Las Enzimas

Modelo comparativo de la disminución de la energía de activación por la acción de la enzima.

Enzima

Substrato

Producto

2) La enzima disminuye o elimina la energía de activación necesaria y la reacción transcurre espontáneamente.

• sin catalizador, EA=18 Kcal/mol. • con catalizador inorgánico (platino), EA=12 Kcal/mol. • con enzima específico (catalasa).  EA=6 Kcal/mol.

el platino acelera la reacción 20.000 veces

la catalasa la acelera 370.000 veces.

• Son sustancias que, incluso en cantidades muy pequeñas, aceleran la reacción. Es decir, no es que se obtenga más producto, sino que gracias a ellas, se consigue la misma cantidad pero en menos tiempo.

• - Actúan mediante su presencia, no se consumen en la reacción y al finalizar esta quedan libres pudiendo utilizarse de nuevo, por eso se necesitan en pequeñas cantidades.

• Además, a diferencia de los catalizadores no biológicos, las enzimas tienen otras características:

• ·Son muy específicas, por lo que actúan en una determinada reacción sin alterar otras.

• ·Actúan a temperatura ambiente, la del ser vivo.• ·Son muy activas, algunas aumentan la velocidad de la reacción

más de un millón de veces, muy superior a los catalizadores no biológicos.

• ·Presentan un peso molecular muy elevado.

Mecanismo de actuación enzimática:

Enzima inactiva

sustrato

Enzima

productos

Coenzima

Centro activo

1) Se forma un complejo: enzima-substrato o substratos.

2) Se une la coenzima a este complejo.

3) Los restos de los aminoácidos que configuran el centro activo catalizan el proceso. Para ello debilitan los enlaces necesarios para que la reacción química se lleve a cabo a baja temperatura y no se necesite una elevada energía de activación.

4) Los productos de la reacción se separan del centro activo y la enzima se recupera intacta para nuevas catálisis.

5) Las coenzimas colaboran en el proceso; bien aportando energía (ATP), electrones (NADH/NADPH) o en otras funciones relacionadas con la catálisis enzimática

El ADP/ATP es una coenzima que interviene en las transferencias de energía de los procesos exergónicos a los endergónicos.

E

E

El NAD+ /NADH y el NADP+/NADPH intervienen en los procesos de transferencia de electrones entre una sustancia que se oxida: O, a una que se reduce, G.

e-

e-

CENTRO ACTIVO DE LA CARBOXIPETIDASA a

CATALÍTICOS

DE FIJACIÓN

LISOZIMA CON CENTRO ACTIVO LIBRE Y OCUPADO

Mecanismo de acción de la Mecanismo de acción de la Ribonucleasa pancreáticaRibonucleasa pancreática

Centro ActivoCentro Activo

Complejo Enzima-SustratoComplejo Enzima-Sustrato

Molécula de ARNMolécula de ARN

Ataque al enlace entre los Ataque al enlace entre los nucleótidosnucleótidos

His 12 captura un protón del His 12 captura un protón del

grupo 2'OH del nucleótido grupo 2'OH del nucleótido

pirimidínicopirimidínico

His 119 cede su protón His 119 cede su protón

al oxígeno en 5' del enlace al oxígeno en 5' del enlace

atacado atacado

El P queda con un enlace El P queda con un enlace

inestable pentavalenteinestable pentavalente

Liberación del productoLiberación del producto

LLiberación de un iberación de un NucleótidoNucleótido

Enlace del P Enlace del P pentavalente y cíclicopentavalente y cíclicoE inestableE inestable

Las histidinas quedanLas histidinas quedanIonizadas de manera Ionizadas de manera Diferente a la forma Diferente a la forma inactiva de la enzimainactiva de la enzima

Regeneración de la EnzimaRegeneración de la Enzima

Entrada del agua en Entrada del agua en el el

Centro activoCentro activo

El agua atacará alEl agua atacará al

enlace inestable del enlace inestable del

fósforofósforo

Regeneración de la EnzimaRegeneración de la Enzima

Hist 119 capta un Hist 119 capta un protónprotón

Del agua que queda Del agua que queda como como

ión Hidroxiloión Hidroxilo

El ión Hidroxilo ataca elEl ión Hidroxilo ataca el

Enlace inestable del Enlace inestable del

FósforoFósforo

Regeneración de la EnzimaRegeneración de la Enzima

Enlace del fósforo Enlace del fósforo

Cíclico, Cíclico, pentavalentepentavalente,,

Inestable atacadoInestable atacado

Por el OH Por el OH

His 119 regeneradaHis 119 regenerada

Regeneración final de la Regeneración final de la EnzimaEnzima

Rotura del enlace Rotura del enlace deldel

Fósforo inestableFósforo inestable

His 12 cede unHis 12 cede un

protón al C. 2’ de protón al C. 2’ de

la ribosa yla ribosa y

se regenerase regenera

FenilcetonuriaFenilcetonuria PorfiriaPorfiria PorfiriaPorfiria EritropoyéticaEritropoyética

Congénita Congénita AlbinismoAlbinismo HistidinemiaHistidinemia GotaGota TalasemiaTalasemia HemofiliaHemofilia

Hemofilia AHemofilia A Hemofilia BHemofilia B Hemofilia CHemofilia C

MucopolidosisMucopolidosis Enfermedad De Enfermedad De

GaucherGaucher CitrulinemiaCitrulinemia Deficiencia De G6pdDeficiencia De G6pd Enfermedad De AlmacEnfermedad De Almac

enamiento De Glucosaenamiento De Glucosa Tipo I Tipo I

Enfermedad De Tay-SaEnfermedad De Tay-Sachschs

Enfermedad De FabryXantomatosisFucosidosisAciduria ArginosuccinicaGalactosemiaHiperglicerolemiaXeroderma PigmentosumEnfermedad De PompeAciduria MetilmalónicaAlcaptonuria/Enfermedad de Batten/Síndrome de Lesch-Nyhan/Enfermedad de Niemann-PickEnzimopatías EritrocitariasHomocistinuriaHiperplasia Suprarrenal Hiperplasia Suprarrenal CongenitaCongenitaHipercolesterolemia familiarHipercolesterolemia familiarSíndrome de BloomSíndrome de Bloom

MODELO LLAVE-CERRADURA

AJUSTE INDUCIDO

• HEXOQUINASA

Explicación de la curva de Michaelis-Menten

Gráfica de Michaelis_Menten

Variación de la actividad enzimática con la concentración de sustrato: Esta gráfica demuestra la formación de un complejo enzima-sustrato

Act

ivid

ad e

nzi

mát

ica

Concentración de sustrato

Nivel de saturación de la enzima

Para poder explicar la gráfica de Michaelis_Menten hagamos la siguiente analogía: Supongamos que la célula es una fábrica de relojes. En esta fabrica hay 40 obreros y cada uno puede fabricar un reloj a la hora (R/h). El departamento de suministros proporciona una determinada cantidad de piezas para hacer un reloj (S/h) y los obreros fabrican los relojes.

En esta analogía, como habrás podido deducir, los obreros son las enzimas, las piezas suministradas los sustrato y los relojes los productos.

Suministro para hacer 4 relojes a la hora.

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Suministro de piezas por hora (S/h)

Relo

jes

fabri

cados

por

hora

(R

/h)

60

50

40

30

20

10

Supongamos ahora que la dirección desea aumentar la producción y aumenta progresivamente el suministro de piezas para hacer relojes (S/h) según indica en la gráfica.

S/ h R/h

0

10

20

30

40

50

60

70

0

10

20

30

40

40

40

40

Tabla de datos

Gráfica real

Los envenenadores son sustancias que se unen al centro activo mediante enlaces fuertes en un proceso irreversible, con lo que impiden de manera definitiva la catálisis.

Enzima

envenenador

sustrato

Inhibición irreversible envenenadores

Los inhibidores no competitivos son sustancias que se unen a la enzima en lugares diferentes al centro activo alterando la conformación de la molécula de tal manera que, aunque se forme un complejo enzima-sustrato, no se produce la catálisis. Este tipo de inhibición depende solamente de la concentración de inhibidor.

Enzima

sustrato

Enzima

No se produce la catálisis

inhibidor

Inhibición no competitiva

Sin inhibidor Con inhibidor

Los inhibidores competitivos son sustancias, muchas veces similares químicamente a los sustratos, que se unen al centro activo impidiendo con ello que se una el sustrato. El proceso es reversible y depende de la cantidad de sustrato y de inhibidor, pues ambos compiten por la enzima.

EnzimaEnzima

sustrato

inhibidor

Sin inhibidorcon inhibidor

Inhibición competitiva

coenzima ácido fólico  fármaco anti-cancerígenometotrexato  

Los inhibidores alostéricos se unen a una zona de la enzima y cambian la configuración del centro activo de tal manera que impiden que el sustrato se pueda unir a él.

sustrato

inhibidor

Enzima inactiva

Enzima activa

Inhibición alostérica.

Sin inhibidor

con inhibidor

Los activadores se unen al centro regulador, cambian la configuración del centro activo, que hasta ese momento estaba inactivo y desencadenan la catálisis enzimática.

activador

Enzima inactiva

sustrato

Enzima activa

productos

Activación alostérica

http://www.mhhe.com/sem/Spanish_Animations/sp_feedback_inhibition.swf

Nomenclatura de las enzimas

• Nombre clásico: Ptialina, Pepsina.

• Sustrato-asa: Amilasa

• Sustrato-acción que realiza-asa: ADN Polimerasa

• Nombre sistemático: 1965 Unión internacional de bioquímica (UIB) (comisión enzimas, EC)  

Nombre común: Hexoquinasa (enzima que cataliza la reacción)Nombre sistemático: ATP: glucosa fosfotransferasaCódigo de 4 dígitos: 2.7.1.1.Clase 2: transferasaSubclase 7: fosfotransferasaSubsubclase 1: fosfotransferasa con un grupo hidroxilo como aceptorN° de orden de la enzima en su subclase 1: glucosa como aceptor del grupo fosfato

Oxidoreductasas

Catalizan reacciones de oxido-reducción o redox.Normalmente las reacciones de oxidación van siempre acopladas a las de reducción, pues cuando un compuesto se oxida otro se reduce. La oxidación-reducción se puede producir de 3 formas:

Oxidación  Reducción                              

1- Ganancia de oxígeno           1- Pérdida de oxígeno.2- Pérdida de hidrógeno.         2- Ganancia de hidrógenos   3- Pérdida de electrones         3- Ganancia de electrones

A-H2       +    B     ----------->  A      +  B-H2     reducido     oxidado                oxidado     reducido

A2+    +      B3+  ----------->    A3+     +      B 2+   reducido     oxidado              oxidado     reducido  

Vitaminas

• Muchas son coenzimas• No pueden ser sintetizadas por muchos

animales.• Se necesitan en pequeñas cantidades

pero son imprescindibles. • Su déficit, ausencia o exceso causa

enfermedades graves; • Se destruyen con facilidad:

– Calor, Luz, Oxígeno,

Tipos de vitaminas

• Liposolubles: A, D, E. K, – Solubles en lípidos– Pueden producir hipervitaminosis

• Hidrosolubles: C, grupo B. – Solubles en agua