INDICE• ENZIMAS: Naturaleza Química- Propiedades Generales-

Nomenclatura y Clasificacion- Coenzimas y Grupos Prostéticos.• Actividad Enzimática: Unidad de enzima- Actividad específica-

Actividad molecular.• Complejo ES- Ecuación de Michaelis Menten Significado e

importancia de Km Inhibición competitiva y no Competitiva.• Factores que afectan la actividad enzimatica: [Enzima]- pH – T-

[S]• Regulación Enzimática: Enzimas alostéricas (propiedades y

cinética)- Zimógenos- Modulación Covalente• Isoenzimas: Propiedades e importancia.

ENZIMAS

• Transformación de nutrientes simples en moléculas complejas y viceversa

• Extracción de energía desde combustibles por oxidación

• Polimerización de subunidades para formar macromoléculas, etc

CARACTERISTICAS DE LAS ENZIMAS

• PROTEINAS y RNA (Ribozimas): Estructura terciaria y cuaternaria

• SITIO DE UNION AL SUSTRATO: Uniones no Covalentes (puente de hidrógeno, hidrofóbicas, electrostáticas

• NECESITAN DE FACTORES ENZIMATICOS: Inorgánicos (metales) y orgánicos (Coenzimas)

• ESPECIFICIDAD DE SUSTRATO: Estereoespecificidad y especificidad geométrica

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

DISTRIBUCION DE LAS ENZIMAS

• COMPARTIMENTALIZACION: Diferentes localización dentro de la célula.

• SISTEMAS MULTIENZIMATICOS: Enzimas relacionadas agrupadas formando verdaderos complejos

• ENZIMAS MULTIFUNCIONALES: Una enzima que presenta distintos sitios catalíticos

Tipos de reacciones catalizadas por enzimas

• Oxido-reducción• Rotura y formación de enlaces C-C• Reorganizaciones internas• Transferencia de grupos• Reacciones de condensación

Cómo se clasifican las enzimas???

1-OXIDORREDUCTASAS

2. TRANSFERASAS

Alcohol deshidrogenasa (EC 1.1.1.1)

Hexoquinasa

(EC 2.7.1.2)

Clase - subclase - subsubclase - nº de orden

Lactato 1 1 1 27 deshidrogenasa

4. LIASAS

5. ISOMERASAS

6. LIGASAS

Piruvato descarboxilasa

(EC 4.1.1.1)

Fumarasa ó malato isomerasa

(EC 5.2.1.1)

Piruvato carboxilasa

(EC 6.4.1.1)

3. HIDROLASAS

Carboxipeptidasa A

(EC 3.4.17.1)

Ejemplos de Enzimas que requieren iones metálicos como cofactores

Citocromo oxidasa

Catalasa

Peroxidasa

Fe++ ó Fe+++

Anhidrasa carbónica Zn++

Piruvato quinasa K+

Hexoquinasa

Glucosa-6-fosfatasa

Piruvato quinasaMg++

ACTIVIDAD ENZIMATICA

• Unidades Internacionales Cantidad de enzima que cataliza la transformación de 1 umol de S por minuto

• Actividad Específica Actividad enzimática por cada miligramo de proteína presente en la muestra

• Actividad Molecular Moléculas de S convertibles en P por unidad de tiempo y por molécula de enzima

¿Cómo funcionan las enzimas?

Sitio activo

Sitio activo

Estado de transición (ES)

Modelo llave-cerradura

Modelo inducido

D-Glucosa

Ejemplo: REACCION CATALIZADA POR LA HEXOQUINASA

Factores que afectan la actividad enzimática

• Concentración de Sustrato

• Concentración de Enzima

• pH

• Temperatura

EFECTO DE LA CONCENTRACION DE SUSTRATO SOBRE LA

VELOCIDAD INICIAL: Ecuación de Michaelis - Menten

Vo

[S]

Km se considera una medida de la afinidad de la enzima por el sustrato

Efecto de la concentración de enzima sobre la actividad

[E]

v

Concentración saturante de sustrato, pH y temp. constantes

Influencia del pH sobre la actividad enzimática

Actividad enzimática

pH

Ejemplos de enzimas con diferentes pH óptimo

Influencia de la Temperatura sobre la actividad enzimática

T(ºC)

Actividad enzimática

T. óptima a

ctiv

idad

por

de

la

tem

pera

tura

de temperatura

provoca

desnaturalización

ISOENZIMAS

Diferentes formas moleculares de una

misma enzima.

Catalizan la misma reacción, actuando sobre

el mismo sustrato para dar el mismo producto

Son sintetizadas por genes diferentes

Tienen diferente composición aminoacídica

por lo que pueden separarse por electroforesis.

Son utilizadas en clínica para determinar

el origen del tejido dañado

Se encuentran ubicadas en diferentes

compartimentos de la célula ó en diferentes

tejidos.

Dos isoenzimas presentan en general

diferentes valores de Km y Vmáx.

Ejemplo de isoenzima: Glucoquinasa y hexoquinasa

Hexoquinasa

Glucoquinasa

Actividadenzimática

Km. hexq Km. glucq [glucosa mmol/l

EJEMPLOS DE ISOENZIMAS

• Regulación de la hexoquinasa y glucoquinasa• La Hexoquinasa y la Glucoquinasa son izoenzimas, es

decir enzimas diferentes que catalizan reacciones de fosforilación, pero poseen diferentes pesos moleculares, diferenTes velocidades de reacción, diferentes Km. 

a) Semejanzas: Ambas enzimas son quinasas, es decir fosforilan; mediante este proceso se aseguran que la glucosa no salga al espacio extracelular. Ambas son enzimas ubicadas en el citosol. Utilizan el catión Mg++ como cofactor. Ambas realizan reacciones endergónicas e irreversibles. 

• b) Diferencias:

Glucoquinasa• Es específica para la D-Glucosa• Baja afinidad, por lo tanto alta Km=10 mM• Localizada en el hígado y páncreas

Hexoquinasa

Fosforila D-Glucosa, D-Manosa y D-Fructosa

Alta afinidad, por lo tanto baja Km=0,1 mM

Localizada en todos los tejidos

a) La regulación de la hexoquinasa depende de las concentraciones relativas de glucosa y glucosa 6 P, ya que al haber mayor cantidad de glucosa en sangre, la actividad de esta enzima se incrementa, por lo que la velocidad de la glucólisis aumenta proporcionalmente

Sin embargo al disminuir los niveles de glucosa y al aumentar los niveles de glucosa 6P, la actividad disminuye debido a la escasez de sustrato y al aumento de producto. Éste último es un modulador alostérico negativo de la hexoquinasa.

b) La regulación de la glucoquinasa está dada de manera indirecta por las concentraciones de glucosa y glucosa 6P. Al haber mayores concentraciones de glucosa 6P, su transformación en fructosa 6P se favorece. Este producto induce el transporte de glucoquinasa al núcleo, en donde se encuentra su proteína reguladora, la cual se encarga de inactivarla bajo estas condiciones.

Cuando los niveles de glucosa aumentan en la sangre, el GLUT 2 desencadena una cascada rápida en la cual la proteína se desacopla a la glucoquinasa de su proteína reguladora; por lo tanto, puede ser nuevamente llevada al citosol, donde realiza su actividad quinasa.

Energía de activación de una Reacción catalizada y una reacción no catalizada

INHIBICION ENZIMATICA

INHIBICION REVERSIBLE

INHIBICION IRREVERSIBLE

COMPETITIVA

NO COMPETITIVA

ACOMPETITIVA

POR ENLACE COVALENTE

(Análogos del estado de transición)

INHIBIDOR SUICIDA

DIFP Quimotripsina

Alopurinol Xantina oxidasa

Penicilina Transpeptidasa

INHIBICION REVERSIBLE

INHIBICION COMPETITIVA

S

I

EI

I

+

E + S ES E + P

E

E

E

La eficacia depende de las Km de ambos

Ejemplo de Inhibidor competitivo

COO-

(CH2)2

COO-

COO-

CH2

COO-

Succinato + FADH2 Fumarato + FAD+

Succinato deshidrogenasa

Succinato Malonato

v

[S]Km Km ap

Gráfica de M-M

E + S ES E + P

INHIBICION NO COMPETITIVA

+

I

EI

+

I

ESI+ S

II

E

SES

E S

I

I

ES

Km [S]

v

Gráfica de M-M

INHIBICION ACOMPETITIVA

E + S ES E + P

+

I

ESI

E

S

I

E ES

E

Tipo de El Inhibidor Efecto Efecto inhibición se une a s/Vmáx

s/Km

Competitiva E Ninguno Aumenta

No competitiva E y ES Disminuye Ninguno

Acompetitiva ES Disminuye Disminuye

Características de los diferentes tipos de inhibición reversible

INHIBICION ENZIMATICA

INHIBICION REVERSIBLE

INHIBICION IRREVERSIBLE

COMPETITIVA

NO COMPETITIVA

ACOMPETITIVA

POR ENLACE COVALENTE

INHIBIDOR SUICIDA

INHIBICION IRREVERSIBLE

- Acetilcolinesterasa

- QuimotripsinaEnzima inactivada

. Por unión covalente del inhibidor

Diisopropilfluorfosfato (DFP)

Inhibidor suicida

INHIBICION IRREVERSIBLE

Se une al sitio activo de la enzima y ésta cataliza la modificación

del inhibidor a otro compuesto que permanece unido a la enzima.

El ALOPURINOL es un inhibidor suicida que actúa sobre la enzima xantina oxidasa (degradación de purinas).

Se forma el oxopurinol el cual queda unido a la enzima.

REGULACION DE LAS REACCIONES CATALIZADAS POR ENZIMAS

REGULACION DE LA ACTIVIDAD DE LAS ENZIMAS

REGULACION DE LA SINTESIS

DE LAS ENZIMASENZIMAS INDUCIBLES

ENZIMAS ALOSTERICAS REGULACION COVALENTE

REGULACION POR PROTEINAS

REGULACION POR PROTEOLISIS

ENZIMAS ALOSTERICAS

Enzima 1 ENZIMA ALOSTERICA

MODULADORES POSITIVOS MODULADORES NEGATIVOS

Enzima Enzima Enzima Enzima

1 2 3 4

PROPIEDADES DE LAS ENZIMAS ALOSTERICAS

• Poseen un sitio de unión a un metabolito regulador (sitio alostérico)

• La unión del metabolito a la enzima es de carácter reversible y no covalente.

• En general poseen dos o mas sitios reguladores.

• La mayoría posee dos o mas cadenas polipeptídicas o subunidades.

EJEMPLOS DE ENZIMAS ALOSTERICAS

• Hexoquinasa, Fosfofructoquinasa y Piruvato Quinasa Vía glicolítica

• AcetilCoA carboxilasa Biosíntesis de lípidos

• Aspartato Transcarbamilasa Biosíntesis de nucleó tidos pirimidínicos• Glutamato Deshidrogenasa Degradación de aminoácidos• Citrato sintasa, isocitrato y a-cetoglutarato

deshidrogenasas Ciclo de Krebs

REGULACION POR MODIFICACION COVALENTE

Fosforilacion

ADP-Ribosilación

Enzima

Fosfoadenilacion

EnzimaEnzima Enzima

EnzimaEnzima

REGULACION POR PROTEOLISIS

• Por eliminación de una cadena peptídica, enzimas inactivas se convierten en enzimas activas y viceversa.

• Las enzimas digestivas: pepsinógeno y quimotripsinógeno se convierten en las enzimas activas pepsina y tripsina.

• Suele ocurrir una activación secuencial produciéndose una cascada de activaciones. Ej. Coagulación sanguínea.

ZIMOGENOS

REGULACION POR PROTEINAS

• Modifican la actividad de enzimas involucradas en el metabolismo celular. Por ej. Indirectamente activando o inhibiendo la actividad de la glutamina sintetasa.

• RNA polimerasa: Asn, Gln, Glu, Lys y Arg forman enlaces hidrógenos con las bases del DNA