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ENZIMASENZIMASIMPORTANCIA
CARACTERÍSTICASClave en la función biológica.Catalizadores biológicos.Poder catalitico elevadoEspecificidad (sustratos)Funcionan en condiciones suaves de temperatura y pHSu deficiencia es notableSe han bautizado con el sufijo “asa”Transfieren electrones, átomos o grupos funcionales dador o aceptor (codificación)
DEFICIENCIA ENZIMÁTICA
HemoglobinaHinchamiento de pies y manos, dolorAnemia Calciforme
Hesoaminidasa-ADebilidad MotoraEnfermedad de Tay-Sachs
Fosforribosil pirofosfatotransferasa
Sobreproducción de ácido úricoGota
GlucocerebrosidasaErosión de huesos y articulacionesEnfermedad de Gaucher
Adenosina desaminasaPerdida severa de la respuesta inmuneInmunodeficiencia
Hipoxantina-Guaninafosforibosil transferasa
Defectos neurologicos, retraso mental
Síndrome de Lesch-Nyhan
Canal de CloruroSecreción anormal en pulmones y glándulas sudoríparasFibrosis cística
Enzima o ProteEnzima o ProteíínanaEfectos FisiolEfectos FisiolóógicosgicosEnfermedadEnfermedad
ACTIVIDAD CATALÍTICAHoloenzimaHoloenzima:
Grupo prostético: cofactor o coenzima unido covalentementeApoenzima o apoproteína: parte proteica
Cofactor: iones inorgánicosCoenzima:
Complejo Orgánico o metal orgánicoTransportadores de grupos funcionalesGeneralmente son vitaminas
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COENZIMA
FolatoGrupos Monocarbonados
TetrahidrofolatoBiotinaCO2Biocitina
Vitamina B12H y grupos alquilo5’-Desoxiadenosil-cobalamina
Piridoxina (B6)Grupos AminoFosfato de PiridoxalÁcido PantoténicoGrupo AciloCoenzima A
Ácido Nicotínico (niacina)
Ion HidruroNicotinamida Adenina-dinucleotido
Riboflavina (B2)ElectronesFlavina Adenina DinucleótidoTiamina (Vitamina B1)AldehídosTiamina pirofosfato
Precursores (dieta)Grupos TransferidosCoenzima
COFACTORES
Glutation peroxidasaSeDinitrogenenasaMoUreasaNi2+
Piruvato quinasaK+
Arginasa, Ribonucleotido reductasaMn2+
Hexoquinasa, Glucosa 6-fosfatasaPiruvato Quinasa
Mg2+
Anhidrasa Carbónica, Alcohol deshidrogenasaZn2+
CitocromoCu2+
Citocromo, Catalasa, PeroxidasaFe2+ o Fe3+
EnzimaEnzimaCofactorCofactor
DOMINIOSGliceraldehido 3P
http://www.genome.jp/kegg-bin/get_htext?ECtableClasificación de enzimas
CLASIFICACIÓN INTERNACIONAL DE ENZIMAS
Formación de enlaces C-C, C-S, C-O y C-N mediante reacciones acopladas a la rotura del ATP
Ligasas6
Trasnferencia de grupos dentro de moléculas dando formas isoméricas
Isomerasas5
Adición de grupos a dobles enlaces o formación de dobles enlaces por eliminación de grupos
Liasas4
Reacciones de Hidrólisis (transferencia de grupos funcionales al agua)
Hidrolasas3
Reacciones de transferencia de gruposTransferasas2
Transfiere electrones (iones hidruros o atómos de H+)Oxidoreductasas1
Tipo de reacción catalizadaClaseNo.
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CATALIZADORESSon compuesto que aceleran la reacción pero no participan en ella
CONDICION BIOLOGICOS QUÍMICOS
Energía de activación Baja Baja
Participan en la reacción NO NO
Especificidad Alta (papel biológico) Baja
Activación Si, Cofactores (Cu, Co,
Mg, Na, Fe, Ca)
Si, por la elevación de la
temperatura
Temperatura de Reacción 25-70°C 100-450°C (se emplean baños de
arena o sales fundidas o aceites.)
Presión de reacción Atmosférica Alta presión atmosférica
Desactivación Si Si
Regulación de la actividad
por moleculas pequeñas
Si No
Sitio activo Si Si
PESOS MOLECULARES DE ENZIMAS
101,000-253,000Xilanasas
27,300-27500Proteasas
33,000-35,000TAG lipasa
23,000-92,000Celulasas
67,000-76,000α-Amilasa
PMEnzima
Peso mínimo de 7,000 requerido para que una enzima funcione como un catalizador estable en la conversión de sustratos
CAPACIDAD CATALÍTICA
Biologicos Actividad N(0°C) N(37°C)
Ribonucleasa Transferencia de grupos R 2 103
Tripsina Hidrólisis de péptidos 10-3 102
Papaina Hidrólisis de péptidos 10-2 101
Bromelina Hidrólisis de péptidos 10-2 10-1
Químicos 25°C T óptima
SiO2 Cracking 10-8 104 (420)
Zeolitas Cracking 103 108 (325)
V2O3 Hidrogenación 10-11 102 (350)
Cu3Au Deshidrogenación 107 1010 (350)
Al3-Al2O3 Isomerización 10-2 102 (60)
N=nN=núúmero de recambio= No mero de recambio= No moleculasmoleculas / s/ s VELOCIDADES ENZIMÁTICAS
1017Orotidina monofosfato descarboxilasa
1014Ureasa
1013Succinil CoA tranferasa1012Fosfoglucomutasa1011Carboxipeptidasa A109Triosa fosfato isomerasa107Anhidrasa carbonica105Ciclofilina
IncrementoIncrementoEnzimaEnzima
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CLASIFICACION ESTRUCTURAL Reacomodamiento de la enzima
CONSTANTE DE EQUILIBRIO Y ENERGÍA LIBRE
][]['
SPKeq =
'ln'º KeqRTG −=∆
R=8.315 J/mol KT=25ºC
Sitio Activo
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SITIO ACTIVOA) 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.
B ) 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
AB
Muchas reacciones son favorecidas por dadores o aceptores de electrones
Otros como los aminoácidos, participan en el proceso catalítico
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TASA DE REACCIÓNS Pε
••Del sustrato: Es la velocidad con la que esta Del sustrato: Es la velocidad con la que esta desapareciendo el sustrato en funcidesapareciendo el sustrato en funcióón del tiempon del tiempo••Del producto: Es la velocidad con la que esta Del producto: Es la velocidad con la que esta desapareciendo el sustrato en funcidesapareciendo el sustrato en funcióón del tiempon del tiempo
sdtdt[=]ó - V=MdPdS V =γs ; γp [=] M*gcat-1*s-1
••Propiedades extensivas: dependen de la cantidad de materia presePropiedades extensivas: dependen de la cantidad de materia presente (V), nte (V), (Propiedades intensivas: no dependen de la cantidad de materia p(Propiedades intensivas: no dependen de la cantidad de materia presente. resente. PPff, , ρρ y P, y P, PfPf
Tasa de Reacción (γ )••Para que la (Para que la (γγ) sea una propiedad intensiva no debe de tener ) sea una propiedad intensiva no debe de tener gradientesgradientes de T (de T (ººC) o de [ ] y la C) o de [ ] y la alicuota alicuota debe ser adecuadadebe ser adecuada
[C]-dS
dt t=0= - γs
dP dt t=0
= - γpS
P
t
CARACTERCARACTERÍÍSTICAS (Nivel)STICAS (Nivel)
AltoAltoAltoAltoBajoBajoCostoCosto
IndeseableIndeseableNoNoPosiblePosibleAplicaciAplicacióón n MMúúltipleltiple
Microbiano Microbiano (Vegetal, Animal (Vegetal, Animal
IntracelularIntracelular
Microbiano Microbiano ExtracelularExtracelular
OrigenOrigen
CristalinoCristalinoCristalinoCristalinoExtracto Extracto crudocrudo
PurezaPureza
mgmg--µµgggg--mgmgTonTonEscalaEscalaClClííniconicoAnAnáálisislisisIndustrialIndustrialCaracterCaracteríísticassticas
Precipitación de Proteínas
ResultadosCondición
Precipitación reversibleDisolventes (acetona)
Precipitación reversibleFuerza iónicareninaHidrólisis enzimática
La combinación de pH y T produce acciones mas rápidas
Disminución del pHDesnaturalización irreversibleElevación de la temperatura
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APLICACIÓN DE ENZIMAS
Fines terapéuticosEjemplo: Intolerancia a la lactosa
Clínico
TerapéuticaEjemplo: análisis de glucosa en sangre
Análisis
Volúmenes GrandesBaja Pureza Ejemplo: Amilasas, Proteasas
(empleadas en detergentes)
INDUSTRIAL
CARACTERISTICASNIVEL
AMILASASAMILASASα−amilasa (α-1,4 glucohidrolasa)
β-amilasa (α-1,4 gluco malto hidrolasa)
Glucoamilasa (α-1,4 gluco hidrolasa)
Isoamilasa o pululanasa (α-1,6 gluco hidrolasa)
Glucosa Isomerasa
AlmidAlmidóónn
Bacillus, Aspergillus y RhizopusBacillus, Aspergillus y Rhizopus..Jarabes fructosadosJarabes fructosadosEs una endoenzima Es una endoenzima Ataca los enlaces Ataca los enlaces αα--1,41,4Se inhibe con los enlaces Se inhibe con los enlaces αα--1,6, que no son atacados1,6, que no son atacadosLos productos de la hidrLos productos de la hidróólisis del almidon son dextrinaslisis del almidon son dextrinasLas dextrinas largas permanecen como polvo, las dextrinas Las dextrinas largas permanecen como polvo, las dextrinas cortas forman jarabes (mieles)cortas forman jarabes (mieles)
CERVECERA (Proceso de malteado)CERVECERA (Proceso de malteado)ALIMENTICIA (modifica texturas en los alimentos)ALIMENTICIA (modifica texturas en los alimentos)PAPELPAPELELIMINA RESIDUOS DEL ALMIDONELIMINA RESIDUOS DEL ALMIDONCRISTALIZACICRISTALIZACIÓÓN DEL AZUCARN DEL AZUCAR
αα−−amilasa (amilasa (αα--1,4 1,4 glucohidrolasaglucohidrolasa))
Terminal reductor
Extracelular:
Bacillus, Pseudomonas, Rizhopus y algunas levaduras
Hidroliza el almidón
Tiene un poder reductor alto
Ataca el extremo no reductor de la amilosa
El producto principal es la maltosa (dímero de glucosa), que
invierte el C1 de α a β (de ahí su nombre)
ββ--amilasa (amilasa (αα--1,4 1,4 glucogluco maltomalto hidrolasahidrolasa))
Terminal reductor
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OH H
H
OHH
OH
CH2OH
H
O O
OH H
H
OHH
OH
CH2OH
H
O
OH H
H
OHH
OH
CH2
H
O
OH H
H
OHH
OH
CH2OH
H
O
OH H
H
OHH
OH
CH2OH
H
O O
OH H
H
OHH
OH
CH2OH
H
Tipos de EnlacesTipos de Enlaces
OH
OH HH
OHH
OH
CH2OH
O
OH H
OHH
OHH
OH
CH2OH
β(1→4)
α(1→4) α(1→4)
α(1→6)
Representación
Mecanismo de HidrMecanismo de Hidróólisislisis
GlucoamilasaGlucoamilasa ((αα--1,4 1,4 glucogluco hidrolasahidrolasa))
ExtracelularExtracelular
Aspergillus, Bacillus, RizhopuAspergillus, Bacillus, Rizhopus y algunas s y algunas
levaduraslevaduras
Ataca el extremo no reductor Ataca el extremo no reductor
Exoenzima Exoenzima
El producto de la degradaciEl producto de la degradacióón del almidn del almidóón es la n es la
glucosaglucosa
Terminal reductor
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Isoamilasa o pululanasa (α-1,6 gluco hidrolasa)
Extracelular
Pullularia, Fibuliger, Schawanniomyces, (levaduras)
Endoenzima
Productos finales de su actividad las dextrinas
Su actividad se mide por su poder reductor y la disminución de la viscosidad
Terminal reductor
Mezcla de Enzimas
β-amilasa y glucoamilasa(aumentan las terminales reductoras)
α-amilasa y isoamilasa
SACARIFICACIÓNLICUEFACCIÓN
Elaboración de jarabes glucosados (Glucosa Isomerasa)
20% almidónCalentar 1-2h a
90°C
Hidrólisis ácida pH2120°-90°C para faciltar la
actividad enzimática
α-amilasa hidroliza el almidón en cadenas
mas cortas
100°C bacillus55°C Aspergillus
GlucoamilasapH4-5, 60°C
98% de Glucosa
Glucosaisomerasa
Glucosa 60Fructosa 40
O
CH2OH
OH
H
OH
OH
OH
D-glucosa (forma piranosa) (Haworth)
O
OCH2OH
OH
OH
OH
CH2OH
D-fructosa (forma furanosida) (Haworth)
O
pirano furano
SACAROSA GLUCOSA : FRUCTOSA 50 : 50
INVERTASA
Otra formaOtra forma
PROTEASASSu sustrato son las propias proteínasMonomericasMr = 15,000-35,000 (excepto la leucina aminopeptidasa350,000)
Clasificación de acuerdo al pH
Tienen que ver con la digestión de alimentosÁcidasNo tienen aplicaciones industriales importantesNeutras
Industriales (detergentes)AlcalinasAplicaciónEnzima
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Clasificación de acuerdo a la actividad
Exopeptidasas, actúan sobre N terminalAminopeptidasas
Exopeptidasas contienen Zinc, actúan sobre C terminal, pH neutro
Carboxipeptidasa
Endopeptidasas con residuos de cisteínareactivos
Tiol-proteasas
Endopeptidasas con un carboxilato reactivo, pH bajo (bromelina, Fishina)
Renina, PapainaProteasas Ácidas
Endopeptidasas con un residuo de Serinareactivos, pH casi neutro
QuimiotripsinaSerina-proteasas
MecanismoEjemploEnzima
Serina-Proteasas•Grupo hidroxilo de la Ser195 es acilado por el sustrato
•Imidazol de la His 57 incrementa la nucleofilicidad del hidroxilo de la Ser195
HOCOOH
NH2Serina
NN
COOH
NH2
Histidina
Proteínas Ácidas•Fabricación de derivados lacteos
•Quesos: La renina
•Otras formas de precipitación de proteínas
•Ejemplo renina, quimosina y la quimasa (CUAJO)
•Se extraen de las terneras (baja efectividad de producción de la leche)
•Se sustituyen por Reninas de origen microbiano
•Lactobacillus, Bacillus, Pseudomonas, Streptococcus, Mucor micheli, Endothia, producen reninas
ElaboraciElaboracióón de Quesos (n de Quesos (ProteasasProteasas Acidas)Acidas)Hidrólisis enzimática de la leche (RENINA)
Adición de sales como (CaCl2), para producir geles más sólidos y aumenta la fuerza iónica para precipitar las proteínas
Formación de lactosa ácido láctico
Aumento de la temperatura, para precipitar más proteínas y obtener mayores rendimientos
Efectos Secundarios de las Reninas Microbianas
•Malos Olores•Hidrólisis Excesiva de la k-caseina•Provoca la formación de enlaces disulfuro
10 L de leche 1 kg de Queso
ANIMAL GEN RENINA - E. Coli producción de renina animal
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LIPASAS•Enzimas que actúan sobre ácidos grasos•Liberan los ácidos grasos de la posición 1 y 3 en el glicerol•Gran importancia en la elaboración de quesos madurados (Roquefort por Penicillium roquefortii)•Es esparcida cuidadosamente sobre el cuajo
CH2
CH
CH2 O C R3
OR2C
O C R1
O
O
O
Triglicerido
PECTINASASPECTINASAS•Producida por Aspergillus y Rhizopus•Clarificar bebidas también la poligalacturonasa: jugos, vinos, etc.•Acción endo (cadenas cortas) y exopoligalacturonasa (polimeros)•Se encuentran en la capa blanca de las naranjas y las manzanas•La molécula de pectina esta esterificada, la acción de la pectina
esterasa libera metanolmetanol y ácido galacturonico,
PenicilPenicil AcilasasAcilasas•Penicillium nonatum, P. chrysogenum, Cephalosporium acremonium.•Rompe el enlace en la penicilina G (β-lactama y ácido fenilacético)•En la farmacéutica: generar penicilinas modificadas:•Cambiando los sustituyentes para microorganismos que sean resistentes a la penicilina•Heptil penicilina (penicilina K)•Cephalosporinas (infecciones como la meningitis).
CH2 CN
O
HN
O
S
CO2-K+β-lactama
Penicilina G
CarbonoAcílico
β-lactama
CarbonoAcílico
CH2 CN
O
HN
O
SS
CO2-K+
CH2OCCH3
O
CEFALOSPORINA
AsparaginasaAsparaginasa•Rompe la asparagina en ácido aspártico•ratamiento de la leucemia y cáncer•Los tumores utilizan la asparagina para crecer (entre otros) al introducir esta enzima compite con el sustrato
H2NCCH2CHCO2-
O
NH3+
ASPARAGINA
-OCCH2CHCO2-
O
NH3+
ASPARTICO
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LactasaLactasa• Usada en la industria alimentaria• Hidroliza la lactosa en glucosa y galactosa• La enzima β-galactosidasa se emplea para fabricar la
leche deslactosada• La lactosa no es muy soluble en agua a
concentraciones altas por lo que se utiliza esta enzima para producir leches dulces.
O
CH2OH
OHO
OH
OH
OHOH
OH
CH2OH
O
β-1,4-glucosidico
maltosa
glucosaO
CH2OH
OHOH
OH
O
OHOCH2
CH2OH
OH
OHα-1,2-glucosidico
LACTOSA SACAROSA
INHIBICIÓN ENZIMÁTICA BIOLOGICOS QUIMICOS
Inhibición por producto El producto acumulado
se une al sitio activo.
Ejemplo el exceso de
amoniaco novo de las
proteasas
Igual (reversible)
Envenenamiento Productos que
reaccionan con el sitio
activo. Ejemplo el
cianuro en la cadena
respiratoria
IGUAL
Sinterización (alta
temperatura, Irreversibla
Perdida de los sitios
activos se desnaturaliza
Perdida de sitios activos
por unidad de catalizador