Clase 1- Bioquimica CA 2015-I

LAS ENZIMAS • Concepto

• Apoenzima y holoenzima

• Grupo prostético, cofactor,

coenzima

• Centro activo

• Mecanismo de encaje al sustrato

• Clasificación de las enzimas abril 2015 1 Enzimas I

USOS INDUSTRIALES DE LAS ENZIMAS

abril 2015 Enzimas I 2

ENZYMES

INDUSTRIA PECUARIA

abril 2015 Enzimas I 3

Biofábricas productoras de

enzimas

abril 2015 4 Enzimas I

LA CÉLULA

Biofábrica química más eficiente

Las moléculas requeridas se producen de

manera precisa

QUIENES TRABAJAN DENTRO DE LA

CELULA?

… LAS ENZIMAS …

Las enzimas son proteínas, excepto las

ribozimas.

abril 2015 5 Enzimas I

Funciones biológicas de las

enzimas: Replicación del ADN

abril 2015 6 Enzimas I

AC

GTP

ATP cAMP

GDP

PKA

Funciones biológicas de las enzimas:

señalización

ADP

adenosina

Receptor

Beta-adrenergico

epinefrina Adenilato ciclasa

abril 2015 7 Enzimas I

Funciones biológicas de las

enzimas:digestión

abril 2015 8 Enzimas I

Enzimas antioxidantes

abril 2015 Enzimas I 9

Enzimas como proteínas

Son termo-lábiles

Son más eficientes que los catalizadores químicos

Son específicas

Su regulación es compleja

La especificidad reside en unos aminoácidos específicos, que conforman 2 centros diferentes:

El centro catalítico y el centro de unión al sustrato, que conjuntamente conforman el CENTRO ACTIVO.

abril 2015 10 Enzimas I

ENZIMAS

E + S E S P + E

Sustrato se une centro activo de la enzima

abril 2015 11 Enzimas I

CARACTERÍSTICAS DE LAS ENZIMAS

Específicas para sus sustratos

• Aceleran las reacciones químicas

• Reaccionan en medio acuoso … hasta en

condiciones adversas, difíciles para reacciones

químicas Ejem: esterasas

abril 2015 12 Enzimas I

Tripsina

Trombina

Enzimas proteolíticas

abril 2015 13 Enzimas I

H2CO C

O

H2CO

R1

C R3

OCH C R2

O

O

O-

fosfolipasa D

fosfolipasa A2

fosfolipasa A1

fosfolipasa C

abril 2015 14 Enzimas I

Amilasas

abril 2015 Enzimas I 15

ENZIMAS – ESTRUTURA

RNA

Estrutura Enzimática

Ribozimas

Enlace covalente

Apoenzima o Apoproteína

Grupo Prostético

Holoenzima

Cofactor

Coenzima

Proteína

Puede ser: • íon inorgánico • molécula orgánica

abril 2015 16 Enzimas I

Cuando la molécula o el ión metálico está

estrechamente unido o covalentemente unido a la

proteína forma un grupo prostético.

ENZIMAS

Proteína + Molécula o ión metálico o

ambos

Holoenzima

Apoproteína

abril 2015 17 Enzimas I

COFACTOR

Ión o molécula que participa en el proceso catalítico

sin ser enzima ni substrato. Dos formas de acción:

1. Fijación fuerte a la proteína y salen sin ser

modificados del ciclo catalítico

2. Como un segundo substrato; salen modificados del

ciclo catalítico y por lo general requieren otra enzima

para volver al estado original.

abril 2015 18 Enzimas I

abril 2015 Enzimas I 19

1. Hidrosolubles

Tiamina Tiamina pirofosfato B1

Riboflavina Flavinas: FAD, FMN B2

Piridoxal Piridoxal fosfato B6

Cobalamina Coenzimas cobamídicos B12

Ác. Ascórbico Ac. Ascórbico C

Nicotinamida NAD+, NADP+ PP

Ác. Lipoico Lipoamida

Ác. Fólico Coenzimas folínicos

Ác. Pantoténico Panteteínas (CoA)

2. Liposolubles

Naftoquinonas g-Carboxilación K

COFACTORES DE NATURALEZA

VITAMÍNICA

abril 2015 Enzimas I 20

Hemo Ccitocromos

Complejos Fe-S Ferredoxinas

Glutatión Redox; transporte de aminoácidos

ATP Transf. de fosfato y/o de energía

UTP Transf. de grupos glicosídicos

PAPS Transf. de grupos sulfato

S-AM Transf. de grupos metilo

Carnitina Transportador de grupos acilo

COFACTORES DE NATURALEZA NO

VITAMÍNICA

abril 2015 Enzimas I 21

ENZIMAS – COFATOR

Algumas enzimas que necesitan de elementos inorgánicos como cofatores

ENZIMA COFACTOR

ADN POLIMERASA Mg+2

CITOCROMO OXIDASA Cu+2

ÁLCOHOL DESHIDROGENASA Zn+2

HEXOQUINASA Mg+2

UREASA Ni+2

abril 2015 22 Enzimas I

Un ejemplo de una coenzima:

flavin adenina dinucleotido (FAD)

Glucosa oxidada con FAD

abril 2015 23 Enzimas I

R CH

NH3+

COO- + O2 + H2O R CO COO- + H2O2 + NH4+

Aminoácido CetoácidoLAO

LAO: L-aminoácido oxidasa (flavoproteína)

Las flavoproteínas tienen un grupo prostético flavínico,

que interviene en el proceso catalítico sin salir modificado

del mismo

NH

NNH

N O

H3C

H3C

O

abril 2015 24 Enzimas I

COO-

C O

CH3

COO-

CHO H

CH3

NADH + H+NAD+

Piruvato L-Lactato

LDH

LDH: Lactato deshidrogenasa

Utiliza como cofactor NADH, el cual sale de la

reacción oxidado a NAD+. La regeneración a NADH

requiere otra enzima.

abril 2015 25 Enzimas I

CENTRO ACTIVO

Contiene los residuos catalíticos

Es tridimensional como cerradura o criba

Los sustratos se unen por interacciones débiles múltiples (puentes de H, van der Waals, etc)

La especificidad de unión depende de la geometría del centro activo

abril 2015 26 Enzimas I

Centro Activo: Lisozima

E35 D52

W108

abril 2015 27 Enzimas I

Teorías de la acción enzimática, 1

Modelo de Llave y Cerradura (Emil Fischer)

Substrato y enzima se acoplan de forma estereospecífica,

de la misma manera que una llave se ajusta a su cerradura.

abril 2015 28 Enzimas I

Teorías 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 la unión.

abril 2015 29 Enzimas I

Teorías de la acción enzimática, 3

La teoría del Ajuste Inducido se amplía en la actualidad

definiendo la acción enzimática como

Estabilización del Estado de Transición

Según lo cual, el Centro Activo enzimático es en realidad

complementario no al substrato o al producto, sino al

estado de transición entre ambos.

abril 2015 30 Enzimas I

R C

O

O R' Substrato: un éster

R C O R'

O-

O-

Estado de transición:

intermediario tetraédrico,

inestable

R C

O

O-HO R'

Productos

abril 2015 31 Enzimas I

R P O

O-

O-

R'Análogo de Estado de Transición

Derivado fosforilado, que no es substrato

de la reacción, pero que por su analogía

estructural ocupa el centro activo de la

enzima e inhibe fuertemente a la reacción

abril 2015 32 Enzimas I

Enzimas y catalisadores químicos

Característica Enzima Químicos

Especificidad por sustrato alta baja

Natureza de la estrutura compleja simple

Sensibilidad T y pH alta baja

Condiciones de reacción (T, P, pH) suaves drásticas (geralmente)

Costo de obtención (aislamiento y

purificación)

alto moderado

Consumo de energía bajo alto

Formación de subprodutos bajo alta

Separación catalisador/ produtos difícil/cara simple

Actividad Catalítica (temperatura ambiente) alta baja

Estabilidad del preparado baja alta

Energía de activación baja alta

Velocidad de reación alta baja

abril 2015 33 Enzimas I

CLASIFICACIÓN Y NOMENCLATURA

DE ENZIMAS

abril 2015 34 Enzimas I

1. Oxidorreductasas

2. Transferasas

3. Hidrolasas

4. Liasas

5. Isomerasas

6. Ligasas

Clasificación de enzimas

abril 2015 35 Enzimas I

Grupo 1. Oxidoreductasas

Catalizan reacciones de oxidorreducción

En las reacciones redox siempre esta

presente aceptor y dador electrónico.

Ared + Box Aox + Bred

A: es el reductor o dador electrónico;

se oxida (pierde electrones)

B: es el oxidante o aceptor electrónico;

se reduce (gana electrones)

abril 2015 36 Enzimas I

Nomenclatura alternativa en oxidorreductasas

1. Deshidrogenasas

2. Oxidasas

3. Peroxidasas

4. Oxigenasas

5. Hidroxilasas

6. Reductasas

abril 2015 37 Enzimas I

COO-

C O

CH3

COO-

CHO H

CH3

NADH + H+NAD+

Piruvato L-Lactato

LDH

LDH: Lactato deshidrogenasa

Utiliza como cofactor NADH, el cual sale de la

reacción oxidado a NAD+. La regeneración de

NADH requeriría otra enzima.

abril 2015 38 Enzimas I

Grupo 2. Transferasas

Catalizan reacciones de transferencia de grupo:

A-X + B A + B-X

Dador: Aceptor - Grupo transferido - transferasa

ATP: D-Hexosa Fosfotransferasa EC 2.7.1.1

Nombre común: hexokinasa

abril 2015 39 Enzimas I

ATP: hexosa fosfotransferasa

Nombre sistemático:

Donador Aceptor

Grupo transferido

EC 2.7.1.1

Número sistemático:

Enzyme

Comission

Grupo Subgrupo

Sub-subgrupo

Enzima

Nombre común: Hexokinasa abril 2015 40 Enzimas I

TRANSFERASA

aspartate -ketoglutarate oxaloacetate glutamate

Aminotransferase (Transaminase)

COO

CH2

CH2

C

COO

O

COO

CH2

HC

COO

NH3+

COO

CH2

CH2

HC

COO

NH3+

COO

CH2

C

COO

O + +

abril 2015 41 Enzimas I

Clasificación de las transferasas

2.1. Grupos monocarbonados

2.2. Grupos aldehido o ceto

2.3. Aciltransferasas

2.4. Glicosiltransferasas

2.5. Alquil- o Ariltransferasas

2.6. Grupos nitrogenados

2.7. Grupos fosfato

2.8. Grupos sulfato

abril 2015 42 Enzimas I

Grupo 3. Hidrolasas Catalizan reacciones de hidrólisis

A-B + H2O A-OH + H-B No se suelen utilizar nombres sistemáticos

en las hidrolasas.

Muchas de ellas conservan el nombre

primitivo: tripsina, pepsina, papaína, etc.

abril 2015 43 Enzimas I

abril 2015 44 Enzimas I

Clasificación de las hidrolasas

3.1. Esterasas (carboxilesterasas,

fosfoesterasas, sulfoesterasas)

3.2. Glicosidasas

3.3. Éter hidrolasas

3.4. Péptido hidrolasas

3.5. Acil anhídrido hidrolasas, etc.

abril 2015 45 Enzimas I

Péptido hidrolasas: clasificación común

(no sistemática)

I. Según la situación del enlace atacado:

- Exopeptidasas (en los extremos de la cadena)

(Peptidasas)

- Endopeptidasas (en el interior de la cadena)

(Proteinasas)

II. Según el mecanismo catalítico:

- Serin proteinasas

- Tiol proteinasas

- Aspartil proteinasas

- Metaloproteinasas abril 2015 46 Enzimas I

Grupo 4. Liasas

Catalizan reacciones reversibles de adición de un

grupo a un doble enlace:

A=B + X AXB

COO-

CH

CH

COO-

H2O COO-

CH

CH2

COO-

HO

Fumarato(trans-)

L-Malato

FUMARASA

abril 2015 47 Enzimas I

Algunas reacciones liásicas:

- Descarboxilasas

- Aldolasas

- Anhidrasa carbónica

- Adenilato ciclasa

abril 2015 48 Enzimas I

Grupo 5. Isomerasas

Catalizan reacciones de isomerización

Algunas reacciones

isomerásicas:

- Racemasas

- Oxidorreductasas

intramoleculares

- Mutasas o transferasas

intramoleculares

abril 2015 49 Enzimas I

Grupo 6. Ligasas

Catalizan la unión de dos grupos químicos a

expensas de la hidrólisis de un enlace de alta

energía.

A + B + ATP A-B + ADP + Pi

O bien

C + D + ATP C-D + AMP + PPi

abril 2015 50 Enzimas I

Algunas reacciones ligásicas:

- Aminoacil-tRNA sintetasas

- Glutamina sintetasa

- Carboxilasas

PIRUVATO CARBOXILASA

abril 2015 51 Enzimas I

ISOENZIMAS

• Difieren en la secuencia de aminoácidos, pero

catalizan la misma reacción química. Diferentes

parámetros cinéticos, o propiedades de regulación.

• Permiten el ajuste del metabolismo para

satisfacer las necesidades particulares de un

determinado tejido o etapa del desarrollo.

abril 2015 52 Enzimas I

LDH

abril 2015 53 Enzimas I

54

CK

1) Creatina kinasa (creatine phosphokinase)

(CK) (EC: 2.7.3.2)

CK

ATP + creatine ADP + creatine phosphate

Importancia clínica:

Isoenzima tejido u organo %

CK-BB (CK-1) cerebro 98

CK-MB (CK-2) musculo cardiaco 20

CK-MM (CK-3) musculo 96

abril 2015 Enzimas I