enzimas: Clase 4 enzimas 2015

BIOQUIMICACLASE 4

digitalizado por Melilds 1

Enzimas


ENZIMAS

• Las enzimas son biocatalizadores biológicos que pueden acelerar la velocidad de una reacción hasta 10 sobre una reacción no catalizada.

• A excepción de los catalizadores no proteicos son las ribosomas.

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ESTRUCTURA DE LAS ENZIMAS

Puede estar formada por:

Una cadena peptídica (estructura terciaria)

Varias cadenas peptídicas:Estructura cuaternaria


ENZIMAS: PROTEINAS TRIDIMENCIONALES

• Enzima b- lactamasa

Sitio Activo


LIPASA PANCREATICA HUMANA


CONTENIDOS

• http://www.ehu.eus/biomoleculas/enzimas/tema11.htmdigitalizado por Melilds 7

CARACTERÍSTICAS

• La mayoría de las enzimas esta constituida por más de

100 aminoácidos.

•Se recuperan intactas después de la reacción.

•Disminuyen la E de activación

•Alta especificidad

•Se requiere en cantidades mínimas

•Pueden ser regulables

•Pueden ser susceptibles de ser inhibidas

•Modifican la estructura química del sustrato

•No modifican el equilibrio de la Rxdigitalizado por Melilds 8

NO EXPERIMENTAN CAMBIO EN EL PROCESO


• La reacción catalizada por una enzima tiene energía de activación más baja, por lo que la velocidad de reacción aumenta.


Mecanismo de acción ISegún la teoría de colisiones para que una reacción química se produzca, debe ocurrir simultáneamente:

• Que las moléculas reaccionantes colisionen de forma eficaz, es decir, que se encuentren con una orientación óptima.

• Que choquen con una energía suficiente. A esta energía se le denomina energía de activación

choque

Con una de las dos condiciones, ejemplo: No eficaz y energía de activación adecuada

Eficaz y energía de activación adecuada

No hay reacción

Hay reacción


Para toda reacción química debe cumplirse

• Los sustratos deben colisionar• La colisión molecular debe ser en la orientación adecuada.• Los sustratos deben tener suficiente energía para que se

produzca la reacción (energía de activación)• La energía de activación es la energía expresada en calorías

a una T° determinada, para llevar un mol del reactivo al estado de transición.

• Es la diferencia de energía entre el estado inicial y la transición de la reacción.

• A mayor energía de activación, menor velocidad de la reacción.

• El estado de transición es aquel estado energético de la reacción en el cual todas las moléculas de mol del reactivo tienen la misma probabilidad de experimentar la reacción.



¿Por qué las enzimas aceleran las reacciones químicas?

Los catalizadores cambian la energía de activación de una determinada reacción, y por lo tanto incrementan la velocidad de la reacción.

Mecanismo de acción IIEn

erg

ía li

bre

de

Gib

bs



Una enzima generalmente cataliza una sola reacción.



CLASIFICACION Y NOMENCLATURA DE LAS ENZIMAS

Nomenclatura

1) Nombre del sustrato, seguido del sufijo “asa”

ATP + D-glucosa ADP + D-glucosa 6-fosfato

ATP: glucosa a fosfotransferasa(hexoquinasa)

2) Según la Comisión de Nomenclatura de las Enzimas:

EC 2.7.1.1

Clase: Transferasa

Subclase: Fosfotransferasa

Sub-subclase: Grupo hidroxiloComo acepptor

Substratos: D-glucosa como aceptor del

fosfato


NOMENCLATURA:Número clasificatorio de 4 dígitos (E:C)

Nombre sistematico

Nombre trivial

ATP + D-glucosa - ADP + D-glucosa-fosfato

Numero clasificatorio: E.C.2.7.1.12. Clase: transferasa

7. subclase: fosfotransferasa1. Fosfotransferasa con OH como aceptor

1. D-glucosa como aceptor del fosfato

Número sistemático: ATP: glucosa fosfotransferas

Número trivial: hexoquinasa (sufijo asa)digitalizado por Melilds 19

CLASIFICACION

• En función de su fx catalítica específica las enzimas se clasifican en 6 clases:

Clase 1: OXIDOREDUCTASA

Clase 2: TRANSFERASAS

Clase 3: HIDROLASAS

Clase 4: LIASAS

Clase 5: ISOMERASAS

Clase 6: LIGASAS


CLASE 1:

Así, por ejemplo, la enzima alcohol deshidrogenasa (EC, 1.1.1.1), es una oxidoreductasa (1), que cataliza la oxidación de etanol (1.1.) a acetaldehído, utilizando NAD+ (1.1.1.) como aceptor de electrones y por lo tanto pertenece al grupo 1, se designa como EC. 1.1.1.1

Si una molécula se reduce, tiene que haber otra que se oxidedigitalizado por Melilds 21

Nomenclatura del subgrupo en oxidorreductasas:

EC 1.1.x - Deshidrogenasas

EC 1.2.x - Oxidasas

EC 1.3.x - Peroxidasas

EC 1.4.x - Oxigenasas

EC 1.5.x - Hidroxilasas

EC 1.6.x - Reductasas

etc.

Clasificación y nomenclatura*

Grupo 1: Oxidorreductasas

Aplicaciones: Ensayos de diagnostico clínico (glucosa oxidasa y colesterol oxidasa

Deslignificación ó Bioblanqueamiento

*no pertenece a la diapositiva de la dra. jodigitalizado por Melilds 22

OXIDO-REDUCTASAS

ΔG’° = 0kJ/mol

ΔG’° = 29.7kJ/moldigitalizado por Melilds 23

CLASE 2:(Transferencia de grupos funcionales)

Grupos aldehídos

Gupos acilos

Grupos glucosilos

Grupos fosfatos (kinasas)Succinato Deshidrogenasa

Citocromo c oxidasa.

Ej. glucoquinasa


• Transfieren grupos funcionales de un donante a un aceptor, estos grupos funcionales pueden ser un carbono, grupos aldehídos o cetónicos, fosfatos, aminos, etc.

a) Aminotransferasas: transfieren grupos aminos de un aminoácido a un alpha ceto ácido.

b) Quinasas: transferencia de un grupo fosforilo del ATP a una molécula sustrato.

c) Glucosiltransferasas: Transferencia de glucosa activada (UDP-Glucosa) a la cadena creciente de glucógeno



CLASE 3:

Transforman polímeros en monómeros. Actúan sobre:

enlace éster enlace glucosídico enlace peptídico enlace C-N


Catalizan reacciones de hidrolisis


CLASE 4:

(Adición a los dobles enlaces)

Entre C y C

Entre C y O

Entre C y N digitalizado por Melilds 29

LIASAS


CLASE 5:


ISOMERASAS(Reacciones de isomerización)


triose phosphateIsomerase

Phosphogliceratemutasa


CLASE 6:


Ligasas(Formación de enlaces, con aporte de ATP)

Entre C y O

Entre C y S

Entre C y N

Entre C y C



No. Clase Tipo de reacción que catalizan

Ejemplo

1 Oxidorreductasas De óxido reducción (transferencia de e-)

Deshidrogenasas

Peroxidasa Oxidasas

Oxigenasas

Reductasas

2 Transferasas Transferencia de grupos Kinasas

Transaminasas

3 Hidrolasas Hidrólisis, con transferencia de grupos funcionales del agua

Pirofosfatasa

Tripsina

Aldolasa

4 Liasas Lisis de un substrato, generando un doble enlace, o

Adición de un substrato a un doble enlace de un 2o. substrato

(Sintasa)

(Sintasas)

Descarboxilasa pirúvica

5 Isomerasas Transferencia de grupos en el interior de las moléculas para dar formas isómeras

Mutasas

Epimerasas

Racemasas

6 Ligasas Formación de enlaces C-C,

C-S, C-O y C-N. Mediante

reacciones de condensación,

acopladas a la ruptura del ATP

Sintetasas

Enzimas:


Mecanismo de la acción enzimática


Modelo de llave y cerradura (Fischer) 1894

Modelo de ajuste inducido (koshland) 1958

El modelo llave-cerradura supone que la estructura del sustrato y la del centro activo son complementarias, de la misma forma que una llave encaja en una cerradura. Este modelo es válido en muchos casos, pero no es siempre correcto.

En algunos casos, el centro activo adopta la conformación idónea sólo en presencia del sustrato. La unión del sustrato al centro activo del enzima desencadena un cambio conformacional que da lugar a la formación del producto. Este es el modelo del ajuste inducido (Figura animada de la derecha. Pulsar la opción "Recargar" del navegador para ver la animación). Sería algo así como un cascanueces, que se adapta al contorno de la nuez.digitalizado por Melilds 39

Modelo llave –cerradura

(Fischer 1894)

Modelo del ajuste inducido (Koshland 1958)


Cambio conformacional Inducido en la hexoquinasa


• El sitio activo es el sitio de unión al sustrato a la enzima y donde se lleva a cabo la catálisis

Generalmente las enzimas son de mayor tamaño que sus sustratos

Su conformación es complementaria o se forma complementaria al sustrato


Centro activo (centro de unión + sitio catalítico)

Unión del sustrato por puentes de hidrógeno, interacciones hidrofóbicas, puentes salinos, incluso enlaces covalentes transitorios

Centro activo


EN LA MOLECULA DE LA ENZIMA SE DISTINGUEN 4

TIPOS DE aa.

1.RESIDUOS NO ESENCIALES

Pueden eliminarse sin afectar la función de la enzima

2.RESIDUOS ESTRUCTURALES

Esenciales para el mantenimiento de la conformación

3. RESIDUOS DE UNIÓN

Responden por la asociación de la enzima con sustrato

4.RESIDUOS CATALITICOS

Intervienen en la transformación química del sustrato


GRUPOS CATALITICOS

LAS CADENAS LATERALES DE MUCHOS aa

CONSTITUYEN FACTORES CATALITICOS EN LAS

REACCIONES.

Dichos aminoácidos participan en las reacciones

catalíticas de la enzima así:

aa cuyas cadenas laterales pueden ceder o aceptar

protones: radicales de His, Lys, Glu, Asp. Actuando

en forma reversible como ácidos (cede de protones)

o bases (acepta protones)

Radicales de otros aa que actúan como nucleofilicos:

aa con grupos OH, NH2


MECANISMO DE LA ACCIÓN ENZIMATICA

SITIO ACTIVO:

El S se une a una región específica de la E llamado sitio activo.

CARACTERÍSTICAS:

Tamaño………es pequeño

Forma…………tridimensional

Interacción……La unión con S forma un complejo compacto

COMPLEJO ENZIMA - SUSTRATO

El efecto catalítico de una enzima siempre va precedido por

al formación del complejo E- S


SITIO ACTIVO

• Contiene una maquinaria en forma de grupos químicamente determinados implicados en catalizar la reacción.

• Acción:• Catálisis ácido-base

• Catálisis covalente


Tipos de Catalisis

• Catálisis ácido-base

• Catálisis covalente

• Catálisis por iones metálicos


Catálisis Acido - Base

• Muchas reacciones son promovidas por donar protones (ácidos) o aceptar protones (base).

• Sitios activos de algunas enzimas contienen grupos funcionales amino-acidos que participan en la catálisis donando protones o aceptando protones


GRUPOS CATALITICOS

LAS CADENAS LATERALES DE MUCHOS aa

CONSTITUYEN FACTORES CATALITICOS EN LAS

REACCIONES.

Dichos aminoácidos participan en las reacciones

catalíticas de la enzima así:

aa cuyas cadenas laterales pueden ceder o aceptar

protones: radicales de His, Lys, Glu, Asp. Actuando

en forma reversible como ácidos (cede de protones)

o bases (acepta protones)

Radicales de otros aa que actúan como nucleofílicos:

aa con grupos OH, NH2



Catálisis covalente

Esto incluye la formación de la unión transitoria covalente entre la E y S. Si consideramos la unión entre A y B

A - B A + B

En la presencia de una catálisis covalente (une E con grupo nucleofílico X:) la reacción viene:

A – B + X : A – X + B A + X : + B

X : = Núcleo nucleofílico de la enzima Ej:Transaminaciones


MODO DE ACCIÓN

• TIENEN CAPACIDAD DE ACTUAR COMO ACIDOS DE LEWIS

• FORMACIÓN DE QUELATOS (COMPUESTOS DE COORDINACION

ORGANICA)

Ej: CARBONICO ANHIDRASA: CATALIZA A CO2 + H2O H2 CO3

ETAPAS

ENZ – Zn2+ + O ENZ – Zn2+ - O + H +

H

H

H

ENZ – Zn2+- O + H+ + O= C= O ENZ - Zn2+- O

HH

O =C =O

+H+ ENZ-Zn2+ -O-C-OH

H

O

ENZ – Zn2+ + H2CO3

FORMACION DE QUELATO: ADENINA – RIBOSA P

O

O-

O P O P O

O O

O- O-Mg2+


Esquema de la estructura de la enzima

Centro activo:

Zona de la molécula a la que se une el sustrato y donde se realiza la catálisis enzimática.

Centro regulador:

Zona en la que se unen las sustancias que regulan la actividad de la enzima

coenzima

vitamina

APOENZIMA


ESTRUCTURA DE LAS ENZIMAS

Holoenzima: Apoenzima (parte proteica) +

Cofactor

Si una enzima precisa de cofactor, no puede desarrollar su función hasta que no une el cofactor, es decir, que sin cofactor la enzima NO ES FUNCIONAL

Grupo prostético (unión fuerte)

Cofactor(unión débil)

Carácter inorgánico (iones metálicos)

Carácter orgánico (NADH, FADH, vitaminas): Coenzima


A veces, un enzima requiere para su función la presencia de sustancias

no proteicas que colaboran en la catálisis: los cofactores.

Los cofactores pueden ser iones inorgánicos como el Fe++, Mg++,

Mn++, Zn++ etc. Casi un tercio de los enzimas conocidos requieren

cofactores.

Cuando el cofactor es una molécula orgánica se llama coenzima.

Muchos de estos coenzimas se sintetizan a partir de vitaminas. En la

figura inferior podemos observar una molécula de hemoglobina

(proteína que transporta oxígeno) y su coenzima (el grupo hemo).

Cuando los cofactores y las coenzimas se encuentran unidos

covalentemente al enzima se llaman grupos prostéticos.

La forma catalíticamente activa del enzima, es decir, el enzima unida a

su grupo prostético, se llama holoenzima. La parte proteica de un

holoenzima (inactiva) se llama apoenzima, de forma que:

EFECTO DE LOS COFACTORES

SOBRE LA ACTIVIDAD ENZIMÁTICA


• COFACTOR:Ion inorgánico o coenzima necesaria para la actividad enzimática.

• IONES METÁLICOS:Son cofactores que se mantienen unidos por enlaces covalentes.

Estas dan origen a las metaloenzimas.

COFACTORES ENZIMÁTICOS

EJEMPLO DE COFACTOR


A veces la actividad catabólica depende de componente químico adicional.

• Cofactor: metales o iones inorgánicos pequeños; Fe, Mg, Mn, Zn y Co

• Coenzima: moléculas orgánicas pequeñas

EJEMPLO DE COFACTOR

Apoenzima + Cofactor = Holoenzima


LAS COENZIMAS SE UNEN CON LAS ENZIMAS PARA ACTIVARLAS

LA ENZIMA ESTÁ INACTIVADA SIN LA COENZIMA

COENZIMA

LA ENZIMA SE ACTIVA POR LA ADICION DE LA

COENZIMA

COMPONENTE QUIMICO

EL COMPONENTE NO PUEDE UNIRSE A LA ENZIMA

NO SE PUEDE PRODUCIR LA REACCION QUIMICA

SE PRODUCE LA REACCION QUIMICA

LA ENZIMA ESTÁ INACTIVADA

COENZIMA

LA ENZIMA ACTIVADA

EL COMPONENTE SE UNE A LA ENZIMA



El complejo enzima-cofactor catalíticamente activo recibe el nombre de holoenzima. Cuando se separa el cofactor, la proteína restante, que por sí

misma es inactiva catalíticamente, se designa con el nombre de apoenzima


METALES COMO FACTORES

Un tercio de las enzimas requieren algún ión metálico calalizar

in

Algunos elementos inorgánicos que sirven como cofactores de algunas enzimas


CO-ENZIMAS

Muchas vitaminas son cofactores o precursores de las enzimas.

FUNCIONAN EN CONJUNTO CON LA ENZIMA EN EL PROCESO

CATALITICO.

ESTA LIGADA DE FORMA:

COVALENTE A LA E

FUNCIONA EN Ó CERCA DEL CENTRO ACTIVO.

GENERALMENTE FUNCIONAL COMO:

•TRANSPORTADORES INTERMEDIARIOS DE GRUPOS

FUNCIONALES

• TRANSPORTADORES DE ELECTRONES QUE SON TRANSFERIDOS

EN LAS REACCIONES ENZIMATICAS


Las vitaminas no son fuentes directas de energía pero ayudan a generar energía

METABOLISMO PROTEICO

METABOLISMO DE LOS H de C

METABOLISMO DE LAS GRASAS

NAD PLPTHF B12

TPP FAD FMNNAD CoA B12

FAD FMN NADCoA B12

ENERGÍA PARA REALIZAR TODAS LAS FUNCIONES VITALES


COENZIMAS

A. DE ORIGEN VITAMÍNICO

1. Transporte de grupo

Acido pantetoico o CoA (acilos) Bictina

(carboxilos), pirofosfato de

tiamina (grupos aldehidos) Fosfato

de pirodoxal(aminos),

cobalamina(metilos), ácido

fólico (fragmentos monocarbonados)

2. Transporte electrónico

Nucleotido de Flavina, Niacina,

vitamina C

B. DE ORIGEN NO VITAMÍNICO

1. Transporte de grupos

Triofosfato de nucleosido

(fosforilo) ATP y UTP (adenina y uridina), CDP (diacilglicerolesy amino alcoholes

activados), S-adenosilmetionina

(metilos etc)

2. Transporte electrónico

Ubiquinona (Co.Q) Acido

dihidrolipoico etc

(Vit. Hidrosolubles)


COENZIMA Y REDUCCION

TIAMINA (B1)Pirofosfato de tiamina

(TPP)

Descarboxilación, transferencia de grupos

aldehído

RIBOFLAVINA (B12)

FMN y FAD Oxido - reducciones

ACIDO NICOTINICO, NIACINA (B3)

NAD y NADP Oxido - reducciones

ACIDO PANTOTÉNICO

(B5)

Coenzima A (CoA)

Transferencia de grupos acilos


COENZIMA Y REACCION

B6 Fosfato de piridoxal (PLP)

Transferencia de grupos amino

BIOTINA (B8)

Biocitina Carboxilaciones

ACIDO FÓLICO (B9)

Tetrahidrofolato(TH4)

transferencia de grupos de un solo carbono

B12 Metilcobalaminacobamida

Transferencia de grupos de un solo carbono

C Acido ascorbico Hidroxilaciones


VITAMINAS: COENZIMAS

TIAMINA

TPP

RIBOFLAMINA FAD FMN

NIACINA

NAD NADP

VIT.B6

PLP

ACIDO FOLICO THF

AC. PANTOTENICO

Co.A

BIOTINA BIOTIN

VIT. B12

B12


MUCHAS VITAMINAS SON COFACTORES O PRECURSORES DE

COFACTORES DE ENZIMAS



La enzima existe en todos los tejidos


MODO DE ACCIÓN

Su aumento en sangre es significativo de necrosisdigitalizado por Melilds 72

Como la enzima presenta 4 sub-unidades, son posibles 5 formas de la enzima que se diferencian en

características cinéticas y fisicoquímicas

H M

H4 H3M H2M2 HM3 M4


DESHIDROGENASA LACTICA

REACCIÓN ENZIMATICA

C

COO-

HO H

CH3

+NAD+

LDH

COO-

C = O

CH3

+ NADH + H+

LACTATO PIRUVATO

La isoenzima presente en el corazón tiene mayor afinidad por el lactato y está favorecida la reacción de la izquierda a la derecha, mientras que la isoenzima

del musculo esquelético tiene mayor afinidad por el piruvato y favorece la reacción contraria



Un incremento en cualquier forma de la LDH en la sangre, implica algún tipo de daño a los tejidos







enzimas: Clase 4 enzimas 2015

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