Enzimas

DEPARTAMENTO DE FISIOLOGÍA DEPARTAMENTO DE FISIOLOGÍA CELULARCELULAR

DRA. CAROLINA RODRIGUEZ NAVARRO.DRA. CAROLINA RODRIGUEZ NAVARRO.

DEFINICIÓNDEFINICIÓNEs una proteína sintetizada por la célula Es una proteína sintetizada por la célula

viva, que cataliza o acelera una reacción. viva, que cataliza o acelera una reacción. Aceleradores químicos. Aceleradores químicos.

Son elaboradas por las células y son Son elaboradas por las células y son los responsables de la catálisis los responsables de la catálisis anabolismo o catabolismo de todas las anabolismo o catabolismo de todas las reacciones bioquímicas reacciones bioquímicas intracelularmente y extracelularmente.intracelularmente y extracelularmente.

DEFINICIÓNDEFINICIÓN Una enzima es una biomolécula capaz de catalizar Una enzima es una biomolécula capaz de catalizar

(aumentar la rapidez) una reacción química y no se (aumentar la rapidez) una reacción química y no se alteran ni consumen en el proceso.alteran ni consumen en el proceso.

Las enzimas son proteínas globularesLas enzimas son proteínas globulares

Las enzimas son grandes proteínas que aceleran las Las enzimas son grandes proteínas que aceleran las reacciones químicasreacciones químicas

Las enzimas hacen posible que en condiciones Las enzimas hacen posible que en condiciones fisiológicas tengan lugar reacciones que sin catalizador fisiológicas tengan lugar reacciones que sin catalizador requerirían condiciones extremas de presión, requerirían condiciones extremas de presión, temperatura o pH. temperatura o pH.

El nombre de El nombre de enzimaenzima::

Fue propuesto en 1867 por el fisiólogo Fue propuesto en 1867 por el fisiólogo alemán Wilhelm Kühne (1837-1900) alemán Wilhelm Kühne (1837-1900)

Deriva de la frase griega Deriva de la frase griega en zymē,en zymē, que que significa 'en fermento‘ significa 'en fermento‘

Cada tipo de enzima cataliza un tipo específico Cada tipo de enzima cataliza un tipo específico de reacción químicade reacción química

Las enzimas se denominan añadiendo Las enzimas se denominan añadiendo asaasa al al nombre del sustrato con el cual reaccionan. nombre del sustrato con el cual reaccionan.

La enzima que controla la descomposición de la La enzima que controla la descomposición de la

urea recibe el nombre de urea recibe el nombre de ureasaureasa. . Aquéllas que controlan la hidrólisis de proteínas Aquéllas que controlan la hidrólisis de proteínas

se denominan se denominan proteasasproteasas..

Metabolismo: incesante recambio de Metabolismo: incesante recambio de energía.energía.

Catabolismo: desintegración de Catabolismo: desintegración de compuestos mas sencillos hasta compuestos mas sencillos hasta productos terminales.productos terminales.

Anabolismo: tendencia de síntesis que Anabolismo: tendencia de síntesis que conduce a la formación de productos conduce a la formación de productos coloidales destinados a la estructura del coloidales destinados a la estructura del plasma celular y de compuestos.plasma celular y de compuestos.

CatalizadorCatalizador: sustancia que altera la velocidad de : sustancia que altera la velocidad de una reacción química sin sufrir en si ningún una reacción química sin sufrir en si ningún cambio químico. cambio químico.

BIOCATALIZADORES: grupo de sustancias orgánicas que intervienen en las reacciones químicas que tienen lugar en todos los seres vivos, propiciando y regulando estas reacciones.

Se clasifican en tres grupos: enzimas, vitaminas y hormonas.

Enzima:Enzima:

Apoenzima (porción proteica) Apoenzima (porción proteica) Cofactor o Coenzima.(moléculas de Cofactor o Coenzima.(moléculas de

naturaleza no proteica). naturaleza no proteica). Sitios activos isostericos: parte proteica de Sitios activos isostericos: parte proteica de

la enzima.la enzima.

AC

Algunas enzimas para ejercer su actividad Algunas enzimas para ejercer su actividad requieren a menudo de requieren a menudo de moléculas auxiliaresmoléculas auxiliares que que se ubican en el centro activo de la enzima:se ubican en el centro activo de la enzima:

COFACTORES ENZIMÁTICOSCOFACTORES ENZIMÁTICOS

Moléculas orgánicas = Moléculas orgánicas = COENZIMASCOENZIMAS Iones metálicos = Iones metálicos = COFACTORES (inorgánicos)COFACTORES (inorgánicos)

CofactorCofactor

moléculas de moléculas de naturaleza no proteica naturaleza no proteica (metales).(metales).

Mg. fosforilación Mg. fosforilación oxidativa.oxidativa.

Ca coagulación, Ca coagulación, contracción muscular.contracción muscular.

Cl procesos de Cl procesos de hidrólisis amilasa.hidrólisis amilasa.

CoenzimaCoenzima moléculas derivadas de moléculas derivadas de

vitaminas vitaminas (hidrosolubles)(hidrosolubles)

Parte enzimática Parte enzimática “termoestable.”“termoestable.”

Biotina flora intestinal Biotina flora intestinal biocitina biocitina carboxilacion.carboxilacion.

Ac. pantotenico Ac. pantotenico coenzima Acoenzima A síntesis de ácidos síntesis de ácidos grasos.grasos.

El conjunto: El conjunto:

Enzima + Cofactor o coenzima = Enzima + Cofactor o coenzima = HoloenzimaHoloenzima FForma funcional plena deorma funcional plena de algunas enzimasalgunas enzimas

GRUPO PROSTÉTICOGRUPO PROSTÉTICO

APOENZIMAAPOENZIMA(parte proteica propiamente(parte proteica propiamentedicha)dicha)

Mecanismo de acción Mecanismo de acción enzimáticoenzimático

Reconocimiento particular de 1 mol Reconocimiento particular de 1 mol llamada sustrato.llamada sustrato.

+ + + +

E + S = P + EE + S = P + E

Vitaminas que actúan como Vitaminas que actúan como coenzimascoenzimas

VitaminasVitaminas FuncionesFunciones

C (ácido ascórbico) C (ácido ascórbico) Coenzima de algunas peptidasas. Coenzima de algunas peptidasas. Interviene en la síntesis de colágeno Interviene en la síntesis de colágeno

B1 (tiamina) B1 (tiamina) Coenzima de las descarboxilasas y de las Coenzima de las descarboxilasas y de las enzima que transfieren grupos aldehídos enzima que transfieren grupos aldehídos

B2 (riboflavina)B2 (riboflavina) Constituyente de los coenzimas FAD y Constituyente de los coenzimas FAD y FMN FMN

B3 (ácido pantoténico) B3 (ácido pantoténico) Constituyente de la CoA Constituyente de la CoA

B5 (niacina) B5 (niacina) Constituyente de las coenzimas NAD y Constituyente de las coenzimas NAD y NADP NADP

B6 ( piridoxina) B6 ( piridoxina) Interviene en las reacciones de Interviene en las reacciones de transferencia de grupos aminos.transferencia de grupos aminos.

B12 (cobalamina) B12 (cobalamina) Coenzima en la transferencia de grupos Coenzima en la transferencia de grupos metilo metilo

SUSTRATOSUSTRATO: estructura orgánica sobre la cual : estructura orgánica sobre la cual actúa una enzima y que convierte a productos.actúa una enzima y que convierte a productos.

Hay dos modelos sobre la forma en que el Hay dos modelos sobre la forma en que el sustrato se une al centro activosustrato se une al centro activo de la enzima: de la enzima:

el modeloel modelo llave - cerradura llave - cerradura el modelo del ajuste inducidoel modelo del ajuste inducido

El sustrato se une a la enzima a través de El sustrato se une a la enzima a través de numerosas interacciones débiles como numerosas interacciones débiles como son: son:

puentes de hidrógeno, puentes de hidrógeno, electrostáticas, electrostáticas, hidrófobas, etc., en un lugar específico, el hidrófobas, etc., en un lugar específico, el

centro activo. centro activo.

SITIO ACTIVO O CATALÍTICOSITIO ACTIVO O CATALÍTICO Zona de la superficie de la enzima a la Zona de la superficie de la enzima a la

cual cual se unen los cofactores y el sustratose unen los cofactores y el sustrato que se hará productos. que se hará productos.

Sin esta estructura las enzimas no Sin esta estructura las enzimas no

pueden desarrollar su actividadpueden desarrollar su actividad

La especificidad entre el sustrato y la La especificidad entre el sustrato y la enzima se ha concebido como la relación enzima se ha concebido como la relación de una “llave” y su “cerradura”. de una “llave” y su “cerradura”.

Especificidad de acciónEspecificidad de acción. Cada reacción . Cada reacción está catalizada por una enzima específica. está catalizada por una enzima específica.

La acción enzimática se caracteriza por la La acción enzimática se caracteriza por la formación de un complejoformación de un complejo que representa que representa el estado de transición. el estado de transición.

E + S → ES → E + PE + S → ES → E + P

Sacarasa Sacarosa

Glucosa

E + SE + S

E S P + E E S P + E

Fructosa

Sacarasa Sacarosa

Sacarasa

Zimógeno o proenzimaZimógeno o proenzima: es una forma : es una forma inactiva de la holoenzima.inactiva de la holoenzima.

Ejemplo:Ejemplo:Tripsinógeno TripsinaTripsinógeno TripsinaQuimotripsinógeno QuimotripsinaQuimotripsinógeno QuimotripsinaProcarboxipeptidasas CarboxipeptidasasProcarboxipeptidasas CarboxipeptidasasPepsinógeno PepsinaPepsinógeno Pepsina

Factores que afectan la Factores que afectan la velocidad enzimático.velocidad enzimático.

La velocidad de reacción catalizada La velocidad de reacción catalizada enzimaticamente depende en forma enzimaticamente depende en forma directa de la directa de la concentración de la enzimaconcentración de la enzima

Aumento de sustrato manteniendo fija Aumento de sustrato manteniendo fija la concentración de enzima produce el la concentración de enzima produce el principio un incremento considerable en principio un incremento considerable en la velocidad de la reacción.la velocidad de la reacción.

A medida que va aumentando la A medida que va aumentando la concentración del sustrato la concentración del sustrato la aceleración de la velocidad de reacción aceleración de la velocidad de reacción empieza a descender. Hasta que empieza a descender. Hasta que finalmente cuando la concentración de finalmente cuando la concentración de sustrato es elevada no hay cambio en sustrato es elevada no hay cambio en la velocidad.la velocidad.

reaccion

Cinética de primer orden y Cinética de primer orden y cinética de orden cero.cinética de orden cero.

Los sitios activos de la enzima no se Los sitios activos de la enzima no se saturan con el sustrato cuando las saturan con el sustrato cuando las concentraciones de este son bajas.concentraciones de este son bajas.

La proporción enzimática varia con la La proporción enzimática varia con la concentración de sustrato.concentración de sustrato.

rreaccion

A medida que aumenta el numero de A medida que aumenta el numero de las moléculas de sustrato dichos sitios las moléculas de sustrato dichos sitios se van cubriendo cada vez en mayor se van cubriendo cada vez en mayor grado hasta que en el punto de la grado hasta que en el punto de la saturación no quede ninguno saturación no quede ninguno disponible.. la enzima trabaja a su disponible.. la enzima trabaja a su máxima capacidad. máxima capacidad.

En estas condiciones la velocidad En estas condiciones la velocidad resulta independiente de la resulta independiente de la concentración del sustrato.concentración del sustrato.

TEMPERATURATEMPERATURA

45° C incremento de la velocidad de reacción.45° C incremento de la velocidad de reacción.

+ 45° C desnaturalización térmica.+ 45° C desnaturalización térmica.

55 ° C el proceso se acelera y destruye la 55 ° C el proceso se acelera y destruye la función catalítica de la proteína enzimatica.función catalítica de la proteína enzimatica.

pHpHAfectan el carácter iónico de los grupos Afectan el carácter iónico de los grupos

amino u carboxilo de las enzimasamino u carboxilo de las enzimas  Bajos y altos valores de pH: efectos Bajos y altos valores de pH: efectos

iónicos, determinan desnaturalización iónicos, determinan desnaturalización considerable, inactivacion enzimaticaconsiderable, inactivacion enzimatica

FACTORES DE INHIBICIÓNFACTORES DE INHIBICIÓN

Inespecífica: desnaturalización de la Inespecífica: desnaturalización de la apoenzima de la enzimaapoenzima de la enzima

Especifica Especifica competitiva

no competitiva

Competitiva:Competitiva:

Inhibidor competitivo: cuando contiende Inhibidor competitivo: cuando contiende con un sustrato o con una coenzima por el con un sustrato o con una coenzima por el sitio activo de una proteína-sitio activo de una proteína-

Enzimatica reversible= si se eleva la Enzimatica reversible= si se eleva la concentración del sustrato.concentración del sustrato.

inhibición no competitivainhibición no competitivano puede invertirse a la elevación de la no puede invertirse a la elevación de la

concentración del sustrato.concentración del sustrato.

inhibidor se une con el sitio de la inhibidor se une con el sitio de la superficie de la enzima superficie de la enzima

INHIBICIÓN ENZIMÁTICA

Reversible Irreversible

Competitiva Acompetitiva

sustrato e inhibidor compiten por

el sitio activo de la enzima

Inhibidor se combina con el complejo enzima-sustrato

para formar un complejo inactivo enzima-sustrato-inhibidor

Sustancias quese fijan permanentemente

a las enzimas de manera covalente

o desnaturalizándolas.Temperatura

CLASIFICACIÓNCLASIFICACIÓNOxidorreductasasOxidorreductasas Catalizan reacciones de oxidorreducción, es Catalizan reacciones de oxidorreducción, es

decir, transferencia de hidrógeno (H) o electrones decir, transferencia de hidrógeno (H) o electrones (e-) de un sustrato a otro (e-) de un sustrato a otro

TransferasasTransferasas Catalizan la transferencia de un grupo químico Catalizan la transferencia de un grupo químico (distinto del hidrógeno) de un sustrato a otro (distinto del hidrógeno) de un sustrato a otro

HidrolasasHidrolasas Catalizan las reacciones de hidrólisis Catalizan las reacciones de hidrólisis

LiasasLiasas Catalizan reacciones de ruptura o separación de Catalizan reacciones de ruptura o separación de sustratos sustratos

IsomerasasIsomerasas Catalizan la interconversión de isómeros Catalizan la interconversión de isómeros

LigasasLigasas Catalizan la unión de dos sustratos con hidrólisis Catalizan la unión de dos sustratos con hidrólisis simultánea de un nucleótido trifosfato (ATP, GTP, simultánea de un nucleótido trifosfato (ATP, GTP, etc. etc.

Oxidoreductasa:Oxidoreductasa:

Cataliza la reacción de oxido reducción al Cataliza la reacción de oxido reducción al adicionar o sustraer un hidrógeno activo con adicionar o sustraer un hidrógeno activo con NAD en grupos oxidrilo y amino.NAD en grupos oxidrilo y amino.

A red + B oxiA red + B oxi A oxi + B red. A oxi + B red.

Oxigenasas, oxidasas, peroxidasas, Oxigenasas, oxidasas, peroxidasas, hidroxilasas, deshidrogenasas, reductasas.hidroxilasas, deshidrogenasas, reductasas.

Transferasas:Transferasas:Transfieren de diferente molécula de Transfieren de diferente molécula de

carbono N y Fosfato(C, N, P).carbono N y Fosfato(C, N, P).

ABAB + + C C A A ++ BCBC

Hexocinasa, transceminasa, Hexocinasa, transceminasa, aciltronsferasa, fosfotransferasa, aciltronsferasa, fosfotransferasa, metiltransferasas.metiltransferasas.

Hidrolasas:Hidrolasas:

introducen una molécula de agua ( H 2 O ) en introducen una molécula de agua ( H 2 O ) en el sitio de ruptura, actúan sobre esteres de el sitio de ruptura, actúan sobre esteres de Ac grasos Carbono y ProteínasAc grasos Carbono y Proteínas

ABAB + H2O + H2O AH + AH + BOH. BOH.  

Lactasa, hidrolasaesterasas,Lactasa, hidrolasaesterasas,

Liasas:Liasas: cataliza la ruptura de enlaces de carbono con cataliza la ruptura de enlaces de carbono con

carbono, C/C ,C/O, C/N C/S, en este proceso se carbono, C/C ,C/O, C/N C/S, en este proceso se forman dobles enlaces reacción.forman dobles enlaces reacción.

A(XH)BA(XH)B AxBH.AxBH.

Anidrasa carbónica, aldolasas, desaminasas. Anidrasa carbónica, aldolasas, desaminasas.

Isomerasas:Isomerasas:catalizar sobré moléculas con catalizar sobré moléculas con

características o propiedades químicas características o propiedades químicas iguales y físicas diferentes.iguales y físicas diferentes.

A A iso Aiso A

Fosfoglumutasa, recemasas, epimerasa, Fosfoglumutasa, recemasas, epimerasa, mutasas.mutasas.

Ligasas:Ligasas:Enzimas que utilizan la energía de la Enzimas que utilizan la energía de la

hidrólisis del ATP y que permiten la unión hidrólisis del ATP y que permiten la unión de dos moléculas propiciando enlaces de dos moléculas propiciando enlaces C/C, C / N, C / O, C/Azufre.C/C, C / N, C / O, C/Azufre.

A + B + ATP AB + ADP + PA + B + ATP AB + ADP + P

Piruvato carboxilasa ,ligasa.Piruvato carboxilasa ,ligasa.

USOS PRÁCTICOS DE LAS ENZIMASUSOS PRÁCTICOS DE LAS ENZIMAS La fermentación alcohólica y otros procesos industrialesLa fermentación alcohólica y otros procesos industriales Con fines médicosCon fines médicos

-En ocasiones son útiles en el tratamiento de zonas de -En ocasiones son útiles en el tratamiento de zonas de inflamación localinflamación local

-La -La tripsinatripsina se emplea para eliminar sustancias extrañas y se emplea para eliminar sustancias extrañas y tejido muerto de las heridas y quemaduras.tejido muerto de las heridas y quemaduras.

-La -La L-asparaginasaL-asparaginasa, se piensa es una herramienta , se piensa es una herramienta importante para el tratamiento de la leucemia importante para el tratamiento de la leucemia

-Las -Las dextrinasasdextrinasas pueden prevenir la caída de los dientes pueden prevenir la caída de los dientes

ENZIMAS DE ESCAPEENZIMAS DE ESCAPE Enzimas que se encuentran normalmente Enzimas que se encuentran normalmente

en el suero en el suero

Se elevan notablemente en patologías Se elevan notablemente en patologías específicas específicas

ENZIMAS DE ESCAPEENZIMAS DE ESCAPE SE ELEVA EN:SE ELEVA EN:

CreatinfosfocinasaCreatinfosfocinasa CPK CPK Su fracción MB en infarto a miocardio Su fracción MB en infarto a miocardio

Lactato deshidrogenasaLactato deshidrogenasaLDH1 y LDH2LDH1 y LDH2

12 a 48 horas después de infarto a 12 a 48 horas después de infarto a miocardio.miocardio.

Transaminasa glutámica Transaminasa glutámica oxalacéticaoxalacéticaGOT GOT

Cirrosis Cirrosis Hepatitis Hepatitis Enfermedad hepática obstructiva Enfermedad hepática obstructiva Después de un infarto a miocardio.Después de un infarto a miocardio.

Fosfatasa alcalinaFosfatasa alcalina Patologías del hueso, como Patologías del hueso, como osteomalacia, enfermedad de Paget osteomalacia, enfermedad de Paget Obstrucción hepática.Obstrucción hepática.

Fosfatasa ácidaFosfatasa ácida Carcinoma metastático de la próstata Carcinoma metastático de la próstata

Amilasa pancreáticaAmilasa pancreática Pancreatitis aguda Pancreatitis aguda