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ENZIMAS
PROTEINAS COMO CATALIZADORES
ENZIMAS son proteínas que catalizan reacciones químicas en los
seres vivos.
son catalizadores: sustancias que, sin consumirse en una reacción, aumentan notablemente su velocidad.
No hacen factibles las reacciones imposibles, sino que sólamente aceleran las que espontáneamente podrían producirse.
Los enzimas son catalizadores específicos: cada enzima cataliza un solo tipo de reacción, y casi siempre actúa sobre un único sustrato o sobre un grupo muy reducido de ellos.
ENZIMAS En una reacción catalizada por un enzima:
La sustancia sobre la que actúa el enzima se llama sustrato.
El sustrato se une a una región concreta del enzima, llamadacentro activo.
Una vez formados los productos la enzima puede comenzar un nuevo ciclo de reacción
Los factores que influyen de manera más directa sobre la actividad de un enzima son:
1. pH
2. Temperatura
3. Cofactores
Efecto del pH
Según el pH del medio, los grupos R de las enz pueden tener carga eléctrica positiva, negativa o neutra.
Hay un pH en el cual la conformación será la más adecuada para la actividad catalítica. Este es el llamado pH óptimo.
La mayoría de los enzimas son muy sensibles a los cambios de pH. (amortiguadores fisiologicos)
Efecto de la Tº
los aumentos de
temperatura aceleran las
reacciones químicas
La temperatura a la cual la
actividad catalítica es
máxima se llama
temperatura óptima
Efecto de los cofactores
Casi un tercio de los enzimas conocidos requieren cofactores para su función.
Los cofactores pueden ser iones inorgánicos como el Fe++, Mg++, Mn++, Zn++ etc.
Cuando el cofactor es una molécula orgánica se llama coenzima.
Muchos de estos coenzimas se sintetizan a partir de vitaminas
10Aminoácidos y
Proteínas
Función de los Cofactores Alterar la estructura tridimensional de la enzima
Intervenir como otro sustrato
Coenzimas y sus vitaminas de procedencia
COENZIMA VIT DE PROCEDENCIA
NAD (nicotinamida adenin
dinucleotido)Vit B3 (ac. nicotinico)
CoA Ac. Pantotenico
FMN (flavin adenin
mononucleotido)Vit B2 (riboflavina)
FAD (flavin adenin
dinucleotido)Vit B2 (riboflavina)
TPP (tiamina pirofosfato) Vit B1 (tiamina)
Clasificación
En función de su acción catalítica específica, los enzimas se
clasifican en 6 grandes grupos o clases:
Clase 1: OXIDORREDUCTASAS
Clase 2: TRANSFERASAS
Clase 3: HIDROLASAS
Clase 4: LIASAS
Clase 5: ISOMERASAS
Clase 6: LIGASAS
Clase 1: OXIDORREDUCTASAS
Reacciones de oxidación- reducción . Ejm: oxidasas
Clase 2: TRANSFERASAS
Catalizan la transferencia de un grupo químico (distinto del
hidrógeno) de un sustrato a otro. Ejm: Quinasas
Clase 3: HIDROLASAS
Catalizan las reacciones de hidrólisis: (rupturas hidroliticas.
Ejm proteinasas
lactosa + agua ↔ glucosa + galactosa
Clase 4: LIASAS
Formación de dobles enlaces por eliminación de un grupo qq
o adición de grupos a dobles enlaces. Ejem: aldehido liasas
Clase 5: ISOMERASAS
Catalizan la interconversión de isómeros: rearreglos de
átomos dentro de una molécula. Son ejemplos la fosfotriosa
isomerasa y la fosfoglucosa isomerasa
Clase 6: LIGASAS
Reacciones en las que se unen dos moléculas
Formación de enlaces qq, utilizando ATP u otros nucleótidos
como fuente de energía. Ejem: polimerasas
Nomenclatura
nombres particulares
nombre sistemático: consta actualmente de 3 partes:
1. el sustrato preferente
2. el tipo de reacción realizado
3. terminación "asa“
Ejm: glucosa fosfato isomerasa
-
Nomenclatura Cuando la acción típica del enzima es la hidrólisis del sustrato, el
segundo componente del nombre se omite y por ejemplo: lactasa
código de la comisión enzimática: El nombre de cada enzima puede ser identificado por un código numérico, encabezado por las letras EC (enzyme commission), seguidas de 4 números separados por puntos. El 1º número indica a cual de las seis clases pertenece el enzima, el 2º se refiere a distintas subclases dentro de cada grupo, el 3º y el 4º se refieren a los grupos químicos específicos
que intervienen en la reacción.
. Ejem:
Regulación de la actividad enzimática
Homeostasis: eq dinámico del medio interno.
1. Modificación de la [S]
2. Modificación de la [E]
3. Adicion covalente
4. Regulación alosterica
5. Activación por proteolisis (zimógeno)
6. Cambios en el pH
7. Cambios en la temperatura
Modificación de la [S]
Es la menos compleja.
Ocurre al ↑ o ↓ la [S]
Bajas [S] es indicador de
disminución de la actividad
enzimática
Fig sup: velocidad de rx
enzimatica a 6 diferentes [S]
Modificación de la [E] Es mas compleja: requiere la síntesis de novo de enzimas
(inducción enzimática)
La síntesis proteica requiere tiempo y mucha energía
Cuando la [S] aumenta por encima de ciertos valores y si aparecen nuevos sustratos (antes ausentes) se deben sintetizar nuevas enzimas.
La inducción enzimática es estimulada por hormonas (larga duración)
Represión enzimática: disminución de la síntesis de enzimas
** de acuerdo a las necesidades celulares
24Aminoácidos y Proteínas
Regulación enzimática
Mantenimiento de un estado ordenado
Conservación de energía
Respuesta a las variaciones ambientales
El control se realiza por:
1. Control genético
2. Modificación covalente
3. Regulación alostérica
4. Activación de zimógenos
1. Control genético
La modificacion de la [Enzima]es realizada de acuerdo a las necesidades celulares por medio de 2 mecanismos:
Inducción enzimática:mas compleja: requiere la
síntesis de novo de enzimas: Requiere tiempo y mucha energía Cuando la [S] aumenta por encima de ciertos valores y si aparecen
nuevos sustratos (antes ausentes) se deben sintetizar nuevas enzimas. La inducción enzimática es estimulada por hormonas (larga
duración)
Represión enzimática: disminución de la síntesis de
enzimas
Aminoácidos y Proteínas
2. Adición covalente
la actividad enz puede ↑ o ↓ por a adición covalente de un grupo químico a la enzima
Es transitoria y reversible
Con mayor frecuencia: g. fosfatos, g. metilo y la adenosina
Adición o remoción de g. qq funcionan como mxs de control
Elementos de la
reacción
Enzima no fosforilada es
inactiva
Enzima fosforilada es
activa
3. Regulación alosterica
Las enz reguladas por alosterismo existen en dos estados:
1. T o tenso
2. L o laxo
Hay 2 tipos de reguladores alostericos:
1. Efectores o activadores alostericos
2. Inhibidores alostericos
Ciertas sust se unen en sitios diferentes del sitio activo (sitio alosterico)
Ejm: ATP, NADH, citrato, etc.
4. Activación de zimógenos
Las enz son sintetizadas como moléculas inactivas llamadas zimógenos o proenzimas.
Para activarse, los zimógenos sufren un ataque hidrolítico que origina la liberación de uno o varios péptidos
Si estas enzimas se sintetizan directamente en forma activa destruirían la propia célula que las produce
EJ: enzimas digestivas:
28Aminoácidos y
Proteínas
29Aminoácidos y Proteínas
INHIBICIÓN ENZIMATICA
Medio importante para regular las rutas metabólicas
Tx clínicos se fundamentan en la inhibición enzimática
Permite diseñar técnicas bioquímicas
30Aminoácidos y Proteínas
Clases de inhibidores Inhibición reversible:
1. Competitivos
2. Acompetitivos
3. No competitivos
Inhibición Irreversible: venenos enzimáticos
31Aminoácidos y
Proteínas
Inhibidores competitivos Se unen de forma reversible a la enzima libre para formar complejo EI
El S y el I compiten por el mismo lugar en la enzima
La actividad de la enzima ↓
El efecto puede invertirse: ↑ la [ S ]
Reducen la afinidad de la enzima por el S
Tienen una estructura semejante al S
32Aminoácidos y Proteínas
Inhibidores competitivo
Succinato deshidrogenasa
33Aminoácidos y
Proteínas
Inhibidores acompetitivos
Se unen al complejo ES
La adición de mas S a la rx= ↑ a la velocidad de rx
Se observa en las rxs en las que se unen mas de un sustrato
34Aminoácidos y Proteínas
Inhibidores No competitivos
Se unen tanto a la E como al complejo ES
Se unen a un sitio diferente del lugar activo de la E
Modificación de la conformación de la E (impide la formación
del producto)
No afectan a la unión del sustrato
Se invierte parcialmente= ↑ la [ S ]
35Aminoácidos y Proteínas
Inhibición no competitiva
36Aminoácidos y
Proteínas
Inhibición irreversible
Se unen covalentemente a la
enzima
Inhibición con metales pesados
como Hg y Pb
Anemia por envenenamiento
por Pb: unión del Pb a los
grupos –SH de la
ferroquelatasa (inserción de
Fe+2 en el hemo)
37Aminoácidos y Proteínas
Inhibición irreversible
Modo de acción de las enzimas:
conceptos importantes
Energía libre de Gibbs (ΔG): cantidad de energia capaz
de realizar un trabajo durante una reaccion a T` y P` cte.
Energía de activación (Ea): barrera energética por
encima de la cual una molécula de un producto
intermedio debe pasar para que se lleve a cabo una
reacción.
Estado de transición: es un estado que posee mayor
cantidad de E libre que los reactantes y que los
productos.
Perfil energético de una reacción
espontánea
Perfil energético de una reacción
catalizada
• La accion de los catalizadores consiste en disminuir la Ea
• Las enzimas disminuyen la Ea aun mas que los catalizadores inorganicos.
• El aumento en la velocidad de rx se debe a que las enzimas favorecen la interaccion de los reactantes
• Para que una reacción química tenga lugar, las moléculas de los reactantes debenchocar con una energía y una orientación adecuadas
• La actuación de la enzima permite:
1. que los sustratos se unan a su centro activo con una orientación óptima para que la reacción se produzca.
2. modifica las propiedades químicas del sustrato unido a su centro activo, debilitando los enlaces existentes y facilitando la formación de otros nuevos
Sitio o centro activo de una enzima Lugar de la estructura proteica donde se da la interaccion
con el sustrato (3 lugares).
Es una estructura dinamica y transitoria.
Hay dos modelos sobre la forma en que el sustrato se une al centro activo de la enzima:
1. Modelo llave – cerradura
2. Modelo del ajuste inducido
Modelo llave cerradura
Propuesto por el bioqq alemán
E. Fisher 1884
Plantea una interacción
relativamente rígida entre los 2
componentes.
La enzima permanece sin
transformaciones estructurales
ni funcionales
Supone que la estructura del
sustrato y la del sitio activo son
complementarias
Modelo del ajuste inducido
Propuesto por D. Koschland en 1958
La enzima sufre un cambio conformacional (al interactuar con el S) que permite una relación mas estrecha entre ambos
Es el mas aceptado actualmente
Cuando se logra la interacción E-S en por lo menos 3 puntos se ve favorecida la rx
La E y el S sufren cambios conformacionales
Al final de la rx la E recupera su estructura original
Cinética enzimática
Cinética enzimática
Los principios generales de las reacciones químicas se aplican también a las reacciones enzimáticas
En una reacción de orden cero, la velocidad de formación del producto es independiente de la concentración de sustrato.
En una reacción de primer orden la velocidad de formación de los productos es directamente proporcional a la concentración del sustrato.
Una reacción de segundo orden es aquella en la que la velocidad de formación del producto depende:
1. de la concentración de dos sustratos (como en una reacción de condensación)
2. del cuadrado de la concentración de un único sustrato (reacción de dimerización)
Cinetica enzimatica
Estudio cuantitativo de la catálisis
enzimática parte de la bioqq que se encarga
de estudiar las velocidades de rx de las
enzimas y como estas se modifican al variar
ciertas condiciones
Velocidad de reacción: cambio en la
concentración de sustratos o productos por
unidad de tiempo.
Cinetica enzimatica
Las enzimas son catalizadores biológicos , Cinética
enzimática:.
Teoría general de la acción enzimática: la E se combina con su S para formar el complejo E-S (unión reversible) luego este se rompe: por un lado se libera la E y por el otro se origina el Producto
Factor limitante
47Aminoácidos y Proteínas
Enzimas alostéricas
Son proteínas con varias subunidades
Su actividad es afectada por moléculas efectoras que se unen a
otros lugares alostéricos o reguladores
Catalizan pasos reguladores claves de las rutas bioquímicas
Representación de la velocidad de rx son sigmoideas
48Aminoácidos y Proteínas
Catálisis
Efectos de proximidad y tensión
Efectos electrostáticos
Catálisis acidobásica
Catálisis covalente
La actividad optima de la enzima depende de:
Temperatura
pH
Presencia de cofactores
[ S ]
[ E ]
