BIOCATALISISBIOCATALISIS

JUAN AQUINO PUMAJUAN AQUINO PUMA

OBJETIVOSOBJETIVOS1. Define que es una enzima describiendo sus

propiedades y su mecanismo de acción

2. Enumera las clases de enzimas e indica el tipo de reacción que cada una de ellas cataliza.

3. Construye e interpreta gráficas que relacionen el efecto de la (S) sobre la Vi de una reacción catalizada por una enzima.

4. Indica los mecanismos mediante los cuales la temperatura, el pH y la concentración de la enzima afectan la velocidad de una reacción enzimática

5. Describe la importancia y uso de enzimas en clínica.

DEFINICIONDEFINICION

Las enzimas son proteínas que aceleran la velocidad de las reacciones químicas que ocurren en los seres vivo

IMPORTANCIA BIOMEDICAIMPORTANCIA BIOMEDICA

La determinación de enzimas en los líquidos biológicos ayuda en el diagnostico de muchas enfermedades ya que muchas de las enzimas tienen especificidad por unos pocos órganos.

CREATINO KINASA (MB)

TRANSAMINASA GLUTAMICO OXALACETICA (TGO)

LACTATO DESHIDROGENASA (LDH)

INFARTO AL MIOCARDIO

GAMMA GLUTAMIL TRANSPEPTIDASA

TRANSAMINASA GLUTAMICO PIRUVICA (TGP)

ENFERMEDADES HEPATICAS

AMILASA PANCREATICA

PANCREATITIS AGUDA

FOSFATASA ACIDA

PROSTATITIS, CANCER PROSTATA

FOSFATASA ALCALINAVARIOS TRASTORNOS OSEOS

ENFERMEDADES HEPÁTICAS OBSTRUCTIVAS

CERULOPLASMINA

ENFERMEDAD HEPATOCELUAR (ENFERMEDAD DE WILSON)

TERMINOSTERMINOSAPOENZIMA.- Parte estrictamente

proteica de la enzima.

COFACTOR.- Parte NO PROTEICA, tipos:

• Iones metálicos.- Fe++, Fe+++, Cu+, Mg++, Zn++, K+, Ni++, Mo, etc.

• Coenzima.- Union laxa a la enzima, (NAD) y (NADP)

• Grupo prostético.- Union fuertea la enzima (FAD).

HOLOENZIMA.- Es la unión de la apoenzima mas el cofactor

SUSTRATO (S).- Compuesto sobre la cual actúa la enzima y lo transforma en un producto

PRODUCTO (P).- Es el resultado de la acción de la enzima sobre el sustrato

ACTIVADOR.- Compuesto que aumenta la actividad enzimatica

INHIBIDOR (I).- Sustancia que deprime o anula su actividad.

G

+

SITIO ACTIVO

COFACTOR

CS

APOENZIMAI

• ZIMOGENO O PROENZIMA.- Enzimas se sintetizan como precursores inactivos, siendo necesario un cambio en su estructura para manifestar su actividad catalítica. Son ejemplos de zimógenos el pepsinógeno, tripsinogeno, quimotripsinogeno, procarboxipeptidasa, proelastasa, etc. En el caso del pepsinógeno se convierte a la forma activa, pepsina

• ISOENZIMA.- Son enzimas que catalizan la misma reacción, ya que existen en formas moleculares múltiples en un mismo organismo o incluso en una misma célula. Estas pueden ser separadas por electroforesis lo que indica que difieren en su pI. También se les denomina como isozimas.

••

CREATINO FOSFOQUINASA (CPK) CREATINO FOSFOQUINASA (CPK)

B

M

B

M

M B

(CPK1)

(CPK2)

(CPK3)

cerebro

músculo esquelético

músculo cardiaco

LACTATO DESHIDROGENASA (LDH) LACTATO DESHIDROGENASA (LDH)

H

M

(LDH1)

(LDH2)

(LDH3)

HHH

HHH

MMHH

MMMH

MMMM

(LDH4)

(LDH5)

músculo cárdiaco

músculo cárdiaco

cerebro, riñon

músculo esquelético

músculo esquelético, hígado

MECANISMO DE ACCIÓNMECANISMO DE ACCIÓN

+

SITIO ACTIVO

COFACTOR

CS PP+

E + ES ES + P

ENZIMA

Mecanismo de acción de una enzima

C

ENZIMA

C

ENZIMA

S

CARCATERISTICASCARCATERISTICASa) Elevada especificidad ya que reconocen un solo sustrato o

en algunos pocos casos tienen algunos sustratos que son estructuralmente semejantes.

b) Son catalizadores muy poderosos y eficientes en pequeñas cantidades, es decir que para transformar grandes cantidades de sustrato se requieren pequeñas cantidades de enzima. Un millón de veces.

c) No se consumen ni se degradan en el curso de las reacciones que catalizan ya que al transformar un sustrato inmediatamente pueden actuar sobre otros sustratos y la enzima permanece químicamente inalterada.

d) No modifican la constante de equilibrio (Keq) de las reacciones que catalizan. Las reacciones químicas tienen una constante de equilibrio que les es característica.

e) Disminuyen la energía de activación de las reacciones. La cantidad de energía que deben tener las moléculas para poder activarse se reduce notablemente cuando en el medio esta presente la enzima.

NOMENCLATURA Y CLASIFICACIÓN DE LAS ENZIMASNOMENCLATURA Y CLASIFICACIÓN DE LAS ENZIMAS

Comisión de Enzimas de la Unión Internacional de Bioquímica (UIB),

denominada etanol: NAD oxidorreductasa

denominada L-aspartato: 2-oxoglutarato aminotransferasa

CH3 CH2OH + NAD+CH3 CHO NADH + H++

CH COOHNH2

CH2 COOH

CO COOH

CH2 CH2 COOH+

CO COOH

CH2 COOH

CH COOH

CH2 CH2 COOH

NH2+

CLASIFICACIONCLASIFICACION

• CLASE I : OXIDORREDUCTASAS.- Catalizan diversos tipos de reacciones de oxidorreducción

Incluyen a las deshidrogenasas y oxidasas

A

B

H

B

A

H

CLASE II : TRANSFERASAS, Que catalizan reacciones de transferencia

incluyen las quinasas, mutasas, transaldolasas, transcetolasas, transaminasas y fosforilasas

• CLASE III : HIDROLASAS.- Enzimas que catalizan reacciones de ruptura, con agua

incluyen las fosfatasas y proteasas

H2O +OH

H

• CLASE IV : LIASAS.- Catalizan reacciones de ruptura de enlaces C-O, C-C, C-N y otros, pero por medios diferentes a la hidrólisis y oxidación

• incluyen a las descarboxilasas

NH2

CLASE V : ISOMERASAS.- Catalizan reacciones de isomerización

incluyen las epimerasas, racemasas

Glucosa Galactosa

• CLASE VI : LIGASAS.- Catalizan reacciones de condensación de dos moléculas, acoplado a la hidrólisis del ATP o de otro compuesto rico en energía.

• Incluyen las sintetasas y tioquinasas

+ATP + ADP + Pi

CINÉTICA ENZIMATICACINÉTICA ENZIMATICA

En la práctica resulta muy difícil estimar la cantidad de una enzima determinada, ya que en la mayoría de los casos, la enzima a cuantificar se encuentra en una mezcla compleja de diferentes proteínas; de otro lado las cantidades en que se encuentran las enzimas son generalmente muy pequeñas para ser fácilmente cuantificadas

la actividad de una enzima es directamente proporcional a su concentración

se puede estimar la actividad de una enzima por la cantidad de sustrato consumido ( o producto formado) por unidad de tiempo

S P

12 0

S P

93

E 1 min

3/min3/min

unidades internacionales (UI) de unidades internacionales (UI) de actividad enzimáticaactividad enzimática

número de micromoles de sustrato transformado por minuto bajo las condiciones definidas de medida

U = umol / min

katal .- moles de sustrato transformados por segundo (mol/seg)

Velocidad de reacciónVelocidad de reacción

E S+ ES E P+

Condiciones de velocidad inicialCondiciones de velocidad inicial

Pocos minutosPocos minutos

FACTORES QUE AFECTAN LA ACTIVIDAD DE LAS FACTORES QUE AFECTAN LA ACTIVIDAD DE LAS ENZIMASENZIMAS

pH

pH

vi

7.06.0 8.0

Efecto del pH sobre la actividad de la ureasa

Temperatura

T (ºC)

vi

37

Efecto de la Temperatura sobre la velocidad de reacción enzimática

Concentracion de la enzima

E

vi

Efecto de la concentración de la enzima sobre la velocidad de reacción enzimática

Concentracion del sustrato

E S+ ES E P+K1

K2

K3

K4

(1)

Michaelis-Menten

(7) =S

Km + SVi

Vmax .

Vmax

Vmax2

Km S

vi

a

b

c

Efecto de la concentración de sustrato sobre la velocodad de reacción enzimática

Km como la concentración de sustrato con la cual se alcanza la mitad de la velocidad máxima

Km es una medida de la afinidad de la enzima por el sustrato

Valores de Km para los sustratos de la Hexoquinasa

HEXOSA Km (M)

Galactosa 1.0 x 10-1

Fructosa 1.6 x 10-3

Glucosa 8.0 x 10-6

Manosa 3.0 x 10-6

Ploteo de Lineweaver- BurkPloteo de Lineweaver- Burk

(8) =Km

+SVi Vmax

1

Vmax .

11

1/ S

1/vi

1/Vmax

-1/ Km

Ploteo de Lineweaver-Burk

ENZIMAS ALOSTERICASENZIMAS ALOSTERICAS

están constituidos por 2 ó más subunidades (proteínas multiméricas) y tienen además del sitio destinado a unirse al sustrato, otro (u otros) denominado sitio alostérico

Las enzimas alostéricas catalizan reacciones estratégicas en las vías metabólicas

SITIO ACTIVO

SITIO ALOSTÉRICO

CINETICACINETICA

Vmax

Vmax2

Ks S

vi

a

b

c