fermento" sola referirse a la actividad qumica producida por organismos vivientes. En 1897EduardBuchner comenz a estudiar la capacidad de los extractos de levadura para fermentar azcar a pesar de la ausencia de clulas vivientes de levadura. En una serie de experimentos en la Universidad Humboldt de Berln, encontr que el azcar era fermentado inclusive cuando no haba elementos vivos en los cultivos de clulas de levaduras. Llam a la enzima que causa la fermentacin de la sacarosa, zimasa. En 1907 recibi el Premio Nobel de Qumica"por sus investigaciones bioqumicas y el haber descubierto la fermentacin libre de clulas". Siguiendo el ejemplo de Buchner, las enzimas son usualmente nombradas de acuerdo a la reaccin que producen. Normalmente, el sufijo "-asa" es agregado al nombre del sustrato (p. ej., la lactasa es la enzima que degrada lactosa) o al tipo de reaccin (p. ej., la ADN polimerasa forma polmeros de ADN). Tras haber mostrado que las enzimas pueden funcionar fuera de una clula viva, el prximo paso era determinar su naturaleza bioqumica. En muchos de los trabajos iniciales se not que la actividad enzimtica estaba asociada con protenas, pero algunos cientficos (como el premio Nobel Richard Willsttter) argumentaban que las protenas eran simplemente el transporte para las verdaderas enzimas y que las protenas pese a que no eran capaces de realizar catlisis. Sin embargo, en 1926, James B. Sumner demostr que la enzima ureasa era una protena pura y la cristaliz. Summer hizo lo mismo con la enzima catalasa en 1937. La conclusin de que las protenas puras podan ser enzimas fue definitivamente probada por John Howard Northrop y WendellMeredith Stanley, quienes trabajaron con diversas enzimas digestivas como la pepsina (1930), la tripsina y la quimotripsina. Estos tres cientficos recibieron el Premio Nobel de Qumica en 1946. El descubrimiento de que las enzimas podan ser cristalizadas permita que sus estructuras fuesen resueltas mediante tcnicas de cristalografa y difraccin de rayos X. Esto se llev a cabo en primer lugar con la lisozima, una enzima encontrada en las lgrimas, la saliva y los huevos, capaces de digerir la pared de algunas bacterias. La estructura fue resuelta por un grupo liderado por David Chilton Phillips y publicada en 1965.Esta estructura de alta resolucin de las lisozimas, marc el comienzo en el campo de la biologa estructural y el esfuerzo por entender cmo las enzimas trabajan en el orden molecular.


6 UNIVERSIDAD NACIONAL JOSE FAUSTINO SANCHEZ CARRION-E.A.P DE MEDICINA HUMANA MORFOLOGIA Las enzimas son generalmente protenas globulares que pueden presentar tamaos muy variables, desde 62 aminocidos como en el caso del monmero de la 4-oxalocrotonato tautomerasahasta los 2.500 presentes en la sintasa de cidos grasos. Las actividades de las enzimas vienen determinadas por su estructura tridimensional, la cual viene a su vez determinada por la secuencia de aminocidos.Sin embargo, aunque la estructura determina la funcin, predecir una nueva actividad enzimtica basndose nicamente en la estructura de una protena es muy difcil, y un problema an no resuelto. Casi todas las enzimas son mucho ms grandes que los sustratos sobre los que actan, y solo una pequea parte de la enzima (alrededor de 3 a 4 aminocidos) est directamente involucrada en la catlisis. La regin que contiene estos residuos encargados de catalizar la reaccin es denominada centro activo. Las enzimas tambin pueden contener sitios con la capacidad de unir cofactores, necesarios a veces en el proceso de catlisis, o de unir pequeas molculas, como los sustratos o productos (directos o indirectos) de la reaccin catalizada. Estas uniones de la enzima con sus propios sustratos o productos pueden incrementar o disminuir la actividad enzimtica, dando lugar as a una regulacin por retroalimentacin positiva o negativa, segn el caso. Al igual que las dems protenas, las enzimas se componen de una cadena lineal de aminocidos que se pliegan durante el proceso de traduccin para dar lugar a una estructura terciaria tridimensional de la enzima, susceptible de presentar actividad. Cada secuencia de aminocidos es nica y por tanto da lugar a una estructura nica, con propiedades nicas. En ocasiones, protenas individuales pueden unirse a otras protenas para formar complejos, en lo que se denomina estructura cuaternaria de las protenas. La mayora de las enzimas, al igual que el resto de las protenas, pueden ser desnaturalizadas si se ven sometidas a agentes desnaturalizantes como el calor, los pH extremos o ciertos compuestos como el SDS. Estos agentes destruyen la estructura terciaria de las protenas de forma reversible o irreversible, dependiendo de la enzima y de la condicin.

1.-la enzima y su sustrato 2.- unin al centro activo 3.-formacin de productos



Especificidad Tal y como se mencion anteriormente, las enzimas suelen ser muy especficas tanto del tipo de reaccin que catalizan como del sustrato involucrado en la reaccin. La forma, la carga y las caractersticas hidroflicas/hidrofbicas de las enzimas y los sustratos son los responsables de dicha especificidad. Las enzimas tambin pueden mostrar un elevado grado de estereoespecificidad, regioselectividad y quimioselectividad. Algunas de estas enzimas que muestran una elevada especificidad y precisin en su actividad son aquellas involucrados en la replicacin y expresin del genoma. Estas enzimas tienen eficientes sistemas de comprobacin y correccin de errores, como en el caso de la ADN polimerasa, que cataliza una reaccin de replicacin en un primer paso, para comprobar posteriormente si el producto obtenido es el correcto.[21] Este proceso, que tiene lugar en dos pasos, da como resultado una media de tasa de error increblemente baja, en torno a 1 error cada 100 millones de reacciones en determinadas polimerasas de mamferos. Este tipo de mecanismos de comprobacin tambin han sido observados en la ARN polimerasa,en la ARNtaminoacilsintetasay en la actividad de seleccin de los aminoacil-tRNAs.Aquellas enzimas que producen metabolitos secundarios son denominadas promiscuas, ya que pueden actuar sobre una gran variedad de sustratos. Por ello, se ha sugerido que esta amplia especificidad de sustrato podra ser clave en la evolucin y diseo de nuevas rutas biosintticas.

Modelo de la "llave-cerradura" Las enzimas son muy especficas, como sugiri Emil Fischer en 1894. Con base a sus resultados dedujo que ambas molculas, enzima y sustrato, poseen complementariedad geomtrica, es decir, sus estructuras encajan exactamente una en la otra, por lo que ha sido denominado como modelo de la "llave-cerradura", refirindose a la enzima como a una especie de cerradura y al sustrato como a una llave que encaja de forma perfecta en dicha cerradura. Sin embargo, si bien este modelo explica la especificidad de las enzimas, falla al intentar explicar la estabilizacin del estado de transicin que logran adquirir las enzimas.



Modelo del encaje inducido

En 1958 Daniel Koshland sugiere una modificacin al modelo de la llavecerradura: las enzimas son estructuras bastante flexibles y as el sitio activo podra cambiar su conformacin estructural por la interaccin con el sustrato.Como resultado de ello, la cadena aminoacdica que compone el sitio activo es moldeada en posiciones precisas, lo que permite a la enzima llevar a cabo su funcin cataltica. En algunos casos, como en las glicosidasas, el sustrato cambia ligeramente de forma para entrar en el sitio activo.El sitio activo continua dicho cambio hasta que el sustrato est completamente unido, momento en el cual queda determinada la forma y la carga final.

COMPOSICION Como se dijo en la parte anterior las enzimas son en su mayora protenas, con la excepcin de un pequeo grupo de molculas de RNA cataltico. Su actividad cataltica depende de la integridad de su conformacin proteica nativa. Si se desnaturaliza o se disocia una enzima en sus subunidades, se pierde normalmente la actividad cataltica. Si se descompone en sus subunidades, se pierde normalmente la actividad cataltica. As, las estructuras primaria, secundaria, terciaria y cuaternaria de las protenas enzimticas son esenciales para su actividad cataltica. Cuando enzima se encuentra inactiva se denomina zimgeno o proenzima es un precursor enzimtico inactivo, es decir, no cataliza ninguna reaccin como hacen las enzimas. Para activarse, necesita de un cambio bioqumico en su estructura que le lleve a conformar un centro activo donde pueda realizar la catlisis. En ese momento, el zimgeno pasa a ser una enzima activa. El cambio bioqumico suele ocurrir en un lisosoma, donde una parte especfica de la enzima precursora se escinde del resto para activarla. La cadena de aminocidos que se libera por la activacin se llama pptido de activacin.


9 UNIVERSIDAD NACIONAL JOSE FAUSTINO SANCHEZ CARRION-E.A.P DE MEDICINA HUMANA COFACTORES Y COENZIMAS Cofactores Algunas enzimas no precisan ningn componente adicional para mostrar una total actividad. Sin embargo, otras enzimas requieren la unin de molculas no proteicas denominadas cofactores para poder ejercer su actividad. Los cofactores pueden ser compuestos inorgnicos, como los iones metlicos y los complejos ferrosulfurosos, o compuestos orgnicos, como la flavina o el grupo hemo. Los cofactores orgnicos pueden ser a su vez grupos prostticos, que se unen fuertemente a la enzima, o coenzimas, que son liberados del sitio activo de la enzima durante la reaccin. Las coenzimas incluyen compuestos como el NADH, el NADPH y el adenosntrifosfato. Estas molculas transfieren grupos funcionales entre enzimas. Un ejemplo de una enzima que contiene un cofactor es la anhidrasa carbnica, en la cual el zinc (cofactor) se mantiene unido al sitio activo. Estas molculas suelen encontrarse unidas al sitio activo y estn implicadas en la catlisis. Por ejemplo, la flavina y el grupo hemo suelen estar implicados en reacciones redox. Las enzimas que requieren un cofactor pero no lo tienen unido son denominadas apoenzimas o apoprotenas. Una apoenzima junto con cofactor(es) es denominada holoenzima (que es la forma activa). La mayora de los cofactores no se unen covalentemente a sus enzimas, pero s lo hacen fuertemente. Sin embargo, los grupos prostticos pueden estar covalentemente unidos, como en el caso de la tiamina pirofosfato en la enzima piruvato deshidrogenasa. El trmino "holoenzima" tambin puede ser aplicado a aquellas enzimas que contienen mltiples subunidades, como en el caso de la ADN polimerasa, donde la holoenzima es el complejo con todas las subunidades necesarias para llevar a cabo la actividad enzimtica.


10 UNIVERSIDAD NACIONAL JOSE FAUSTINO SANCHEZ CARRION-E.A.P DE MEDICINA HUMANAACTIVADORES METLICOS Elemento Zn++ Mg++ Mn++ Mo Fe2+, Fe3+ Cu2+ Ca2+ K+ Co Enzima Activada Deshidrogenasas, anhidrasa carbnica, ARN y ADN polimerasas. Fosfohidrolasas, RUBISCO, fosfotransferasas, fosfatasas. Arginasas, peptidasas, quinasas. Nitratoreductasa, nitrogenasa. Citocromos, catalasas, ferredoxina, peroxidasas, nitritoreductasa. Citocromo oxidasa, tirosinasa, cido ascrbico oxidasa, plastocianina 1,3 b glucansintetasa, calmodulina. Piruvatofosfoquinasa, ATPasa. Vitamina B12 hallada en microorganismos y animales, pero no en plantas. Importante en la fijacin simbitica de nitrgeno. Ureasa.

Ni

Coenzimas



Modelo tridimensional de esferas de la coenzima NADH.

Las coenzimas son pequeas molculas orgnicas que transportan grupos qumicos de una enzima a otra. Algunos de estos compuestos, como la riboflavina, la tiamina y el cido flico son vitaminas (las cuales no pueden ser sintetizados en cantidad suficiente por el cuerpo humano y deben ser incorporados en la dieta). Los grupos qumicos intercambiados incluyen el ion hidruro (H-) transportado por NAD o NADP+, el grupo fosfato transportado por el ATP, el grupo acetilo transportado por la coenzima A, los grupos formil, metenil o metil transportados por el cido flico y el grupo metil transportado por la S-Adenosil metionina. Debido a que las coenzimas sufren una modificacin qumica como consecuencia de la actividad enzimtica, es til considerar a las coenzimas como una clase especial de sustratos, o como segundos sustratos, que son comunes a muchas enzimas diferentes. Por ejemplo, se conocen alrededor de 700 enzimas que utilizan la coenzima NADH. Las coenzimas suelen estar continuamente regenerndose y sus concentraciones suelen mantenerse a unos niveles fijos en el interior de la clula: por ejemplo, el NADPH es regenerado a travs de la ruta de las pentosas fosfato y la S-Adenosil metionina por medio de la metionina adenosiltransferasa. Esta regeneracin continua significa que incluso pequeas cantidades de coenzimas son utilizadas intensivamente. Por ejemplo, el cuerpo humano gasta su propio peso en ATP cada da.


12 UNIVERSIDAD NACIONAL JOSE FAUSTINO SANCHEZ CARRION-E.A.P DE MEDICINA HUMANA Funciones de las vitaminas y enfermedades carenciales VITAMINAS FUNCIONES Coenzima de algunas peptidasas. Interviene en la sntesis de colgeno Coenzima de las descarboxilasas y de las enzima que transfieren grupos aldehidos Constituyente de los coenzimas FAD y FMN Enfermedades carenciales Escorbuto

C (cido ascrbico)

B1 (tiamina)

Beriberi

B2 (riboflavina)

Dermatitis y lesiones en las mucosas Fatiga y trastornos del sueo Pelagra

B3 (cido pantotnico) Constituyente de la CoA B5 (niacina) Constituyente de las coenzimas NAD y NADP Interviene en las reacciones de transferencia de grupos aminos.

B6 ( piridoxina)

Depresin, anemia

B12 (cobalamina)

Coenzima en la transferencia Anemia perniciosa de grupos metilo. Coenzima de las enzimas que transfieren grupos carboxilo, Fatiga, dermatitis... en metabolismo de aminocidos.

Biotina

TIPOS Actualmente, ms de mil enzimas han sido aisladas y clasificadas de acuerdo con el substrato especfico sobre el cual actan. Entre las numerosas clasificaciones, algunas se basan en las reacciones que catalizan las enzimas, otras en el substrato sobre el que actan e incluso muchas enzimas se designan con nombres triviales de origen histrico. La comisin de Enzimas de la Unin Internacional de Bioqumica introdujo en 1964, para uniformar la nomenclatura, la siguiente clasificacin BIOLOGIA GENERAL, CELULAR Y MOLECULAR SEMINARIO NO2

13 UNIVERSIDAD NACIONAL JOSE FAUSTINO SANCHEZ CARRION-E.A.P DE MEDICINA HUMANA sistemtica, en la cual se consideran 6 grupos principales de enzimas de acuerdo al tipo reaccin implicada: 1. Oxidorreductasas: Catalizan una amplia variedad de reacciones de xido-reduccin, empleando coenzimas, tales como NAD+ y NADP+, como aceptor de hidrgeno. Este grupo incluye las enzimas denominadas comnmente como deshidrogenasas, reductasas, oxidasas, oxigenasas, hidroxilasas y catalasas. A+B A reducido + B reducido

2. Transferasas: Catalizan varios tipos de transferencia de grupos de una molcula a otra (transferencia de grupos amino, carboxilo, carbonilo, metilo, glicosilo, fosforilo). Ej: aminotransferasas (transaminasas). A + B-C 3. Hidrolasas: Estas enzimas actan sobre las molculas de protoplasma, tales como las de grasas, de glicgeno y de protenas.Catalizan reacciones que implican la ruptura hidroltica de enlaces qumicos, tales como C=O, C-N, C-C. Sus nombres comunes se forman aadiendo el sufijo -asa al nombre de substrato. Ejs.: lipasas, peptidasas, amilasa, maltasa, pectinoesterasa, fosfatasa, ureasa. Tambin pertenecen a este grupo la pepsina, tripsina y quimotripsina. A-B + C

A-B + H20 4. Liasas:

A-H + B-OH

Tambin catalizan la ruptura de enlaces (C-C, C-S y algunos C-N, excluyendo enlaces peptdicos), pero no por hidrlisis. Ejs.: decarboxilasas, citrato-liasa, deshidratasas y aldolasas. A-CO2 5. Isomerasas: Transforman sus substratos de una forma isomrica en otra. Ejs.: Epimerasas, racemasas, mutara, la fosfoglucosaisomerasa, que acta durante la glucolisis en la isomerizacin de la glucosa 6-fosfato a fructosa 6fosfato. BIOLOGIA GENERAL, CELULAR Y MOLECULAR SEMINARIO NO2 A +CO2

14 UNIVERSIDAD NACIONAL JOSE FAUSTINO SANCHEZ CARRION-E.A.P DE MEDICINA HUMANA A 6. Ligasas: Catalizan la formacin de enlace entre C y O, S, N y otros tomos. Generalmente, la energa requerida para la formacin de enlace deriva de la hidrlisis del ATP. Las sintetasas y carboxilasas estn en este grupo. A + B + NTP A-B + NDP + P A*

CLASIFICACIN DE LAS ENZIMAS DE LOS ALIMENTOS Bravermandistingue dos importantes grupos de enzimas de los alimentos: las Hidrolasas y las Desmolasas o EnzimasOxidantes. 1. LAS HIDROLASAS comprenden las: 1.1. ESTERASAS, entre las cuales son de importancia en los alimentos: a) Lipasas, que hidrolizan los steres de cidos grasos. b) Fosfatasas, que hidrolizan los steres fosfricos de muchos compuestos orgnicos, como, por ejemplo, glicerofosfatos, almidones fosforilados. c) Clorofilasas. En la industria alimentara debe tratarse de retener el color verde de la clorofila, en el caso de los vegetales deshidratados o en conservas. Por ello puede protegerse el color natural (retencin de clorofila de hasta 60%) por los siguientes tratamientos: - Pretratamiento por inmersin (ej., Arvejas), a temperatura ambiente, en solucin de bicarbonato de sodio al 2% por espacio de 30 a 40 min. - Escaldado en solucin de hidrxido de calcio 0,005 M. - Procesamiento en salmuera, que lleva adicionada hidrxido de magnesio (0,020-0,025 M.). El pH en estos casos se eleva a 8 en el primer tiempo y se mantiene durante el escaldado y la esterilizacin posterior. d)Pectino-esterara, enzima importante en la industria de derivados de frutas (vanse stas). 1.2 CARBOHIDRASAS, que se clasifican en: a) Hexosidasas, entre las que interesan la invertasa y la lactasa. b)Poliasas, que comprenden las amilasas, las celulasas y la poligalacturinasa o pectinasa, que acta sobre el cido pctico o poligalacturnico, dando molculas de cido galacturnico, carentes de poder gelificante; de importancia en la elaboracin de zumos y nctares de frutas. BIOLOGIA GENERAL, CELULAR Y MOLECULAR SEMINARIO NO2

15 UNIVERSIDAD NACIONAL JOSE FAUSTINO SANCHEZ CARRION-E.A.P DE MEDICINA HUMANA 1.3 PROTEASAS, que se clasifican en: a)Proteinasas, endoenzimas que rompen las uniones peptdicas: -CO-NH de las protenas, algunas de las cuales son muy resistentes al ataque de la enzima proteoltica, en su estado nativo; por el calor u otros agentes se puede abrir la molcula proteica, de modo que entonces las uniones peptdicas pueden ser atacadas por estas enzimas. b) Peptidasas, que rompen las uniones de los pptidos hasta la liberacin final de molculas de aminocidos. c)Catepsinas, a cuya accin en el msculo proteico se deben los procesos autolticos en la maduracin de la carne. El tejido vivo tiene un pH desfavorable para la accin de estas enzimas, pero a la muerte del animal baja el pH al acumularse cido lctico por degradacin del glicgeno. Al alcanzar un pH 4,5 se hace ptimo para la liberacin y accin de la enzima, apareciendo los respectivos cambios en la textura y dems caracteres de la carne. d)Renina, Quimosina o Fermento Lab, que se encuentra en el cuarto estmago del ternero alimentado slo con leche materna y que causa la coagulacin de la leche.

2. DESMOLASAS O ENZIMAS OXIDANTES. Entre ellas son de inters en alimentos: 2.1 Oxidasas, que comprenden: a) Las OxidasasFrricas: Catalasa, responsable de la prdida de color y olor de vegetales congelados, y Peroxidasa, que se encuentra en verduras y frutas ctricas. Su estudio es de gran inters en la industria de alimentos por ser una de las enzimas ms estables al calor y requerir mayor tiempo de inactivacin, con el agravante de que en ciertas condiciones puede regenerar su actividad con el tiempo; b) A las Oxidasas Cpricas pertenecen la poli fenol-oxidasa, tirosinasa, catecolasa, relacionadas con el Pardeamiento Enzimtico (vase ste) y la ascrbico-oxidasa. 2.2 Dehidrogenasas. Entre stas se encuentran las enzimas siguientes:


16 UNIVERSIDAD NACIONAL JOSE FAUSTINO SANCHEZ CARRION-E.A.P DE MEDICINA HUMANA Xantino-oxidasa, que es una flavoprotena con molibdeno y cataliza la oxidacin de xantina y aldehdos como el frmico, actuando como aceptor de H el azul de metileno, al transformarse en su leuco-derivado; en esto se basa su aplicacin analtica en el control trmico de la leche y en la deteccin de leche de vaca en leche humana, pues esta ltima no contiene esta enzima; Lipoxidasa, que cataliza la oxidacin de cidos grasos poliinsaturados y secundariamente tambin al caroteno de frutas y verduras deshidratadas, a travs de los perxidos formados.

FUNCIONES Las enzimas presentan una amplia variedad de funciones en los organismos vivos. Son indispensables en la transduccin de seales y en procesos de regulacin, normalmente por medio de quinasas y fosfatasas.Tambin son capaces de producir movimiento, como es el caso de la miosina al hidrolizarATP para generar la contraccin muscular o el movimiento de vesculas por medio del citoesqueleto. Otro tipo de ATPasas en la membrana celular son las bombas de iones implicadas en procesos de transporte activo. Adems, las enzimas tambin estn implicadas en funciones mucho ms exticas, como la produccin de luz por la luciferasa en las lucirnagas.Los virus tambin pueden contener enzimas implicadas en la infeccin celular, como es el caso de la integrasa del virus HIV y de la transcriptasa inversa, o en la liberacin viral, como la neuraminidasa del virus de la gripe. Una importante funcin de las enzimas es la que presentan en el sistema digestivo de los animales. Enzimas tales como las amilasas y las proteasas son capaces de degradar molculas grandes (almidn o protenas, respectivamente) en otras ms pequeas, de forma que puedan ser absorbidas en el intestino. Las molculas de almidn, por ejemplo, que son demasiado grandes para ser absorbidas, son degradadas por diversas enzimas a molculas ms pequeas como la maltosa, y finalmente a glucosa, la cual s puede ser absorbida a travs de las clulas del intestino. Diferentes enzimas digestivas son capaces de degradar diferentes tipos de alimentos. Los rumiantes que tienen una dieta herbvora, poseen en sus intestinos una serie de microorganismos que producen otra enzima, la celulasa, capaz de degradar la celulosa presente en la pared celular de las plantas. Varias enzimas pueden actuar conjuntamente en un orden especfico, creando as una ruta metablica. En una ruta metablica, una enzima toma como sustrato el producto de otra enzima. Tras la reaccin cataltica, el producto se transfiere a la siguiente enzima y as sucesivamente. En ocasiones, existe ms de una enzima capaz de catalizar la misma reaccin en paralelo, lo que permite establecer una regulacin ms sofisticada: por ejemplo, en el caso en que una enzima presenta una actividad constitutiva pero con una baja constante de actividad y una segunda enzima cuya actividad es inducible, pero presenta una mayor constante de actividad. BIOLOGIA GENERAL, CELULAR Y MOLECULAR SEMINARIO NO2

17 UNIVERSIDAD NACIONAL JOSE FAUSTINO SANCHEZ CARRION-E.A.P DE MEDICINA HUMANA Las enzimas determinan los pasos que siguen estas rutas metablicas. Sin las enzimas, el metabolismo no se producira a travs de los mismos pasos, ni sera lo suficientemente rpido para atender las necesidades de la clula. De hecho, una ruta metablica como la glucolisis no podra existir sin enzimas. La glucosa, por ejemplo, puede reaccionar directamente con el ATP de forma que quede fosforilada en uno o ms carbonos. En ausencia de enzimas, esta reaccin se producira tan lentamente que sera insignificante. Sin embargo, si se aade la enzima hexoquinasa que fosforila el carbono 6 de la glucosa y se mide la concentracin de la mezcla en un breve espacio de tiempo se podr encontrar nicamente glucosa-6-fosfato a niveles significativos. Por tanto, las redes de rutas metablicas dentro de la clula dependen del conjunto de enzimas funcionales que presenten.

Mecanismos Las enzimas pueden actuar de diversas formas, aunque, como se ver a continuacin, siempre dando lugar a una disminucin del valor de la energa de activacin:

Reduccin de la energa de activacin mediante la creacin de un ambiente en el cual el estado de transicin es estabilizado (por ejemplo, forzando la forma de un sustrato: la enzima produce un cambio de conformacin del sustrato unido el cual pasa a un estado de transicin, de modo que ve reducida la cantidad de energa que precisa para completar la transicin). Reduciendo la energa del estado de transicin, sin afectar la forma del sustrato, mediante la creacin de un ambiente con una distribucin de carga ptima para que se genere dicho estado de transicin. Proporcionando una ruta alternativa. Por ejemplo, reaccionando temporalmente con el sustrato para formar un complejo intermedio enzima/sustrato (ES), que no sera factible en ausencia de enzima. Reduciendo la variacin de entropa necesaria para alcanzar el estado de transicin (energa de activacin) de la reaccin mediante la accin de orientar correctamente los sustratos, favoreciendo as que se produzca dicha reaccin. Incrementando la velocidad de la enzima mediante un aumento de temperatura. El incremento de temperatura facilita la accin de la enzima y permite que se incremente su velocidad de reaccin. Sin embargo, si la temperatura se eleva demasiado, la conformacin estructural de la enzima puede verse afectada, reduciendo as su velocidad de reaccin, y slo recuperando su actividad ptima cuando la temperatura se reduce. No obstante, algunas enzimas son termolbiles y trabajan mejor a bajas temperaturas.

Cabe destacar que este efecto entrpico implica la desestabilizacin del estado basal,y su contribucin a la catlisis es relativamente pequea.



Estabilizacin del estado de transicin La comprensin del origen de la reduccin del valor de la energa de activacin en una reaccin enzimtica requiere elucidar previamente cmo las enzimas pueden estabilizar su estado de transicin, ms que el estado de transicin de la reaccin. Aparentemente, la forma ms efectiva para alcanzar la estabilizacin es la utilizacin de fuerzas electrostticas, concretamente, poseyendo un ambiente polar relativamente fijado que pueda orientarse hacia la distribucin de carga del estado de transicin. Ese tipo de ambientes no existen ni se generan en ausencia de enzimas. Dinmica y funcin La dinmica interna de las enzimas est relacionada con sus mecanismos de catlisis. La dinmica interna se define como el movimiento de diferentes partes de la estructura de la enzima, desde residuos individuales de aminocidos, hasta grupos de aminocidos o incluso un dominio proteico entero. Estos movimientos se producen a diferentes escalas de tiempo que van desde femtosegundos hasta segundos. Casi cualquier residuo de la estructura de la enzima puede contribuir en el proceso de catlisis por medio de movimientos dinmicos.Los movimientos de las protenas son vitales en muchas enzimas. Dichos movimientos podrn ser ms o menos importantes segn si los cambios conformacionales se producen por vibraciones pequeas y rpidas o grandes y lentas, y dicha importancia depender del tipo de reaccin que lleve a cabo la enzima. Sin embargo, aunque estos movimientos son importantes en el proceso de unin y liberacin de sustratos y productos, an no est claro si estos movimientos ayudan a acelerar los pasos qumicos de las reacciones enzimticas. Estos nuevos avances tambin tienen implicaciones en la comprensin de los efectos alostricos y en el desarrollo de nuevos frmacos.

Modulacin alostrica

Transicin alostrica de una enzima entre los estados R y T, estabilizada por un agonista, un inhibidor y un sustrato.


19 UNIVERSIDAD NACIONAL JOSE FAUSTINO SANCHEZ CARRION-E.A.P DE MEDICINA HUMANA Los sitios alostricos son zonas de la enzima con capacidad de reconocer y unir determinadas molculas en la clula. Las uniones a las que dan lugar son dbiles y no covalentes, y generan un cambio en la conformacin estructural de la enzima que repercute en el sitio activo, afectando as a la velocidad de reaccin de la enzima.[43] Las interacciones alostricas pueden tanto inhibir como activar enzimas, y son una forma muy comn de controlar las enzimas en las clulas.

Termodinmica

Grfica de las energas de las diferentes fases de una reaccin qumica. Los sustratos precisan mucha energa para alcanzar el estado de transicin, pero una vez alcanzado, se transforman en productos. La enzima estabiliza el estado de transicin, reduciendo la energa necesaria para formar los productos.

Al igual que sucede con todos los catalizadores, las enzimas no alteran el equilibrio qumico de la reaccin. Generalmente, en presencia de una enzima, la reaccin avanza en la misma direccin en la que lo hara en ausencia de enzima, slo que ms rpido. Sin embargo, en ausencia de enzima, podra producirse una reaccin espontnea que generase un producto diferente debido a que en esas condiciones, dicho producto diferente se forma ms rpidamente. Adems, las enzimas pueden acoplar dos o ms reacciones, por lo que una reaccin termodinmicamente favorable puede ser utilizada para favorecer otra reaccin termodinmicamente desfavorable. Por ejemplo, la hidrlisis de ATP suele ser utilizada para favorecer otras reacciones qumicas. Las enzimas catalizan reacciones qumicas tanto en un sentido como en el contrario. Nunca alteran el equilibrio, sino nicamente la velocidad a la que es alcanzado. Por ejemplo, la anhidrasa carbnica cataliza su reaccin en una u otra direccin dependiendo de la concentracin de los reactantes, como se puede ver a continuacin:

(En tejidos; alta concentracin de CO2) (En pulmones; baja concentracin de CO2) BIOLOGIA GENERAL, CELULAR Y MOLECULAR SEMINARIO NO2


Si el equilibrio se ve muy desplazado en un sentido de la reaccin, es decir, se convierte en una reaccin muy exergnica, la reaccin se hace efectivamente irreversible. Bajo estas condiciones, la enzima nicamente catalizar la reaccin en la direccin permitida desde un punto de vista termodinmico.

Cintica

Mecanismo para una reaccin catalizada por una enzima con un nico sustrato. La enzima (E) une un sustrato (S) y genera un producto (P).

La cintica enzimtica es el estudio de cmo las enzimas se unen a sus sustratos y los transforman en productos. Los datos de equilibrios utilizados en los estudios cinticos son obtenidos mediante ensayos enzimticos. En 1902, Victor Henripropuso una teora cuantitativa sobre la cintica enzimtica, pero sus datos experimentales no fueron muy tiles debido a que la importancia de la concentracin del ion de hidrgeno an no era considerada. Despus de que Peter LauritzSrensen definiera la escala logartmica del pH e introdujera el concepto de "tampn" (buffer) en 1909,el qumico alemn Leonor Michaelis y su postdoctoral canadiense Maud Leonora Menten repitieron los experimentos de Henri confirmando su ecuacin, que actualmente es conocida como cintica de Henri-MichaelisMenten (o simplemente cintica de Michaelis-Menten). Su trabajo fue desarrollado ms en profundidad por George Edward Briggs y J. B. S. Haldane, quienes obtuvieron las ecuaciones cinticas que se encuentran tan ampliamente extendidas en la actualidad. La mayor contribucin de Henri fue la idea de dividir las reacciones enzimticas en dos etapas. En la primera, el sustrato se une reversiblemente a la enzima, formando el complejo enzima-sustrato (tambin denominado complejo Michaelis). En la segunda, la enzima cataliza la reaccin y libera el producto. Las enzimas pueden catalizar hasta varios millones de reacciones por segundo. Por ejemplo, la descarboxilacin no enzimtica de la orotidina 5'monofosfato tiene una vida media de 78 millones de aos. Sin embargo, cuando la enzima orotidina 5'-fosfato descarboxilasa est presente en el medio, ese mismo proceso tarda apenas 25 milisegundos. Las velocidades de las enzimas dependen de las condiciones de la solucin y de la BIOLOGIA GENERAL, CELULAR Y MOLECULAR SEMINARIO NO2

21 UNIVERSIDAD NACIONAL JOSE FAUSTINO SANCHEZ CARRION-E.A.P DE MEDICINA HUMANA concentracin de sustrato. Aquellas condiciones que desnaturalizan una protena, como temperaturas elevadas, pHs extremos o altas concentraciones de sal, dificultan o impiden la actividad enzimtica, mientras que elevadas concentraciones de sustrato tienden a incrementar la actividad. Para encontrar la mxima velocidad de una reaccin enzimtica, la concentracin de sustrato se incrementa hasta que se obtiene una tasa constante de formacin de producto (vase la curva de saturacin representada en la figura de la derecha). La saturacin ocurre porque, cuando la concentracin de sustrato aumenta, disminuye la concentracin de enzima libre, que se convierte en la forma con sustrato unido (ES). A la mxima velocidad (Vmax) de la enzima, todos los sitios activos de dicha enzima tienen sustrato unido, y la cantidad de complejos ES es igual a la cantidad total de enzima. Sin embargo, Vmax es slo una de las constantes cinticas de la enzima. La cantidad de sustrato necesario para obtener una determinada velocidad de reaccin tambin es importante. Este parmetro viene dado por la constante de Michaelis-Menten (Km), que viene a ser la concentracin de sustrato necesaria para que una enzima alcance la mitad de su velocidad mxima. Cada enzima tiene un valor de Km caracterstico para un determinado sustrato, el cual puede decirnos cmo de afn es la unin entre el sustrato y la enzima. Otra constante til es kcat, que es el nmero de molculas de sustrato procesadas por cada sitio activo por segundo. La eficiencia de una enzima puede ser expresada en trminos de kcat/Km, en lo que se denomina constante de especificidad, que incorpora la constante de velocidad de todas las fases de la reaccin. Debido a que la constante de especificidad contempla tanto la afinidad como la capacidad cataltica, es un parmetro muy til para comparar diferentes enzimas o la misma enzima con diferentes sustratos. El valor mximo terico de la constante de especificidad es denominado lmite de difusin tiene un valor de 108-109 (M1 -1 s ). Llegados a este punto, cada colisin de la enzima con su sustrato da lugar a la catlisis, con lo que la velocidad de formacin de producto no se ve limitada por la velocidad de reaccin, sino por la velocidad de difusin. Las enzimas que poseen esta propiedad son llamadas enzimas catalticamente perfectas o cinticamente perfectas. Ejemplos de este tipo de enzimas son la triosa fosfato isomerasa, la anhidrasa carbnica, la acetilcolinesterasa, la catalasa, la fumarasa, la beta-lactamasa y la superxidodismutasa. La cintica de Michaelis-Menten depende de la ley de accin de masas, que se deriva partiendo de los supuestos de difusin libre y colisin al azar. Sin embargo, muchos procesos bioqumicos o celulares se desvan significativamente de estas condiciones, a causa de fenmenos como el crowding macromolecular, la separacin de etapas entre enzima-sustratoproducto, o los movimientos moleculares uni- o bidimensionales. No obstante, en estas situaciones se puede aplicar una cintica de MichaelisMentenfractal. Algunas enzimas presentan una cintica ms rpida que la velocidad de difusin, lo que en principio parecera ser imposible. Se han propuesto diversos mecanismos para tratar de explicar este fenmeno. Uno de los modelos propone que algunas protenas podran tener la capacidad de BIOLOGIA GENERAL, CELULAR Y MOLECULAR SEMINARIO NO2

22 UNIVERSIDAD NACIONAL JOSE FAUSTINO SANCHEZ CARRION-E.A.P DE MEDICINA HUMANA acelerar la catlisis secuestrando el sustrato y orientndolo mediante campos elctricos dipolares. Otro modelo propone un mecanismo de efecto tnel cuntico, donde un protn o un electrn pueden formar un tnel a travs de barreras de activacin, aunque existe cierta controversia en cuanto al efecto tnel que pueda generar un protn. El efecto tnel mediado por protones ha sido observado en triptamina. Esto sugiere que la catlisis enzimtica podra ser definida ms exactamente como una "barrera", en lugar de como hace el modelo tradicional, donde el sustrato requiere a la enzima para alcanzar una barrera energtica ms baja.

Inhibicin

Los inhibidores competitivos se unen reversiblemente al enzima, evitando la unin del sustrato. Por otro lado, la unin del sustrato evita la unin del inhibidor. As pues, sustrato e inhibidor compiten por la enzima.



Tipos de inhibicin segn la clasificacin introducida por W. W. Cleland.

Los inhibidores son molculas que regulan la actividad enzimtica, inhibiendo su actividad. A grandes rasgos, pueden clasificarse en reversibles e irreversibles. Las irreversibles se unen covalentemente a la enzima sin posibilidad de revertir la modificacin, siendo tiles en farmacologa. Algunos de los frmacos que actan de este modo son la eflornitina, utilizada para tratar la tripanosomiasis africanala penicilina y la aspirina. Las reversibles se unen de forma reversible a la enzima, pudiendo clasificarse a su vez, segn la forma en que intervienen en la reaccin, en competitivas, acompetitivas y mixtas. Habitualmente, por su amplia presencia en multitud de procesos, se habla tambin de inhibicin no competitiva, que en realidad no es ms que una variante de la ya mencionada inhibicin mixta. Sin embargo, por sus caractersticas se suele presentar como opuesta a la competitiva, con la que es comparada frecuentemente.



En la inhibicin competitiva, el sustrato y el inhibidor no se pueden unir a la misma enzima al mismo tiempo, como se muestra en la figura de la derecha.[67] Esto generalmente ocurre cuando el inhibidor tiene afinidad por el sitio activo de una enzima en el cual tambin se une el sustrato; el sustrato y el inhibidor compiten para el acceso al sitio activo de la enzima. Por ejemplo, el metotrexato es un inhibidor competitivo de la enzima dihidrofolatoreductasa, que cataliza la reduccin de dihidrofolato a tetrahidrofolato. La similitud entre las estructuras del cido flico y el metotrexato permite que se establezca una inhibicin de tipo competitivo. Este tipo de inhibicin se puede superar con concentraciones suficientemente altas del sustrato, es decir, dejando fuera de competicin al inhibidor. En la inhibicin competitiva la velocidad mxima de la reaccin no vara, pero se necesitan concentraciones ms elevadas de sustrato para alcanzar una determinada velocidad, incrementndose as la Km aparente. En la inhibicin acompetitiva el inhibidor no puede unirse a la enzima libre, sino nicamente al complejo enzima-sustrato (ES). Una vez formado el complejo con el inhibidor (EIS) la enzima queda inactiva. Este tipo de inhibicin es poco comn, pero puede darse en enzimas multimticas. La inhibicin no competitiva es una forma de inhibicin mixta donde la unin del inhibidor con la enzima reduce su actividad pero no afecta la unin con el sustrato. Como resultado, el grado de inhibicin depende solamente de la concentracin de inhibidor, independientemente de la concentracin de sustrato, con lo que vara el valor de la Vmax aparente. Sin embargo, como el sustrato an puede unirse a la enzima, el valor de Km no vara. En la inhibicin mixta, el inhibidor se puede unir a la enzima al mismo tiempo que el sustrato. Sin embargo, la unin del inhibidor afecta la unin del sustrato, y viceversa. Este tipo de inhibicin se puede reducir, pero no superar al aumentar las concentraciones del sustrato. Aunque es posible que los inhibidores de tipo mixto se unan en el sitio activo, este tipo de inhibicin resulta generalmente de un efecto alostrico donde el inhibidor se une a otro sitio que no es el sitio activo de la enzima. La unin del inhibidor con el sitio alostrico cambia la conformacin (es decir, la estructura terciaria) de la enzima de modo que la afinidad del sustrato por el sitio activo se reduce.



La coenzima cido flico (izquierda) y el frmaco anti-cancergeno metotrexato (derecha) son muy similares en estructura. Como resultado, el metotrexato es un inhibidor competitivo de muchas enzimas que utilizan folato. En muchos organismos, los inhibidores pueden actuar como parte de un mecanismo de realimentacin. Si una enzima produce una sustancia en demasiada cantidad en el organismo, esta misma sustancia podra actuar como un inhibidor de la enzima al inicio de la ruta que lo produce, deteniendo as dicha produccin cuando haya una cantidad suficiente de la sustancia en cuestin. Este sera una forma de realimentacin negativa. Las enzimas que se encuentran sujetas a este tipo de regulacin suelen ser multimricas y poseer sitios alostricos donde se unen sustancias reguladoras. Las grficas que representan la velocidad de la reaccin frente a la concentracin de sustrato de estas enzimas no son hiprboles, sino sigmoidales (forma de S). Usos de los inhibidores Debido a que los inhibidores modulan la funcin de las enzimas, suelen ser utilizados como frmacos. Un tpico ejemplo de un inhibidor que es utilizado como frmaco es la aspirina, la cual inhibe las enzimas COX-1 y COX-2 implicadas en la sntesis de un intermediario inflamatorio, las prostaglandinas, con lo que suprime as los efectos derivados, el dolor y la inflamacin. Sin embargo, otros inhibidores enzimticos actan como venenos. Por ejemplo, el cianuro es un inhibidor irreversible que se une a los tomos de hierro y cobre en el sitio activo de la citocromo c oxidasa de clulas animales (las plantas son resistentes al cianuro), bloqueando as la respiracin celular.

EFECTO DE LA CONCENTRACIN DEL SUBSTRATO SOBRE LA CATALISIS ENZIMATICA La actividad de una enzima se puede estudiar in vitro, bajo condiciones controladas aadindole una enzima a un substrato. S se trabaja con la condicin de que la concentracin del substrato sea saturante, variando entonces la concentracin de enzima, se observa que aumenta el producto de la reaccin, a pH y temperatura constantes.



Si se mantiene la concentracin de la enzima constante y variando la concentracin de substrato se obtiene una curva hiperblica como la de la figura. Al principio un aumento de la concentracin de substrato produce un aumento rpido de la velocidad de reaccin, pero si se sigue aumentando la concentracin de substrato, la velocidad de reaccin comienza a disminuir y a muy altas concentraciones de substrato se observa que no cambia la velocidad de reaccin, se dice que los centros activos de la enzima se encuentran saturados. La velocidad de reaccin que se obtiene a esa alta concentracin de substrato se define como la velocidad mxima (V) de la reaccin enzimtica bajo las condiciones especificadas. La concentracin de substrato (S), a la semivelocidad mxima de reaccin (V/2) se puede determinar de la figura y representa la constante de Michaelis o Km, la cual es una caracterstica para cada enzima. La inversa de Km, o 1/Km, mide aproximadamente la afinidad de la enzima por el substrato. Mientras ms pequeo sea el valor de Km, mayor ser la afinidad de la enzima por el substrato. Si varias enzimas compiten en el metabolismo por el mismo substrato, ste ser transformado preferentemente por la enzima con mayor afinidad. La ecuacin de Michaelis describe la relacin cuantitativa entre la velocidad de reaccin y la concentracin de substrato [S], si se conoce Vmax o Km: v= En donde: v= es la velocidad de reaccin observada a una concentracin de substrato determinada [S] BIOLOGIA GENERAL, CELULAR Y MOLECULAR SEMINARIO NO2

27 UNIVERSIDAD NACIONAL JOSE FAUSTINO SANCHEZ CARRION-E.A.P DE MEDICINA HUMANA Km= constante de Michaelis en moles/ltro

Vmax= velocidad mxima a concentracin saturante de substrato. Si v= Vmax/2; entonces = Km+[S] = 2[S] Km =[S] De tal forma que podemos concluir que Km es igual a la concentracin de substrato a la semivelocidad mxima de reaccin.

REPRESENTACIN GRFICA DE LINEWEAVER Y BURK Si se toma el inverso en ambos miembros de la ecuacin de Michaelis tenemos: = +

que es la ecuacin de una lnea recta, cuya pendiente es intercepta al eje de las ordenadas en Lo que es evidente al hacer

, que

y a la abcisa en el punto

, ya que se convierte en

Si se hace una grfica con los dobles inversos, colocando los valores de en el eje de las ordenadas y en el eje de las abcisas, se obtiene una lnea recta a partir de la cual se puede calcular fcilmente Km.



EFECTO DEL pH SOBRE LA ACTIVIDAD ENZIMATICA Sabiendo que las enzimas son proteinas, cualquier cambio brusco de pH puede alterar el carcter inico de los grupos amino y carboxilo en la superficie proteica, afectando as las propiedades catalticas de una enzima. A pH alto o bajo se puede producir la desnaturalizacin de la enzima y en consecuencia su inactivacin. La fosfatasa cida es ms activa a pH 5,0, mientras que la fosfatasa alcalina lo es a pH 9,0. Muchas enzimas tienen mxima actividad cerca de la neutralidad en un rango de pH de 6 a 8. El pH no afecta la actividad enzimtica, sino la concentracin de protones. Los protones adems de alterar la estructura de la enzima y el substrato, pueden participar tambin en la reaccin como substrato o producto. En esos casos, la concentracin de protones afecta directamente la velocidad de la reaccin. ENZIMA Pepsina Tripsina Catalasa Arginasa Fumarasa Ribonucleasa pH OPTIMO 1,5 7,7 7,6 9,7 7,8 7,8



EFECTO DE LA TEMPERATURA

Un aumento en la temperatura provoca un aumento de la velocidad de reaccin hasta cierta temperatura ptima, ya que despus de aproximadamente 450 C se comienza a producir la desnaturalizacin trmica. Las enzimas de muchos mamferos tienen una temperatura ptima de 370 C, por encima de esa temperatura comienzan a inactivarse y se destruyen Sin embargo existen especies de bacterias y algas que habitan en fuentes de aguas termales y en el otro extremo ciertas bacterias rticas tienen temperaturas ptimas cercanas a 00 C. EFECTO DE ACTIVADORES


30 UNIVERSIDAD NACIONAL JOSE FAUSTINO SANCHEZ CARRION-E.A.P DE MEDICINA HUMANA Ciertas enzimas se encuentran como aproenzimas o zimogenos que son inactivos. El tripsingeno es convertido en tripsina por la misma accin de la tripsina, que remueve un hexapptido. Tripsingeno Tripsina Tripsina + Val (Asp)4 lisina

Otra forma de activacin consiste en mantener los grupos SH reducidos. Estos grupos pueden formar parte de centros activos de ciertas enzimas. Si se oxidan estos grupos a -S-S- la enzima se inactiva. As tenemos que la enzima papaina, se inactiva despus de exponerla al oxgeno; pero cuando se le aade un reductor apropiado la enzima se reactiva. Los grupos -S-Sse convierten en -SH, activndose la enzima. Otra forma de activacin requiere la presencia de otra sustancia que se enlaza al sitio alostrico, el compuesto que se enlaza se denomina un efector alostrico. El centro alostrico es bien especfico para el efector o modulador alostrico.

PATOLOGIASFENILCETONURIA Definicin.-La Fenilcetonuria es una rara enfermedad hereditaria en la cual existe una ausencia de fenilalanina hidroxilasa y por ello no se metaboliza adecuadamente el aminoacido fenilalanina. Por lo tanto se acumula excesivamente, se trata de una enfermedad infantil metablica progresiva, severa, que puede producir retraso mental si no se trata a tiempo. La herencia es autosmica recesiva, por lo que ambos padres deben tener este gen defectuoso para que el nio resulte afectado. Causas.-Se debe al dficit de una enzima del hgado, la fenilalannhidroxilasa, que interviene en el metabolismo de un aminocido, la fenilalanina, provocando su acumulacin excesiva en los lquidos del organismo. Una enzima es una protena capaz de activar indirectamente una reaccin qumica. A travs de la sntesis de la fenilalanina por la enzima fenilalannhidroxilasa (PAH) se obtiene tirosina, que se transforma en L-DOPA que es un potente neurotransmisor imprescindible para el correcto desarrollo neurolgico. La fenilalanina, junto con otros siete aminocidos (tirosina, valina, triptfano, lisina, isoleucina, leucina y metionina) forman un grupo denominados aminocidos esenciales, que son los que dan lugar al resto de los aminocidos de los que estamos compuestos y para obtenerlos hay que ingerirlos en la dieta. Estructura quimica de la fenilalanina BIOLOGIA GENERAL, CELULAR Y MOLECULAR SEMINARIO NO2

31 UNIVERSIDAD NACIONAL JOSE FAUSTINO SANCHEZ CARRION-E.A.P DE MEDICINA HUMANA Es una enfermedad padres hereditaria deben con tener carcter el autosmico gen recesivo:

Ambos

defectuoso.

La probabilidad de que el gen anmalo se transmita a los hijos es del 75%: 25% de probabilidades de heredar los dos genes defectuosos y por tanto sufrir la enfermedad. 50% llevan una copia defectuosa que pueden pasar a la descendencia y una copia normal: son portadores sanos. 25% no tienen ninguna copia defectuosa del gen por lo que no padecen la enfermedad ni puede transmitirla a la descendencia.

Sntomas Microcefalia. Temblores y movimientos espasmdicos de brazos y piernas. Postura anormal de las manos. Convulsiones: sobre todo los ms gravemente afectados. Hiperactividad. Retraso mental. Aspecto tpico con piel plida, cabello rubio y ojos azules. Vmitos. Irritabilidad. Piel seca, con frecuentes erupciones.Eccema cutneo Orina de olor a ratn: los nios eliminan gran cantidad de cido fenilpirvico, que es un derivado del cido actico que es el que secretan los roedores en su orina. El desarrollo fsico y la estatura son normales. Aunque los niveles de fenilalanina estn aumentados, el periodo neonatal cursa sin sntomas, pero en ausencia de tratamiento se llega un retraso mental permanente.Despus comienzan a desinteresarse por lo que ocurre a su alrededor y al ao ya tienen retardo mental con irritabilidad, inquietos e incluso destructivos. Existen otras dos formas muy raras de la enfermedad: defecto enzimtico de la dihidrobiopterinareductasa (no hay tratamiento disponible, pero afortunadamente es muy poco frecuente: hay dos casos en Espaa) y del cofactor no proteico BH4 que se presenta un caso por cada 100.000 nacidos vivos y s tiene tratamiento.


32 UNIVERSIDAD NACIONAL JOSE FAUSTINO SANCHEZ CARRION-E.A.P DE MEDICINA HUMANA PORFIRIAS Mal funcionamiento de un grupo de enzimas llamadas porfirinas, que se sintetizan a partir de el acetato y la glicina; las porfirinas ms importantes que existen en la naturaleza son la uroporfirina, coproporfirina y la protoporfirina, esta ltima esta presente en la hemoglobina. La palabra porfiria proviene del griego porphyra, que significa morado o prpura. Las porfirias se pueden dividir en dos grupos porfiriaeritropoyetica que se subdivide en: 1.- Uroporfirinaeritropoyetica: Se caracteriza por la presencia de depositos excesivo de porfirna (uroporfirina y coproporfirina) en los tejidos, que produce intensa fotosencivilidad.El color de la orina vara del rosa al rojo. 2.- Protoporfiriaeritropoyetica: Se expresa fotosensibilidad cutnea con prurito intenso y doloroso, edema y eritema de las partes expuestas; hay aumento en el contenido de protoporfirina en normoblastos y eritrocitos. Y porfiria heptica.

Las porfirias son un conjunto de trastornos hereditarios que implican anomalas en la produccin de pigmentos de hem, la substancia bsica para la produccin de la hemoglobina (pigmento de los glbulos rojos), de la mioglobina (pigmento rojizo de las clulas musculares) y otras substancias llamadas citocromos, aparecen a cualquier edad. Las porfirias estn caracterizadas por tres hallazgos fundamentales: fotodermatitis (sensibilidad a la luz que causa erupciones), molestias neurosiquitricas y viscerales como el dolor abdominal, clicos y otros. La Porfiria es una enfermedad crnica que evoluciona con crisis de agudizacin. Dependiendo de la variedad, pueden manifestarse nuseas, vmitos, debilidad muscular, palidez, ampollas en la piel, convulsiones, emisin de orinas rojizas y otros sntomas. Entre los factores que favorecen esta patologa se incluyen drogas, abuso excesivo de alcohol, estrs, ejercicios extenuantes, infecciones, alteraciones fisiolgicas, dieta pobre en hidratos de carbono y ciertos medicamentos. Existen dos grandes grupos de porfirias, las que se presentan con crisis neuropsquicas y las que no lo hacen. En el primer caso existen alteraciones de conciencia, parlisis de extremidades, dificultades respiratorias, hipertensin, taquicardia e hiponatremia (bajos niveles de sodio en la sangre). Mientras que las otras evidencian alteraciones dermatolgicas importantes que incluyen fotosensibilidad, labilidad cutnea, hiperpigmentacin e hipertricosis (exceso de vello). Tambin puede presentarse en forma mixta, la que a veces provoca cirrosis y hepatocarcinoma (cncer de hgado).



HEMOFILIA Las deficiencias de cualquiera de las protenasprocoagulantes e inhibidoras altera el equilibrio entre la coagulacin y la lisis, en consecuencia se produce un deterioro en la formacin de fibrina o se forma una cantidad excesiva de esta. Los trastornos de las protenas formadoras de fibrina (factores de la coagulacin) pueden originarse por la herencia de un gen defectuoso que regula la sntesis de la protena o pueden adquirirse de manera secundaria por otro padecimiento durante la vida de la persona. Los factores de la coagulacin son serina proteasas. En los trastornos hereditarios, poco comunes, el defecto gentico puede resultar por la falla en la sntesis de una protena o por la produccin de una molcula que funciona deficientemente. En ambas causas la velocidad de formacin de la fibrina se hace ms lenta e ineficaz. Los trastornos hereditarios de los factores de la coagulacin suelen implicar solo a una protena de la coagulacin y si se produce hemorragia se presenta en un sitio a la vez. los trastornos adquiridos de los factores de coagulacin son mas comunes que los hereditarios, y a diferencia de la hemorragia por factores hereditarios, los sangrados pueden presentarse en mas de un sitio ala vez. Dos trastornos de coagulacin son causados por herencia autosmica dominante de una protena defectuosa, en ellos los sntomasestn presentes cuando se transmite solo un gen anormal por los progenitores de la persona afectada. Uno de los trastornos, la disfibriogemia, se caracteriza por la presencia de una molcula anormal de fibringeno; el otro trastorno es la enfermedad de Von Willebrand que se presenta por la deficiencia del factor de Von Willebrand. Este factor es un puente que junto con el receptor de la glucoproteina I B, ayuda a las plaquetas a adherirse a las fibras de colgenAdespus de una lesin. BIOLOGIA GENERAL, CELULAR Y MOLECULAR SEMINARIO NO2

34 UNIVERSIDAD NACIONAL JOSE FAUSTINO SANCHEZ CARRION-E.A.P DE MEDICINA HUMANA El factor de Von Willebrand tiene funciones adicionales que afectan la formacin de fibrina. Este factor se une con el factor VIII y forman el complejo Factor VIII/Factor de Von Willebrand, el cual permite que el factor de Von Willebrandacte como protena transportadora del factor VIII y ayude a evitar su degradacin y a localizarlo en la parte lesionada, tambin permite que el factor VIII realice su funcin (formacin de fibrina). El factor VII no puede realizar su funcin en ausencia del factor de Von Willebrand. Dos deficiencias hereditarias del factor de coagulacinestn relacionadas al cromosoma X. Estos factores son el VIII y IX. El factor VIII participa como cofactor en la formacin de fibrina y el Factor IX actacomo serina proteasa. Si hay deficiencia de alguno de estos factores se presenta la hemofilia. La Hemofilia es una enfermedad hereditaria caracterizada por la incapacidad de la sangre para formar cogulos. Esto produce un exceso de sangrado incluso con lesiones leves. La forma ms comn, hemofilia A, la padecen un 80% de los hemoflicos, y est originada por un dficit del factor VIII. En la segunda forma ms comn, la hemofilia B, existe un dficit del factor IX y la padece el 20% restante. Los pacientes con hemofilia A tiene valores normales del factor de Von Willebrand y este funciona correctamente, por lo tanto sus plaquetas se adhieren de forma normal a la colgenA y permiten la formacin del tapnhemosttico normal. Los pacientes con hemofilia B tienen un complejo Factor VIII/factor de Von Willebrand normal y de igual manera, un tapnhemosttico normal. La hemorragia anormal en ambas enfermedades es producto de la formacin retardada de fibrina. La gravedad de la hemofilia es muy variable. El sangrado puede producirse en forma de hematomas o de hemorragias. Las hemorragias tambin se producen dentro de las articulaciones y de los msculos, ocasionando graves daos, pues producen degeneracin articular a largo plazo. Antes de los tratamientos actuales los pacientes rara vez sobrevivan hasta adultos. Un 80% de los casos de hemofilia presentan antecedentes familiares; el 20% restante se debe a mutaciones genticas espontneas. La herencia es de tipo recesivo ligado al sexo por genes transmitidos por el cromosoma X materno. Por tanto, existe un 50% de probabilidades de que una pareja de hombre sano y mujer portadora tengan un hijo varn enfermo o una hija portadora. De un padre enfermo y una madre sana todas las hijas sern portadoras y todos los hijos varones sern sanos. Los varones no pueden transmitir la enfermedad, y las mujeres portadoras no la padecen. La profilaxis de los traumatismos es muy importante en los hemoflicos. Cuando se produce sangrado es necesaria la terapia sustitutiva. Se puede usar plasma fresco congelado para tratar las formas leves de la BIOLOGIA GENERAL, CELULAR Y MOLECULAR SEMINARIO NO2

35 UNIVERSIDAD NACIONAL JOSE FAUSTINO SANCHEZ CARRION-E.A.P DE MEDICINA HUMANA enfermedad. En los casos graves los pacientes se pueden auto-administrar extractos de plasma en su domicilio: estos pueden ser liofilizados o en forma de crioprecipitado, un tipo de concentrado que se prepara a partir de sangre fresca. Los crioprecipitados y otros concentrados tienen menos riesgo de transmitir enfermedades como la hepatitis y el SIDA, pues proceden de un donante nico mientras que el plasma se obtiene de donantes mltiples. La comprobacin y anlisis de los donantes y los tratamientos trmicos de los derivados del plasma han disminuido recientemente el riesgo de transmisin de enfermedades. La sntesis por clonacin de factor VIII mediante procedimientos de ingeniera gentica ha permitido el desarrollo de una terapia sustitutiva completamente segura que en la actualidad se encuentra en fase de ensayo clnico; si es efectiva podr ser utilizada de forma amplia en el futuro prximo.

Causas, incidencia y factores de riesgo La hemofilia es un trastorno hemorrgico hereditario de factores especficos de la coagulacin de la sangre y se clasifica en diferentes tipos, incluyendo hemofilia A y B. La hemofilia A es el ms comn de estos trastornos y es el resultado de la deficiencia del factor VIII de la coagulacin. El trastorno es causado por un rasgo recesivo ligado al cromosoma X con el gen defectuoso localizado en dicho cromosoma. De esta manera, el trastorno se presenta principalmente en las mujeres. stas portan dos copias del cromosoma X, de tal forma que si el gen del factor VIII en un cromosoma est defectuoso, el gen en el otro cromosoma puede compensar. Los hombres, sin embargo, portan slo un cromosoma X, de tal manera que si el gen del factor VIII en ese cromosoma est defectuoso, el nio desarrollar la enfermedad. Las mujeres con un gen defectuoso del factor VIII son portadoras de este rasgo. El 50% de la descendencia masculina de mujeres portadoras presenta la enfermedad y el 50% de la descendencia femenina es portadora. Asimismo, todas las hijas de un varn hemoflico son portadoras del rasgo. La gravedad de los sntomas puede variar en esta enfermedad y las formas ms graves se manifiestan desde muy temprano. El sangrado es la caracterstica ms importante de este trastorno y ocurre algunas veces, aunque no siempre, si el nio es circuncidado. Otras manifestaciones hemorrgicas aparecen cuando el nio comienza a movilizarse. Los casos leves pueden pasar inadvertidos hasta una edad posterior, cuando se presenta un sangrado en respuesta a una ciruga o un trauma. La hemorragia interna se puede presentar en cualquier sitio y es comn el sangrado al interior de las articulaciones. Los factores de riesgo son los antecedentes familiares de sangrados y el ser del sexo masculino. La incidencia de la hemofilia A es de 1 caso por cada 5.000 hombres. Sntomas Magulladuras. Sangrado espontneo. Sangrado al interior de las articulaciones asociado con dolor y edema. BIOLOGIA GENERAL, CELULAR Y MOLECULAR SEMINARIO NO2

36 UNIVERSIDAD NACIONAL JOSE FAUSTINO SANCHEZ CARRION-E.A.P DE MEDICINA HUMANA Hemorragias del tracto gastrointestinal y urinario. Sangre en la orina o en las heces. Sangrado prolongado producido por heridas, extracciones dentarias y ciruga.

MUCOPOLIDOSIS ENFERMEDADES POR DEPSITO LIPOSMICO Conjunto de enfermedades producidas por un defecto enzimtico que conduce a la acumulacin o almacenamiento anormal de sustancias cuyo catabolismo se ve impedido. Antes de que se conociera la naturaleza del sustrato acumulado o del defecto enzimtico responsable se llamaban enfermedades por almacenamiento o tesaurismosis. Se conocen los siguientes subtipos: Esfingolipidosis Mucolipidosis Mucopolisacaridosis Oligosacaridosis Fucosidosis Manosidosis

MUCOPOLIDOSIS El trmino de mucopolidosis fue usado inicialmente para referirse abarcar a un grupo de pacientes con diagnosticosclinicos que eran una mezcla entre los que tenan esfingolipidosis y los que tenan mucopolisacaridosis pero no tenan una mucopolisacariduria anormal. Ahora incluye este trmino a pacientes con: deficiencia con la BIOLOGIA GENERAL, CELULAR Y MOLECULAR SEMINARIO NO2

37 UNIVERSIDAD NACIONAL JOSE FAUSTINO SANCHEZ CARRION-E.A.P DE MEDICINA HUMANA neuraminidasa, mocopolidosis I y II; dos grupos de pacientes con deficiecias en la enzima uridinadifosfato-N- acetilglucosamina: enzima lisosomalprcursora de la N- acetilglucosamin- fosfato transferasa. La mucopolidosis I y IV son enfermedades clsicas de almacenamiento lisosomal debido a la deficiencia de una enzima que degrada algnasmacromelculas. mucolipidosis: En este trastorno, se almacenan cantidades excesivas de materiales grasos conocidos como lpidos (otro componente principal de las clulas vivas), adems de los azcares. Las personas con mucolipidosis pueden compartir algunas de las caractersticas clnicas asociadas a las mucopolisacaridosis (ciertas caractersticas faciales, anormalidades en la estructura sea y daos cerebrales) y tener en la sangre mayores cantidades de las enzimas necesarias para sintetizar los lpidos.

MUCOPOLISACARIDOSIS (MPS) Es un grupo de trastornos hereditarios caracterizados por defecto de la degradacin de glucosaminoglucanos, donde existe un almacenamiento anormal de mucopolisacaridos cidos. Se ha comprobado que la causa la deficiencia de una proteina especfica (factor correctivo). Trastornos: Diversas deformidades esqueleticas, particularmente aumento en el volmen del craneo, ensanchamiento y alargamiento de los huesos de las extremidades, deformacin de los huesos pequeos de las manos y pies y deformidades de las vertebras. Ahora, ya con el concepto de Mucopolisacaridosis, podremos entender de una manera ms fcil el concepto de "mucopolidosis", pues recordemos que los diagnosticosclinicos de la mucopolidosis eran una mezcla entre los que tenan esfingolipidosis y los que tenan una mucopolisacariduria anormal. Bioqumicamente la entidad se debe a la deficiencia de la enzima alfa-Liduronidasa, encargada de hidrolizar los residuos de cido-L-idurnico en el dermatn y el heparn sulfato, lo que ocasiona la acumulacin de estos compuestos en los rganos de los pacientes. Se produce en los lisosomas de las clulas de diferentes rganos como el hgado, bazo, vasos sanguneos, etc. Existen varios tipos de mucopolisacaridosis Quin est en riesgo? Se estima que uno de cada 25 mil bebs nacidos en Estados Unidos padece de un cierto tipo de mucopolisacaridosis. Es un desorden autosmico recesivo, lo que significa que afecta solamente a los individuos que heredan el gen defectuoso de ambos padres (la excepcin es la MPS II, o el sndrome de Hunter, en el cual slo la madre transmite BIOLOGIA GENERAL, CELULAR Y MOLECULAR SEMINARIO NO2

38 UNIVERSIDAD NACIONAL JOSE FAUSTINO SANCHEZ CARRION-E.A.P DE MEDICINA HUMANA el gen defectuoso al hijo). Cuando ambos padres poseen el gen defectuoso, en cada embarazo existe una posibilidad en cuatro de afectar al nio. Es posible que los padres y hermanos de un nio afectado no presenten muestras del trastorno. Los hermanos no afectados y ciertos parientes de un nio que padezca de una de las formas de mucopolisacaridosis pudieran llevar el gen recesivo y transmitirlo a sus propios hijos. En general, los siguientes factores pueden aumentar las posibilidades de padecer o transmitir una enfermedad gentica: Antecedentes familiares de una enfermedad gentica. Padres que son parientes cercanos o que forman parte de un crculo tnico o geogrfico poco comn. Padres que no muestran sntomas pero son portadores del gen de la enfermedad. Las mucopolisacaridosis se clasifican como enfermedades de almacenamiento lisosmico, que son condiciones donde una gran cantidad de molculas que normalmente son transformadas o divididas en partes ms pequeas por unidades intracelulares llamadas lisosomas, se acumulan en cantidades dainas en las clulas y los tejidos del cuerpo, especialmente en los propios lisosomas. Signos y sntomas Las mucopolisacaridosis comparten muchas caractersticas clnicas pero poseen diversos grados de gravedad. Puede que estas caractersticas no sean evidentes al nacer, pero progresan a medida que el almacenamiento de glicosoaminoglicanos afecta los huesos, la estructura esqueltica, los tejidos conectivos y dems rganos. Las complicaciones neurolgicas pueden incluir daos a las neuronas (las clulas que envan y reciben seales a travs del cuerpo) as como dolores y deterioro en la funcin motora. Esta condicin proviene de la compresin de los nervios o de las races nerviosas en la mdula espinal o del sistema nervioso perifrico, la parte del sistema nervioso que conecta el cerebro y la mdula espinal con los rganos sensoriales, tales como los ojos y otros rganos, los msculos y dems tejidos del cuerpo. Dependiendo del subtipo de mucopolisacaridosis, los individuos afectados pueden tener un nivel de inteligencia normal o sufrir retardos graves, padecer de retrasos en el desarrollo o tener problemas graves de comportamiento. Muchos individuos pierden la audicin, bien sea conductiva (donde la presin detrs del tmpano causa que el fluido de proteccin del odo medio se acumule y eventualmente se estacione), neurosensitiva (que afecta las pequeas clulas ciliadas en el odo interno) o ambas. La hidrocefalia comunicante-en la cual la circulacin normal del lquido cerebroespinal se bloquea con el tiempo y causa una presin creciente en partes de la cabeza-es comn en algunas mucopolisacaridosis. Insertar quirrgicamente un catter en el cerebroprocedimiento llamado derivacin o shunt-puede ayudar a drenar el lquido. La crnea a menudo puede llegar a nublarse por causa del almacenamiento intracelular. La degeneracin de la retina y el glaucoma BIOLOGIA GENERAL, CELULAR Y MOLECULAR SEMINARIO NO2

39 UNIVERSIDAD NACIONAL JOSE FAUSTINO SANCHEZ CARRION-E.A.P DE MEDICINA HUMANA tambin pueden afectar la visin del paciente. Los sntomas fsicos incluyen generalmente rasgos faciales toscos (incluyendo puente nasal plano, labios gruesos, boca y lengua recrecidas), baja estatura con el tronco desproporcionadamente corto (enanismo), displasia (tamao y/o forma anormales de los huesos) y otras irregularidades esquelticas, espesamiento de la piel, rganos agrandados (tales como hgado o el bazo), hernias y crecimiento excesivo del pelo en el cuerpo. Manos cortas en forma de garra, rigidez progresiva de las coyunturas y el sndrome de tnel carpiano pueden restringir la movilidad y las funciones de la mano. Las infecciones respiratorias recurrentes son comunes, al igual que las enfermedades obstructoras de las vas respiratorias y la apnea del sueo (condicin caracterizada por la suspensin momentnea de la respiracin durante el sueo). Muchos individuos afectados tambin presentan enfermedades cardacas, a menudo asociadas al agrandamiento o afeccin de las vlvulas cardiacas. Otra enfermedad lisosmica de almacenamiento que a menudo se confunde con la mucopolisacaridosis es la mucolipidosis. En este trastorno, se almacenan cantidades excesivas de materiales grasos conocidos como lpidos (otro componente principal de las clulas vivas), adems de los azcares. Las personas con mucolipidosis pueden compartir algunas de las caractersticas clnicas asociadas a las mucopolisacaridosis (ciertas caractersticas faciales, anormalidades en la estructura sea y daos cerebrales) y tener en la sangre mayores cantidades de las enzimas necesarias para sintetizar los lpidos. Mucopolisacaridosis tipo I: (Sialidosis, Lipomucopolisacaridosis tipo I, Deficit de Mancha Rojo Cereza). La mucolipidosis tipo I, es una enfermedad metablica hereditaria muy rara, del grupo de las mucolipidosis, enfermedades que tienen caractersticas tanto de las mucopolisacaridosis como de las lipidosis. Tambin denominada gargolismo o enfermedad de Hurler. Existe un defecto de la enzima -1-iduronidasa. Estos nios pueden vivir hasta la adolescencia, presentan: 1. Enanismo. 2. Deformidades seas 3. Visceromegalia. 4. Macroglosia. 5. Retraso mental. Mucopolisacaridosis tipo II: tambin denominada Enfermedad de Hunter. BIOLOGIA GENERAL, CELULAR Y MOLECULAR SEMINARIO NO2

40 UNIVERSIDAD NACIONAL JOSE FAUSTINO SANCHEZ CARRION-E.A.P DE MEDICINA HUMANA Existe un dficit de la enzima denominada sulfatasa del iduronato. Produce tambin alteraciones en el fenotipo y en el desarrollo fsico y mental del nio. La MPS tipo IH o sndrome de Hurler, es quiz la MPS que ms se ajusta a la descripcin tpica de estas entidades. La enfermedad se hereda de forma autosmica recesiva; su presentacin inicial suele ocurrir entre los 6 y los 24 meses de edad, con una combinacin de hepatoesplenomegalia unida a deformidades seas y aparicin de fascies toscas; es comn tambin observar hernias inguinales o umbilicales. A partir de la presentacin inicial, el paciente empieza un deterioro progresivo y continuo que le llevar a la muerte, por lo general antes de la segunda dcada de vida; el sndrome presenta tambin un alto grado de retardo mental. Los pacientes de sndrome de Hurler sufren infecciones respiratorias a repeticin, problemas oculares como opacidad corneal, prdida progresiva del odo, complicaciones cardacas que casi siempre terminarn en la muerte; a nivel seo se presenta un conjunto de deformidades denominado "disostosis mltiple", que por lo general se usa como ejemplo de los problemas seos que hay en otros tipos de MPS.

Enfermedad de Gaucher Es una deficiencia hereditaria de la enzima glucosidasa, que ocasiona una acumulacin de una sustancia txica (glucosilceramida) en diferentes partes del cuerpo, como el bazo, el hgado y los huesos. Causas, incidencia y factores de riesgo La enfermedad de Gaucher es un trastorno hereditario que afecta a un estimado de 1 por cada 50.000 a 1 por cada 100.000 personas en la poblacin general. La poblacin de mayor riesgo de ser afectada son los judos asquenaz (oriundos de Europa Central y Oriental). La deficiencia de la enzima glucocerebrosidasa hace que los lisosomas se congestionen con glucosilceramida. Dichos lisosomas congestionados se acumulan en el hgado, el bazo, los huesos y la mdula sea. Esto, a su vez, lleva a la BIOLOGIA GENERAL, CELULAR Y MOLECULAR SEMINARIO NO2

41 UNIVERSIDAD NACIONAL JOSE FAUSTINO SANCHEZ CARRION-E.A.P DE MEDICINA HUMANA disminucin en la produccin de glbulos rojos (anemia) y adelgazamiento de los huesos (osteopenia). Es una enfermedad autonmica recesiva, lo que significa que un nio afectado heredara dos copias anormales de la enzima, una del padre y otra de la madre. Los padres se conocen como portadores ya que ellos no tienen la enfermedad, pero silenciosamente albergan una copia anormal del gen. Existen 5 subtipos de la enfermedad de Gaucher: La enfermedad tipo 1 es la ms comn y se caracteriza por enfermedad sea, anemia, un agrandamiento del bazo y trombocitopenia. Esta enfermedad afecta tanto a los nios como a los adultos y tiene mayor frecuencia en la poblacin juda asquenaz, afectando a un nmero que puede estar entre 1 de 500 1000 nacimientos. La enfermedad tipo 2 generalmente comienza en la infancia con un compromiso neurolgico grave y es una forma que puede llevar a una enfermedad rpida y temprana. La enfermedad tipo 3 est particularmente marcada por un compromiso neurolgico primario y presenta un ciclo ms lento y ms favorable. La enfermedad tipo 4 se caracteriza por una piel reseca, spera y escamosa y un edema grave al nacer, y es mortal. La enfermedad tipo 5 es una forma cardiovascular caracterizada por calcificacin de las vlvulas cardacas, un leve agrandamiento del bazo y problemas oculares.

Sntomas Los sntomas varan dependiendo del tipo de la enfermedad pero pueden incluir: Agrandamiento del bazo (esplenomegalia). Agrandamiento del hgado (hepatomegalia). Enfermedad pulmonar. Cambios cutneos. Deterioro cognitivo. Dolor y fracturas seas. Tendencia a la formacin de hematomas. Fatiga Convulsiones. Edema grave al nacer. Problemas con las vlvulas cardacas.



CitrulinemiaEs un trastorno metablico en el que existe un dficit de la sintetasa del cido argininsuccnico, una enzima necesaria para la incorporacin del amonaco en el ciclo de la urea. La concentracin en orina y sangre de citrulina es muy elevada. La excrecin de urea es generalmente normal, pero en esta patologa es debida, al igual que en otras alteraciones del ciclo de la urea, a que la enzima alterada no consigue catalizar la reaccin correspondiente. Sin embargo, s es capaz de actuar sobre una concentracin suficiente de sustrato, por lo que, al producirse una acumulacin de ste inmediatamente antes de la reaccin bloqueada, se alcanza un umbral que permite que la reaccin prosiga y, por tanto, contine el ciclo hasta su producto final, que es la urea. La arginina en la alimentacin incrementa la excrecin de citrulina en estos enfermos. De igual forma el benzoato ingerido desva al nitrgeno de amonio hacia hipurato por medio de la glicina. En el hgado de los pacientes afectos de una citrulinemia se observa una notable disminucin de la actividad de la argininsuccinato-sintetasa (ASS). Esta alteracin ha sido tambin puede de manifiesto en el cerebro y en fibroblastos en cultivo. Existen dos tipos de citrulinemia descritos hasta ahora. La Citrulinemia Tipo I (citrulinemiaclasica) puede ser diagnosticada durante los primeros das de vida, y es diagnosticada en 1 de cada 57,000 nacimientos. La Citrulinemia Tipo II se ha diagnosticado principalmente en Japn, Este de Asia, y Medio Oriente. Este tipo de citrulinemia es ms rara y es diagnosticada aproximadamente en 1 de cada 100,000 a 230,000 individuos de estas regiones.

ORIGEN La citrulinemia pertenece a una clase de enfermedades genticas conocidas como desrdenes del ciclo de la urea. La citrulinemia tiene sus orgenes en trastornos genticos que pueden ser hereditarios. Los genes afectados en esta enfermedad son el ASS y el SLC25A13. Cada gen produce un tipo distinto de citrulinemia. La citrulinemia tipo I es producida por el gen ASS, el cual se encarga de sintetizar la enzima argininosuccinicosintetasa. Debido a la reducida actividad de esta enzima se comienza a acumular en el torrente sanguneo amonio y otros productos del ciclo de la urea, llevando a los tpicos sntomas de la citrulinemia. La citrulinemia tipo II es producida por el gen SLC25A13, la cual se encarga de la sntesis de la citrina, una protena encargada del transporte de ciertas molculas atravez de la membrana mitocondrial. Algunas de estas molculas son parte de procesos encargados de la biosntesis de protenas y BIOLOGIA GENERAL, CELULAR Y MOLECULAR SEMINARIO NO2

43 UNIVERSIDAD NACIONAL JOSE FAUSTINO SANCHEZ CARRION-E.A.P DE MEDICINA HUMANA nucletidos. El mal funcionamiento de la citrina inhibe el ciclo de la urea, adems de que afecta la biosntesis de protenas y nucletidos.

Enfermedad De Almacenamiento De Glucosa Es un grupo de trastornos metablicos hereditarios en los que hay un aumento en el almacenamiento de glucgeno. El glucgeno es necesario para casi todas las actividades metablicas debido a que es la principal moneda energtica del cuerpo. Debido a que el cuerpo necesita de la movilizacin de glucosa, y a que esta es almacenada por algunos tejidos del cuerpo como glucgeno; la variedad de la sintomatologa que presentan las personas, es debida de forma directa a la deficiencia de niveles estables de glucosa en el cuerpo y tambin a los procesos que debe de llevar a cabo el cuerpo para compensar dichas deficiencias. Definicin Una enfermedad recesiva autosomal en la cual la expresin del gen de glucosa-6-phosphatasa est ausente. BIOLOGIA GENERAL, CELULAR Y MOLECULAR SEMINARIO NO2

44 UNIVERSIDAD NACIONAL JOSE FAUSTINO SANCHEZ CARRION-E.A.P DE MEDICINA HUMANA SINTOMATOLOGIA Es comn que en el primer ao de vida se presente hipoglucemia, crecimiento excesivo del hgado, crecimiento anormal del rin, mejillas hinchadas e hipotrofia muscular. En ocasiones se acompaan de acidosis lctica e hiperlipidemia. Pueden desarrollarse adenomas hepticos, que en algunos casos pueden ser malignos. Las hemorragias frecuentes pueden provocar anemia, y puede haber trastornos en la funcin plaquetaria. Son frecuentes las diarreas por la mala absorcin intestinal de la glucosa y osteoporosis por las acidemias crnicas y la insuficiencia renal que presentan estos pacientes. Es comn la intolerancia al ayuno, necesidad frecuente de alimentacin; crecimiento lento; retraso y desarrollo insuficiente en la pubertad; inflamacin dolorosa en las articulaciones; tendencia a sangrados nasales y formacin de hematomas y riesgo de infeccin y lceras en la boca o los intestinos debido al mal funcionamiento de los leucocitos (en un tipo de la enfermedad). CAUSAS Y DESARROLLO Su origen es debido a un gen autosmico recesivo como ya se mensiono en la definicin. La deficiencia del gen normal en las personas que presentan esta enfermedad, es decir, que para presentar la enfermedad es necesario poseer los dos genes modificados, por l

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