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Enzimas: mecanismo deaccin, sitio activo,cofactores

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Qu es una enzima?

Es un tipo de protena que acta como catalizador dereacciones qumicas.

Incrementa la velocidad de reaccin sin cambiar el puntode equilibrio.Como catalizador:

Es especfico para cada reaccin. No necesariamentepara un solo sustrato, aunque muchas enzimas lo son.

Tiene gran poder cataltico, transformando hasta 103a104molculas por segundo.

Est sujeto a diversos mecanismos de regulacin demodo tal que no genere ms producto que el necesario.

enyzyme= en la levadura

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Actividad enzimtica

Es la forma de medida de una enzima.La ecuacin general de las reacciones enzimticas es:

Donde la enzima se une al sustrato para generar un producto. Algunasveces con el auxilio de un cofactor que se modifica durante lareaccin.La actividad enzimtica se mide por la reaccin cataltica bajo la formade desaparicin del sustrato por unidad de tiempo.Tambin porformacin de producto o modif icacin del cofactor.Unidades: katal = moles de sustrato/segundo.

Unid. Internacionales: umol/minuto.1 U= 16,7 nkat.

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CofPEESCofSE

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Clasificacin de enzimas

Clase de enzima Tipo de reaccin catalizada

OxidoreductasasReacciones que transfieren electrones de un sustratoa otro.xido reduccin

TransferasasTransfieren un grupo funcional de una molcula a otra.Grupos como metilos, acilos, fosfatos etc

HidrolasasRompen enlaces entre carbonos u otras molculascon la adicin de una molcula de agua.

LiasasRompen enlaces C-C, C-S, C-N sin el ingreso de unamolcula de agua.

Isomerasas

Transforman un ismero en otro transfiriendo un grupo

funcional de una posicin a otra.

LigasasForman enlaces C-C, C-N, C-O y C-S uniendo dosmolculas con gasto de energa.

Ej. Hexocinasa = ATP:D-hexosa 6-fosfotransferasa E.C.2.7.1.1.

Clase 2 (transferasas), subclase 7 (transf. de un grupo fosforilo), sub-subclase 1(el alcohol es el

aceptor del fosforilo), 1 (compuesto aceptor). Hexosa-6 (el alcohol fosforilado est en el C6 deuna hexosa).

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Especificidad y sitio activo

Las reacciones se iniciancuando el sustrato se une alsitio activode la enzima.El sitio activoes una porcin

espacial de la enzima creadapor la coincidencia de variascadenas laterales de amino-cidos especficos. Estos

pueden no estar en

secuencia, pero los doblecesde la protena enzimtica losaproximan.Existen: residuos decapturay residuos de catlisis. Sitio activo de la enzima fructosa

2,6 difosfatasa

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Tipos de

especificidad enzimtica

En este modelo el sitio activo tiene una estructura rgida,

se le llama de l lave y cerradura.Es complementaria del sustrato.Explica la especificidad de sustrato an a nivel deismeros (estructuras casi idnticas).

Modelo de molde rgido

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Tipos de

especificidad enzimtica

Aqu el sitio activo es ms flexible, se le llama de ma-no y guante.

Cuando el sustrato se acerca a la enzima se producencambios conformacionales que llevan a una exacta u-nin entre ambos.

Modelo que explica mejor la especificidad de sustrato.

Modelo de molde inducido

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Trminos relacionados con la

accin enzimticaApoenzima:

Referido solo a la parte proteica dela enzima

Holoenzima:Es la protena unido a una coenzimay/o in metlico

Grupo prosttico

Cofactor

Iones inorgnicos:

Fe2+, Mg2+, Mn2+, Zn2+etc.

Complejos orgnicos (Coenzimas)

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Grupos prostticos

Estn estrechamente integrados en la estructura de unaenzima.

Incorporacin estrecha y estable mediante fuerzas covalenteso no covalentes.Ej. Fosfato de piridoxal, FMN, FAD, pirofosfato de tiamina,

biotina y los iones metlicos de Co, Cu, Mg, Mn y Zn.

Los metales son los grupos prostticos ms comunesmetaloenzimas.

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Cofactores

Se asocian de manera reversible con enzimas o sustratos.Desempean funciones similares a las de grupos prostticos,

pero se unen de una manera transitoria y disociable a laenzima o a un sustrato.Los cofactores ms comunes tambin son iones metlicos.Las enzimas que requieren un cofactor in metlico sellaman enzimas activadas por metalpara distinguirlas de las

metaloenzimas.

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Coenzimas

Se unen lbilmente a la apoenzima y se disocian fcilmente.Sirven como transbordadores de sustrato o agentes detransferencia de grupo.

Son reciclables.La asociacin con la coenzima tambin estabiliza sustratocomo tomos de hidrgeno.Otras porciones qumicas transportadas por coenzimas son:grupos metilo (folatos), grupos acilo (coenzima A) y

oligosacridos (dolicol).Las vit. B hidrosolubles proporcionan componentesimportantes de muchas coenzimas. Ej. La nicotinamida (NAD,

NADP), riboflavina (FMN, FAD), cido pantotnico (coenzima A)

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Mecanismos para la catlisis

Catlisis por proximidad: las molculas deben acercarsehasta ubicarse dentro de la distancia formadora de enlace deotra.

Cuando una enzima se une a molculas de sustrato en susitio activo, crea una regin de concentracin local alta desustrato. Este ambiente tambin orienta las molculas desustrato de manera espacial en una posicin ideal para queinteracten.

Catlisis cido bsica: los grupos funcionales ionizables decadenas laterales aminoacilo y de grupos prostticos (siestn presentes) interactan como cidos o bases.

Ej. Pepsina, catepsinas lisosmicas, proteasa del VIH.

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Mecanismos para la catlisis

Catlisis por tensin: en reacciones que comprenden larotura de un enlace covalente, las enzimas se unen a sussustratos en una conformacin muy desfavorable para elenlace que sufrir la divisinestado de transicin. La

tensin resultante estira o deforma el enlace, esto lo debilita.Catlisis covalente:comprende la formacin de un enlacecovalente entre la enzima y uno o ms sustratos.

La modificacin qumica de la enzima es transitoria.

Se observa particularmente en reacciones de transferencia degrupo.

Por lo general participan los residuos de cistena o serina.

Ej. Quimotripsina, fructosa-2,6-Bifosfatasa

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Regulacin de la actividad

enzimtica

Para que la vida se sostenga en condiciones de equilibrio es necesarioque el metabolismo se ajuste con precisin a las necesidades de lostejidos.

El equilibrio metablico se obtiene regulando la actividad enzimticamediante el cambio de la : cantidad de enzima presente.

cantidad de otros productos.

eficacia de la actividad enzimtica.

Adems el flujo de metabolitos impide que se haga efectivo la cualidadde reaccin qumica reversible, por cuanto no hay posibilidad deacumulacin de un producto especfico.

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La cantidad de

enzima depende de...

Equilibrio entre velocidad de sntesis y degradacin de laenzima.

Presencia de inductores en el medio de cultivo de la clula.Enzimas inducidasEnzimas constitutivas (independientes del sustrato)

Presencia de catabolitos que reprimen la actividad de unaenzima en particular.Sntesis de enzimas como proenzimas sin actividad cata-ltica.

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Enzimas alostricas

[S]mM

10 20

20%

95%

Aquellas que son reguladasmediante la presencia de efectoresen un sitio alostrico ( no ligado alsitio cataltico de la enzima).

Las enzimas alostricas muestran

una cintica sigmoidea desaturacin con el sustrato.

Cintica sigmoidea que suponeexistencia de un umbral de activa-cin por debajo del cul la enzima

es insensible a pequeas variacio-nes de sustrato, mientras que porencima pequeos cambios de sus-trato producen efectos drsticos.

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Modificaciones covalentes

En algunas enzimas laregulacin depende demodificaciones estructuralesreversibles, como la unin

covalente con un grupofosfato.El proceso obtiene el fosfatodel ATP y es dependientedel aporte de energa delmismo.

Las formas fosforilada y nofosforilada son diferentes(una activa y otra inactiva) ydependen de la presencia defosforilasas y fosfatasas.

OH

O-P=O

O-

O-

Prot.Fosfatasa Prot.

Quinasa

ATP

Pi

E

E

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Localizacin enzimtica

Las enzimas ejercen sufuncin predominantementeen el interior celular. Mas anlo hacen en determinadoorganelo de la clula.

Las enzimas que se en-cuentran en el plasma o l-quidos diversos correspondena aquellas que se estn eli-minando y muy pocas comola LCAT (Lecitina colesterol

acil transferasa), LLP (Lipasalipoproteica), ejercen sufuncin a nivelplasmtico.

Succinato deshidro-

genasa.Citocromo oxidasa

Mitocondria

Catalasa

Peroxisoma

Alfa manosidasa

Complejo Golgi

Retculo endoplasma

Glucosa 6 fosfatasa

Na/K ATPasa

membrana

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Papel Clnico de las Enzimas

Si bien es cierto las enzimas cumplen su actividad enel interior celular, es posible encontrarlas en loslquidos biolgicos con cierta frecuencia.Todas las enzimas plasmticas, las delLCR, del L.Asctico o Pleural se encuentran en bajos niveles deconcentracin actividad-provenientes de los tejidosricos en ellas y generalmente de paso a un proceso dedestruccin heptica o eliminacin renal.

nicamente algunas enzimas como las delmetabolismo de lpidos (LCAT, LLP)o los factoresde coagulacin ejercen su actividad en el plasma osuero.

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Elevacin enzimtica en el

plasma...La actividad enzimtica en el plasma y otros lquidos biolgicosse produce por:

Necrosis: destruccin celular y vaciamiento de las enzimascomo en el infarto de miocardio, hepatitis viral.

Permeabilidad: aumento de permeabilidad de membranaigual a necrosis.Sobre produccin:mayor metabolismo en un tejido-neoplasia-.

Menor el iminacin:no se elimina normalmente

-obstruccin biliar-.I ncremento de clulas inf lamator ias: en lquidos comoPleural y Asctico los exudados se acompaan de aumento deactividad enzimtica.

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Origen de las enzimas

en el plasma

Enzimas Ejemplos

Especficas del plasma

Protrombina, plasmingeno,ceruloplasmina,

Lipasa Lipoproteica,colinoesterasa

Secretadas Amilasas, fosfatasa prosttica, pepsingeno

Del metabolismo celular

Lctico deshidrogenasa, aldolasa, aspartato y

alanina transferasa.

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Enzimas de uso diagnstico

Enzima Uso diagnstico

Fosfatasa cida Cancer de prstata

Fosfatasa alcalina Enf. heptica y osea

Amilasa Enf. pancretica

Aspartato amino transferasa Enf. heptica y cardiaca

Alanina amino transferasa Enf. heptica

Creatino fosfo quinasa Enf. muscular y cardiaca

Dehidrogenasa lctica Infarto de miocardio

GOT

GPT

GLDH

SDH

CPK

LDH

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Papel de las enzimas en la

medicina

Establecer un diagnstico,como en el caso de lasenzimas del infarto demiocardio (CPK y LDH).

Valorar la magnitud de lalesinMonitorizar la mejora del

paciente.

Mostrar la repeticin delfenmeno (reinfarto)

TGO

2 4 6 8 10

LDH

CPK

Das despus del infarto de

Miocardio.

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IsoenzimasEnzimas que realizan la misma funcin pero difieren en su estructuraqumica y propiedades cinticas.Las formas isoenzimticas distintas pueden pertenecer a distintostejidos revelando sus modificaciones el tejido que le dio origen.Generalmente son estructuras oligomricas con varios tipos de cadenas

proteicas -dmeros o tetrmeros- .

Isoenzimas LDH

0%

10%

20%30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

Hgado

Rin

Miocardio

Msculo

Eritrocitos

Pulmones

Bazo

LDH1

LDH2

LDH3

LDH4

LDH5

%

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Dehidrogenasa lctica

Existen cinco isoenzimasde la deshidrogenasa lctica(LDH). Cada una es un oli-gmero con cuatro prot-

meros de los tipos H y M ytiene un PM de 34 000.

Los protmeros se combi-nan de manera distinta y seoriginan en distintos tejidos

con preferencia.El suero tiene un contenidorepresentativo de todos lostejidos.

Isoenzima Subunidade Tejido predominant

LDH1 HHHH corazn

LDH2 HHHM corazn

LDH3 HHMM rin, pulmn

LDH4 HMMM hgado

LDH5 MMMM hgado

normal

infarto

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Creatino fosfokinasa

Existen tres isoenzimas dela creatino fosfokinasa.Cada una es un dmeroformado por la combina-cin de protmeros M y B.

Cada dmero representa aun tejido en particular.

Isoenzima Subunidades Tejido predominante

CK1 BB Cerebro

Ck2 MB Msculo cardiaco

CK3 MM Msculo esqueltico(+)

(-)

CK1

CK2

CK3