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ENZIMAS Las enzimas son proteínas

Actúan como catalizadores de las reacciones químicas necesarias para la supervivencia celular

Sin las enzimas los procesos biológicos serían tan lentos que las células no podrían existir.

Las enzimas pueden actuar dentro de la célula , fuera de ésta, y en el tubo de ensayo.

• Que es un catalizador??? Es una sustancia que acelera la velocidad de la reacción

conservándose inalterada al final de la reacción

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ENZIMAS: Energía de activación Un catalizador reduce la energía de activación, con lo que aumenta la fracción de moléculas que tienen la energía suficiente para alcanzar un estado de transición y promueve que la reacción ocurra mas rápido.

Cualquier agente capaz de lesionar la estructura de una proteína, afectará la actividad de la enzima.

Los siguientes hechos:

Especificidad de la reacción enzimática

Carácter heterogéneo de la catálisis enzimática

Nos llevan a postular la existencia de un Centro Activo en la molécula de enzima, capaz de:

Fijar específicamente al substrato

Transformarlo catalíticamente.

Enzima

Sitio activo

Sustrato

ENZIMAS: Caracteríticas

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ENZIMAS: Caracteríticas

Sensibilidad a la Temperatura

Las enzimas, presentan una temperatura óptima de acción, a la cual manifiestan su máxima actividad.

•La temperatura óptima para la acción de una enzima, tiene que ver con las condiciones en que ella debe actuar normalmente en el organismo al cual pertenecen.

Sensibilidad al pH

ENZIMAS: Nomenclatura

Las enzimas se nombran con el sufijo –asa, precedido de un prefijo que indica el tipo de reacción que cataliza, y en caso particular, el nombre del sustrato sobre el que actúa.

Ejemplo:

Sustrato= maleato

Reacción= isomerización cis-trans

Nombre= maleato cis-trans isomerasa

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ENZIMAS: Sitio activo

El sitio activo de una enzima (al ser la región que se une al sustrato) contiene los residuos que participan directamente en la producción y ruptura de enlaces.

1. Es de tamaño pequeño, constituido por una región de pocos aminoácidos.

2. Es una entidad tridimensional: algunos aminoácidos interactúan mas frecuentemente que otros con el sustrato debido a la carga o característica de sus grupos funcionales libres de la cadena polipeptidica.

3. La unión E+S se da por numerosos fuerzas débiles.

4. Los sitios activos son hoyos o hendiduras: formación de un complejo muy compacto.

5. Especificidad: un sustrato debe de tener la forma adecuada para introducirse en el centro. Proceso de reconocimiento dinámico.

ENZIMAS: Mecanismo de acción

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ENZIMAS: Clasificación

Las enzimas se clasifican según el tipo de reacción que catalizan.

Clase Tipo de reacción que catalizan Ejemplo

Oxidorreductasas

De óxido reducción (transferencia de e-)

Deshidrogenasas

Peroxidasa Oxidasas

Oxigenasas

Reductasas

Transferasas Transferencia de grupos Kinasas

Transaminasas

Hidrolasas Hidrólisis, con transferencia de grupos funcionales del agua

Pirofosfatasa

Tripsina

Aldolasa

Liasas Lisis de un substrato, generando un doble enlace, o

Adición de un substrato a un doble enlace de un 2o. Substrato (Sintasa)

(Sintasas)

Descarboxilasa pirúvica

Isomerasas Transferencia de grupos en el interior de las moléculas para dar formas isómeras

Mutasas

Epimerasas

Racemasas

Ligasas Formación de enlaces C-C, C-S, C-O y C-N.

Mediante reacciones de condensación, acopladas a

la ruptura del ATP

Sintetasas

ENZIMAS: Clasificación

No. Clase Tipo de reacción que

catalizan

Ejemplo

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Oxidorreductasas

De óxido reducción

(transferencia de e-)

Deshidrogenasas

Peroxidasa Oxidasas

Oxigenasas

Reductasas

Si una molécula se reduce, tiene que haber otra que se oxide

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ENZIMAS: Clasificación

No

.

Clase Tipo de reacción

que catalizan

Ejemplo

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Transferasas

Transferencia de

grupos

Kinasas

Transaminasas

•grupos aldehídos

•gupos acilos

•grupos glucosilos

•grupos fosfatos (kinasas)

ENZIMAS: Clasificación

No

.

Clase Tipo de reacción que

catalizan

Ejemplo

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Hidrolasas

Hidrólisis, con transferencia

de grupos funcionales del

agua

Pirofosfatasa

Tripsina

Aldolasa

Transforman polímeros en monómeros.

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ENZIMAS: Clasificación

No

.

Clase Tipo de reacción que

catalizan

Ejemplo

4 Liasas Lisis de un substrato,

generando un doble enlace, o

Adición de un substrato a un

doble enlace de un 2o. substrato

(Sintasas)

Descarboxilasa

pirúvica

•Entre C y C

•Entre C y O

•Entre C y N

ENZIMAS: Clasificación

No. Clase Tipo de reacción que

catalizan

Ejemplo

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Isomerasas

Transferencia de grupos en el

interior de las moléculas para

dar formas isómeras

Mutasas

Epimerasas

Racemasas

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ENZIMAS: Clasificación

No.

Clase Tipo de reacción que catalizan

Ejemplo

6 Ligasas Formación de enlaces C-C, C-S,

C-O y C-N. Mediante reacciones

de condensación, acopladas a la

ruptura del ATP

Sintetasas

•Entre C y O

•Entre C y S

•Entre C y N

•Entre C y C

ENZIMAS: Coenzima • Las coenzimas son pequeñas moléculas orgánicas, que se unen a

la enzima.

• Las coenzimas colaboran en la reacción enzimática recibiendo transitoriamente algún grupo químico: H+ , OH, CH3 .

• El coenzima, puede ser un ion o una molécula orgánica de baja masa molecular.

• Cuando la coenzima no puede ser sintetizada por el organismo, debe ingerirse en pequeñas cantidades y se denomina Vitamina.

• La enzima sin la coenzima recibe el nombre de APOENZIMA

Sustrato oxidado

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ENZIMAS: Isoenzimas

• Son formas moleculares diferentes de una misma enzima

• Catalizan la misma reacción

• Ejemplo: Lactato deshidrogenasa

• Lactato + NAD ==== Piruvato + NADH

• M4, M3H1, M2H2, M1H3 y H4

• Se diferencian por su movilidad electroforética

• Usadas en clínica: sueros normales y sueros con alguna patología

ENZIMAS: Isoenzimas Lactato deshidrogeneasa (LDH) Los niveles séricos aumentados de LDH se observan en muchas circunstancias como ser anemias megaloblásticas, infarto de miocardio y pulmonar, etc. El gran número de situaciones que aumenta la actividad de LDH hace relativa su utilidad diagnóstica.

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ENZIMAS: Isoenzimas

Otro ejemplo: -Glucoquinasa y hexoquinasa

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ENZIMAS: CINETICA

Estudia la velocidad de las reacciones catalizadas enzimáticamente Los principios generales de las reacciones químicas se aplican también a las reacciones enzimáticas

Factores que afectan la velocidad de una reacción enzimática

1. Concentración de Enzima 2. Concentración de sustrato 3. pH 4. Temperatura

ENZIMAS: CINETICA

Estudia la velocidad de las reacciones catalizadas enzimáticamente Los principios generales de las reacciones químicas se aplican también a las reacciones enzimáticas

Factores que afectan la velocidad de una reacción enzimática

1. pH 2. Temperatura 3. Concentración de Enzima 4. Concentración de sustrato

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ENZIMAS: CINETICA

1. ph

2. Temperatura

El sitio activo de la enzima esta compuesto de grupos ionizables que deben estar en la forma iónica adecuada para mantener la conformación, unir los sustratos o catalizar la reacción.

A medida que aumenta la temperatura por lo general aumenta la actividad catalitica dentro del margen de estabilidad de la enzima

3. Concentración de Enzima

ENZIMAS: CINETICA

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4. Concentración de sustrato

ENZIMAS: CINETICA

ENZIMAS: Modelo Cinético de Michaelis - Menten

La velocidad V indica el número de reacciones por segundo que son catalizadas por una enzima. Con concentraciones crecientes de sustrato [S], la enzima va acercándose asintóticamente su velocidad máxima Vmax, pero nunca la alcanza. Entonces, aunque la concentración de sustrato a Vmax no puede ser medida exactamente, las enzimas pueden ser caracterizadas por la concentración de sustrato a la cual la velocidad de reacción es la mitad de la velocidad máxima.

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Esta concentración de sustrato se conoce como constante de Michaelis-Menten (KM). Esta constante representa la constante de disociación (la afinidad del complejo enzima-sustrato (ES) por el sustrato). Esta relacionada de manera inversa con la afinidad de la enzima por el sustrato. Cuanto mayor sea el KM menor será la afinidad de la enzima por el sustrato

ENZIMAS: Modelo Cinético de Michaelis - Menten

ENZIMAS: Representación de Lineweaver-Burk

La ecuación de la recta es: y = a * x + b donde: y = 1 Vo x = 1 [S] El valor de Km puede ser hallado a partir de la gráfica de Lineweaver-Burk o del doble reciproco usando la pendiente y la intersección negativa de x.

1 1 1

v

K

V s Vm

mx mx

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ENZIMAS: INHIBICION

INHIBICIÓN ENZIMÁTICA: Reducción total o parcial de la actividad catalítica de una enzima por unión de moléculas diferentes del sustrato. Estas moléculas recien el nombre de inhibidores.

ENZIMAS: INHIBICION

CLASIFICACIÓN: INHIBIDORES IRREVERSIBLES

COMPETITIVO

NO COMPETITIVO

INHIBIDORES REVERSIBLES

INHIBIDORES IRREVERSIBLES Cambian de manera permanente a la enzima deteriorando su

actividad catalítica. Dentro de ellos están los inhibidores suicidas.

Ej: organofosforados

E + I E’

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ENZIMAS: INHIBICION

INHIBIDORES REVERSIBLES Establece un equilibrio con la enzima libre, con el complejo

enzima-substrato o con ambos

E + I EI

ES + I ESI

Inhibición Competitiva El inhibidor se fija al centro activo de la enzima libre, IMPIDIENDO LA FIJACIÓN DEL SUSTRATO

Inhibición No Competitiva El inhibidor se fija a la enzima independientemente de que lo haga o no el substrato; el inhibidor, por tanto, NO IMPIDE LA FIJACIÓN DEL SUSTRATO a la enzima, pero sí impide la acción catalítica

ENZIMAS: INHIBICION

Inhibición Competitiva

E ES

EI

I

S

E + P

Características: - Las fijaciones de substrato e inhibidor son mutuamente exclusivas - A muy altas concentraciones de substrato desaparece la inhibición - Por lo general, el inhibidor competitivo es un análogo químico del substrato. - El inhibidor es tan específico como el substrato

Se define una constante de equilibrio de disociación del inhibidor:

Ki = [E] [I]

[EI]

El inhibidor se fija al centro activo de la enzima libre, IMPIDIENDO LA FIJACIÓN DEL SUSTRATO

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ENZIMAS: INHIBICION

Inhibición Competitiva

COO-

CH2

CH2

COO-

FAD FADH2COO-

CH

CH

COO-

Succinato Fumarato

SDH

Succinato deshidrogenasa

COO-

CH2

COO-

Malonato

COO-

C O

CH2

COO-

Oxalacetato

Inhibidores competitivos

ENZIMAS: INHIBICION

Inhibición No Competitiva

El inhibidor se fija a la enzima independientemente de que lo haga o no el substrato; el inhibidor, por tanto, NO IMPIDE LA FIJACIÓN DEL SUSTRATO a la enzima, pero sí impide la acción catalítica

E ES

EI

I

S

E + P

I

ESI

S

El inhibidor se fija indistintamente a la enzima libre E y al complejo enzima-substrato ES; ni el complejo EI ni el complejo ESI son

productivos

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ENZIMAS: INHIBICION

Inhibición No Competitiva

Se unen a la enzima en un lugar de la molécula diferente del sitio activo y disminuyen a velocidad máxima sin modificar el Km

E+S ES E+P

+ +

I I

EI + S ESI

ENZIMAS: INHIBICION

Inhibición No Competitiva

El agente quelante EDTA se une reversiblemente al Mg2+ y a otros

cationes divalentes, e inhibe así de modo no competitivo a algunas

enzimas que precisan esos iones para su actividad.

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ENZIMAS: INHIBICION

ENZIMAS: MODULACION ALOSTÉRICA

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ENZIMAS: MODULACION ALOSTÉRICA

ENZIMAS: MODULACION ALOSTÉRICA

Enzimas alostéricas: Pueden ser moduladas (inhibidas o estimuladas). Presentan un cinética distinta a la michaeliana. La misma puede ser modificada por la presencia de moduladores alostéricos

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REGULACIÓN ENZIMÁTICA

• Los seres vivos han generado mecanismos para regular las rutas bioquímicas.

• La regulación es esencial por las siguientes razones:

Mantenimiento de un estado ordenado no hay desperdicio de

recursos.

Conservación de la energía utilización de la En suficiente en las

células, para consumir los nutrientes según sus necesidades

energéticas.

Respuesta a variaciones ambientales son los ajustes rápidos que

deben realizar las células (pH, [S], T°C), por su capacidad de aumentar

o disminuir la velocidad de las reacciones específicas.

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REGULACIÓN ENZIMÁTICA

ENZIMAS: REGULACION ALOSTÉRICA

• Tanto la inhibición como la activación son reversibles • El agente modificador actúa uniéndose a la E en un sitio

diferente al sitio catalítico

• Procesos a nivel celular; regulación de ajuste fino de la actividad enzimática.

• Pueden ser moduladas (inhibidas o estimuladas).

modificación enzimática inmediata o minutos

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REGULACIÓN COVALENTE

modificación enzimática inmediata o minutos

Adición o remoción de grupos fosfato sobre residuos de Serina,

Treonina o Tirosina específicos de la enzima.

Quinasas de proteínas familia de enzimas que catalizan reacciones

de fosforilación utilizan como dador del grupo fosfato al ATP.

Fosfatasas de proteínas separan los grupos fosfatos de las enzimas

fosforiladas

QUINASA DE PROTEÍNAS

ATP ADP

ENZIMA

OH

ENZIMA

OPO3=

HPO4= H2O

FOSFATASA DE PROTEÍNAS

Algunas modificaciones son reversibles y otras no.

REGULACIÓN COVALENTE

Suele haber fenómenos de modificación covalente de enzimas en la

respuesta celular a señales químicas:

1. Neurotransmisores

2. Hormonas

3. Factores de crecimiento

4. Estímulos morfogenéticos y de diferenciación

5. Muerte celular programada (apoptosis)

6. Estímulos antigénicos

7. Luz y otros agentes físico-químicos

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REGULACIÓN POR PROTEÓLISIS

REGULACIÓN GÉNICA

modificación enzimática en horas o días

INDUCCIÓN síntesis enzimática aumentada

REPRESIÓN síntesis enzimática disminuida

CONSECUENCIA cambios en la población total de sitios activos.

Una enzima puede responder a más de un tipo de regulación