Enzimas

LAS ENZIMAS

• CONCEPTO

• APOENZIMA Y HOLOENZIMA

• GRUPO PROSTETICO

• CENTRO ACTIVO

1 Las enzimas I agosto 2013 agosto 2013

XENOBIÓTICOS

2 2 agosto 2013

XENOBIÓTICOS

Efecto benéfico

Sin efecto

Tóxico

3 Las enzimas I agosto 2013 agosto 201

TRANSFORMACIÓN

Donde se realiza?

4 Las enzimas I agosto 2013

ENZIMAS - HISTORIA

Catálisis biológica se inicio siglo XIX

Estómago - carne

Saliva - almidón

Década „50

Louis Pasteur – azúcar → alcohol por levedura

catalisada por “fermentos” = enzimas.

Eduard Buchner (1897)

Extratos de levadura fermentan azúcar → alcohol;

Las enzimas funcionan libres de célula?


ENZIMAS - HISTORIA James Sumner (1926) – Aisló y caracterizó la ureasa

– Cristales eran proteínas;

– “todas las enzimas son proteínas”.

John Northrop (década 30) – Cristalizó pepsina y tripsina bovinas;

Década de 50 siglo XX – 75 enzimas, aisladas y cristalizadas;

– evidencia de carácter protéico.

Actualmente, + 3000 enzimas conocidas 6 Las enzimas I agosto 2013

Uso de enzimas


Uso de enzimas

agosto 2013

Biofábricas productoras de

enzimas


LA CÉLULA

Fábrica química más eficiente.

Las moléculas requeridas se producen

de manera precisa.

QUIENES ACTUAN DENTRO DE LA

CÉLULA?

…. LAS ENZIMAS

Las enzimas son proteínas, excepto

las ribozimas.


Funciones biológicas de las enzimas:

Replicación del ADN


AC

GTP

ATP cAMP

GDP

PKA


señalización

ADP

adenosina

Receptor

Beta-adrenergico

epinefrina Adenilato ciclasa



neurotransmisión


Funciones biológicas de las

enzimas: digestión


Funciones biológicas:

Biotransformación de xenobióticos


Enzimas como proteínas

Son termolábiles

Son más eficientes que los catalizadores químicos. ..

Son específicas.

Su regulación es compleja.

Son eficaces en pequeñas cantidades

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.


ENZIMAS – BIOCATALISADORES

H2O2 H2O O2 + Catalasa

S + E P + E


ENZIMAS – BIOCATALISADORES

E + S E S P + E

Sustrato se une centro activo de la enzima


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


Tripsina

Trombina

Enzimas proteolíticas


H2CO C

O

H2CO

R1

C R3

OCH C R2

O

O

O-

fosfolipasa D

fosfolipasa A2

fosfolipasa A1

fosfolipasa C


carbohidratasas


ENZIMAS – ESTRUTURA

RNA

Estrutura Enzimática

Ribozimas

Enlace covalente

Apoenzima o Apoproteína

Grupo Prostético

Holoenzima

Cofactor

Coenzima

Proteína

Puede ser: • íon inorgánico • molécula orgánica


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


COFACTOR

Ión o molécula que participa en el proceso catalítico sin

ser enzima ni sustrato.

Los cofactores participan de dos maneras distintas:

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.


Cofactores de naturaleza vitamínica

1. Hidrosolubles

Vitamina Coenzima

Tiamina (B1) Tiamina pirofosfato

Riboflavina (B2) Flavinas: FAD, FMN

Piridoxal (B6) Piridoxal fosfato

Cobalamina (B12) Coenzimas cobamídicos

Ác. Ascórbico (C) Ac. Ascórbico

Nicotinamida (PP) NAD+, NADP+

Ác. Lipoico Lipoamida

Ác. Fólico Acido tetrahidrofólico

Ác. Pantoténico Coenzima A (CoA)

2. Liposolubles

Naftoquinonas (K) γ-Carboxilación


Cofactores de naturaleza no vitamínica:

Hemo Hemoenzimas, citocromos

Complejos Fe-S Ferredoxinas

Quinonas Tr. electrónico mitocondrial y

fotosintético

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 acil-


ENZIMAS – COFATOR

Algumas enzimas que contienen o necesitan de elementos inorgánicos como cofatores


Un ejemplo de una coenzima:

flavin adenina dinucleotido (FAD)

Glucosa oxidada con FAD


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


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.


Isoenzimas: formas moleculares distintas de una enzima

dentro del mismo organismo

EJEMPLO:

Hexokinasa, presenta al menos, cuatro formas

distintas

- Hepática

- Cerebral

- Muscular

- Eritrocitaria

Las isoenzimas representan formas que tienen que ver

con la diferenciación celular, presentando distintas

características funcionales.


Especificidad de las enzimas, 1

Especificidad :

Enzima:

Fumarato hidratasa

Específica para el

isómero trans- por

un lado y para el

L- por otro.

COO-

CH

CH

COO-

H2O COO-

CH

CH2

COO-

HO

Fumarato(trans-)

L-Malato


Especificidad de las enzimas, 2

Especificidad de grupo:

R CO O R' + H2O R COOH + HO R'

Esterasa

Las carboxilesterasas hidrolizan todo tipo de ésteres,

independientemente de la naturaleza de R o R‟


CENTRO ACTIVO

Contiene los residuos catalíticos

Es una parte pequeña de la enzima

Es tridimensional como cerradura o criba

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

La especificidad de unión depende de la geometría del centro activo


Centro Activo: Lisozima

E35 D52

W108


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.

Modelo aceptado durante mucho tiempo; hoy se considera

insuficiente al no explicar algunos fenómenos de la

inhibición enzimática, por ejemplo

Teorías de la acción enzimática 1


Cómo la enzima se une a su sustrato?

La hipótesis de la llave y la cerradura?


Modelo de Ajuste Inducido (Koshland)

Tanto la enzima como el substrato sufren una alteración

en su estructura por el hecho físico de la unión.

Está mucho más de acuerdo con todos los datos experimen-

tales conocidos hasta el momento.

Teorías de la acción enzimática 2


Modelo del encaje inducido


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.


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


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


Enzimas y catalisadores químicos


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