UNMSM

FACULTAD DE MEDICINA

EAP Tecnologa Mdica

rea Radiologa

Dpto Ciencias Dinmicas

Curso Bioqumica

Tema Enzimas

Prof Q.F. Rubn Valdivieso I

01 Septiembre 2015

ENZIMAS

Propiedades

Clasificacin

Cintica enzimtica

Factores enzimticos

Enzimas de inters clnico

Prof: Rubn Valdivieso I

Lima, 01 de Septiembre 2015

Enzima

Concepto

Son protenas especializadas que tienen por

funcin de acelerar reacciones qumicas a nivel

celular. Biocatalizadores.

Las enzimas incrementan la velocidad de reaccin

Actan en pequea cantidad y se recupera.

Enzima

2H2O2 2H2O + O2 v horas

2H2O2 2H2O + O2 v 10+3

2H2O2 2H2O + O2 v 10+4

2H2O2 2H2O + O2 v 10+6

Fe

Hb

Peroxi

Enzima

E + S ES E + P

PROPIEDADES

* Poder cataltico * Actividad puede ser

* Especificidad regulada

* Baja la Energia Act * No sufren modificacin

* No altera Keq permanentes

k1 k2

k3

Energa de activacin

Modelos de interaccin E-S

1.- Modelo Llave-cerradura (Fisher)

Supone que la estructura del sustrato y la

del centro activo son complementarios.

Explica la especificidad E , S.

2.- Modelo de Ajuste inducido (Koshland)

Considera que el sustrato induce a un cambio en la conformacin

de la enzima, la enzima se modifica en contacto con el S

adaptndose a la enzima, buscando la orientacin optima para

formar el complejo E-S

Modelos de interaccin E-S

Modelo del encaje

inducido de Kohsland.

(a) Representacin de la

hexoquinasa en ausencia

de sustrato

(a) En presencia del sustrato,

la enzima sufre cambios en

su conformacin que

aumentan las interacciones

Partes del Sistema Enzimtico E + S ES E + P Sustrato, Enzima ES, Producto Velocidad: Cantidad de sustrato o producto transformado por unidad de tiempo (umol/L)

Clasificacin y Nomenclatura

De acuerdo a la Comisin de Enzimas de la Unin Internacional de Bioqumica, el nombre de cada enzima es identificado por un cdigo numrico , de 4 dgitos que designan la clase, subclase, sub-subclase, y finalmente el nmero de orden de la enzima en una clasificacin internacional. La clasificacin esta basada en el tipo de reaccin catalizada y se especifican 6 clases

Clasificacin Enzimtica 1.- Oxido reductasa: Catalizan reacciones de oxido-

reduccin (H+ , e-)

2.- Transferasas: Transfieren grupos qumicos diferentes al

H (aldehidos, cetos, fosfatos, etc)

3.- Hidrolasas: Reacciones de hidrlisis (esteres, enlace

glucosdico, peptdicos)

4.- Liasas: Catalizan la ruptura o la formacin qumicas,

con la formacin o eliminacin de dobles enlaces

5.- Isomerasa: Desplazan grupos dentro de una molcula

sin variar la frmula general del S.

6.- Ligasa: Catalizan la union de 2 molculas a expensas

de un enlace fosfato de alta energa.

Ejemplos de enzimas

1.- Oxido reductasa: Alcohol deshidrogenasa (EC. 1.1.1.1)

CH3CH2OH + NAD+ CH3CO-H + NADH + H+

etanol acetaldehido

2.- Transferasas: Hexoquinasa (EC. 2.7.1.2)

Glucosa + ATP Glucosa-6P + ADP

3.- Hidrolasas: Carboxipeptidasa A (EC. 3.4.17.1)

aaN aa2.aa1 + H2O aaNaa2 + aa1

Ejemplos de enzimas

4.- Liasas: Piruvato descarboxilasa (EC 4.1.1.1)

-OOC-CO-CH3 + H+ CO2 + HCO-CH3

Piruvato Acetaldehido

5.- Isomerasa: Malato isomerasa (EC 5.2.1.1)

-OOC-C=C-COO- -OOC-C=C-H

H H H COO-

malato fumarato

6.- Ligasa: Piruvato Carboxilasa ( EC 6.4.1.1)

-OOC-CO-CH3 + CO2 + ATP + H2O Piruvato -OOC-CO-CH2-COO

- + ADP + Pi

Oxalacetato

Cintica enzimtica

Es el estudio de las velocidades de las reacciones cinticas.

La capacidad cataltica de las enzimas radica en las propiedades del centro activo, cuya estructura est determinada por la estructura terciaria.

La actividad cataltica de las enzimas es sensible a: pH, T, Fuerza inica, [S], [E] , Inhibidores, moduladores (activadores).

Determinacin de actividad enzimtica

* Unidad de actividad enzimtica (U): es la cantidad de

enzima que cataliza la conversin de un micromol de

sustrato o producto en un minuto a 25 C

* Actividad especfica: indica la pureza relativa de una

preparacin enzimtica (U/ mg protenas)

* Katal (kat): Corresponde a la cantidad de enzima que

cataliza la transformacin de un mol de sustrato por

segundo (1 kat = 6x10-7 U)

Efecto de [S] sobre la Velocidad de Rx

Modelo de Michaelis-Menten (1913)

E + S ES E + P

v = (Vm . [S] ) / ( Km + [S])

Vm

2

Vm

Km So

Vm: Veloc mx

Km: Constante de Michaelis

So: Conc de Sustrato saturante

Grfica de Michaelis-Menten

v

---------------------------------------------------------- Vmax

CINTICA ENZIMTICA

LINEARIZACIN DE LA ECUACIN DE

MICHAELIS - MENTEN

v = Vmx [ S ]

Km + [ S ]

La reciproca de la Ecuacin de MichaelisMenten ser

1 = Km + [ S ] = Km + [ S ]

v Vmx [ S ] Vmx [ S ] Vmx [ S ]

CINTICA ENZIMTICA

LINEARIZACION DE LA ECUACION DE MICHAELIS

MENTEN

1 = Km 1 + 1

v Vmx [ S ] Vmx

ECUACIN DE LINEWEAVER BURK

Grfica de Lineweaver-Burk 1/v = (Km/Vm)x(1/[S]) + 1/Vm

Pendiente de lnea

Ejemplos de Km

Enzima Sustrato Km (mM)

Catalasa H2O2 25

Hexoquinasa Glucosa

Fructosa

0.15

1.5

Anhidrida Carb HCO3- 9

Quimotripsina N-benzoil tirosinamida

N-formil tirosina

N-acetil tirosina

2.5

12

32

A menor Km mayor afinidad del sustrato para con la enzima

Por qu determinar Km?

Establece el valor aprox. de la concentracin de sustrato en la clula.

Identificacin de las isoenzimas

Efectores de la actividad enzimtica

[Sustrato],

[E],

T,

pH.

Cofactores

Inhibidores

Efecto del pH - Temperatura

Efecto de la concentracin de Enzima

Efecto de la concentracin de Enzima

v

[E]

v [E]

Coenzimas - Clases

Muchas enzimas slo funcionan cuando contienen un componente no proteico o cofactor [in metlico, orgnico (coenzima)]

Las coenzimas funcionan como portadoras de grupos qumicos pequeos (acetilo, carboxilo, metilo) o transportan e- o protones.

Holoenzima: protena (apoenzima) + coenzima.

Coenzimas pueden considerarse segundos sustratos

Muchas coenzimas corresponden a derivados de las vitaminas hidrosolubles

1.- Oxido reductasa:

Alcohol deshidrogenasa (EC. 1.1.1.1)

CH3CH2OH CH3CO-H

etanol acetaldehido

Sustrato(s) Productos(s)

C C

C Coenzima participan (acompaa ) a la Enzima

NAD+ NADH + H+

Vitaminas

Sustancias orgnicas complejas requeridas en la dieta en pequeas cantidades, y cuya ausencia origina una enfermedad.

Clasificacin:

Hidrosolubles:

Grupo de Vitamina B: B1, B2, B6, B12, Niacina, Ac Pantotnico, Ac Flico

Vitamina C

Liposoluble:

Vit A, D, E, K

Coenzimas derivadas de vitaminas

Vit Precursora Coenzima Abre Funcin

Tiamina (B1) Pirofosfato de tiamina TPP g Acilo, desc

Riboflavina (B2) Flavin mono nucleotido

Flavin dinucleotido

FMN,

FAD Oxido -

reducin

Ac Nicotinico

(B3 o PP)

Nicotinamida adenin dinucleot

Nicotinamida adenin dinu Fosf

NAD+

NADP+ Oxido-reducc

Ac Pantotnico (B5) Coenzima A (HSCoA) CoASH g Acilo

Piridoxina (B6) Fosfato piridoxal g amin y desc

Biotina (H) Biocitina g carboxilo

Ac Folico (B9) Ac. Tetrahidroflico FH4 Transf monoC

Cobalamina (B12) 5 adenosil cobalamina metil cobalamina

g metilos

g: Grupo

Vitaminas Hidrosolubles

NN

H3C

CH2 N+

S

H3C

CH2 CH2 O P O P O-

O-O-

O O

Tiamina pirofosfato, TPP

N

N

H3C

CH2 N+

S

H3C

CH2 CH2OH

Tiamina (vit. B1)

Coenzima

OO

OHHO

CH2C

HO

HOH

OO

OO

CH2C

HO

HOH

cido Ascrbico

(vit. C)

(reducida)

A cido deshidro ascrbico

(oxidada)

NOH

CH3

HOH2C

CHO

N CH3

HOH2C

CHO

O P

O

O-

O-

Piridoxal (vit. B6)

Piridoxal fosfato

Coenzima

N CH3

HOH2C

CHO

O P

O

O-

O-

N CH3

HOH2C

CH2NH2

O P

O

O-

O-

Piridoxal fosfato Piridoxamina fosfato

OH

H

OH

H

OH

CH2

H

N

N

N

N

NH2

OP

O

O-

OP

O

O-

O

H3C CH3

HO H

CN

CN

HS

O

H

O

H

ADP Pantetena

Coenzima A

Isoenzimas

Diferentes formas moleculares de una enzima que cataliza la misma reaccin.

Ej: Fosfatasa alcalina

Lactato deshidrogenasa (LDH)

* Proteina tetramrica, formada por 2 tipos

de subunidades (M, H), se diferencian en

unos aminocidos.

* 5 isoenzimas ( M4, M3H, M2H2, MH3, H4)

* M (msculo esq, Hgado); H (Corazn)

Importancia de las enzimas

Catalizan cientos de reacciones consecutivas en las rutas metablicas, mediante las cuales se degradan diversos nutrientes, se conserva y transforman la energa qumica y se fabrican las macromolculas biolgicas a partir de precursores sencillos.

En medicina, relacionadas con algunas enfermedades

Enzimas de inters clnico.

En el desarrollo de la biotecnologa, industria qumica, agricultura, preparacin de alimentos (ablandadoras de carne (papaina), proteasas y lipasas (incorporadas a detergentes) degradan protenas y grasa respectiva.

Enzimas alostricas

Son aquellas enzimas que no siguen la cintica de Michelis-Menten, grfica es una sigmoides

Constituidas por ms de una cadena polipeptidica

Contienen 2 centros funcionales distintos: cataltico y regulador.

Poseen efectores que pueden ser: coenzima, sustrato o productos.

Sufren cambios conformacionales.

Enzima alostrica con efectores

El Efector (inhibidor) o modulador alostrico

(activador) son estructuralmente diferente de los sustratos; se fijan en sitios diferentes al centro (sitio) activo.

Generalmente son enzimas reguladoras de las

vas metablicas.

Las enzimas alostricas

Pueden adoptar 2 conformaciones interconvertibles llamadas R (relajada)

y T (tensa). R es la forma ms activa porque se une al sustrato con ms

afinidad. Las formas R y T se encuentran en equilibrio

R T

Inhibicin enzimtica

Tipos:

1.- Irreversibles

2.- Reversibles

1.- Inhibicin Irreversible (Permanente)

Unin del inhibidor de manera irreversible por enlaces covalentes, provocando una modificacin qumica de los grupos ubicados en los centros de fijacin y sitio activo.

Inhibicin irreversible.

Ejemplo: el iodoacetato reconoce grupos SH y OH y envenena la cistena.

2.- Inhibicin Reversible

La unin del inhibidor a la enzima es temporal. Al retirar el inhibidor del medio se recupera la actividad.

Tipos de inhibicin reversible

Competitiva Acompetitiva No competitiva

Inhibicin Competitiva

El I y S compiten por sitio

cataltico.

El I Anlogo o derivado del

sustrato.

El Km esta aumentando

para S.

Vm permanece inalterable

E + S E-S E + P

+

I

KI EI

Inhibicin competitiva

Vm =

Km >

Inhibicin No Competitiva

I se une tanto a la enzima como

al complejo E-S.

Km no se altera (KI = Km ).

Vm vara. Disminuye a medida

que aumenta [I].

I, podra impedir la conformacin

de centro cataltico.

No puede ser superada

aumentando [S].

kS k3

E+S E-S E+P

+ +

I I

EI+S ESI

Ks

Grficas de inhibicin no competitiva

Vm < ; Km =

Inhibicin Acompetitiva

El I slo se une al complejo

E-S.

El I no se une al centro activo

sino en otro sitio.

No se puede superar la

inhibicin aumentando la [S].

Km y Vm es ms pequeo

Ks k3 E + S E-S E + P

+

I

kI

ESI

Inhibicin acompetitiva

Vm < ; Km <

Inhibicin Acompetitiva

1/s

1/v

I

1/Vmax

- 1/Km - 1/Km

1/Vmax

Regulacin de la Actividad Enzimtica

1) Control de la transcripcin. Biosntesis de la enzima.

2) Modificacin covalente

3) Control por retroaccin

4) Enzimas alostricas

5) Activacin mediante ruptura

1.- Control de transcripcin

- Insulina, hormona anablica, induce la sntesis de enzimas Glucoquinasa, fosfofructoquinasas, piruvato quinasa, glucgeno sintetasa.

- Insulina reprime la sntesis de enzimas de la va gluconeognica.

Hormonas estimulan o reprimen la sntesis de enzimas al ejercer control en mecanismos

de expresin del gen.

2. Modificacin Covalente: Fosforilacin /Defosforilacin

3.- Control por Retroaccin

Glucosa + ATP Glucosa-6-P + ADP

Hexoquinasa

A B C D E

A B C

D E F G

K L M N

Sntesis de nucletidos

de purinas y pirimidinas

Retroalimentacin negativa en vas metablicas

Thr a-cetobutirato Ile Treonina

desaminasa

Sntesis de Isoleucina

El producto final de la ruta, Isoleucina, inhibe a la primera enzima de la misma, Treonina desaminasa

Retroalimentacin negativa en vas metablicas

Asp + CP Carbamil aspartato CTP

Sntesis de pirimidinas

ATCasa

El producto final de la va, CTP (citidin trifosfato) inhibe a la primera enzima, Aspartato transcarbamilasa Dicha enzima puede ser activada por ATP.

ATP

+

4.- Enzimas alostricas Contienen 2 centros funcionales distintos: cataltico y regulador.

Poseen efectores que pueden ser: coenzima, sustrato o productos.

Sufren cambios conformacionales temporales

5.- Activacin mediante ruptura proteoltica

Tripsingeno

Tripsina

Proelastasa

Elastasa

Quimotripsingeno

-Quimotripsina

a-Quimotripsina

Procarboxi-

peptidasa

Carboxipeptidasa

Conversin de Zimgenos en formas activas

Enzimas de inters clnico

Enzima Utilidad diagnstica

Aldolasa

Amilasa

Ala aminot

Asp aminot

CK

LDH

Colinesterasa

Fosfatasa ac

Fosfatasa alca

Enf musculares

Pancreatitis aguda, insuficiec renal crnica

Enf hepticas

Infarto mioc, enf hep y muscu.

Transtorno mus, inf miocardio

Inf mioc, enf parenq heptico

Enf pareq hep, intoxicaciones

Carcinoma metasttico de la prstata

Transtornos oseos, hepatopatas.

Marcadores enzimtico para el infarto

BIBLIOGRAFIA

Bioqumica Feduchi

Bioqumica. Thomas M. Devlin. Vol 1

Bioqumica Harper. Robert Murray

Bioqumica. Jan Koolman

Bioqumica para ciencias de la Salud.

Jos A. Lozano Teruel.