CARRERA DE ESPECIALIZACION EN BIOTECNOLOGIA INDUSTRIAL

FCEyN-INTI

Materia de Articulación CEBI_A3

QUIMICA ORGANICA DE BIOPROCESOS

Docente a cargo: Dra. Silvia Flores

CEBI_A3_ 3: Catálisis enzimática

• Actúan como catalizadores biológicos, es decir aceleran reacciones químicas

• Aumentan la velocidad de una reacción pero no alteran el equilibrio

• No forman parte de la reacción global

• Se recuperan inalteradas

• Disminuyen la Energía de Activación de la reacción

• Son lábiles, regulables, específicas y saturables.

-Quimioselectividad

T, P y pH moderados -Regioselectividad

-Estereoselectividad

• Menor impacto ambiental comparado con otros catalizadores

Enzimas

De acuerdo a la reacción catalizada:

1) Oxidorreductasas: transferencia de electrones ó átomos de H

(deshidrogenasas, oxidasas, oxigenasas, peroxidasas, catalasas)

2) Transferasas: Transferencia de grupos entre dos sustratos (Kinasas,

metil, acil y aminotransferasas)

THF: tetrahidrofolato

Enzimas – Clasificación

Lactato deshidrogenasa

Enzimas – Clasificación

De acuerdo a la reacción catalizada:

3) Hidrolasas: Reacciones de ruptura con participación del agua

(peptidasas)

4) Liasas: Ruptura de enlaces (decarboxilasas, dehidratasas)

Enzimas – Clasificación

De acuerdo a la reacción catalizada:

5) Isomerasas: Transferencia de grupos dentro de la misma molécula

6) Ligasas (sintetasas): Formación de enlaces C-C, C-S, C-O y C-N

mediante reacciones de condensación acopladas a la rotura de ATP

sólo es posible mediante la energía derivada de fosfatos ricos en energía como

la molécula de ATP

Enzimas – Enfoque reduccionistaLas enzimas catalizan prácticamente todas las

reacciones orgánicas conocidas.

• Transferencia de grupos

(Hidrólisis, aminaciones, fosforilaciones)

• Reducciones y oxidaciones

(Hidrogenasas, deshidrogenasas, Hidroxilaciones)

• Sustituciones

(nucleofílicas, electrofílicas)

• Carboxilaciones y decarboxilaciones

• Isomerizaciones

• Adiciones y eliminaciones

• Condensaciones

(Claisen, aldólicas)

• Reordemamientos

Mecanismo de acciónLa base de la biocatálisis se focaliza en la

disminución de la energía de activación en el

pasaje de reactivos a productos.

Papel del sustrato

Debe reunir los siguientes requisitos para interactuar con el sitio activo

• Geómetricos (estructurales)

• Funcionales (interacciones intermolec.) Especificidad: - de enlace

• Reactividad (∆G favorable) - de reacción

Mecanismo de acciónTeoría de Michaelis - Menten

Dos etapas:

1- Interacción enzima-sustrato

2- Catálisis: generación del producto y liberación

Mecanismo de acciónTeoría de Michaelis - Menten

En condiciones saturantes de sustrato, [S] >>Ks

Además, se determina experimentalmente la [S]

a la cual la velocidad medida es la mitad de υmax.

Reemplazando:

Catálisis Enzimática

Características

-Especificidad de enlace

-Especificidad de reacción

Disminución de la energía de activación.

Aumento de la velocidad de reacción

Catálisis Enzimática

Características

1-Aproximación

Catálisis Enzimática

Mecanismos

Dos sustratos pueden

«inmovilizarse» uno muy

cerca del otro en el sitio

activo.

1M-1s-1

1.2 x 107 s-1 1.2 x 107 M

220 s-1 220 M

5.1 x 104 s-1 5.1 x 104 M

Decreasing rotational

and translational

entropy

2.3 x 106 s-1 2.3 x 106 M

2-Catálisis covalente

Catálisis Enzimática

Mecanismos

Presencia de Nu- en el sitio activo

Basic R groups

Polar, uncharged R groups

2-Catálisis covalente

Catálisis Enzimática

Mecanismos

Presencia de Nu- en el sitio activo

2-Catálisis covalente

Catálisis Enzimática

Mecanismos

La catálisis nucleofílica es un análogo del mecanismo de asistencia

anquimérica.

3-Catálisis Ácido / Base

Catálisis Enzimática

Mecanismos

Transferencia de H+

Relay de carga

3-Catálisis Ácido / Base

Catálisis Enzimática

Mecanismos

Simultaneidad

4-Catálisis Electrostática

Catálisis Enzimática

Mecanismos

Estabilización del estado de transición por neutralización de cargas

(+): implica una carga neta positiva, dipolo o puente de H

5-DesolvataciónRemoción de moléculas de agua de los grupos cargados del sitio activo →

menor constante dieléctrica → estabilización del estado de transición

cargado.

6-Deformación y distorsiónTanto de la enzima como del sustrato → Desestabilización → Mayor

reactividad global (Hipótesis del sitio activo inducido).

Catálisis Enzimática

Mecanismos

Catálisis Enzimática Análisis de los mecanismos involucrados

1- Producción de etanol (anaeróbica) – 2 etapas

Catálisis Enzimática Análisis de los mecanismos involucrados

TPP (tiamina, Vit. B1)

NAD+ / NADH

Catálisis Enzimática 1- Producción de etanol (anaeróbica)

1.a. Decarboxilación

Piruvato decarboxilasa

Catálisis Enzimática 1- Producción de etanol (anaeróbica)

1.b. Reducción

Catálisis Enzimática 1- Producción de etanol (anaeróbica)

Estereoespecificidad de las YADH

Catálisis Enzimática Análisis de los mecanismos involucrados

2- Hidrólisis de oligosacáridos: ββββ-glucosidasas

Catálisis Enzimática Análisis de los mecanismos involucrados

2- Hidrólisis de oligosacáridos: ββββ-glucosidasas

Catálisis Enzimática 3- Hidrólisis de oligosacáridos: αααα-amilasas

(A)

(B)

Catálisis Enzimática Análisis de los mecanismos involucrados

4- Hidrólisis de péptidos: Quimotripsina

Intermediario Acilo

Acilación

Deacilación

Catálisis Enzimática Análisis de los mecanismos involucrados

5- Deshidratación-Hidratación: Enolasa

Catálisis Enzimática

5- Deshidratación-Hidratación: Enolasa

Catálisis Enzimática Análisis de los mecanismos involucrados

6- Deshidratación-Hidratación: Aconitasa

Catálisis Enzimática Análisis de los mecanismos involucrados

7- Deshidratación: 3-dehidroquinasa E1cB syn

Catálisis Enzimática Análisis de los mecanismos involucrados

8- Deaminación de fenilalanina: PAL

Catálisis Enzimática Análisis de los mecanismos involucrados

9- Síntesis de porfobilinógeno

Catálisis Enzimática Análisis de los mecanismos involucrados

10- Transferasa: Glutation S-transferasa