Clases de Enzimas
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CONTENIDO
Definición
Estructura
Modos de acción enzimática
Cofactores enzimáticos
Clasificación internacional
Factores que afectan la velocidad de las reacciones enzimáticas
Mecanismos de regulación de la actividad enzimática
ENZIMAS
Prof. Yadidla de Muñoz. UNELLEZ, 2012.
Definición
Las enzimas son moléculas de naturaleza proteica, con especificidad de acción, que catalizan reacciones bioquímicas, termodinámicamente posibles
Naturalezaproteica
Especificidad de acción
La cadena aminoácida de los enzimas está genéticamente codificada y al igual que toda proteína se desnaturaliza
Cada enzima actúa sobre una molécula o grupo de moléculas semejantes y participa en un tipo de reacción química
Poder catalizador
•Intervienen en reacciones energéticamente favorables•Actúan en pequeña cantidad y se recuperan indefinidamente •No modifican el sentido de una reacción, sino que aceleran su consecución•Disminuyen la energía de activación (ΔG±)
Especificidad relativa
La quimotripsina hidroliza enlaces
éster independientemente de la naturaleza aromática o alifática de los grupos adyacentes a este enlace
Ejemplos de especificidad
Especificidad absoluta
HOOC – CH = CH – COO- + NH4+
HOOC – CH2 - CHNH2 - COO- + H +
aspartasa
Algunas enzimas muestran especificidad absoluta, como la aspartasa que cataliza la adición reversible del amoníaco al doble enlace del ácido fumárico, pero no al de otros ácidos insaturados
Fumarato (isómero trans) + amoníaco
L- aspartato + hidrógeno
Poder catalizador
Gráfica que representa la energía de activación (ΔG±) requerida para unareacción química en presencia y ausencia de una enzima
Energía de activación con la enzima
Energía de activación sin la enzima
Estado de transición o cima de la barrera de energía
Curso de la reacciónEn
erg
ía d
e a
cti
vació
n
(ΔG±)
La energía de activación es la energía necesaria para que un
compuesto alcance el estado de transición
Estructura
Las enzimas son proteínas globulares, de tamaños muy variados cuya actividad catalítica viene determinada por su estructura tridimencional.
Centro activo es el lugar de unión entre la enzima y su sustrato,comprende los aminoácidos que hacen contacto directo con elsustrato y un sitio catalítico, directamente implicado en elmecanismo de la reacción.
Sustrato
Centroactivo
Sustrato es la molécula sobre la cual actúa el enzima
Modos de Acción Enzimática
Enzima y sustrato forman un complejo “enzima –sustrato” (E-S) que representa el estado de transición.
El sustrato modificado recibe
el nombre de producto.
Ejemplo de modo de acción enzimática
a) El sustrato (S) de esta reacción enzimática es la sacarosa
b) La enzima (E) se conoce como invertasa
c) La sacarosa se une al centro activo de la invertasa formando el
complejo enzima-sustrato (E-S)
d) Los productos de esta reacción hidrolítica son la glucosa y la
fructosa
a) Sacarosa (S)
b) Invertasa (E)
c) Complejo E-S
d) Productos
Hidrólisis de la molécula de sacarosa
glucosa fructosa
Centro activo
enlace
Modelos de interacción enzima-sustrato
Modelo de Fisher o Teoríade La llave y la Cerradura
Modelo de Koshland-Neet o Teoría del Ajuste Inducido
sustrato
enzima
sustrato
enzima
Complejo enzima-sustrato
Complejo enzima-sustrato
Cofactores enzimáticosIones o moléculas orgánicas no proteicas, termoestables, que participan en las reacciones enzimáticas.
Iones: Fe ²+, Mg²+, Mn²+, Zn²+,Cu²+, K..
Moléculas o coenzimas:Vitaminas, NAD, ATP, FAD…..
Un cofactor enzimático unido covalentemente a su enzima se denomina grupo prostético.
Las enzimas que precisan de ionesmetálicos se llaman metaloenzimas.
Anhidrasa carbónica
Función de los Cofactores
Ión metálico Centro catalítico primario Grupo puente para unir sustrato y enzima,
formando un complejo de coordinación Agente estabilizante de la conformación
catalíticamenteactiva de un enzima
Coenzima
Acepta, transporta y cede átomos o grupos químicos
Apoenzima + Cofactor = Holoenzima
1.Óxidoreductasas
Transferencia de electrones
2.Transferasas
Transferencia de
grupos: acilo
fosfato, aldehidos
3.Hidrolasas
Transformación de polímeros en monómeros
4.Liasas Adición a los dobles enlaces
C=C
C=O
C=N
5.Isomerasas Formación de isomeros 6.Ligasas Formación de enlaces
covalentes con participación del ATP
Clasificación
Factores que afectan la actividad de las
enzimas
Concentración del enzima
Concentración del sustrato
Tiempo
Temperatura
pH
Presencia de inhibidores
.
.
.
Efecto de la concentración de la enzima
Para estudiar el efecto de laconcentración de la enzimasobre su actividad es necesarioexceso de sustrato ycondiciones optimas de pH ytemperatura.
La velocidad de reacciónenzimatica es proporcional a lacantidad de enzima utilizada.
Dos o tres de los puntosexperimentalmentedeterminados, deben coincidircon el punto cero en una líneamás o menos recta.
concentración de la enzima
Velo
cid
ad d
e r
eacció
n
Efecto de la concentración del sustrato
Inicialmente, la velocidad de reacciónes proporcional a la concentración delsustrato. Luego, mayor aumento deconcentración del sustrato, provoca elefecto de saturación de la enzima con susustrato y la velocidad se mantiene máso menos constante.
La velocidad media de una reacciónenzimática, en función de laconcentración del sustrato, se denominaKm o constante de Michaelis-Menten y seexpresa en moles/L.Esta constante permite conocer laafinidad de la enzima por su sustrato.V
elo
cid
ad d
e r
eacció
n
(S) concentración del sustrato
Km = Vmáx
2
Efecto del tiempo
La velocidad de una reacción
enzimática decrece con el tiempodebido a:
Inactivación de la enzima
Agotamiento del sustrato
Acumulación de productos finales
tiempo
Velo
cid
ad d
e r
eacció
n
Efecto de la temperatura
Esta gráfica en forma de campanase interpreta de la siguientemanera:
La velocidad de reacciónenzimática,a bajas temperaturases casi nula.
La velocidad de reacción esfavorecida al incrementar latemperatura.
La mayor velocidad de reacciónse alcanza para la mayoría de lasenzimas, entre 30 y 40°C, yrepresenta su temperatura óptima.
Temperaturas mayor a la óptimadesnaturalizan la enzima.
Velo
cidad d
e r
eacc
ión
temperatura
Efecto del pH
Esta curva permite inferir que:
Existe un pequeño rango de pHpara el cual la velocidad dereacción enzimática es máxima,este valor de pH se denomina pHóptimo.
El pH óptimo de muchasenzimas es cercano a laneutralidad (pH 7).
Valores de pH más bajos o máselevados al óptimo, reducen lavelocidad de reacción enzimática.
Velo
cidad d
e r
eacc
ión
Inhibidores enzimáticos
Son moléculas que disminuyen la actividad enzimática porque se unen al centro activo de la enzima o modifican su estructura.
Existen dos tipos de inhibidores enzimáticos:
1) Reversibles: El complejo enzima - inhibidor (EI) se disocia
E + I EI
2) Irreversibles: El complejo enzima - inhibidor (EI) no se disocia
E + I EI
Enzimas
Proteasa del SIDA
inhibidor
Inhibidores Reversibles
El inhibidor modifica el centroactivo, en consecuencia, el sustrato no puede unirse a laenzima.
Competitivo
No Competitivo
El inhibidor se une al centroactivo de la enzima.
Altas concentraciones de sustrato desplazan al inhibidor
Regulación de la actividad enzimática
Regulación alostérica
Una molécula efectora se une en el sitio alostérico de la proteína (otro sitio que no sea el sitio activo)
Los efectores que aumentan la actividad de la enzima se denominan activadores alostéricos y aquellos que disminuyan dicha actividad se llaman inhibidores alostéricos
Regulación de la actividad enzimática
Activación proteolítica
Algunas enzimas no se sintetizan como tales, sino como proteínasprecursoras sin actividad enzimática. Estas proteínas se llaman proenzimaso zimógenos
Para activarse, los zimógenos sufren un ataque hidrolítico que origina laliberación de uno o varios péptidos
El resto de la molécula proteica adopta la conformación y las propiedadesde la enzima activo
Ej.: quimotripsina, que se sintetiza en forma de quimotripsinógenoy en el tubo digestivo se convierte en su forma biológicamente activa
Regulación de la actividad enzimática
Isozimas
Algunas enzimas tienen distinta estructura molecular aunque su función biológica es similar. Se llaman isozimas o isoenzimas.
Así, podemos observar la existencia de isoenzimas en función de: El tipo de tejido: la enzima lactato deshidrogenasa se presenta
diferente en músculo y corazón.
El compartimento celular donde actúa: como ejemplo, señalamos la malato deshidrogenasa del citoplasma y la mitocondria.
El momento concreto del desarrollo del individuo: algunas enzimas de la glicólisis del feto son diferentes en el adulto.