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