3ra bioq y nut eap-tm- rad -2015
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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
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ENZIMAS
Propiedades
Clasificacin
Cintica enzimtica
Factores enzimticos
Enzimas de inters clnico
Prof: Rubn Valdivieso I
Lima, 01 de Septiembre 2015
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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.
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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
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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
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Energa de activacin
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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
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Modelos de interaccin E-S
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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
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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)
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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
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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.
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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
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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
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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).
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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)
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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
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Grfica de Michaelis-Menten
v
---------------------------------------------------------- Vmax
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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 ]
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CINTICA ENZIMTICA
LINEARIZACION DE LA ECUACION DE MICHAELIS
MENTEN
1 = Km 1 + 1
v Vmx [ S ] Vmx
ECUACIN DE LINEWEAVER BURK
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Grfica de Lineweaver-Burk 1/v = (Km/Vm)x(1/[S]) + 1/Vm
Pendiente de lnea
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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
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Por qu determinar Km?
Establece el valor aprox. de la concentracin de sustrato en la clula.
Identificacin de las isoenzimas
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Efectores de la actividad enzimtica
[Sustrato],
[E],
T,
pH.
Cofactores
Inhibidores
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Efecto del pH - Temperatura
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Efecto de la concentracin de Enzima
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Efecto de la concentracin de Enzima
v
[E]
v [E]
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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
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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+
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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
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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
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Vitaminas Hidrosolubles
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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)
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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
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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)
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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.
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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.
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Enzima alostrica con efectores
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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.
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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
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Inhibicin enzimtica
Tipos:
1.- Irreversibles
2.- Reversibles
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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.
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2.- Inhibicin Reversible
La unin del inhibidor a la enzima es temporal. Al retirar el inhibidor del medio se recupera la actividad.
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Tipos de inhibicin reversible
Competitiva Acompetitiva No competitiva
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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
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Inhibicin acompetitiva
Vm < ; Km <
-
Inhibicin Acompetitiva
1/s
1/v
I
1/Vmax
- 1/Km - 1/Km
1/Vmax
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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
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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.
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2. Modificacin Covalente: Fosforilacin /Defosforilacin
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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
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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
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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
+
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4.- Enzimas alostricas Contienen 2 centros funcionales distintos: cataltico y regulador.
Poseen efectores que pueden ser: coenzima, sustrato o productos.
Sufren cambios conformacionales temporales
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5.- Activacin mediante ruptura proteoltica
Tripsingeno
Tripsina
Proelastasa
Elastasa
Quimotripsingeno
-Quimotripsina
a-Quimotripsina
Procarboxi-
peptidasa
Carboxipeptidasa
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Conversin de Zimgenos en formas activas
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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.
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Marcadores enzimtico para el infarto
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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.