Embed Size (px)
Citation preview
TALLER DE BIOQUÍMICA GENERAL
TEMA: ENZIMAS
JOSÉ ANTONIO RUBIO ARRIETA
JOSÉ FERNANDO BERROCAL
OVER CAVADIA
JOSÉ MANUEL HERAZO
UNIVERSIDAD DE CÓRDOBA
FACULTAD DE INGENIERÍAS
INGENIERÍA DE ALIMENTOS
SEDE BERASTEGUI
2013
Cuál es la estructura química de las enzimas.
Las enzimas son biocatalizadores porque regulan la mayor parte de las reacciones
metabólicas de las células. Químicamente son casi todas proteínas. Según su composición
química se pueden distinguir dos tipos de enzimas:
Ribosomas: Son enzimas de ARN capaces de catalizar la unión o separación de
ribonucleótidos de una cadena de ARN.
Enzimas proteicas: La inmensa mayoría de las enzimas son proteínas de forma
globular, solubles en agua (salvo muy raras excepciones) y con gran difusibilidad en
los medios líquidos de los organismos. Pueden ser:
a) Enzimas que son estrictamente proteicas, es decir formadas exclusivamente por
aminoácidos. Este tipo de enzimas son poco frecuentes, ejemplos son la ribonucleasa y la
lisozima.
b) Holoenzimas, formadas por una parte proteica a la que se llama apoenzima y otra parte de
naturaleza no proteica que puede ser de naturaleza inorgánica, en cuyo caso se llama
cofactor o bien de naturaleza orgánica y entonces se llama coenzima. Tanto la apoenzima
como la coenzima son inactivas por sí mismas y tienen que estar unidas mediante enlaces
para que la enzima (holoenzima) sea activa. [1]
Sitio activo de una encima
El sitio activo de una enzima, también llamado centro activo, es la zona de la enzima a al
cual se une el sustrato, para que la reacción se produzca.
Las enzimas son proteínas. Ciertas características en su estructura terciaria son las que
determinan la forma del sitio activo de la enzima, y por lo tanto delimitan los sustratos sobre
los cuales la enzima podrá actuar. Dicho de otra manera, la estructura tridimensional de la
enzima determina también la estructura del sitio activo, y le brinda especificidad a la enzima,
que sólo podrá actuar sobre ciertos sustratos: aquellos capaces de unirse a su sitio activo.
Muchas veces, el sitio activo tiene la forma de una hendidura o una cavidad en la estructura
de la enzima. El sitio activo suele estar formado por cadenas laterales de residuos
específicos, y es por esta razón que con frecuencia tiene una estructura tridimensional
distinta al resto de la enzima. La estructura y composición del centro activo está configurado
para que únicamente un determinado sustrato tenga la afinidad suficiente como para unirse a
esta zona de la enzima.
Por qué tres aminoácidos que forman parte del sitio activo pueden estar alejados en la
estructura primaria.
Los tres aminoácidos están separados en la estructura primaria porque esta solo contiene la
secuencia de estos y la cantidad de estos aminoácidos que conforman una proteína que se
pliegan en la formación de la estructura secundaria y luego al alcanzar su estructura
tridimensional que es donde adquiere la funcionalidad y la formación de los sitios activos
como tal.
Izoencimas
Isozimas o Isoenzimas son proteínas con diferente estructura pero que catalizan la misma
reacción. Con frecuencia, las isoenzimas son oligomeros de diferentes cadenas peptídicas, y
usualmente difieren en los mecanismos de regulación y en las características cinéticas.
Desde el punto de vista fisiológico, la existencia de isoenzimas permite que haya enzimas
similares con diferentes características, “personalizadas” de acuerdo a los requerimientos
específicos del tejido o a determinadas condiciones metabólicas.
Un ejemplo de las ventajas que ofrecen las isoenzimas al permitir un ajuste “fino” del
metabolismo, en diferentes condiciones metabólicas y en diferentes órganos, es el siguiente:
Glucoquinasa y Hexokinasa son ejemplos típicos de isoenzimas. De hecho, hay cuatro
Hexoquinasas: I, II, III y IV. Hexokinasa I está presente en todos los tejidos, y la Hexoquinasa
IV, también conocida como Glucoquinasa, está presente principalmente en el hígado, el
páncreas y el cerebro.
Ambas enzimas catalizan la fosforilacion de la glucosa:
Glucosa + ATP —–à Glucosa 6 (P) + ADP
Hexokinasa I tiene un bajo Km y es inhibida por Glucosa 6 (P). Glucokinasa no es inhibida
por Glucosa 6 (P) y tiene un alto Km. Estos dos hechos indican que la actividad de
Glucoquinasa depende de la disponibilidad de substrato y no de la demanda del producto.
Debido a que la Glucoquinasa no es inhibida por Glucosa 6 (P). En condiciones en que la
concentración de glucosa es alta, esta enzima continua fosforilando glucosa, la cual puede
ser usada para la síntesis de glucógeno en el hígado. Además, debido a que la Glucoquinasa
tiene un alto Km, su actividad no compromete el suministro de glucosa a otros órganos; en
otras palabras, ya que la Glucoquinasa no es inhibida por glucosa 6 (P), si esta enzima
tuviera un bajo Km, continuaría convirtiendo glucosa a glucosa 6 (P) en el hígado, haciendo
que la glucosa no estuviera disponible para otros órganos (recuerde que después de las
comidas, la glucosa llega primero al hígado antes que a los otros órganos, a través del
sistema porta.)
Debido a que las isoenzimas tienen diferente distribución tisular, su estudio es un importante
instrumento en la determinación del daño sufrido por órganos específicos.
Ejemplos del uso diagnóstico de isoenzimas son el estudio de la Lactato Deshidrogenasa y
de la Creatina quinasa
Deshidrogenasa Láctica (LDH)
Esta enzima está formada por la asociación de cinco cadenas peptídicas de dos diferentes
tipos de monómeros: M y H.
Las variantes encontradas en el ser humano son:
LDH1: M M M M (abundante en el corazón, el cerebro y los eritrocitos; alrededor del 33 %
de la LDH en el suero humano es de este tipo)
LDH2: M M M H (abundante en el corazón, el cerebro y los eritrocitos; alrededor del 45 %
de la LDH en el suero humano es de este tipo)
LDH3: M M H H (abundante en el cerebro, los riñones y los pulmones; constituye alrededor
del 18 % de la LDH en suero humano)
LDH4: M H H H ((abundante en el hígado, musculo esquelético y el tejido renal; constituye
alrededor del 3 % de la LDH sérica)
LDH5: H H H H ((abundante en el tejido hepático, musculo esquelético y el ileum; apenas
hasta 1 % de la LDH del suero humano es LDH5)
En el infarto del miocardio, la LDH total en suero aumenta, y debido a que el musculo
cardiaco contiene más LDH1 que LDH2, el nivel de LDH1 en suero se hace mayor que el de
LDH2 entre 12 y 24 horas después del infarto, por lo que el radio LDH1/LDH2 se hace
mayor y se mantiene invertido durante varios días.
Se observa un aumento de LDH5 en diversas patologías hepáticas como la cirrosis,
hepatitis y otras. Un aumento de LDH5 durante una enfermedad cardiaca sugiere
congestión hepática secundaria.
De qué depende la especificidad de las enzimas
Las enzimas se distinguen en los catalizadores inorgánicos por su especificidad. Estos
últimos catalizan muchas reacciones; así, los iones de hidrógeno (de los ácidos) que
hidrolizan indistintamente proteínas, grasas e hidratos de carbono.
Las enzimas, sin embargo son más específicas. Muchas de ellas catalizan solamente una
reacción química, mientras que otras, no tan específicas, tienen una acción bastante
selectiva para atacar a cierto tipo de configuración o de enlace: las lipasas desdoblan las
grasas, las enzimas proteolíticas hidrolizan las proteínas. De este modo, su acción se limita a
cierto tipo de sustancias.
Algunas enzimas son completamente específicas; p.ej., la dipeptidasa, que no desdobla
ningún dipeptido si no está libre en el grupo amino o carboxilo. Ciertas enzimas muestran
estereoespecificidad; así, la forma natural de ciertos compuestos es atacada mucho más
rápidamente que en su antípoda sintético.
Ø La Especificidad Óptica: algunas enzimas actúan, por ejemplo, sobre isómeros de la serie
L (enzimas relacionadas con el catabolismo de aminoácidos), mientras que otros actúan
sobre los de la serie D (los involucrados en el metabolismo de los carbohidratos).
Ø La Especificidad del Grupo: algunas enzimas actúan sobre un grupo determinado de
moléculas, por ejemplo, las enzimas que digieren las proteínas: catalizan reacciones
hidrolizando enlaces entre aminoácidos específicos; sin embargo, estos enlaces serán
hidrolizados en cualquier proteína que los contenga y, por eso, su especificidad es relativa.
La mejor descripción que se conoce de la especificidad enzimática es la de Emil Fischer,
quién comparo el sustrato y la enzima de la cerradura de llave. Esta analogía es
particularmente notable si se considera la especificidad estereoquímica de las enzimas.
Una de las propiedades más características es su alto grado de especificidad. La mayor
parte de las enzimas presentan una especificidad de reacción absoluta, esto es, catalizan tan
solo un determinado tipo de reacción. Sin embargo, algunas enzimas son capaces de
catalizar más de un tipo de reacción. Por ejemplo, algunas peptídicas catalizan tanto la
hidrólisis de los enlaces peptídicos como reacciones de transamidación (transpeptidácido);
en las últimas, un grupo acilo (C=O) es transferido del grupo amino (NH3) de una molécula al
de otra, intercambiando aminoácidos en el sustrato:
RC – NHR’ + NH2R’’ ↔ RC – NHR’’ + NH2R’
Ciertas enzimas presentan una absoluta especificidad del substrato, es decir, actúan
solamente sobre un compuesto. Por ejemplo, la ureasa (cuyo nombre sistemático es el de
una amidohidrolasa) que cataliza la hidrólisis de la urea, dando anhídrido carbónico y
amoníaco, parece ser absolutamente específica de la urea. Una gran variedad de derivados
de la urea no son afectados por dicha enzima.
Otras enzimas son capaces de actuar sobre cierto número de compuestos que poseen un
determinado grupo químico. Por ejemplo, la fosfatasa alcalina (monoéster
ortofosforicohidrolasa) hidroliza diversos ésteres fosfóricos, tales como fenilfosfato,
glicerofosfato, etc. Este tipo de especificidad puede ser designado como especificidad de
grupo.
Muchas enzimas actúan únicamente sobre uno de los isómeros ópticos de un compuesto,
exhibiendo, por consiguiente, especificidad estereoquímica. De modo inverso, cuando se
sintetiza enzimáticamente un compuesto que contiene un grupo asimétrico a partir de un
precursor ópticamente inactivo, solo se obtiene, normalmente, uno de los posibles isómeros
ópticos. Un buen ejemplo de enzima con especificidad de grupo y también estereoquímica es
la L-amino-ácido oxidasa (L-aminoácido: O2 oxidorreductosa desaminante). Dicha enzima
cataliza la oxidación de múltiples compuestos del tipo R-CH(NH2)COOH, si bien la velocidad
de la reacción varía sensiblemente de acuerdo con la naturaleza del grupo R. La reacción no
tiene lugar cuando el grupo carboxílico (COOH) o el grupo amínico se hallan substituidos.
Esta enzima tiene especificidad absoluta para los aminoácidos de configuración L. Los D-
aminoácidos correspondientes, que no son afectados por esta enzima, son oxidados por
otra enzima específica del grupo, la D-aminoácido oxidasa. La glicocola, que carece de
átomo de carbono asimétrico, es totalmente indiferente a la acción de las enzimas, siendo
oxidada por otra enzima distinta.[2]
.
Actividad enzimática
La actividad enzimática proporciona información sobre las velocidades de reacción.
Los estudios cinéticos miden también la afinidad de las enzimas por los sustratos y los
Inhibidores, y proporcionan conocimientos sobre los mecanismos de reacción.
La velocidad de la reacción anterior es proporcional a la frecuencia con la que las
Moléculas reaccionantes forman el producto.La actividad específica de una enzima, una magnitud que alcanza para controlar la
Purificación de la enzima, se define como el número de unidades internacionales por miligramo de proteína.La medida se realiza siempre en las condiciones óptimas de pH, temperatura,
Presencia de cofactores, etc, y se utilizan concentraciones saturantes de sustrato.Las enzimas son catalizadores pero bioquímicos y su actividad se mide relacionando la concentración de su sustrato y la concentración de su producto. Esta relación es la que nos indica que tan activa está una enzima.
.
Los métodos se pueden clasificar de la siguiente manera:
Según la fase de la reacción estudiada.
Todos los ensayos enzimáticos miden el sustrato consumido o el producto generado en la
reacción durante un tiempo. Existe un gran número de métodos diferentes para medir la
concentración de sustratos y productos, y muchas enzimas pueden ser ensayadas de
diferentes maneras. Habitualmente en bioquímica se estudian las reacciones catalizadas por
enzima usando cuatro tipos de experimentos:
Medida de la velocidad inicial.
Cuando una enzima se mezcla con un gran exceso de sustrato (a concentración saturante),
el complejo intermedio enzima-sustrato se genera en una rápida fase inicial transitoria.
Después, la reacción llega a una cinética constante durante la cual el complejo enzima-
sustrato se mantiene prácticamente en cantidades invariables en el tiempo y la velocidad de
reacción es constante. La velocidad se mide en un corto periodo después de lograr un estado
cuasi-constante, que se detecta típicamente monitorizando la acumulación de producto
durante el tiempo. Como las mediciones se efectúan en un periodo muy corto y por la
concentración saturante de sustrato, puede considerarse que el sustrato libre es igual al
sustrato inicial y que la velocidad medida es la máxima que la enzima puede alcanzar en las
condiciones de reacción dadas, porque no se están dando reacciones inversas o
degradación enzimática. Estas mediciones son las más simples de realizar y analizar al estar
relativamente libres de complicaciones, y por tanto éste el tipo de ensayo más usado en
cinética enzimática.
Medida del progreso de la curva.
En estos experimentos los parámetros cinéticos se determinan a partir de expresiones de las
concentraciones de las diferentes especies como funciones del tiempo. La concentración del
sustrato o del producto se mide en momentos posteriores a la rápida fase inicial y durante un
tiempo lo suficientemente largo que permita a la reacción acercarse al equilibrio. Este tipo de
ensayos se intenta evitar por el error matemático que se puede introducir y es cada vez
menos practicado, pero fue muy ampliamente utilizado en los primeros periodos del estudio
de la cinética enzimática.
Medida de la fase transitoria.
En estos experimentos se observa el comportamiento de la reacción durante la rápida fase
inicial transitoria en la que el complejo molecular intermedio llega a un periodo cinético
constante. Éstos son los ensayos más difíciles de realizar porque requieren el uso de
técnicas de mezclado y medición realmente rápidas.
Experimentos en la fase de equilibrio.
En estos experimentos se perturba una mezcla de enzima, sustrato y producto que ha
alcanzado el equilibrio químico, por ejemplo cambiando la temperatura, la presión o el pH, y
se estudia cómo regresa la mezcla al equilibrio. El análisis de estos experimentos requiere
que la reacción sea reversible. Además, estos experimentos son relativamente insensibles a
detalles mecanísticos y por lo tanto no suelen usarse para la identificación de mecanismos
de reacción.
Según el seguimiento de la reacción
Los ensayos enzimáticos pueden dividirse en dos grupos según la manera en que se sigue la
medición. Por una parte están los ensayos continuos, en los que el método ofrece una
lectura continua de la actividad monitorizando a tiempo real el sustrato consumido o el
producto generado. Por otra parte existen ensayos discontinuos, en los que la reacción se
detiene en un punto y se mide la concentración de los sustratos o los productos.
Ensayos continuos
Son los más convenientes, al obtener simplemente con el ensayo la velocidad de la reacción,
sin necesitar trabajo adicional. Hay muchos tipos diferentes.
Espectrofotométricos
En los ensayos espectrofotométricos puede seguirse el curso de una reacción observando
cómo cambia la luz absorbida por la solución en la que se está dando la reacción. Para poder
utilizar un ensayo de este tipo debe haber entre los sustratos o los productos alguno que
absorba luz a una longitud de onda determinada, y que sea la única molécula de la mezcla
de reacción que lo hace a la misma; de esta forma, se puede observar el aumento o la
disminución de la absorbancia a dicha longitud de onda.
Cuando la luz absorbida se encuentra en el espectro visible es posible observar un cambio
en el color de la muestra, y entonces hablamos de método colorimétrico.
También es usual el uso de la luz ultravioleta (luz UV), especialmente porque sirve para
monitorizar reacciones en las que participan NADH y NADPH, coenzimas que participan en
infinidad de reacciones bioquímicas y que absorben luz UV en forma reducida (NADH y
NADPH) pero no en forma oxidada (NAD+ y NADP+). Así, la actividad de una
oxidorreductasa que use NADH como coenzima puede ser monitorizada siguiendo el
descenso de la absorbancia a 340 nm a medida que se consume el NADH.
Ensayos directos y acoplados
Incluso cuando la reacción enzimática a estudiar no provoca ningún cambio de absorbancia o
ésta no es específica, pueden usarse ensayo espectrofotométricos para la enzima realizando
un ensayo acoplado. En éste, el producto de la reacción a estudiar se usa como sustrato de
una segunda reacción, que ha de ser de fácil seguimiento y cuyos otros sustratos, coenzimas
y enzimas deben encontrarse a concentraciones saturantes para que la velocidad de la
segunda reacción sea la máxima.
Fluorimétricos
En el fenómeno de la fluorescencia una molécula emite luz de una longitud de onda
determinada tras absorber luz a otra longitud de onda. Los ensayos fluorimétricos usan la
diferencia en la fluorescencia entre producto y sustrato para medir la reacción enzimática.
Estos ensayos son generalmente mucho más sensibles que los espectrométricos, ya que son
más específicos al tener que utilizar dos longitudes de onda en lugar de una, pero pueden
sufrir más interferencias por impurezas presentes en el medio o por la inestabilidad que
muchos compuestos fluorescenten presentan al ser expuestos a la luz.
Un ejemplo de estos ensayos es, una vez más, el uso de las coenzimas NADH y NADPH. En
este caso, las formas reducidas son fluorescentes y las oxidadas no. Las reacciones de
oxidación pueden, por tanto, ser seguidas por el descenso de la intensidad de fluorescencia,
y las de reducción por el aumento. También existen sustratos sintéticos que liberan un
fluoróforo en reacciones catalizadas por enzima, como por ejemplo el 4-metilumbeliferil-β-D-
glucurónido para ensayar la β-galactosidasa.
Calorimétricos
La calorimetría es la medida del calor liberado o absorbido por una reacción química. Estos
ensayos son muy generales, ya que muchísimas reacciones llevan asociado algún cambio de
calor y utilizando un microcalorímetro no es necesario utilizar grandes cantidades de enzima
o sustrato. Estos ensayos pueden ser usados para medir reacciones imposibles de medir con
otros métodos.
Quimioluminiscencia
La quimioluminiscencia es la emisión de luz por una reacción química. Algunas reacciones
enzimáticas producen luz y ésta puede ser medida para detectar la formación de producto.
Estos tipos de ensayo pueden ser extremadamente sensibles, ya que la luz producida puede
ser registrada en una película fotográfica por días e incluso semanas, pero al mismo tiempo
son de difícil cuantificación, porque no toda la luz emitida por la reacción será detectada.
La detección de la peroxidasa de rábano por quimioluminiscencia enzimática (ECL,
enzymatic chemiluminiscence) es un método común para detectar anticuerpos en el western
blot. Otro ejemplo de quimioluminiscencia es la luciferasa, enzima presente en las
luciérnagas que produce luz de forma natural a partir de su sustrato, luciferina.
Ensayos discontinuos
En un ensayo discontinuo se toman muestras de una reacción enzimática en intervalos y se
mide en ellas la cantidad de producto formado o sustrato consumido.
Radiométricos
En los ensayos radiométricos se mide la incorporación de radiactividad en los sustratos o su
liberación desde sustratos. Los radioisótopos más usados en estos ensayos son 14C, 32P,
35S y 125I. Como los isótopos radiactivos permiten el marcaje de un sólo átomo de un
sustrato, estos ensayos son extremadamente sensibles y específicos. Son frecuentemente
utilizados en bioquímica y son a menudo la única manera de medir una reacción específica
en extractos crudos (mezclas complejas de las enzimas liberadas al lisar células).
En estos procedimientos la radiactividad es normalmente medida en contadores de centelleo.
Cromatográficos
En los ensayos cromatográficos se mide la formación de producto separando los
componentes de la mezcla de reacción por cromatografía. Normalmente se lleva a cabo
mediante HPLC. Aunque esta aproximación puede requerir grandes cantidades de material
de partida, su sensibilidad puede incrementarse mediante marcaje radiactivo de los sustratos
o los productos.
Influencia de la temperatura en la velocidad de las reacciones enzimáticas
Todas las enzimas trabajan en un rango de temperaturas específicas del organismo al que
pertenecen. Los aumentos de temperatura generalmente provocan un incremento de la
velocidad de reacción. Esto se debe a alteraciones de la estructura de la proteína debidas a
la interrupción de uniones iónicas que resultan en la estabilización de la estructura
tridimensional de la enzima. La temperatura óptima de las enzimas humanas se encuentra
generalmente entre los 35 y los 40 °C; la temperatura media del organismo del ser humano
es 37 °C. Así, las enzimas humanas comientzan a desnaturalizarse rápidamente a partir de
los 40 °C. En cambio, las enzimas de las arqueas termófilas, que se encuentran en
manantiales calientes, son estables hasta a 100 °C Sin embargo, la idea de una velocidad
"óptima" para una reacción enzimática es engañosa, ya que la velocidad observada a
cualquier temperatura es el producto de dos velocidades, la velocidad de reacción y la
velocidad de desnaturalización. Si se usase un ensayo para medir esta segunda actividad
por segundo, la velocidad sería alta a altas temperaturas, y usando un ensayo para
cuantificar la formación de producto ésta sería baja a esas temperaturas.
En general, los aumentos de temperatura aceleran las reacciones químicas: por cada 10ºC
de incremento, la velocidad de reacción se duplica. Las reacciones catalizadas por enzimas
siguen esta ley general. Sin embargo, al ser proteínas, a partir de cierta temperatura, se
empiezan a desnaturalizar por el calor. La temperatura a la cual la actividad catalítica es
máxima se llama temperatura óptima (Figura de la derecha). Por encima de esta
temperatura, el aumento de velocidad de la reacción debido a la temperatura es
contrarrestado por la pérdida de actividad catalítica debida a la desnaturalización térmica, y
la actividad enzimática decrece rápidamente hasta anularse.
[3]
Influencia del pH en la actividad enzimática
Solo se logran distinguir dos encimas una que su conformación es más adecuada a pH
bajos y otra que su actividad aumenta a pH altos en donde se puede observar que las
enzimas son muy sensibles a los cambios de pH. Desviaciones de pocas décimas por
encima o por debajo del pH óptimo pueden afectar drásticamente su actividad.
Con
respecto al
siguiente
grafico
responda
Qué tipo de información proporciona.
En la figura se puede observar la típica evolución de una curva obtenida en un ensayo
enzimático. Inicialmente, la enzima transforma el sustrato en producto siguiendo un
comportamiento lineal. A medida que avanza la reacción, se va agotando la cantidad de
sustrato y va disminuyendo la cantidad de producto que se genera por unidad de tiempo
(disminuye la velocidad de la reacción), lo que se manifiesta en forma de curva asintótica en
la gráfica.
La información que se obtiene de la gráfica son las siguientes
Se puede obtener la velocidad de la reacción
La cantidad de producto formado
Cantidad de tiempo empleado para consumir cierta cantidad de reactivo.
Se puede evaluar Km
Se puede hallar la velocidad máxima y la velocidad promedio de la reacción catalizada.
Como se haría la construcción de esta grafica
El método más apropiado sería el de medida del progreso de la curva. Para estos
experimentos los parámetros cinéticos se determinan a partir de expresiones de las
concentraciones de las diferentes especies como funciones del tiempo. La concentración del
sustrato o del producto se mide en momentos posteriores a la rápida fase inicial y durante un
tiempo lo suficientemente largo que permita a la reacción acercarse al equilibrio.
A que se le denomina enzima michaeliana.
Proteínas con estructura globular terciaria. Poseen un sitio activo que es donde se introduce
el sustrato y donde es catalizada la reacción. Las enzimas son específicas para los sustratos.
Éste se une al sitio activo REVERSIBLMENTE a través de interacciones de tipo
intermolecular (débiles) y producen el siguiente graficas del siguiente tipo.
Señale en
el grafico
Km y la
Vmax
Para
determinar
los
parámetros según el modelo de Michael menten en ausencia y en presencia de un inhibidor
no competitivo se
obtuvo el siguiente
gráfico. Con respecto
a esto explique.
Como se denomina dicho gráfico.
Se denomina grafico de lineweaver-burk
Indique cuál de las recta es la corresponde a la ausencia o presencia de dos concentraciones diferentes de inhibidores.
La grafica de abajo es la que no tiene inhibidor puesto que su velocidad es mayor
La según presenta menor cantidad de inhibidor y la tercera recta la de mayor pendiente
presenta la mayor concentración de inhibidor.
Esto se debe a que la intercepción de las gráficas con el eje y corresponde al inverso de la
velocidad lo que indica que entre menor sea este valor mayor será la velocidad de reacción
de la encima.
Escriba la reacción catalizada por la lactato deshidrogenasa
Indique a la clase que pertenece cada una de las siguientes enzimas
glucosa fosfatoisomerasa
La glucosa-6-fosfato isomerasa (EC 5.3.1.9) es una enzima, presente en gran parte de los seres vivos; cataliza la reacción reversible de glucosa-6-fosfato a fructosa-6-fosfato. En el citoplasma, forma parte de las rutas metabólicas de la glucólisis y lagluconeogénesis, y en la matriz extracelular funciona como factor neurotrófico para cierto tipo de neuronas.
La reacción es la siguiente:
Glucosa-6-fosfato Fructosa-6-fosfato
Fosfofructoquinasa
hay dos tipos
Fosfofructoquinasa-1 (PFK-1, de Phosphofructokinase-1) (EC 2.7.1.11) es la principal enzima reguladora de la glucólisis. Es una enzima alostérica compuesta de cuatro subunidades y controlada por varios activadores e inhibidores. PFK-1 cataliza la fosforilación de la fructosa-6-fosfato con gasto de una molécula de ATP para formar fructosa 1,6-bisfosfato y ADP.
Fructosa-6-fosfato + ATP fructosa-1,6-bisfosfato + ADP
La fosfofructoquinasa-2 (PFK2) o 6-fosfofructo-2-kinasa (EC 2.7.1.105) es una enzima responsable de la regulación de la velocidad de la glicólisis y la gluconeogénesis en el cuerpo humano. También tiene actividad fosfatasa correspondiente a lafructosa-2,6-bisfosfato 2-fosfatasa (número EC 3.1.3.46). Las reacciones catalizadas son:
Actividad quinasa: fructosa-6-fosfato + ATP fructosa-2,6-bisfosfato + ADP
Actividad fosfatasa: fructosa-2,6-bisfosfato + H2O fructosa-6-fosfato + fosfato
sucinil-COA sintetasa.
La succinil-CoA sintetasa (SCS) o succinato-CoA ligasa es una enzima que cataliza la reacción reversible desde succinato a succinil-CoA. Para la realización de esta reacción consume un nucleótido-trifosfato (ATP o GTP). Por ello se distinguen dos enzimas diferentes:
Formadora de GDP (EC 6.2.1.4): succinato + CoA + GTP succinil-CoA + fosfato + GDP
Formadora de ADP (EC 6.2.1.5): succinato + CoA + ATP succinil-CoA + fosfato + ATP
Esta enzima juega un papel importante como uno de los catalizadores que participan en el ciclo de Krebs, una metabólica central en el metabolismo celular.
Lipasa.
EC.3.1.1.3 La lipasa pancreática es una enzima que se produce en el páncreas y se secreta
en el intestino delgado donde ayuda a descomponer las grasas (lípidos) que comemos para
convertirlas en ácidos grasos y glicerol.
Fumarato hidratasa.
La fumarasa (FH) o fumarato hidratasa (EC 4.2.1.2) es una enzima que cataliza la reacción reversible dehidratación/deshidratación del fumarato a S-malato.
Figura 1. Conversión del fumarato a S-malato.
La fumarasa pertenece a la familia de las liasas, específicamente a las hidroliasas, que rompen enlaces carbono-oxígeno.
citocromo oxidasa.
La enzima citocromo c oxidasa o complejo IV (número EC 1.9.3.1) es una proteína
transmembrana que se encuentra incluida en bicapas lipídicas de bacterias y
en mitocondrias. Se trata de la última enzima de la cadena de transporte de electrones,
recibiendo un electrón de cada uno de las cuatro moléculas de citocromo c; después, los
transfiere a una molécula de oxígeno, reduciéndola a dos moléculas de agua. Acoplada a
este proceso, se produce una translocación de protones a través de la membrana, lo cual
genera un gradiente electroquímico que la enzima ATP sintasa emplea para
sintetizar adenosín trifosfato(ATP)
La tripsina es una enzima muy activa en la hidrolisis de numerosas proteínas. Las células pancreáticas producen la tripsina, la secretan en forma de precursor tripsinogeno-inacctivo señale porque razón estas células no secretas tripsina libre.
Si estos enzimas se sintetizasen directamente en forma activa destruirían la propia célula
que las produce. Así, la tripsina pancreática (una proteasa) se sintetiza como tripsinógeno
(inactivo). Si por alguna razón se activa en el propio páncreas, la glándula sufre un proceso
de autodestrucción (pancreatitis aguda), a menudo mortal.
Es necesario que los residuos de aminoácidos del sitio activo se encuentren muy cerca en la estructura primaria? Explique su respuesta.
No es necesario puesto que estos se pueden unir durante las otras etapas de formación de
una proteína.
Describa el tipo de general de reacción bioquímica que requiere de cada una de las siguientes coenzimas.
Pirofosfato de tiamina.
Su forma activa, el pirofosfato de tiamina o difosfato de tiamina, es sintetizado por la enzima
tiamina-pirofosfoquinasa, la cual requiere tiamina libre, magnesio y ATP (Trifosfato de
adenosina), actúa como coenzima en el metabolismo de los hidratos de carbono, permitiendo
metabolizar el ácido pirúvico o el ácido alfa-cetoglutárico. Además participa en la síntesis de
sustancias que regulan el sistema nervioso.
Las enzimas de la vía son la fosfopentosa isomerasa; la fosfopentosa epímerasa; la transcetolasa (su coenzima es la tiamina pirofosfato, un derivado de la tiamina) y latransaldolasa.
Figura: formación de la coenzima tiamina pirofosfato
Estas reacciones permiten que la ribulosa 5-fosfato (producida en la parte oxidativa de la vía) pueda ser convertida en ribosa 5-fosfato, necesaria para la síntesis de nucleótidos; o bien intermediarios de la glucólisis, como la fructosa-6-fosfato y el gliceraldehído 3-fosfato . Por tanto, la vía de las penosas fosfato no es un ciclo aislado y repetitivo, está integrado a la glucólisis. La parte no oxidativa de la vía de las penosas fosfato está controlada
principalmente por el aporte de intermediarios. La única coenzima necesaria en esta parte de la vía es la tiamina pirofosfato en la reacción de la transcetolasa.
Fosfato de piridozal.
La coenzima que contiene un aldehído, el fosfato de piridoxal (PLP) que es un derivado de la piridoxina (vitamina B6).
Para transportar al grupo amino, las aminotransferasas requieren de la participación de esta coenzima
Dinucleotido de nicotinamida adenina.
El dinucleótido de nicotinamida y adenina, más conocido como nicotinamida adenina dinucleótido (abreviado NAD+ en su forma oxidada y NADH en su forma reducida), es una coenzima encontrada en células vivas y compuesta por un dinucleótido, ya que está formada por dos nucleótidos unidos a través de sus grupos fosfatos, siendo uno de ellos una base de adenina y el otro de nicotinamida. Su función principal es el intercambio de electrones e hidrogeniones en la producción de energía de todas las células.
En el metabolismo, el NAD+ está implicado en reacciones de reducción-oxidación, llevando los electrones de una a otra. Debido a esto, la coenzima se encuentra en dos formas: como un agente oxidante, que acepta electrones de otras moléculas. Actuando de ese modo da como resultado la segunda forma de la coenzima, el NADH, la especie reducida del NAD+, y puede ser usado como agente reductor para donar electrones. Las reacciones de transferencia de electrones son la principal función del NAD+, que también se emplea en otros procesos celulares, siendo el más notable su actuación como sustrato de enzimas que adicionan o eliminan grupos químicos de las proteínas en las modificaciones postraduccionales
Describa que tipo de enzimas se le añaden a los detergentes para disolver mancha de sangre, catalíticos y los sitios activos de una enzima alosterica.
Las enzimas utilizadas en los detergente para remover las manchas de sangre, huevo, leche
o hierba es la Enzimas de la proteasa Hay enzimas que pueden adoptar 2 conformaciones
interconvertibles llamadas R (relajada) y T (tensa). R es la forma más activa porque se une al
sustrato con más afinidad. Las formas R y T se encuentran en equilibrio R <==> T (Figura
inferior):
Ciertas sustancias tienden a estabilizar la forma R. Son los llamados moduladores positivos.
El propio sustrato es a menudo un modulador positivo.
Las moléculas que favorecen la forma R pero que actúan sobre una región del enzima
distinta del centro activo son los activadores alostéricos (Figura inferior izquierda).
Las sustancias que favorecen la forma T y disminuyen la actividad enzimática son los
moduladores negativos. Si estos moduladores actúan en lugares distintos del centro activo
del enzima se llaman inhibidores alostéricos (Figura superior derecha) .
La acción catalítica de una encima sucede con el sustrato unido con el sitio activo ¿cómo
puede alterarse la actividad catalítica del sitio activo por la unión de otro tipo de compuestos
en un sitio activo distante de dicho sitio activo?
Esto puede suceder por que los inhibidores suelen contener grupos funcionales reactivos
como mostazas nitrogenadas, aldehídos, haloalcanos o alquenos. Estos grupos electrofílicos
reaccionan con las cadenas de aminoácidos para formar uniones covalentes. Los residuos
modificados son aquellos que contienen en sus cadenas laterales nucleófilos como por
ejemplo un grupo hidroxilo o un grupo sulfhidrilo. Esto incluye a los aminoácidos serina
(como en el DFP ), cisteína, treonina o tirosina causando la modificación del sitio activo o
afectando la especificidad de las enzimas.
Compare y contraste las características de os cuatro tipos de regulación como lo son: alosterismo, modificación covalente, ruptura proteolica e isoenzima.
Alosterismo Modificación covalente Ruptura proteolica Isoenzima
Se adoptan dos
formas o
conformaciones
interconvertibles.
moduladores
positivos. El propio
sustrato es a
menudo un
modulador positivo.
Las moléculas que
favorecen la forma R
pasan de una forma
menos activa a otra
más activa uniéndose
covalentemente a un
grupo químico de
pequeño tamaño como
el Pi o el AMP
También se da el caso
inverso, en el que un
enzima muy activo se
desactiva al liberar
Las enzimas no son
sintetizadas como tal
sino como formas
inactivas que luego
son activadas atreves
de un ataque
hidrolítico que origina
la liberación de uno o
varios péptidos.
Estructura distinta
pero con funciones
biológicas similares
que se traduce en
ligeros cambios en
sus propiedades.
pero que actúan
sobre una región del
enzima distinta del
centro activo son los
activadores
alostéricos
moduladores
negativos. Si estos
moduladores actúan
en lugares distintos
del centro activo del
enzima se llaman
inhibidores
alostéricos
algún grupo químico
Explique el fundamento de los modelos concertados y secuenciales para enzimas alostericas.
Modelo alosterico concertado.
Es la regulación de una enzima u otra proteína ligando una molécula efectora en el sitio
alostérico de la proteína (otro sitio que no sea el sitio activo de la proteína). Los efectores que
aumentan la actividad de la enzima se denominan activadores alostéricos y aquellos que
disminuyan dicha actividad se llaman inhibidores alostéricos.
Modelo concertado.
El modelo concertado simétrico básicamente postula que frente al estímulo de un modificador
alostérico sobre una subunidad, TODAS las SUBUNIDADES van a cambiar de conformación,
de T(tenso) a R(relajado) o de R a T dependendiendo del caso pero todas por igual.
Modelo secuencial.
El modelo secuencial lo que plantea es que al recibir una subunidad el estímulo de un
modificador alostérico, las subunidades contiguas irán cambiando su conformación de
manera progresiva,la primera induce a la segunda a que cambie su forma [4]
El metabolismo del alcohol se produce fundamentalmente en el hígado en dos pasos: al principio el etanol se oxida a acetaldehído por la enzima alcoholdesidrogenasa (EDH) que consume NAD+ el acetaldehído es mediana mente toxico, dado que normalmente es oxidado por el aldehído deshidrogenasa (ADH) a acetato. El metanol también es un sustrato del etanol deshidrogenasa pero el producto formado que se acumula es muy toxico
Una persona ingirió vino adulterado con metanol posteriormente debió ser hospitalizada como parte del tratamiento, el medico suministro un exceso de etanol ¡cual es el fundamento de este tratamiento.
El metanol es metabolizado por la enzima alcohol deshidrogenasa, la misma que metaboliza
el etanol, pero esta enzima es 22 veces más afín por el etanol que por el metanol, razón por
la cual se utiliza el etanol como antídoto de esta intoxicación, ya que al preferir la enzima
como sustrato el etanol estamos evitando la formación de los metabolitos tóxicos del
metanol, causante de los síntomas, los cuales son el formaldehído y el ácido fórmico.
Los orientales son muy sensibles a las bebidas alcohólicas. Esto se debe a que la forma
mitocondriales la enzima aldehído deshidrogenasa. De bajo km está ausente. Estas
personas solo poseen la enzima citosolica de alto km
a: en base a esta información explique la mayor susceptibilidad de alcohol en esos individuos
¿que son entre si las formas mitocondrial y citosolica de la enzima aldehído deshidrogenasa
El etanol contenido en cualquier bebida alcohólica es degradado por el hígado para ser pos-teriormente eliminado por los riñones en forma de agua o por los pulmones en forma de di-óxido de carbono. En el interior de las células hepáticas el etanol sufre una serie de cambios, siendo transformado en sustancias más sencillas e inocuas que sean fácilmente eliminables gracias a la acción de unas enzimas hepáticas, el alcohol deshidrogenasa y el aldehído des-hidrogenasa. El alcohol deshidrogenasa convierte el alcohol en acetaldehído, y el aldehído deshidrogenasa continúa la cadena de reacciones para formar dióxido de carbono y agua que se eliminan con la respiración y la micción.
Existen sustancias que al ser ingeridas consiguen alterar la aldehído- deshidrogenasa, lo que impide que el etanol se degrade de forma correcta, formándose un producto derivado del él, acetaldehído, que no puede seguir degradándose y se acumula en el organismo. A la unión de la sustancia a esa enzima y el posterior acúmulo de acetaldehído se le denomina “efecto Antabus”. Poniendo un ejemplo algo grotesco, es como si hiciéramos la masa de un bizcocho
pero no la cociéramos y la tomáramos de esa forma, sin terminar de hacerse. Ese acetal-dehído es un tóxico que provoca malestar general, mareos y vértigos, rubor facial, ojos rojos, palpitaciones, bajada de tensión, náuseas y vómitos. También pueden aparecer sudoración, visión borrosa y disminución del nivel de conciencia ( una somnolencia bastante profunda, “atontamiento”, etc).
En general lo que pasa es que se está formando aldehídos de la degradación del etanol pero este no es transformado lo suficiente mente rápido porque el bajo km de la encima de los orientales limita la reacción de conversión del aldehído a dióxido de carbono y agua.
Bibliografía
[1] www.biologia.edu.ar/metabolismo/enzimas.htm
[2] Anónimo, 15 de Julio de 1972. Gran Enciclopedia RIALP, Especificidad. Editorial
RIALP. S.A., Tomo 8.
Bioquímica, sin fecha. Bioquímica, la Ciencia de la Vida, Enzimas. Editorial UNED.
Primera edición, 204. San Jose, Costa Rica.
Raymond E.Kirk, 1962. Enciclopedia Tecnologia química, Cristalales enzimas-
inustriales. Editorial H-A tomo 6. Página 987
[3] http://www.ehu.es/biomoleculas/enzimas/enz22.htm#t
[4]http://www.mancia.org/foro/uba-bioquimica/80967-modelos-enzimas-alostericas.html
