enzimas: clase 4 enzimas 2015
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ENZIMAS
• Las enzimas son biocatalizadores biológicos que pueden acelerar la velocidad de una reacción hasta 10 sobre una reacción no catalizada.
• A excepción de los catalizadores no proteicos son las ribosomas.
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ESTRUCTURA DE LAS ENZIMAS
Puede estar formada por:
Una cadena peptídica (estructura terciaria)
Varias cadenas peptídicas:Estructura cuaternaria
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CARACTERÍSTICAS
• La mayoría de las enzimas esta constituida por más de
100 aminoácidos.
•Se recuperan intactas después de la reacción.
•Disminuyen la E de activación
•Alta especificidad
•Se requiere en cantidades mínimas
•Pueden ser regulables
•Pueden ser susceptibles de ser inhibidas
•Modifican la estructura química del sustrato
•No modifican el equilibrio de la Rxdigitalizado por Melilds 8
• La reacción catalizada por una enzima tiene energía de activación más baja, por lo que la velocidad de reacción aumenta.
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Mecanismo de acción ISegún la teoría de colisiones para que una reacción química se produzca, debe ocurrir simultáneamente:
• Que las moléculas reaccionantes colisionen de forma eficaz, es decir, que se encuentren con una orientación óptima.
• Que choquen con una energía suficiente. A esta energía se le denomina energía de activación
choque
Con una de las dos condiciones, ejemplo: No eficaz y energía de activación adecuada
Eficaz y energía de activación adecuada
No hay reacción
Hay reacción
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Para toda reacción química debe cumplirse
• Los sustratos deben colisionar• La colisión molecular debe ser en la orientación adecuada.• Los sustratos deben tener suficiente energía para que se
produzca la reacción (energía de activación)• La energía de activación es la energía expresada en calorías
a una T° determinada, para llevar un mol del reactivo al estado de transición.
• Es la diferencia de energía entre el estado inicial y la transición de la reacción.
• A mayor energía de activación, menor velocidad de la reacción.
• El estado de transición es aquel estado energético de la reacción en el cual todas las moléculas de mol del reactivo tienen la misma probabilidad de experimentar la reacción.
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¿Por qué las enzimas aceleran las reacciones químicas?
Los catalizadores cambian la energía de activación de una determinada reacción, y por lo tanto incrementan la velocidad de la reacción.
Mecanismo de acción IIEn
erg
ía li
bre
de
Gib
bs
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CLASIFICACION Y NOMENCLATURA DE LAS ENZIMAS
Nomenclatura
1) Nombre del sustrato, seguido del sufijo “asa”
ATP + D-glucosa ADP + D-glucosa 6-fosfato
ATP: glucosa a fosfotransferasa(hexoquinasa)
2) Según la Comisión de Nomenclatura de las Enzimas:
EC 2.7.1.1
Clase: Transferasa
Subclase: Fosfotransferasa
Sub-subclase: Grupo hidroxiloComo acepptor
Substratos: D-glucosa como aceptor del
fosfato
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NOMENCLATURA:Número clasificatorio de 4 dígitos (E:C)
Nombre sistematico
Nombre trivial
ATP + D-glucosa - ADP + D-glucosa-fosfato
Numero clasificatorio: E.C.2.7.1.12. Clase: transferasa
7. subclase: fosfotransferasa1. Fosfotransferasa con OH como aceptor
1. D-glucosa como aceptor del fosfato
Número sistemático: ATP: glucosa fosfotransferas
Número trivial: hexoquinasa (sufijo asa)digitalizado por Melilds 19
CLASIFICACION
• En función de su fx catalítica específica las enzimas se clasifican en 6 clases:
Clase 1: OXIDOREDUCTASA
Clase 2: TRANSFERASAS
Clase 3: HIDROLASAS
Clase 4: LIASAS
Clase 5: ISOMERASAS
Clase 6: LIGASAS
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CLASE 1:
Así, por ejemplo, la enzima alcohol deshidrogenasa (EC, 1.1.1.1), es una oxidoreductasa (1), que cataliza la oxidación de etanol (1.1.) a acetaldehído, utilizando NAD+ (1.1.1.) como aceptor de electrones y por lo tanto pertenece al grupo 1, se designa como EC. 1.1.1.1
Si una molécula se reduce, tiene que haber otra que se oxidedigitalizado por Melilds 21
Nomenclatura del subgrupo en oxidorreductasas:
EC 1.1.x - Deshidrogenasas
EC 1.2.x - Oxidasas
EC 1.3.x - Peroxidasas
EC 1.4.x - Oxigenasas
EC 1.5.x - Hidroxilasas
EC 1.6.x - Reductasas
etc.
Clasificación y nomenclatura*
Grupo 1: Oxidorreductasas
Aplicaciones: Ensayos de diagnostico clínico (glucosa oxidasa y colesterol oxidasa
Deslignificación ó Bioblanqueamiento
*no pertenece a la diapositiva de la dra. jodigitalizado por Melilds 22
CLASE 2:(Transferencia de grupos funcionales)
Grupos aldehídos
Gupos acilos
Grupos glucosilos
Grupos fosfatos (kinasas)Succinato Deshidrogenasa
Citocromo c oxidasa.
Ej. glucoquinasa
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• Transfieren grupos funcionales de un donante a un aceptor, estos grupos funcionales pueden ser un carbono, grupos aldehídos o cetónicos, fosfatos, aminos, etc.
a) Aminotransferasas: transfieren grupos aminos de un aminoácido a un alpha ceto ácido.
b) Quinasas: transferencia de un grupo fosforilo del ATP a una molécula sustrato.
c) Glucosiltransferasas: Transferencia de glucosa activada (UDP-Glucosa) a la cadena creciente de glucógeno
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CLASE 3:
Transforman polímeros en monómeros. Actúan sobre:
enlace éster enlace glucosídico enlace peptídico enlace C-N
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CLASE 4:
(Adición a los dobles enlaces)
Entre C y C
Entre C y O
Entre C y N digitalizado por Melilds 29
Ligasas(Formación de enlaces, con aporte de ATP)
Entre C y O
Entre C y S
Entre C y N
Entre C y C
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No. Clase Tipo de reacción que catalizan
Ejemplo
1 Oxidorreductasas De óxido reducción (transferencia de e-)
Deshidrogenasas
Peroxidasa Oxidasas
Oxigenasas
Reductasas
2 Transferasas Transferencia de grupos Kinasas
Transaminasas
3 Hidrolasas Hidrólisis, con transferencia de grupos funcionales del agua
Pirofosfatasa
Tripsina
Aldolasa
4 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
5 Isomerasas Transferencia de grupos en el interior de las moléculas para dar formas isómeras
Mutasas
Epimerasas
Racemasas
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
Enzimas:
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Modelo de llave y cerradura (Fischer) 1894
Modelo de ajuste inducido (koshland) 1958
El modelo llave-cerradura supone que la estructura del sustrato y la del centro activo son complementarias, de la misma forma que una llave encaja en una cerradura. Este modelo es válido en muchos casos, pero no es siempre correcto.
En algunos casos, el centro activo adopta la conformación idónea sólo en presencia del sustrato. La unión del sustrato al centro activo del enzima desencadena un cambio conformacional que da lugar a la formación del producto. Este es el modelo del ajuste inducido (Figura animada de la derecha. Pulsar la opción "Recargar" del navegador para ver la animación). Sería algo así como un cascanueces, que se adapta al contorno de la nuez.digitalizado por Melilds 39
Modelo llave –cerradura
(Fischer 1894)
Modelo del ajuste inducido (Koshland 1958)
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• El sitio activo es el sitio de unión al sustrato a la enzima y donde se lleva a cabo la catálisis
Generalmente las enzimas son de mayor tamaño que sus sustratos
Su conformación es complementaria o se forma complementaria al sustrato
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Centro activo (centro de unión + sitio catalítico)
Unión del sustrato por puentes de hidrógeno, interacciones hidrofóbicas, puentes salinos, incluso enlaces covalentes transitorios
Centro activo
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EN LA MOLECULA DE LA ENZIMA SE DISTINGUEN 4
TIPOS DE aa.
1.RESIDUOS NO ESENCIALES
Pueden eliminarse sin afectar la función de la enzima
2.RESIDUOS ESTRUCTURALES
Esenciales para el mantenimiento de la conformación
3. RESIDUOS DE UNIÓN
Responden por la asociación de la enzima con sustrato
4.RESIDUOS CATALITICOS
Intervienen en la transformación química del sustrato
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GRUPOS CATALITICOS
LAS CADENAS LATERALES DE MUCHOS aa
CONSTITUYEN FACTORES CATALITICOS EN LAS
REACCIONES.
Dichos aminoácidos participan en las reacciones
catalíticas de la enzima así:
aa cuyas cadenas laterales pueden ceder o aceptar
protones: radicales de His, Lys, Glu, Asp. Actuando
en forma reversible como ácidos (cede de protones)
o bases (acepta protones)
Radicales de otros aa que actúan como nucleofilicos:
aa con grupos OH, NH2
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MECANISMO DE LA ACCIÓN ENZIMATICA
SITIO ACTIVO:
El S se une a una región específica de la E llamado sitio activo.
CARACTERÍSTICAS:
Tamaño………es pequeño
Forma…………tridimensional
Interacción……La unión con S forma un complejo compacto
COMPLEJO ENZIMA - SUSTRATO
El efecto catalítico de una enzima siempre va precedido por
al formación del complejo E- S
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SITIO ACTIVO
• Contiene una maquinaria en forma de grupos químicamente determinados implicados en catalizar la reacción.
• Acción:• Catálisis ácido-base
• Catálisis covalente
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Tipos de Catalisis
• Catálisis ácido-base
• Catálisis covalente
• Catálisis por iones metálicos
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Catálisis Acido - Base
• Muchas reacciones son promovidas por donar protones (ácidos) o aceptar protones (base).
• Sitios activos de algunas enzimas contienen grupos funcionales amino-acidos que participan en la catálisis donando protones o aceptando protones
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GRUPOS CATALITICOS
LAS CADENAS LATERALES DE MUCHOS aa
CONSTITUYEN FACTORES CATALITICOS EN LAS
REACCIONES.
Dichos aminoácidos participan en las reacciones
catalíticas de la enzima así:
aa cuyas cadenas laterales pueden ceder o aceptar
protones: radicales de His, Lys, Glu, Asp. Actuando
en forma reversible como ácidos (cede de protones)
o bases (acepta protones)
Radicales de otros aa que actúan como nucleofílicos:
aa con grupos OH, NH2
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Catálisis covalente
Esto incluye la formación de la unión transitoria covalente entre la E y S. Si consideramos la unión entre A y B
A - B A + B
En la presencia de una catálisis covalente (une E con grupo nucleofílico X:) la reacción viene:
A – B + X : A – X + B A + X : + B
X : = Núcleo nucleofílico de la enzima Ej:Transaminaciones
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MODO DE ACCIÓN
• TIENEN CAPACIDAD DE ACTUAR COMO ACIDOS DE LEWIS
• FORMACIÓN DE QUELATOS (COMPUESTOS DE COORDINACION
ORGANICA)
Ej: CARBONICO ANHIDRASA: CATALIZA A CO2 + H2O H2 CO3
ETAPAS
ENZ – Zn2+ + O ENZ – Zn2+ - O + H +
H
H
H
ENZ – Zn2+- O + H+ + O= C= O ENZ - Zn2+- O
HH
O =C =O
+H+ ENZ-Zn2+ -O-C-OH
H
O
ENZ – Zn2+ + H2CO3
FORMACION DE QUELATO: ADENINA – RIBOSA P
O
O-
O P O P O
O O
O- O-Mg2+
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Esquema de la estructura de la enzima
Centro activo:
Zona de la molécula a la que se une el sustrato y donde se realiza la catálisis enzimática.
Centro regulador:
Zona en la que se unen las sustancias que regulan la actividad de la enzima
coenzima
vitamina
APOENZIMA
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ESTRUCTURA DE LAS ENZIMAS
Holoenzima: Apoenzima (parte proteica) +
Cofactor
Si una enzima precisa de cofactor, no puede desarrollar su función hasta que no une el cofactor, es decir, que sin cofactor la enzima NO ES FUNCIONAL
Grupo prostético (unión fuerte)
Cofactor(unión débil)
Carácter inorgánico (iones metálicos)
Carácter orgánico (NADH, FADH, vitaminas): Coenzima
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A veces, un enzima requiere para su función la presencia de sustancias
no proteicas que colaboran en la catálisis: los cofactores.
Los cofactores pueden ser iones inorgánicos como el Fe++, Mg++,
Mn++, Zn++ etc. Casi un tercio de los enzimas conocidos requieren
cofactores.
Cuando el cofactor es una molécula orgánica se llama coenzima.
Muchos de estos coenzimas se sintetizan a partir de vitaminas. En la
figura inferior podemos observar una molécula de hemoglobina
(proteína que transporta oxígeno) y su coenzima (el grupo hemo).
Cuando los cofactores y las coenzimas se encuentran unidos
covalentemente al enzima se llaman grupos prostéticos.
La forma catalíticamente activa del enzima, es decir, el enzima unida a
su grupo prostético, se llama holoenzima. La parte proteica de un
holoenzima (inactiva) se llama apoenzima, de forma que:
EFECTO DE LOS COFACTORES
SOBRE LA ACTIVIDAD ENZIMÁTICA
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• COFACTOR:Ion inorgánico o coenzima necesaria para la actividad enzimática.
• IONES METÁLICOS:Son cofactores que se mantienen unidos por enlaces covalentes.
Estas dan origen a las metaloenzimas.
COFACTORES ENZIMÁTICOS
EJEMPLO DE COFACTOR
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A veces la actividad catabólica depende de componente químico adicional.
• Cofactor: metales o iones inorgánicos pequeños; Fe, Mg, Mn, Zn y Co
• Coenzima: moléculas orgánicas pequeñas
EJEMPLO DE COFACTOR
Apoenzima + Cofactor = Holoenzima
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LAS COENZIMAS SE UNEN CON LAS ENZIMAS PARA ACTIVARLAS
LA ENZIMA ESTÁ INACTIVADA SIN LA COENZIMA
COENZIMA
LA ENZIMA SE ACTIVA POR LA ADICION DE LA
COENZIMA
COMPONENTE QUIMICO
EL COMPONENTE NO PUEDE UNIRSE A LA ENZIMA
NO SE PUEDE PRODUCIR LA REACCION QUIMICA
SE PRODUCE LA REACCION QUIMICA
LA ENZIMA ESTÁ INACTIVADA
COENZIMA
LA ENZIMA ACTIVADA
EL COMPONENTE SE UNE A LA ENZIMA
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El complejo enzima-cofactor catalíticamente activo recibe el nombre de holoenzima. Cuando se separa el cofactor, la proteína restante, que por sí
misma es inactiva catalíticamente, se designa con el nombre de apoenzima
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METALES COMO FACTORES
Un tercio de las enzimas requieren algún ión metálico calalizar
in
Algunos elementos inorgánicos que sirven como cofactores de algunas enzimas
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CO-ENZIMAS
Muchas vitaminas son cofactores o precursores de las enzimas.
FUNCIONAN EN CONJUNTO CON LA ENZIMA EN EL PROCESO
CATALITICO.
ESTA LIGADA DE FORMA:
COVALENTE A LA E
FUNCIONA EN Ó CERCA DEL CENTRO ACTIVO.
GENERALMENTE FUNCIONAL COMO:
•TRANSPORTADORES INTERMEDIARIOS DE GRUPOS
FUNCIONALES
• TRANSPORTADORES DE ELECTRONES QUE SON TRANSFERIDOS
EN LAS REACCIONES ENZIMATICAS
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Las vitaminas no son fuentes directas de energía pero ayudan a generar energía
METABOLISMO PROTEICO
METABOLISMO DE LOS H de C
METABOLISMO DE LAS GRASAS
NAD PLPTHF B12
TPP FAD FMNNAD CoA B12
FAD FMN NADCoA B12
ENERGÍA PARA REALIZAR TODAS LAS FUNCIONES VITALES
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COENZIMAS
A. DE ORIGEN VITAMÍNICO
1. Transporte de grupo
Acido pantetoico o CoA (acilos) Bictina
(carboxilos), pirofosfato de
tiamina (grupos aldehidos) Fosfato
de pirodoxal(aminos),
cobalamina(metilos), ácido
fólico (fragmentos monocarbonados)
2. Transporte electrónico
Nucleotido de Flavina, Niacina,
vitamina C
B. DE ORIGEN NO VITAMÍNICO
1. Transporte de grupos
Triofosfato de nucleosido
(fosforilo) ATP y UTP (adenina y uridina), CDP (diacilglicerolesy amino alcoholes
activados), S-adenosilmetionina
(metilos etc)
2. Transporte electrónico
Ubiquinona (Co.Q) Acido
dihidrolipoico etc
(Vit. Hidrosolubles)
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COENZIMA Y REDUCCION
TIAMINA (B1)Pirofosfato de tiamina
(TPP)
Descarboxilación, transferencia de grupos
aldehído
RIBOFLAVINA (B12)
FMN y FAD Oxido - reducciones
ACIDO NICOTINICO, NIACINA (B3)
NAD y NADP Oxido - reducciones
ACIDO PANTOTÉNICO
(B5)
Coenzima A (CoA)
Transferencia de grupos acilos
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COENZIMA Y REACCION
B6 Fosfato de piridoxal (PLP)
Transferencia de grupos amino
BIOTINA (B8)
Biocitina Carboxilaciones
ACIDO FÓLICO (B9)
Tetrahidrofolato(TH4)
transferencia de grupos de un solo carbono
B12 Metilcobalaminacobamida
Transferencia de grupos de un solo carbono
C Acido ascorbico Hidroxilaciones
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VITAMINAS: COENZIMAS
TIAMINA
TPP
RIBOFLAMINA FAD FMN
NIACINA
NAD NADP
VIT.B6
PLP
ACIDO FOLICO THF
AC. PANTOTENICO
Co.A
BIOTINA BIOTIN
VIT. B12
B12
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Como la enzima presenta 4 sub-unidades, son posibles 5 formas de la enzima que se diferencian en
características cinéticas y fisicoquímicas
H M
H4 H3M H2M2 HM3 M4
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DESHIDROGENASA LACTICA
REACCIÓN ENZIMATICA
C
COO-
HO H
CH3
+NAD+
LDH
COO-
C = O
CH3
+ NADH + H+
LACTATO PIRUVATO
La isoenzima presente en el corazón tiene mayor afinidad por el lactato y está favorecida la reacción de la izquierda a la derecha, mientras que la isoenzima
del musculo esquelético tiene mayor afinidad por el piruvato y favorece la reacción contraria
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Un incremento en cualquier forma de la LDH en la sangre, implica algún tipo de daño a los tejidos
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