P. Lezama - UPAO

UNIVERSIDAD PRIVADA ANTENOR ORREGO

FACULTAD DE MEDICINA HUMANABIOQUIMICA

ENZIMOLOGÍA

Pedro Lezamaplezamaa@upao.edu.pebioqupao@.yahoo.com

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ENZIMAS•Definición– Catalizadores biológicos

•Función–Viabilizar la actividad de las células por

su participación en todas las reacciones biológicas

•Naturaleza química: proteínas globulares principalmente, excepto las RIBOZIMAS (RNA con propiedades catalíticas)

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ESTRUCTURA ENZIMATICA

Ribozimas

Estructura básica

RNA

- Nucleotidos- Comp. Vit. B

Apoenzima oApoproteína

Grupo Prostético

Holoenzima

CofactorProteína

Coenzima

AnticuerposAbzimas

Actividad citotóxica(apoptosis)

Granzimas

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Estructura enzimática básicaS

E [ES]P

S

Apoenzima

Cofactor

[ES] P

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Enzima(sacarasa

)

Sitiocatalítico

1

2

3

Sustrato(sacarosa)

Enzima disponible con sitio catalítico vacío

Sustrato se une a la enzima por encaje inducido

Sustrato es convertido a productos

4 Productos son liberados

Glucosa Fructosa

E+S [ES] [EP] P+E

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Diferencia entrela energia libre

de S y P

Camino de la Reacción

Energia de activación con enzimaEn

ergi

aEnergia de activación sin enzima

SP

Modelo de Acción enzimática

Establecer las

diferencias

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MODELOS DE ACCION ENZIMATICA

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Modelo llave-cerradura

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Modelo del encaje (acoplamiento) inducido

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CLASIFICACION DE ENZIMAS1. Oxidoreductasas transferencia de electrones 2. Transferasas reacciones de transferencia de grupo (no agua) 3. Hidrolasas reacciones de hidrólisis (participa agua) 4. Liasas catalizan reacciones reversibles de adición de un grupo funcional a un doble enlace 5. Isomerasas transferencia de grupos dentro de la misma molécula para dar isómeros 6. Ligasas Formación de enlaces C-C, C-S, C-O y C-N por reacciones de condensación acopladas a hidrólisis de ATP

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Factores que afectan la actividad enzimática

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Factores Básicos

1. Temperatura2. pH3. Concentraciones de:

– A. Enzima– B. Sustrato– C. Producto

(retroalimentación negativa)

4. Activadores– Cofactores– Modificaciones

covalentes5. Inhibidores

– Competitivos– No competitivos– Enzimas

alostéricas6. Localización

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Incremento en concentración de S

21 3 4 5 6 7 80

0 2 4 6 8

Sustrato (mmol)

Producto

80

60

40

20

0

S+E↓P

(en un periodo de tiempo

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Concentración constante ES en estado de transición

S P

EES

Tiempo de Reacción

Concentración

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EFECTO DE LA TEMPERATURA

Temperatura óptima para enzima de termófila

Act

ivid

ad

0 20 40 80 100Temperatura (Cº)

Temperatura óptima para dos enzimas

Temperatura óptima para unatípica enzima humana

(Bacteria termo-tolerante)

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Efecto del pH ENZIMA pH

Fosfatasa alcalina 9.5Lipasa pancreática 8.0Quimotripsina 8.0Tripsina 7.9Catalasa 7.6Carboxipeptidasa 7.5Amilasa salival 6.8Fosfatasa ácida 5.0Pepsina 1.5

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CINÉTICA ENZIMÁTICA

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Efecto de Svo

[S]

Vmax

[S]

v

Vmax2

v = Vmax

v = Vmax [S]Km

Km

1

2

3

¿Cuando se alcanza la velocidad máxima?

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Linewever - Burk

Intercepto x

INHIBICION ENZIMATICA

Tipos

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Tipo de inhibidores

COMPETITIVO

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Tipo de inhibidores

NO COMPETITIVO

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INHIBICION

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Km

Inhibición enzimática (Resumen)

I II Competitiva No-competitiva Acompetitiva

Plo

teo

dire

cto

Dob

le R

ecip

roco

Vmax Vmax

Km Km’ [S], mM

vo

[S], mM

vo

I I

Km [S], mM

Vmax

I

Km’

Vmax’Vmax’

Vmax no se alteraKm se incrementa

Vmax disminuyeKm no se altera

Vmax & Km disminuye

I

1/[S]1/Km

1/vo

1/ Vmax

II1/vo

1/ Vmax

1/[S]1/Km 1/[S]1/Km

1/ Vmax

1/vo

= Km’

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ALGUNOS EJEMPLOS DE INHIBIDORES

COMPETITIVA NO COMPETITIVA ACOMPETITIVAAINEsΒ lactámicos (penicilina)Sulfas (~PABA)IECAs (Captopril, enalapril)AlopurinolFluorouracilo

Organofosforados

REVISAR EN LA LITERATURA OTROS EJEMPLOS

PlomoEDTA

REVISAR EN LA LITERATURA OTROS EJEMPLOS

Fen (- a Fosfatasa alcalina intestinal)

REVISAR EN LA LITERATURA OTROS EJEMPLOS

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Angiotensinógeno

Angiotensina I

Angiotensina II

Renina

Enzima convertidorade Angiotensina, ECA

Hipotensión,hipovolemia

Aumento de la presión arterial

IECACaptoprilAnálogo del estado de transicion

Ejemplo de inhibición competitiva

X

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CONTROL Y REGULACION ENZIMATICA

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MECANISMOS DE REGULACIÓN ENZIMÁTICA

• Cantidad de enzima sintetizada por las células

• Degradación por proteasas citosólicas o lisosomales

• Inhibición reversible por productos• Interacción con proteínas

moduladoras

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MECANISMOS DE REGULACIÓN ENZIMÁTICA

• Activación/inhibición alostérica– El modulador alostérico se une a un sitio diferente al activo– La unión del modulador es reversible e implica cambio

conformacional– Generalmente son enzimas multiméricas– Presentan cinética sigmoide

• Modificación covalente– Fosforilación– ADP-ribosilación– Metilación

• Activación proteolítica de proenzimas– Zimógenos– Activación en cascada

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Modificaciones covalentes

Fosforilación (adición de un grupo fosfato) puede activar o inactivar una enzima

Muchos procesos en la célula se controlan mediante la activación y desactivación de las enzimas

Revisar la bilbiografia y plantear ejemplos

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Modulacion de enzimas alostéricas

• Moduladores positivos o activadores: Ej. El sustrato. Estas moléculas se enlazan a una región de la enzima distinta al sitio activo. Estabiliza la forma activa

• Moduladores negativos: se llaman inhibidores alostéricos si actúan en lugares distintos del sitio activo de la enzima. Estabiliza la forma inactiva

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Proenzimas (cimógenos)

Sitio de síntesis

Zimógeno Enzima activa

Estómago

Pepsinógeno Pepsina

Páncreas

Quimotripsinógeno

Quimotripsina

Páncreas

Tripsinógeno Tripsina

Páncreas

Procarboxipeptidasa

Carboxipeptidasa

Páncreas

Proelastasa Elastasa

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ENZIMAS ESPECIALES

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TELOMERASAEsta enzima repara los telómeros de los cromosomas mediante la adición de secuencias TTAGGG

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Ciclo celular normal y el de las células tumorales

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Ribozimas

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Abzimas

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Granzima B

Granzima B

Granzima B y perforina, son proteínas liberadas por células efectoras (LT citotoxicos), pueden inducir apoptosis en células blanco formando poros transmembrana y el clivaje de efectores de caspasas, tal como caspasa-3, aunque la apoptosis puede lograrse independiente de granzima B.

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Granzima A

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APLICACIONES DE LAS ENZIMAS EN LA MEDICINA

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Generalidades• Por su alta especificidad y eficacia catalítica

son muy apreciadas para su aplicación como agentes terapéuticos. Así mismo tienen valor diagnóstico y/o pronóstico, y como reactivos de laboratorio

• Pare ello requieren:– un alto grado de pureza, alta estabilidad a

las condiciones de temperatura y pH fisiológicos

–Baja antigenicidad y accesibilidad al sitio corporal de destino

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APLICACIONES TERAPEUTICAS CONVENCIONALES

ENZIMA ORIGEN FUNCION• Pancreatina páncreas bovino ayuda-digestivo• Pepsina mucosa estomacal porcina ayuda-digestivo• Amilasa Aspergillus sp ayuda-digestivo• Papaina Carica papaya ayuda-digestivo• Celulasa Aspergillus sp ayuda-digestivo• Lipasa páncreas porcino ayuda-digestivo• Bromelina Ananas comosus (piña) antiinflamatorio• Peptidasa Serratia sp. antiinflamatorio• Dextranasa Penicillium funicolosum tratamiento de

caries• Estreptoquinasa Streptococcus sp. agente

trombolítico• Uroquinasa orina agente

trombolítico• Colagenasa Clostridium hystolyticum

tratamiento dequemaduras

cutáneas• Lisozima clara de huevo oftalmología:

potenciador de

antibióticos

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Actuales• Tratamiento de deficiencias metabólicas congénitas:

catalasa, para el tratamiento de acatalasemia; fenilalanina hidroxilasa y fenilalanina amoniaco liasa (Fenilcetonuria), Galactosa, 1- P uridil transferasa (Galactosemia)

• Eliminación de metabolitos tóxicos por malfuncionamiento de órganos: ureasa y uricasa en caso de mal funcionamiento renal (para eliminar urea y ácido úrico); UDP glucoronil transferasa y bilirrubina oxidasa (eliminación de bilirrubina) en casos de ictericia; anhidrasa carbónica y catalasa en intercambio gaseoso de O2 y CO2 en respiradores artificiales

• Eliminación selectiva de nutrientes específicos de células malignas: asparaginasa y glutaminasa en la eliminación de L-asparagina y L-glutamina en el tratamiento de leucemia; carboxipeptidasa; fenilalanina y tirosina en el control del crecimiento de tumores.

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ALGUNAS ENZIMAS CON VALOR DIAGNOSTICO COMPROBADO

NOMBRE ALTERADO EN•Lactato deshidrogenasa (LDH) Isquemia miocárdica,

anemia perniciosa•Glutamato deshidrogenasa (GLDH) Ictericia obstructiva,

Tumores hepáticos•ϒ-Glutamiltransferasa (ϒ GT) Cirrosis alcohólica,

tumores hepáticos•Aspartato aminotransferasa (AST) Enfermedades

hepáticas, isquemia miocardica Glutamato oxalacetato transaminasa (GOT)

•Alanina aminotransferasa (ALT) Enfermedades hepáticas, isquemia miocardica

Glutamato piruvato transaminasa (GPT)•Creatin quinasa (CPK) Isquemia miocárdica,

lesiones del Músculoesquelético

•Lipasa pancreática Pancreatitis aguda•Colinesterasa (CHE) Hígado graso,

intoxicación alcohólica aguda•Fosfatasa alcalina (AP) Ictericia obstructiva,

tumores•Fosfatasa ácida (ACP) Carcinoma de próstata•α-Amilasa Pancreatitis aguda•Fructosa, 1,6 bifosfato aldolasa (ALD) Trastornos musculares•Glutamato descarboxilasa (GAD) Trastornos de páncreas

endocrino

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MARCADORES ENZIMATICOS

• Auxiliares para el diagnóstico de enfermedades agudas o crónicas

• Se puede trabajar en fluidos: suero, plasma, saliva, semen, LCR, orina

• Relaciona la actividad enzimática con alteraciones que afectan órganos

Usar la literatura adecuada e identificar marcadores para: hígado, corazón,

músculo, páncreas (exocrino y endocrino), huesos, próstata, riñón

Revisar: Bioquímica de Hicks (Cap. 7)

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INFARTO AL MIOCARDIOLDHAST(GOT)CK

HEPATITISALT(GPT)AST (GOT) γ GT