ENZIMAS Y COENZIMAS

M.C. Alma Citlali Vásquez Moreno

ENZIMAS Y COENZIMAS 3.1 Enzimas: clasificación y

nomenclatura. 3.2 Coenzimas y cofactores.

3.3 Factores que afectan la velocidad de las reacciones enzimáticas.

3.4 Enzimas reguladas y no reguladas. Propiedades generales.

3.5 Principales coenzimas.

HISTORIA• 1835, primera teoría general sobre la catálisis

química.• 1860, L. Pasteur postuló y dijo ……• 1877 se empleo por primera vez el término de

enzima.• 1897, E. Büchner extrajo las enzimas que catalizan

la fermentación alcohólica.• 1926, J.B. Sumner aisló por primera vez una

enzima en forma cristalina.• 1930 a 1936, quedó bien establecida “la naturaleza

proteíca de las enzimas”

ENZIMASENZIMASSONPROTEÍNAS ESPECIALIZADAS

CATALIZADORESBIOLÓGICOS

FUNCIONAN COMO

YA QUE REGULAN

LA VELOCIDAD DE LAS REACCIONES QUE OCURREN ENLAS CÉLULAS

TIENEN COMO CARACTERÍSTICAS

SON MUY ESPECÍFICAS TIENEN ENORME PODER CATALITICO. LA ACTIVIDAD CATALITICA ESTA

REGULADA.

EJEMPLO ANHIDRASA CARBÓNICA AMILASA

TIENEN UN SITIO ACTIVO

A ESTE

SE UNE EL SUSTRATO

FORMANDO EL COMPLEJO ENZIMA-SUSTRATO

EL CUAL DISMINUYE LA ENERGÍA DE ACTIVACIÓNAUMENTA LA VELOCIDAD DE REACCIÓN

COENZIMAS O

COFACTORES

ALGUNAS REQUIEREN DE

ENTRE ELLASLA

Clasificación de Enzimas1 Oxido-reductasas. Agregan o sustraen electrones: 1.1 CH-OH 1.2 C=OH 1.3 C=CH 1.4 CH-NH2

1.5 CH-NH 1.6 Actúan sobre el NADH y NADPH.2 Transferasas. Transferencia de grupos funcionales, de una molécula a

otra o dentro de la misma molécula: 2.1 Gpos. De un átomo de carbono. 2.2 Gpos. Aldehídicos o cetónicos. 2.3 Gpos. Acilo. 2.4 Gpos. Glucosilo. 2.6 Gpos. Nitrogenados. 2.7 Gpos. Fosfato. 2.8 Gpos. Que contienen azufre.

Clasificación de Enzimas3 Hidrolasas.

Rompen una molécula en dos por acción del agua: 3.1 Esteres. 3.2 Enlaces glucosídicos. 3.4 Enlaces peptídicos. 3.5 Otros enlaces C-N. 3.6 Anhídridos de ácido. 4 Liasas. Elimina agua para adición de dobles enlaces: 4.1 C=C 4.2 C=O 4.3 C=N

5 Isomerasas. Reacciones de isomerización. 5.1 Racemasas y epimerasas. 5.2 Isomerasas cis-trans. 5.3 Oxido reductasas intramoleculares.6 Ligasas. Unen a dos moléculas formando un enlace

a expensas del ATP. 6.1 C-O 6.2 C-S 6.3 C-N 6.4 C-C

Clasificación de Enzimas

LISOZIMA Y SU SUSTRATO

ENZIMAS

SITIO ACTIVO

Tiene algunas características particulares como:

1Especificidad: absoluta y de grupo.2 Región tridimensional.3Interacciones reversibles.

Las enzimas cumplen su poder catalítico gracias a:

• Fijación estereoquímicamente complementaria del substrato.

• Transformación catalítica del mismo. En ambas funciones participan:

- Cadenas laterales de los aminoácidos. - Grupos o moléculas no proteicas.

- Grupos prostéticos. - Iones metálicos.

- Cofactores.

Teoría de la acción enzimática 1

• Modelo de Llave y Cerradura (Emil Fisher)

• Modelo aceptado durante mucho tiempo, donde el substrato y enzima se

acoplan de forma estereoespecífica, de la misma manera que una

llave se ajusta a su cerradura.

• Hoy se considera insuficiente al no explicar algunos fenómenos de inhibición enzimática

Teoría de la acción enzimática, 2• Modelo de Ajuste

Inducido (Koshland)• Tanto la enzima como el substrato

sufren una alteración en su estructura por el

hecho físico de su unión.

Teoría de la acción enzimática, 3• La teoría del ajuste inducido se amplia en la actualidad definiendo la acción enzimática como:

Estabilización del estado de transición.

Según el cual, el centro activo enzimático es en realidad complementario

no al substrato o al producto, sino al estado

de transición entre ambos.

Sustrato: molécula(s) sobre la(s) que actúa la enzima.

Actividad enzimática: velocidad a la que cursa la reacción enzimática.

Velocidad: variación de la concentración en la unidad de tiempo.

Unidades: katal: moles.s-1

U.I. : micromoles.min-1

La velocidad es directamente proporcional de la concentración de enzima; por tanto, la velocidad es una medida de la concentración de la enzima en una preparación.

Energía de activación

Enzimas que dependen de Cofactores

• El cofactor puede ser un ión metálico o bien

una molécula orgánica llamada coenzima, algunos enzimas necesitan

ambos.

• Los cofactores son generalmente

estables al calor.

HOLOENZIMA y APOENZIMA

COENZIMAS• Átomo, ión o molécula que participa en el

proceso catalítico sin ser enzima ni substrato.• Contiene como parte de su estructura, una

molécula de alguna de las vitaminas.• Las coenzimas actúan por lo general como

portadores de grupos funcionales, átomos o electrones.

• Cuando el coenzima se halla unido intímamente a la molécula de enzima recibe el nombre de grupo prostético.

COENZIMAS

•Factores que afectan la velocidad de las

reacciones enzimáticas.

pH: Influye en la estructura tridimensional y a su vez sobre la afinidad que tenga el enzima por su

sustrato

• Las enzimas son activas en un margen

limitado de pH.• Se obtiene una gráfica en forma de campana con tres zonas definidas:

1) proporcionalidad. 2) intermedia, y 3) desnaturalización.

• Los enzimas poseen grupos químicos

ionizables ( carboxilos -COOH; amino -NH2; tiol –SH, etc.) en las cadenas

laterales de sus aminoácidos.

• El pH no afecta la actividad enzimática

directamente sino que modifica la

concentración de protones.

• A pH alto o bajo se puede producir la

desnaturalización de la enzima y en

consecuencia su inactivación.

• Pepsina 2.0• Tripsina 7.7• Catalasa 7.6• Arginasa 9.7

• Fumarasa 7.8• Ribonucleasa 7.8

TEMPERATURA• La velocidad de muchas reacciones

enzimáticas se duplica,

aproximadamente por cada 10oC de aumento de

temperatura (Q10=2.0)

• La mayoría de las enzimas se inactivan

entre 45 y 60oC.

Concentración de Enzima.

• Cuando en una reacción enzimática se mantiene

fija la cantidad de sustrato lo que se varia es la concentración de la

enzima; lo que demuestra que el aumento es proporcional de la

actividad con respecto a la concentración del

enzima.

Concentración del Sustrato

• Una enzima funciona de manera más eficiente cuando la concentración de sustrato está en exceso en relación con la concentración de enzima.

• En estas condiciones el producto se obtiene a la máxima velocidad.

.

Efecto de los Activadores• Como activadores se definen a las

pequeñas moléculas: iones inorgánicos cuya función es estimular

y estabilizar la actividad catalítica.

INHIBICION ENZIMATICA• La inhibición es uno de

los mecanismos de regulación de las células

vivas y uno de los procedimientos mas

importantes de diagnostico enzimático.

• Cualquier sustancia que reduzca la velocidad de

reacción catalizada enzimáticamente se

puede considerar inhibidor.

• E I

• E + I EI

• E + I EI

INHIBICION COMPETITIVA

• La característica es que el I

puede combinarse con el E libre de tal

modo que compite con el S normal para unirse al centro

activo.

• Inhibición Acompetitiva

• En este tipo el I no se combina con el E libre, ni afecta a su reacción con el S

normal. Se combina con el complejo ES

para formar un complejo inactivo.

• ES + I ESI

• Inhibición No- competitiva

• El I no se fija al centro activo, sino en

otro punto de la enzima E modificando

la eficacia catalítica de ésta.

El complejo ternario ESI no origina productos

de reacción.

SustratoInhibidoracompetitivo

ENZIMAS REGULADORES

• Algunos enzimas poseen otras propiedades que le confieren

específicamente papeles reguladores del metabolismo.

• Estas formas más especializadas se denominan:

1) Enzimas alostéricos.2) Enzimas moduladas covalentemente.

ENZIMAS ALOSTÉRICAS• El término alostérico

significa otro sitio.

• Cuya actividad catalítica es

modulada por la unión no covalente de un metabolito específico a un

centro de la proteína distinto del centro

catalítico.

• El centro alostérico es tan específico para la unión del modulador,

como el centro catalítico lo es para la

unión del sustrato.

• Un modulador puede ser: (+) estimulador

(- ) inhibidor

• Cuando un enzima posee solamente un modulador específico, se dice que es

monovalente.

• Algunos responden a dos o más moduladores específicos, cada uno de ellos unidos aun centro

específico, se dice que son polivalentes.

• Los enzimas alostéricos muestran dos tipos de control:

Homotrópico cuando el modulador es el mismo sustrato.

Heterotrópico cuando su modulador es diferente a su sustrato.

• Este tipo de inhibición se designa de diferentes maneras:

• Inhibición por producto final

• Feed-back • Retroinhibición.

Modulación Alostérica

S A B C D P

Retroinhibición

S E F G H P

Estimulación por precursor

ENZIMAS MODULADAS COVALENTEMENTE

fosforilasa fosfatasa

P P

+

P P fosforilasa quinasa

Fosforilasa a Fosforilasa b

Glucógeno-fosforilasa

ZIMÓGENOS• Los ejemplos clásicos son los enzimas

digestivos pepsina, tripsina y quimotripsina. pepsinasa

Pepsinógeno pepsina + péptidos enteroquinasa

Tripsinógeno tripsina + hexapéptido tripsinasa

Quimotripsinógeno quimotripsina+2 dipéptidos

ISOZIMAS• Algunos enzimas aparecen en forma múltiples, llamadas

isozimas, dentro de una especie determinada o

tipo de célula.• La Lactato-deshidrogenasa

aparece en 5 formas isozímicas. Estan constituidos por 5

combinaciones de 2 clases de cadenas

polipeptídicas designadas M y H.

M4

M3H

M2H2

MH3

H4