Enzimas 2012 1

ENZIMAS

DRA. MÓNICA MARÍA DÍAZ-LÓPEZmonica.diaz1@unisabana.edu.co

DDS MSC ESP

2012

CONCEPTOS FUNDAMENTALES

ENZIMA: Conjunto de proteínas, que catalizan reacciones químicas especificas en el ser vivo.

RIBOZIMA: Molécula de ARN con capacidad catalítica. El término ribozima en sí deriva de la combinación de las palabras enzima de ácido ribonucléico.

CATALIZADORES: Sustancias que, sin consumirse en la reacción, la facilita notablemente, aumentando su velocidad.

LAS ENZIMAS NO HACEN FACTIBLES LAS REACCIONES IMPOSIBLES.

SOLO ACELERAN LAS QUE ESPONTANEAMENTE PUEDAN PRODUCIRSE.

COFACTOR: Pequeña molécula que permite activación catalítica de las Enzimas. (Ÿ).

Se enlazan de manera transitoria y disociable a la enzima o al sustrato.

Cuando el cofactor es una molécula orgánica se llama COENZIMA, son derivados de vitaminas.(Ÿ).

Funcionan como lanzaderas de grupos grupos desde el lugar donde se generan hacia el lugar donde se utilizan.

ALGUNOS COFACTORES

ALGUNAS COENZIMAS

Cuando los cofactores y las coenzimas se encuentran unidos covalentemente a la enzima se llaman GRUPOS PROSTETICOS.La asociación muy débil se llama COSUSTRATO.

ALGO IMPORTANTE………..La forma catalíticamente activa de la

enzima (enzima unida a su grupo prostético se llama HOLOENZIMA). (Ÿ)

Cuando se separa del cofactor, la proteína restante, que por si misma es inactiva catalíticamente se llama APOENZIMA. (Ÿ)

Aquella región de la enzima que interacciona con el sustrato y donde tiene lugar la reacción se conoce como CENTRO ACTIVO. (Ÿ)

HOLOENZIMA

Cofactor

Apoenzima

Holoenzima

Centro activo

Cofactor

Apoenzima

Holoenzima

Centro activo

Apoenzima

Holoenzima

Centro activo

HOLOENZIMA= APOENZIMA+COFACTOR

HOLOENZIMA=APOENZIMA+GRUPO PROSTETICO

CARACTERISTICAS BASICAS

Las enzimas son catalizadores específicos.

La sustancia sobre la que actúa se llama SUSTRATO (S).

El (S) se une a una región concreta de la enzima llamada CENTRO ACTIVO.

Casi siempre requiere un sustrato muy determinado.

Cada enzima cataliza un tipo de reacción.

MODO DE ACCION DE LAS ENZIMAS

Como son reacciones espontáneas, se libera energía de Gibbs.(G).•ENERGIA DE ACTIVACION: Aporte inicial de energía.•ENERGIA LIBRE DE ACTIVACION: Cantidad de energía necesaria para llevar todas las moléculas a una Temperatura determinada, al estado de transición.•ESTADO DE TRANSICION: Existe gran probabilidad que se rompan/establezcan enlaces para formar P.

CUANDO HAY MENOR ENERGIA DE ACTIVACION, HAY MENOR OBSTACULO PARA QUE REACTANTES SE CONVIERTAN EN

PLas enzimas alteran las velocidades de reacción pero no los equilibrios

REACCION CATALIZADA.Estado de transición de

menor energía.

REACCION NO CATALIZADA.Estado de transición de mayor

energía.

Las interacciones débiles entre enzima y sustrato son óptimas en el estado de transición

En el estado de transición las interacciones entre la enzima y el sustrato son óptimas

LA VARIACIÓN DE ENERGÍA COMO FUNCIÓN DE UNA COORDENADA DE REACCIÓN MUESTRA LA ESTABILIZACIÓN DEL ESTADO DE TRANSICIÓN

CUANDO DICHA REACCIÓN ES LLEVADA A CABO POR UNA ENZIMA.

MODELOS DE ACTUACION DE LAS ENZIMAS

S + E ES P + ES + E ES P + E

MODELO LLAVE-CERRADURA

MODELO AJUSTE INDUCIDO

NOMENCLATURA Y CLASIFICACION DE LAS ENZIMAS

El nombre de una enzima consta de tres partes:

1.Sustrato preferente

2.acción típica

3.terminación “asa”

EJ:

1.glucosa fosfato

2.isomer….

3.asa

CLASIFICACION

NOMENCLATURA DE LA EC

Cada enzima puede ser clasificada por un código numérico, encabezado por las letras EC(Enzyme Commission).

Seguido por 4 nùmeros separados por puntos.

Primero: De acuerdo a cada una de las seis clases anteriores.

Segundo en adelante: Sitio de acción inicial y progresivos.Es decir subclase, sub-subclase,etc.

ATP: hexosa fosfotransferasa

Nombre sistemático:

Donador Aceptor

Grupo transferido

EC 2.7.1.1

Número sistemático

EnzymeComission

GrupoSubgrupo

Sub-subgrupo

Enzima

Nombre común: Hexokinasa

1. Oxidorreductasas

2. Transferasas

3. Hidrolasas

4. Liasas

5. Isomerasas

6. Ligasas

Clasificación de enzimas:Grupos

Grupo 1: OxidorreductasasCatalizan reacciones de oxidorreducción

En las reacciones redox, siempre tienen que estarpresentes a la vez el aceptor y el dador electrónico.

Ared + Box Aox + Bred

A : es el reductor o dador electrónico; en el curso

de la reacción se oxida (pierde electrones)

B : es el oxidante o aceptor electrónico; en el curso

de la reacción se reduce (gana electrones)

Dador: Aceptor oxidorreductasa

Glucosa : O2 oxidorreductasa

Dador AceptorNombre común:

Glucosa oxidasa

Los subgrupos se forman según la naturaleza del dador:

1.1.-.- Sobre grupos alcohol1.2.-.- Sobre grupos aldehido1.3.-.- Sobre grupos -CH-CH-etc.

EC 1.1.3.4

Nomenclatura alternativa en oxidorreductasas:

1. Deshidrogenasas

2. Oxidasas

3. Peroxidasas

4. Oxigenasas

5. Hidroxilasas

6. Reductasas

Grupo 2: TransferasasCatalizan reacciones de transferencia de grupo:

A-X + B A + B-X

THF:Tetrahidrofolato

Clasificación de las transferasas

2.1.-.- Grupos monocarbonados2.2.-.- Grupos aldehido o ceto2.3.-.- Aciltransferasas2.4.-.- Glicosiltransferasas2.5.-.- Alquil- o Ariltransferasas2.6.-.- Grupos nitrogenados2.7.-.- Grupos fosfato2.8.-.- Grupos sulfato

Grupo 3: Hidrolasas

Catalizan reacciones de hidrólisis

A-B + H2O A-OH + H-B

No se suelen utilizar nombres sistemáticos en lashidrolasas. Muchas de ellas conservan el nombreprimitivo: Tripsina, Pepsina, Papaína, etc.

Clasificación de las hidrolasas

3.1.-.- Esterasas (carboxilesterasas, fosfoesterasas, sulfoesterasas)3.2.-.- Glicosidasas3.3.-.- Éter hidrolasas3.4.-.- Péptido hidrolasas3.5.-.- Acil anhídrido hidrolasasetc.

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

Grupo 4: Liasas

Catalizan reacciones reversibles de adición de un grupo aun doble enlace:

A=B + X AXB

Algunas reacciones liásicas:

- Descarboxilasas- Aldolasas- Anhidrasa carbónica- Adenilato ciclasa

Grupo 5: Isomerasas

Catalizan reacciones de isomerización

Algunas reacciones isomerásicas:

- Racemasas- Oxidorreductasas intramoleculares- Mutasas o transferasas intramoleculares

Grupo 6: Ligasas

Catalizan la unión de dos grupos químicos a expensasde la hidrólisis de un enlace de alta energía.

A + B + ATP A-B + ADP + PiO bien

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

Algunas reacciones ligásicas:

- Aminoacil-tRNA sintetasas- Glutamina sintetasa- Carboxilasas

PROPIEDADES DE LAS ENZIMAS

Sensibilidad al pH.

Sensibilidad a la Temperatura.

Especificidad.

Cofactores.

Modulación de la Actividad enzimática.

Proenzimas o Zimógenos

Isozimas.

SENSIBILIDAD AL PHLas enzimas poseen grupos químicos

ionizables (coo-, NH2, -SH, etc) en las cadenas laterales de sus aminoácidos.

Según el pH del medio, estos pueden tener carga eléctrica +,- o neutra.

Por ello, hay un pH en el cual la conformación será la más adecuada para la actividad catalítica.(pH optimo)

SENSIBILIDAD A LA TEMPERATURA

Los aumentos de temperatura aceleran las reacciones químicas.

Funcionan a una temperatura óptima(a la cual la actividad catalítica es máxima).

En términos generales, por cada 10ºC, la velocidad de reacción se duplica.

Por su carácter proteico, las enzimas sufren desnaturalización térmica a partir de una cierta temperatura.

ESPECIFICIDADLas enzimas catalizan reacciones

específicas.Pero, no son absolutamente especìficos.Por ello, actúan sobre una serie de sustratos

semejantes.La enzima actúa mejor sobre el S Natural y

con menor eficacia con el S análogo. Esta es una diferencia importante entre los

catalizadores inorgánicos y los biológicos.Sin embargo, existen diversos grados de

especificidad.1. POCO ESPECIFICOS----------Proteasas.2. ESTRICTOS---------------------Lactasa.

UNA DETERMINADA MOLÉCULA DE ENZIMA NO TIENE POR QUÉ ACTUAR SIEMPRE A LA MISMA

VELOCIDAD.

La actividad enzimática puede ser modulada por el cambio de pH y temperatura.

La velocidad Enzimática depende de las concentraciones de los S y cofactores.

La presencia de P, puede hacer que ésta sea más lenta o incluso invertir su sentido.

ADEMAS……

Existen moléculas que pueden inhibir la acción catalítica de las enzimas(INHIBIDORES).Ÿ

Hay enzimas ALOSTÈRICAS que adoptan conformaciones interconvertibles(R/T). Ÿ

Las enzimas pueden ser más activas o no dependiendo de la unión a un grupo químico de tamaño pequeño. (Pi, AMP, etc). Ÿ

Pueden ocupar temporalmente el centro activo por semejanza estructural con el sustrato original.

Alteran la conformación espacial de la enzima impidiendo su unión al sustrato.

ENZIMAS ALOSTÉRICAS O DE REGULACION

☻ Presentan dos centros distintos a los que pueden unirse las moléculas:

☻ el centro activo, en donde se une el sustrato cuya reacción cataliza la enzima.

☻ el centro alostérico, en donde se pueden unir sustancias distintas del sustrato, que pueden activar o inhibir la actividad enzimática.

☻ Un posible resultado de esta interacción entre subunidades es que la unión del sustrato resulte cooperativo, es decir que la unión del sustrato en un sitio activo facilita la unión de los otros sustratos en los sitios activos vecinos.

ENZIMAS ALOSTÉRICAS O DE REGULACION

☻Además la actividad de una enzima alostérica puede ser alterada por moléculas regulatorias que se unan de manera reversible sitios sobre la proteína que se encuentren en sitios diferentes al sitio activos

☻Las enzimas alostéricas desempeñan un papel importante en la regulación del metabolismo celular.

MODULACION ALOSTERICA

ACTIVADOR ALOSTERICO:

Favorece la unión al sustrato

INHIBIDOR ALOSTERICO:

Impide la unión al sustrato

EFECTO DE LA MODIFICACION COVALENTE

ELEMENTOS DE LA REACCION

ENZIMA NO FOSFORILADA ES INACTIVA

ENZIMA FOSFORILADA ES ACTIVA

MODULACION ALOSTERICAAlgunas enzimas pueden tener

conformaciones interconvertibles llamadas R (relajada) y T(tensa).

R es la forma más activa, por que se une al sustrato con más afinidad.

R y T se encuentran en perfecto equilibrio.

PROENZIMAS O ZIMOGENOS☺ Algunas enzimas no se sintetizan como tales, sino

como proteínas precursoras sin actividad enzimática.

☺ Para activarse, deben sufrir una hidrólisis que origina la liberación de péptidos.

☺ El resto de la molécula, adopta la conformación y las propiedades de la enzima activa. Ÿ

☺ Frecuentes en las enzimas digestivas. Si se sintetizan directamente, destruirían las células que los producen.

SI SE ACTIVA DENTRO DEL PANCREAS, HAY PROCESO DE AUTODESTRUCCION….PANCREATITIS AGUDA

ISOZIMAS O ISOENZIMASAlgunas enzimas tienen distinta estructura

molecular aunque su función biológica es similar.

Sirven para regular la actividad enzimática.Los cambios en estructura producen ligeros

cambios en sus propiedades.Cada isoenzima, se adapta perfectamente a

la función que debe realizar.

ISOZIMASSe pueden observar diversas isoenzimas en función de:Tejido:(lactato deshidrogenasa) en

músculo(subun. M) y corazón(subun. H).Compartimiento celular: (malato

deshidrogenasa) en citoplasma y mitocondria.Auxología: glicolisis fetal es diferente de glicólisis

en adulto. Sin embargo, en celulas cancerosas, aparece la forma fetal.

INTRODUCCION A LA CINETICA ENZIMATICA

Estudia la velocidad de las reacciones catalizadas por enzimas.

Proporciona información acerca del mecanismo de reacción catalítica y la especificidad de la enzima.

Puede realizarse en laboratorio clínico como en el de investigación.

No es necesario purificar o aislar la enzima.La medida se debe realizar estandarizando

las condiciones (óptimas de pH, temperatura, presencia de cofactores, etc).

INTRODUCCION A LA CINETICA ENZIMATICA

☻Además, se debe emplear concentraciones saturantes (exceso) del sustrato.

☻Cuando desaparecen los S y aparecen los P finales ocurren a la velocidad máxima.

☻La velocidad de reacción observada es la V max.

☻La velocidad se puede medir:☻Por la aparición de productos.☻Por la desaparición de los reactivos.

EL MODELO DE MICHAELIS-MENTEN(1913)

LA CONCENTRACIÓN DE SUSTRATO AFECTA LA VELOCIDAD DE REACCIÓN CATALIZADA POR ENZIMAS

CINÉTICA DEL ESTADO ESTACIONARIO

ECUACION DE MICHAELIS-MENTEN

ECUACION DE MICHAELIS-MENTEN

Las reacciones catalizadas enzimáticamente ocurren en dos etapas:

1.En la primera etapa se forma el complejo enzima-sustrato y

2.en la segunda, el complejo enzima-sustrato da lugar a la formación del producto, liberando la enzima libre.

ECUACION DE MICHAELIS-MENTEN

•KM es la concentración de sustrato para la cual la velocidad de reacción es la mitad de la velocidad máxima. •En efecto, si KM = [S], la ecuación de Michaelis-Menten se reduce a: v = Vmax/2.

CINETICA MICHAELIANA

♥ El valor de KM da idea de la afinidad del enzima por el sustrato: A menor KM, mayor afinidad del enzima por el sustrato, y a mayor KM, menor afinidad.

♥ La KM del sustrato natural es menor que la de los sustratos análogos.

♥ Los valores de KM de muchas enzimas son próximos a los de la concentración fisiológica de sus sustratos, de forma que pequeñas variaciones en la [S] pueden suponer grandes cambios en la velocidad de toda una ruta metabólica

CINETICA SIGMOIDEA

Hay pequeñas fluctuaciones de la concentración de S, en una zona crítica, cercana a Km.Existen variaciones en la v de reacción.Puede deberse a la v de difusión del sustrato en el medio.

KM

V max/2

ENZIMAS EN LA CLINICA

FUNCIONALES

☻ Ejercen su actividad en la circulación sanguínea, como los componentes de la coagulación y del y del sistema de sistema de Complemento

NO FUNCIONALES:

☻ Actúan en el interior en el interior de células o tejidos:

1. Citoplasmáticas

2. Mitocondriales

DAÑO TISULARDAÑO CELULAR

ENZIMAS SERICAS EN DIAGNOSTICO

ENZIMA PATOLOGIA

Aspartato Aminotransferasa AST Infarto del Miocardio

Alanina Alanina Aminotransferasa ALT Hepatitis

Amilasa Pancreatitis

Ceruloplasmina (degeneración hepatolenticular)

Enf. De Wilson

Creatincinasa Trastornos musculares e infarto del miocardio

ENZIMAS SERICAS EN DIAGNOSTICO

ENZIMA PATOLOGIA

γ−Glutamil Transferasa Varias enfermedades hepáticas

Lactato deshidrogenasa Infarto de miocardio

Lipasa Pancreatitis aguda

Fosfatasa Ácida Carcinoma metastasico de próstata

Fosfatasa Alcalina Trastornos oseos, disfunciones

hepatobiliares

ENZIMAS EN TERAPEUTICA

Administración de extractos crudos de amilasa, lipasa, proteasa, para facilitar la digestion.

Cateterismo de uroquinasa para hidròlisis de fibrina, presente en trombos.