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Tema NTema N°° 66

Enzimas y CoenzimasEnzimas y Coenzimas

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� La gran mayoría de las reacciones metabólicastienen lugar gracias a la presencia de uncatalizador específico para cada reacción.Estos biocatalizadores reciben el nombre deenzimasenzimas .

� Son sustancias que, sinsin consumirseconsumirse niniparticiparparticipar enen unauna reacciónreacción, aumentannotablemente su velocidad (disminuyendo laenergía de activación).

� Ello hace posible que enen condicionescondicionesfisiológicasfisiológicas tengantengan lugarlugar reaccionesreacciones queque sinsincatalizadorcatalizador requeriríanrequerirían condicionescondiciones extremasextremasdede presión,presión, temperaturatemperatura oo pHpH.

� La gran mayoría de las proteínas son enzimas.Recordar que hay hayhay ARNARN concon capacidadcapacidadcatalíticacatalítica ((ribozimasribozimas)).

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� Las enzimas, a diferencia de los catalizadoresinorgánicos, son catalizadorescatalizadores específicosespecíficos .� La sustancia sobre la que actúa una enzima

se denomina sustratosustrato. Este es modificadoquímicamente y se convierte en uno o másproductos.� Cada enzima cataliza unun solosolo tipotipo dede reacciónreacción,

y casi siempre actúa sobre casi siempre actúasobre unun únicoúnico sustratosustrato o sobre unun grupogrupo muymuyreducidoreducido de ellos.

� Existen distintos grados de especificidad.� La enzima sacarasa es muy específica: rompe

el enlace β-glucosídico de la sacarosa o decompuestos muy similares.� Entre las enzimas poco específicas están las

proteasas digestivas como la quimotripsina,que rompe los enlaces amida de proteínas ypéptidos de muy diverso tipo.

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E + S E + S

Complejo enzimaComplejo enzima--sustratosustrato

Centro ActivoCentro Activo región concreta del enzima donde el sustrato se une

1- Enzima y su sustrato

2- Unión del S al centro activo de la E

3- Formación de productos

�� ESES �� E + PE + P

Comprende:

� un sitiositio dede uniónunión formado por losaminoácidos que están en contactodirecto con el sustrato.� un sitiositio catalíticocatalítico , formado por los

aminoácidos directamente implicadosen el mecanismo de la reacción.

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� Como proteínas, poseen una conformaciónnatural más estable que las demásconformaciones posibles. Así, cambios en laconformación suelen ir asociados en cambiosen la actividad catalítica.� Los factores que influyen de manera más

directa sobre la actividad de un enzima son:� El pH.� La Temperatura.� Presencia de cofactores o coenzimas.

� Una enzima, por sí misma, no puede llevar acabo una reacción, su función es modificar lavelocidad de la reacción, disminuyendo de laenergía de activación (Ea: energía necesariapara convertir los reactivos en productos).� El complejo ES posee menor energía de

activación que las especies en estado detransición correspondientes a una reacción nocatalizada.

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Perfil energético de una reacción espontánea

Perfil energético de una reacción catalizada

H2O2 → H2O + O2

Sitio de uniónSitio de unión (es el que confiere especificidad a la enzima)

Sitio Sitio CatalíticoCatalítico

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� La acción de los catalizadores consiste en disminuir la Ener gía deActivación.

� Las enzimas son catalizadores especialmente eficaces, ya quedisminuyen la Ea aún más que los catalizadores inorgánicos.

� Por ej., la descomposición del agua oxigenada (H2O2) puede ocurrir:◦ sin catalizador E a= 18 Kcal/mol.

◦ con un catalizador inorgánico (platino) E a= 12 Kcal/mol.

◦ con una enzima específico (catalasa) E a= 6 Kcal/mol.

� Así, se puede calcular que el platino acelera la reacción 20.000 veces,mientras que la catalasacatalasa lala aceleraacelera 370370..000000 vecesveces..

Para que una reacción química tenga lugar, lasmoléculas de los reactantes deben chocar con unaenergía y una orientación adecuada.

� La actuación de la enzima:◦ aumenta la concentración efectiva de los sustratos (aumenta la

probabilidad de choque).◦ permite que los reactantes (sustratos) se unan a su centro activo

con una orientación óptima para que la reacción se produzca.◦ modifica las propiedades químicas del sustrato unido a su centro

activo, debilitando los enlaces existentes y facilitando laformación de otros nuevos.

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� Hay dos modelos sobre la forma en que elsustrato se une al centro activo del enzima:

� LLAVE-CERRADURA , presentado porFisher en 1894.

� AJUSTE INDUCIDO , propuesto porKoshland en 1958.

� La estructura del sustrato y la del centroactivo son complementarias .� Este modelo es válido en muchos casos, pero

no es siempre correcto.

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� El centro activo adopta la conformaciónidónea sólo en presencia del sustrato .� La unión del sustrato al centro activo del

enzima desencadena un cambioconformacional que da lugar a la formación delproducto.

Hay varias formas de nombrar una enzima:� Nombre Particular.� Nombre Sistemático.� Código de la Comisión de Enzimas.

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� Antiguamente, los enzimas recibían nombres asignados porsu descubridor.

� Ejemplos:- Enzima condensante de Ochoa (también

conocida como Citrato Sintasa).- Tripsina (descubierta en 1876 por Kühne).

� Frecuentemente el nombre dado a las enzimas no dabaninguna clave de la función que desempeñaban. Así, al iraumentando el número de enzimas conocidas, se hizonecesaria una nueva nomenclatura que informara sobre laacción específica y los sustratos sobre los que actuaban.

Consta actualmente de 3 partes:� el sustrato sobre el que actúan.� el tipo de reacción que cataliza.� terminación "asa".

� Ejemplo:- Glucofosfoisomerasa (cataliza la isomerización

de glucosa-6-fosfato en fructosa-6-fosfato).

� Cuando la acción típica del enzima es la hidrólisis delsustrato, el segundo componente del nombre se omite.Ejemplo:

- Lactasa (cataliza la hidrólisis de la lactosa).

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� El nombre es identificado por un código numérico.� Debe encabezarse el nombre con las letras EC

(enzyme commission) y luego se escriben cuatronúmeros separados por puntos.

◦ el primerprimer númeronúmero indica a cual de las seis clasesclasespertenece la enzima,

◦ el segundosegundo se refiere a distintas subclasessubclases dentro decada grupo,

◦ el tercerotercero y el cuartocuarto designan la subsub--subclasesubclase, quehacen mención a los gruposgrupos químicosquímicos específicosespecíficosque intervienen en la reacción.

� Ejemplo: - ATP-glucosa fosfotransferasa (conocidacomo glucoquinasa).

EC: 22..77..11..22..22: transferasa.77: fosfotransferasa.11: fosfotransferasa que utiliza un grupo –OH como

aceptor.22: indica que el grupo –OH de la D-glucosa es el

receptor del grupo fosfato.

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EC 2.3.3.1

Comisión de EnzimasComisión de Enzimas

EnzymeComission

GrupoSubclase

Sub-subclase

Orden

Nombre comúnNombre común Citrato Sintasa

AcetilCoA-Oxalacetatoacetiltransferasa

Nombre Sistemático Nombre Sistemático

TerminaciónSustratos

Tipo de Reacción

� Clases:1. Óxido-reductasas.2. Transferasas.3. Hidrolasas.4. Liasas.5. Isomerasas.6. Ligasas.

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AH2 + B ⇄⇄⇄⇄ A + BH2

Ared + Box ⇄⇄⇄⇄ Aox + Bred

A : agente reductor (dador de electrones); en el curso de la reacción se oxida (pierde electrones)B : agente oxidante (aceptor de electrones); en el curso de la reacción se reduce (gana electrones)

Alcohol Deshidrogenasa(EC 1.1.1.1)(oxidación con NAD+)

� Pueden ser:◦ Deshidrogenasas.◦ Oxidasas.◦ Oxigenasas.◦ Reductasas.◦ Peroxidasas (Catalasas).◦ Hidroxilasas.

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A-B + C ⇄⇄⇄⇄ A + C-B

Hexoquinasa(EC 2.7.1.2)(fosforilación)

� Pueden ser:◦ Transaldolasas.◦ Transcetolasas.◦ Quinasas.◦ Fosfomutasas.◦ Aciltransferasas.◦ Metiltransferasas.◦ Glucosiltransferasas.◦ Fosforiltransferasas.

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A-B + H2O ⇄⇄⇄⇄⇄⇄⇄⇄ AH + B-OH

Carboxipeptidasa A(EC 3.4.17.1)(clivaje de la unión peptídica)

� Pueden ser:◦ Estearasas.◦ Glucosidasas.◦ Peptidasas.◦ Fosfatasas.◦ Tiolasas.◦ Amidasas.◦ Lipasas.◦ Proteasas.◦ Ribonucleasas.◦ Fosfolipasas.◦ Desaminasas.

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A-B ⇄⇄⇄⇄ A + B

Piruvato Descarboxilasa(EC 4.1.1.1)(descarboxilación)

A=B + X ⇄⇄⇄⇄ AXB

Fumarasa(EC 4.2.1.2)(hidratación)

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� Pueden ser:◦ Descarboxilasas.◦ Aldolasas.◦ Hidratasas.◦ Deshidratasas.◦ Sintasas.◦ Liasas.

A ⇄⇄⇄⇄ B

Glucosa-6-fosfato isomerasa(EC 5.3.1.9)(interconversión de aldosas en cetosas)

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� Pueden ser:◦ Racemasas.◦ Epimerasas.◦ Cis-Trans Isomerasas.◦ Mutasas.

A + B + XTP ⇄⇄⇄⇄ A-B + XDP + Pi

Piruvato Carboxilasa(EC 6.4.1.4)(carboxilación)

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� Es el análisis cuantitativo del efecto de cada uno delos factores que intervienen en la actividadenzimática, que se evalúa a través de la velocidad dela reacción catalizada.

� Estos estudios proporcionan información directaacerca del mecanismo de la reacción catalítica y de laespecifidad de la enzima.

� Las variables más importantes son:o Concentración de sustratos (incluyendo

inhibidores y/o activadores).

o pH.

o Temperatura.

o Presencia de Inhibidores.

� En una reacción enzimática, al incrementar laconcentración de sustrato, para una concentración deenzima constante se produce un aumento de velocidadde reacción.

� Si la concentración de sustrato es excesiva, la velocidadde reacción no aumentará, debido a que se produce unasaturación de la enzima, cuyas moléculas se hallantodas en forma de complejo ES.

Baja concentración de sustrato

ALTA concentración de sustratoSATURACION

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� Todas las enzimas tienen dos valores límites de pH entrelos cuales son efectivas. Entre estos límites existe un pHóptimo en el cual la enzima posee una máxima eficacia.

Actividad enzimática

pH

pH óptimo

� Las enzimas poseen grupos químicos ionizables(carboxilos -COOH; amino -NH2; tiol –SH; imidazol, etc.)en las cadenas laterales de sus aminoácidos.

� Cambios en el pH pueden provocar efectos sobre:

o La fijación del substrato al centro activo (afectandolos grupos disociables de la enzima o los delsustrato).

o La transformación catalítica del sustrato.o La estructura de la proteína enzimática.

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� Existe una temperatura óptima para la cual laactividad enzimática es máxima.

� La mayor parte de los enzimas se desnaturalizan aunos 50ºC.

T(ºC)

Actividadenzimática

Temperatura óptima

actividad por de la

temperatura

� El aumento de la temperatura produce un incrementode la velocidad por dos motivos:

o Eleva la energía cinética de las moléculas, lo cualhace que se produzca un mayor número de choquesefectivos entre ellas.

o Esto hace que los reactantes posean un contenidoenergético que los ubica más próximos al estadoactivado.

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� Efectores que hacen disminuir la actividad enzimática, através de interacciones con el centro activo u otroscentros específicos (alostéricos).

� Habrá dos tipos de inhibidores:oo IsostéricosIsostéricos:: ejercen su acción sobre el centro activo.

� Reversibles: no inutilizan el centro activo, sólo impidentemporalmente su funcionamiento.� Irreversibles: reaccionan con un grupo químico de la

enzima, modificándola covalentemente y anulanandosu capacidad catalítica.

oo AlostéricosAlostéricos:: ejercen su acción sobre otra parte de lamolécula, causando un cambio conformacional conrepercusión negativa en la actividad enzimática.

� Pueden actuar de tres formas:o El inhibidor se fija al centro activo de la enzima

libre, impidiendo la fijación del sustrato:InhibiciónInhibición CompetitivaCompetitiva .

o El inhibidor se fija a la enzimaindependientemente de que lo haga o no elsustrato; por tanto, no impide la fijación delsustrato a la enzima, impide la acción catalítica:InhibiciónInhibición NoNo CompetitivaCompetitiva .

o El inhibidor se fija únicamente al complejoenzima-sustrato una vez formado, impidiendo laacción catalítica: InhibiciónInhibición AnticompetitivaAnticompetitiva .

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� Muchas de ellas son enzimas oligoméricas, es decir,presentan estructura cuaternaria.

� Además del sitio o centro activo tienen sitiosalostéricos o de regulación:

o Sitio activo: interacción con sustratos.o Sitio alostérico: interacción no covalente con

moduladores o reguladores.

� Existen en varios estados conformacionalesinterconvertibles y con un grado variable de afinidadpor sus ligandos (el sustrato y las moléculas queregulan su actividad).

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� También reciben el nombre de efectores y pueden serpositivos o negativos.

� Se unen al sitio alostérico que puede estar en lamisma subunidad que tiene al sitio activo o en lassubunidades regulatorias.

� Su unión produce un cambio conformacional queafecta al sitio activo, aumentando o disminuyendo laafinidad de la enzima por el sustrato.

� Son diferentes formas moleculares de una mismaenzima.

� Poseen secuencias de aminoácidos similares,pero no idénticas.

� Catalizan la misma reacción química.� Tienen:

o Distintas propiedades cinéticas.o Diferentes propiedades reguladoras

(diferentes efectores).o Diferentes preferencias por coenzimas.o Diferente distribución celular (dentro de

la misma célula o en órganos distintos).

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� BLANCO, A. Química biológica. Séptima edición. EditorialEl Ateneo.

� RIGALLI, A. Química Biológica. Fundamentos y concepto.Editorial Corpus.

� DEVLIN, T. Bioquímica, libro de texto con aplicacionesclínicas. 3ª Edición. Editorial Reverté.

� MATHEWS C., VAN HOLDE K. Bioquímica.Interamericana Mc Graw- Hill.

� MURRAY R., GRANNER D., MAYES P., RODWELL V.Bioquímica de Harper. Ed. El Manual Moderno.

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Las mismas deben ampliarse con la bibliografía suge rida por Las mismas deben ampliarse con la bibliografía suge rida por los docentes.los docentes.