PROTEINAS COMO CATALIZDORES

ENZIMASPROTEINAS COMO CATALIZADORES

ENZIMAS son protenas que catalizan reacciones qumicas en los seres vivos. son catalizadores: sustancias que, sin consumirse en una reaccin, aumentan notablemente su velocidad. No hacen factibles las reacciones imposibles, sino que slamente aceleran las que espontneamente podran producirse. Los enzimas son catalizadores especficos: cada enzima cataliza un solo tipo de reaccin, y casi siempre acta sobre un nico sustrato o sobre un grupo muy reducido de ellos. ENZIMAS En una reaccin catalizada por un enzima: La sustancia sobre la que acta el enzima se llama sustrato. El sustrato se une a una regin concreta del enzima, llamada centro activo. Una vez formados los productos la enzima puede comenzar un nuevo ciclo de reaccin Los factores que influyen de manera ms directa sobre la actividad de un enzima son: 1. pH2. Temperatura 3. CofactoresEfecto del pH Segn el pH del medio, los grupos R de las enz pueden tener carga elctrica positiva, negativa o neutra. Hay un pH en el cual la conformacin ser la ms adecuada para la actividad cataltica. Este es el llamado pH ptimo. La mayora de los enzimas son muy sensibles a los cambios de pH. (amortiguadores fisiologicos)Efecto de la T los aumentos de temperatura aceleran las reacciones qumicas La temperatura a la cual la actividad cataltica es mxima se llama temperatura ptimaEfecto de los cofactores

Casi un tercio de los enzimas conocidos requieren cofactores para su funcin. Los cofactores pueden ser iones inorgnicos como el Fe++, Mg++, Mn++, Zn++ etc. Cuando el cofactor es una molcula orgnica se llama coenzima. Muchos de estos coenzimas se sintetizan a partir de vitaminas Funcin de los Cofactores Alterar la estructura tridimensional de la enzima Intervenir como otro sustrato

10Aminocidos y ProtenasCoenzimas y sus vitaminas de procedenciaCOENZIMA VIT DE PROCEDENCIA

NAD (nicotinamida adenin dinucleotido)Vit B3 (ac. nicotinico)

CoA Ac. Pantotenico

FMN (flavin adenin mononucleotido)Vit B2 (riboflavina)

FAD (flavin adenin dinucleotido)Vit B2 (riboflavina)

TPP (tiamina pirofosfato)Vit B1 (tiamina)

Clasificacin En funcin de su accin cataltica especfica, los enzimas se clasifican en 6 grandes grupos o clases: Clase 1: OXIDORREDUCTASAS Clase 2: TRANSFERASAS Clase 3: HIDROLASAS Clase 4: LIASAS Clase 5: ISOMERASAS Clase 6: LIGASASClase 1: OXIDORREDUCTASASReacciones de oxidacin- reduccin . Ejm: oxidasas

Clase 2: TRANSFERASASCatalizan la transferencia de un grupo qumico (distinto del hidrgeno) de un sustrato a otro. Ejm: Quinasas

Clase 3: HIDROLASASCatalizan las reacciones de hidrlisis: (rupturas hidroliticas. Ejm proteinasas lactosa + agua glucosa + galactosa

Clase 4: LIASASFormacin de dobles enlaces por eliminacin de un grupo qq o adicin de grupos a dobles enlaces. Ejem: aldehido liasas

Clase 5: ISOMERASASCatalizan la interconversin de ismeros: rearreglos de tomos dentro de una molcula. Son ejemplos la fosfotriosa isomerasa y la fosfoglucosa isomerasa

Clase 6: LIGASAS Reacciones en las que se unen dos molculas Formacin de enlaces qq, utilizando ATP u otros nucletidos como fuente de energa. Ejem: polimerasas

Nomenclatura Nombres particularesCuando la accin tpica del enzima es la hidrlisis del sustrato, el segundo componente del nombre se omite, por ejemplo: lactasa.Nombre sistemtico: Consta actualmente de 3 partes: 1. el sustrato preferente2. el tipo de reaccin realizado3. terminacin "asaEjm: glucosa fosfato isomerasa-Nomenclatura Cdigo de la comisin enzimtica: El nombre de cada enzima puede ser identificado por un cdigo numrico, encabezado por las letras EC (enzyme commission), seguidas de 4 nmeros separados por puntos. El 1 nmero indica a cual de las seis clases pertenece el enzima, el 2 se refiere a distintas subclases dentro de cada grupo, el 3 y el 4 se refieren a los grupos qumicos especficos que intervienen en la reaccin.. Ejem:Regulacin de la actividad enzimticaHomeostasis: eq dinmico del medio interno.1. Modificacin de la [S]2. Modificacin de la [E]3. Adicion covalente4. Regulacin alosterica5. Activacin por proteolisis (zimgeno)6. Cambios en el pH7. Cambios en la temperaturaModificacin de la [S] Es la menos compleja. Ocurre al o la [S] Bajas [S] es indicador de disminucin de la actividad enzimtica Fig sup: velocidad de rx enzimatica a 6 diferentes [S]Modificacin de la [E] Es mas compleja: requiere la sntesis de novo de enzimas (induccin enzimtica) La sntesis proteica requiere tiempo y mucha energa Cuando la [S] aumenta por encima de ciertos valores y si aparecen nuevos sustratos (antes ausentes) se deben sintetizar nuevas enzimas. La induccin enzimtica es estimulada por hormonas (larga duracin) Represin enzimtica: disminucin de la sntesis de enzimas** de acuerdo a las necesidades celulares

Regulacin enzimtica Mantenimiento de un estado ordenado Conservacin de energa Respuesta a las variaciones ambientales El control se realiza por:1. Control gentico 2. Modificacin covalente 3. Regulacin alostrica 4. Activacin de zimgenos Control gentico Induccin enzimtica Represin enzimtica

INHIBICIN ENZIMATICA Medio importante para regular las rutas metablicas Tx clnicos se fundamentan en la inhibicin enzimtica Permite disear tcnicas bioqumicas

24Aminocidos y Protenas26Aminocidos y Protenas25Aminocidos y ProtenasAdicin covalente la actividad enz puede o por a adicin covalente de un grupo qumico a la enzima Es transitoria y reversible Con mayor frecuencia: g. fosfatos, g. metilo y la adenosina Adicin o remocin de g. qq funcionan como mxs de control

Elementos de la Enzima no fosforilada es Enzima fosforilada es reaccin inactiva activa Regulacin alosterica Las enz reguladas por alosterismo existen en dos estados:1. T o tenso2. L o laxoHay 2 tipos de reguladores alostericos:1. Efectores o activadores alostericos2. Inhibidores alostericos Ciertas sust se unen en sitios diferentes del sitio activo (sitio alosterico) Ejm: ATP, NADH, citrato, etc.Clases de inhibidores Inhibicin reversible:1. Competitivos2. Acompetitivos3. No competitivos Inhibicin Irreversible: venenos enzimticosInhibidores competitivos Se unen de forma reversible a la enzima libre para formar complejo EI El S y el I compiten por el mismo lugar en la enzima La actividad de la enzima El efecto puede invertirse: la [ S ] Reducen la afinidad de la enzima por el S Tienen una estructura semejante al S30Aminocidos y ProtenasInhibidores competitivo Succinato deshidrogenasa

Inhibidores acompetitivos Se unen al complejo ES La adicin de mas S a la rx= a la velocidad de rx Se observa en las rxs en las que se unen mas de un sustrato32Aminocidos y ProtenasInhibidores No competitivos Se unen tanto a la E como al complejo ES Se unen a un sitio diferente del lugar activo de la E Modificacin de la conformacin de la E (impide la formacin del producto) No afectan a la unin del sustrato Se invierte parcialmente= la [ S ]Inhibicin no competitiva

34Aminocidos y Protenas

37Aminocidos y ProtenasInhibicin irreversible Se unen covalentemente a la enzima Inhibicin con metales pesados como Hg y Pb Anemia por envenenamiento por Pb: unin del Pb a los grupos SH de la ferroquelatasa (insercin de Fe+2 en el hemo)35Aminocidos y ProtenasInhibicin irreversible

36Aminocidos y ProtenasModo de accin de las enzimas: conceptos importantes Energa libre de Gibbs (G): cantidad de energia capaz de realizar un trabajo durante una reaccion a T` y P` cte. Energa de activacin (Ea): barrera energtica por encima de la cual una molcula de un producto intermedio debe pasar para que se lleve a cabo una reaccin. Estado de transicin: es un estado que posee mayor cantidad de E libre que los reactantes y que los productos.Perfil energtico de una reaccin espontneaPerfil energtico de una reaccin catalizada

La accion de los catalizadores consiste en disminuir la Ea Las enzimas disminuyen la Ea aun mas que los catalizadores inorganicos. El aumento en la velocidad de rx se debe a que las enzimas favorecen la interaccion de los reactantes Para que una reaccin qumica tenga lugar, las molculas de los reactantes deben chocar con una energa y una orientacin adecuadas La actuacin de la enzima permite:1. que los sustratos se unan a su centro activo con una orientacin ptima para que la reaccin se produzca.2. modifica las propiedades qumicas del sustrato unido a su centro activo, debilitando los enlaces existentes y facilitando la formacin de otros nuevosSitio o centro activo de una enzima Lugar de la estructura proteica donde se da la interaccion con el sustrato (3 lugares). Es una estructura dinamica y transitoria. Hay dos modelos sobre la forma en que el sustrato se une al centro activo de la enzima:1. Modelo llave cerradura2. Modelo del ajuste inducidoModelo llave cerradura Propuesto por el bioqq alemn E. Fisher 1884 Plantea una interaccin relativamente rgida entre los 2 componentes. La enzima permanece sin transformaciones estructurales ni funcionales Supone que la estructura del sustrato y la del sitio activo son complementariasModelo del ajuste inducido Propuesto por D. Koschland en 1958 La enzima sufre un cambio conformacional (al interactuar con el S) que permite una relacin mas estrecha entre ambos Es el mas aceptado actualmente Cuando se logra la interaccin E-S en por lo menos 3 puntos se ve favorecida la rx La E y el S sufren cambios conformacionales Al final de la rx la E recupera su estructura original

Cintica enzimtica

Cinetica enzimaticaEstudio cuantitativo de la catlisis enzimtica parte de la bioqq que se encarga de estudiar las velocidades de rx de las enzimas y como estas se modifican al variar ciertas condicionesVelocidad de reaccin: cambio en la concentracin de sustratos o productos por unidad de tiempo.Cintica enzimtica Los principios generales de las reacciones qumicas se aplican tambin a las reacciones enzimticas En una reaccin de orden cero, la velocidad de formacin del producto es independiente de la concentracin de sustrato. En una reaccin de primer orden la velocidad de formacin de los productos es directamente proporcional a la concentracin del sustrato. Una reaccin de segundo orden es aquella en la que la velocidad de formacin del producto depende:1. de la concentracin de dos sustratos (como en una reaccin de condensacin)2. del cuadrado de la concentracin de un nico sustrato (reaccin de dimerizacin) Cinetica enzimatica Las enzimas son catalizadores biolgicos , Cintica enzimtica:. Teora general de la accin enzimtica: la E se combina con su S para formar el complejo E-S (unin reversible) luego este se rompe: por un lado se libera la E y por el otro se origina el ProductoFactor limitante

Enzimas alostricas Son protenas con varias subunidades Su actividad es afectada por molculas efectoras que se unen a otros lugares alostricos o reguladores Catalizan pasos reguladores claves de las rutas bioqumicas Representacin de la velocidad de rx son sigmoideas 46Aminocidos y Protenas

Catlisis Efectos de proximidad y tensin Efectos electrostticos Catlisis acidobsica Catlisis covalente La actividad optima de la enzima depende de: Temperatura pH Presencia de cofactores [ S ] [ E ]47Aminocidos y Protenas

Tarea: Sistema buffer bicarbonato en la respiracion y torrente sanguineo