Introducción a la Enzimología

G

Ea

G

Ea’

Reacción no catalizada

Reaccióncatalizada

Catálisis

Enzima: Proteína dotada de actividad catalítica

- Enzimas proteolíticas- Desnaturalización de enzimas- Purificación de enzimas- Síntesis completa de una enzima

A partir de 1982, se sabe que no todas las enzimas sonproteínas; existen moléculas de RNA con actividad cata-lítica, las llamadas ribozimas

Las enzimas cumplen su papel catalítico gracias a:

- Fijación estereoquímicamente complementariadel substrato

- Transformación catalítica del mismo

En ambas funciones participan:

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

- Grupos prostéticos- Iones metálicos- Cofactores

En la catálisis química se distingue entre:

- Catálisis homogénea, cuando catalizador y reactivosestán en la misma fase físicoquímica: Por ejemplo, lahidrólisis ácida de la sacarosa.

- Catálisis heterogénea, cuando catalizador y reactivosestán en distinta fase físicoquímica: por ejemplo, lareacción en fase gaseosa entre N2 y H2 para formar amoníaco(proceso Haber), que es catalizada por metales (sólidos)

La catálisis enzimática tiene características de ambas

Los siguientes hechos:

- Especificidad de la reacción enzimática- Carácter heterogéneo de la catálisis enzimática

Nos llevan a postular la existencia de un Centro Activo enla molécula de enzima, capaz de:

- Fijar específicamente al substrato- Transformarlo catalíticamente.

Lisozima y susubstrato

Substrato: molécula(s) sobre la(s) que actúa la enzima

Actividad enzimática: velocidad a la que cursa la reacción enzimática

Velocidad: variación de la concentración en la unidadde tiempo

Unidades: katal: moles.s-1

U.I.: moles.min-1 (a 25ºC)

La velocidad es directamente proporcional de la concentraciónde enzima; por tanto, la velocidad es una medida de la concen-tración de enzima en una preparación.

Activador: Agente que aumenta la actividad enzimática

Inhibidor: Agente que disminuye la actividad enzimática

Inhibidor reversible: establece un equilibrio con la enzima:

E + I EI

Inhibidor irreversible: modifica químicamente a la enzima:

E + I E’

Cofactor (Coenzima):

Átomo, ion o molécula que participa en el procesocatalítico sin ser enzima ni substrato.

Los cofactores participan de dos maneras distintas:

1. A través de una fijación muy fuerte a la proteína y salensin ser modificados del ciclo catalítico

2. Como un segundo substrato; salen modificados del ciclocatalítico y por lo general requieren otra enzima para volveral estado original.

R CH

NH3+

COO- + O2 + H2O R CO COO- + H2O2 + NH4+

Aminoácido CetoácidoLAO

LAO: L-aminoácido oxidasa: es una flavoproteína

Las flavoproteínas tienen un grupo prostético flavínico, que interviene en el proceso catalítico sin salir modificadodel mismo

NH

NNH

N O

H3C

H3C

O

COO-

C O

CH3

COO-

CHO H

CH3

NADH + H+NAD+

Piruvato L-Lactato

LDH

LDH: Lactato deshidrogenasa

Utiliza como cofactor NADH, el cual sale de la reacciónoxidado a NAD+. La regeneración a NADH requeriría otraenzima.

Isoenzimas: formas moleculares distintas de una enzima dentrodel mismo organismo

Hexokinasa: Presenta, al menos, cuatro formas distintas

- Hepática- Cerebral- Muscular- Eritrocitaria

Las isoenzimas representan formas que tienen que ver conla diferenciación celular, presentando distintas característicasfuncionales.

Especificidad de las enzimas, 1

Especificidad absoluta:

Enzima:

Fumarato hidratasaEspecífica para elisómero trans- porun lado y para elL- por otro.

COO-

CH

CH

COO-

H2O COO-

CH

CH2

COO-

HO

Fumarato(trans-)

L-Malato

Especificidad de las enzimas, 2

Especificidad de grupo:

R CO O R' + H2O R COOH + HO R'

Esterasa

Las carboxilesterasas hidrolizan todo tipo de ésteres, independien-temente de la naturaleza de R o R’

Otras características de la acción enzimática

Eficiencia catalítica

En ocasiones llega a ser enorme; con números de recambiodel orden de 108 s-1

Las enzimas que han llegado a este límite reciben el nombrede Enzimas plenamente evolucionadas, ya que un incrementoen la actividad no tendría sentido al superar la velocidad dedifusión de los substratos.

Teorías de la acción enzimática, 1

Modelo de Llave y Cerradura (Emil Fischer)

Substrato y enzima se acoplan de forma estereospecífica,de la misma manera que una llave se ajusta a su cerradura.

Modelo aceptado durante mucho tiempo; hoy se considerainsuficiente al no explicar algunos fenómenos de la inhibi-ción enzimática, por ejemplo

Teorías de la acción enzimática, 2

Modelo de Ajuste Inducido (Koshland)

Tanto la enzima como el substrato sufren una alteraciónen su estructura por el hecho físico de la unión.

Está mucho más de acuerdo con todos los datos experimen-tales conocidos hasta el momento.

Teorías de la acción enzimática, 3

La teoría del Ajuste Inducido se amplía en la actualidaddefiniendo la acción enzimática como

Estabilización del Estado de Transición

Según lo cual, el Centro Activo enzimático es en realidadcomplementario no al substrato o al producto, sino alestado de transición entre ambos.

R C

O

O R' Substrato: un éster

R C O R'

O-

O-

Estado de transición:intermediario tetraédrico,inestable

R C

O

O- HO R' Productos

R P O

O-

O-

R'

Análogo de Estado de Transición

Derivado fosforilado, que no es substratode la reacción, pero que por su analogíaestructural ocupa el centro activo de laenzima e inhibe fuertemente a la reacción