Objetivos de aprendizaje: • Al final de la clase se espera que puedan: • Definir enzimas y términos relacionados( sitio activo, apoenzima, holoenzima, Grupo prostético, especificidad enzimática). • Tener Nociones de clasificación enzimática. • Describir la estructura de una enzima. • Entender los mecanismos de acción y regulación • Explicar energía de activación. Contenidos • • ¿Por qué estudiar Enzimas? Generalidades • • • • • Conceptos importantes Antecedentes Variaciones Nomenclatura Actividad enzimática Cuadro general Definición Biocatalizadores orgánicos de naturaleza proteica Características Especificidad Sustrato Enzimas: Visión General Cinética Enzimática Michaelis Menten Regeneración Factores influyentes Mecanismo de acción Temp Inhibidores Componentes Holoenzimas Disminución energía de activación pH Holoenzimas Coenzima Complejo ES Cofactor Grupo Prostético 4 Importancias del Capítulo • Las Enzimas juegan un papel vital, en el Metabolismo. • Todas las reacciones bioquímicas catalizadas consideran Enzimas. • Resultan importantes en diagnóstico. Los niveles de enzima en sangre pueden indicar indicios de enfermedades de manera muy precisa como es el caso de infarto al miocardio. • Resultan de gran interés terapéutico, como el caso de emplear enzimas terapéuticas como el caso de las enzimas digestivas. 6 • Prácticamente todas las reacciones químicas que tienen lugar en los seres vivos están catalizadas por enzimas. Generalmente proteína globulares que pueden presentar tamaño muy variados. Los enzimas son catalizadores específicos: cada enzima cataliza un solo tipo de reacción, y casi siempre actúa sobre un único sustrato o sobre un grupo muy reducido de ellos. En una reacción catalizada por un enzima: 1. Enzima y sustrato. 2. Unión de Sustrato en centro activo. (E-S; E-P) 3. Productos 4. Enzima puede comenzar un nuevo ciclo de reacción 7 Las enzimas reducen la energía de activación de una reacción Historia general • La primera teoría general sobre la catálisis química, publicada por J. L. Berzelius en 1835, incluían un ejemplo de lo que ahora se conoce como enzima, la diastasa de la malta, y señalaba que la hidrólisis del almidón se cataliza por la diastasa con más eficacia que por el ácido sulfúrico. • Louis Pasteur en 1860, llegó a la conclusión de que la fermentación era catalizada por una fuerza vital contenida en las células de la levadura, llamadas fermentos. • En 1878 el fisiólogo Wilhelm Kühne acuñó el término enzima, • En 1897 Eduard Buchner encontró que el azúcar era fermentado inclusive cuando no había elementos vivos en los cultivos de células de levaduras. Llamó a la enzima que causa la fermentación de la sacarosa, “zimasa”. • 1938 John Howard Northrop y Wendell Meredith Stanley llegaron a La conclusión de que las proteínas puras podían ser enzimas . 10 Modelo llave cerradura • El sitio activo tiene una forma rígida. • Sólo pueden caber sustratos con la forma correspondiente • El sustrato es una llave que se ajusta al bloqueo del sitio activo. Este es un modelo más antiguo, sin embargo, y no funciona para todas las enzimas Modelo Ajuste Inducido • El sitio activo es flexible, no rígido. • las formas de la enzima, el sitio activo y el sustrato se ajustan para maximizar el ajuste, lo que mejora la catálisis • Existe una mayor gama de especificidad de sustrato. Este modelo es más consistente con una gama más amplia de enzimas Términos importantes • Sitio o centro activo es la zona de la enzima en la que se une el sustrato para ser catalizado. Términos importantes • Sustrato : es una molécula sobre la que actúa una enzima. Términos importantes • Holoenzima : Es una enzima que está formada por una proteína y un cofactor. • Apoenzima: es la parte proteica de una holoenzima , es decir, una enzima que no puede llevar a cabo su acción catalítica desprovista de los cofactores necesarios. • Complejo enzima sustrato :Es La unión se mantiene entre la enzima y el sustrato gracias a las fuerzas de enlaces no covalentes entre átomos del sustrato y la enzima, como enlace por puente de hidrógeno o puentes salinos, durante la catálisis. 16 Términos importantes • Cofactor: compuesto químico no proteico necesario por enzimas para su función catalítica. Tipos de cofactores: Coenzimas y grupos prostéticos • Coenzimas: pequeñas moléculas orgánicas que transportan grupos químicos de una enzima a otra. • Grupo prostético: componente no aminoacídico que forma parte de la estructura de las proteínas conjugadas, estando unido covalentemente a la apoproteína.. S: PM 250, 0.8 nm Ø Cofactor E: PM 100000, 7 nm Ø Inorgánico: Fe2+, Mn2+, Zn2+,etc. Orgánico: Coenzimas NAD, FAD, CoASH. Grupo Prostético Enzimas que requieren elementos inorgánicos Citocromo oxidasa Catalasa, peroxidasa Fe2+, Fe+, Citocromo oxidasa Cu2+ DNA polimerasa Anhídrasa carbónica Alcohol deshidrogensa Zn2+ Hexoquinasa Glucosa 6-fosfatasa Mg2+ Arginasa Mn2+ Piruvato quinasa K+, Mg2+ Ureasa Ni2+ Nitrato reductasa Mo2+ Coenzimas: Actúan como transportadores eventuales de átomos específicos o de grupos funcionales Coenzimas Entidad transferida Nucleotidos Trifosfatos Fosfatos Pirofosfato de tiamina . Aldehídos Dinucleótido de flavina y adenina. Dinucleótido de nicotinamida y de adenina Coenzima A . Fosfato de Piridoxal . 5’-Desoxicobalamina (Coenzima B12) Biocitina . Tetrahidrofolato . Átomos de hidrógeno Ion hidruro (H-) Grupos acilo Grupos amino Átomos de H y grupos alquilo CO2 Otros grupos monocarbonados Coenzimas Adenosine Triphosphate (ATP) Coenzyme A (CoA) Nicotinamide Adenine Dinucleotide (NAD+) Nicotinamide Adenine Dinucleotide Phosphate (NADP+) Flavin Adenine Dinucleotide (FAD) 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 Clases de Enzimas: 1. Oxidorreductasas 2. Transferasas 3. Hidrolasas 4. Liasas 5. Isomerasas 6. Ligasas Enzimas: No. 1 Clase Tipo de reacción que catalizan Oxidorreductasas De óxido reducción (transferencia de e-) Ejemplo Deshidrogenasas Peroxidasa Oxidasas Oxigenasas Reductasas Reducción: ganancia de electrones (hidrógeno o pérdida de oxígeno) Oxidación: pérdida de electrones (hidrógeno o ganancia de oxígeno). La Oxidación y la Reducción son reacciones acopladas (REDOX) 1. Oxido-reductasas ( Reacciones de oxido-reducción). Si una molécula se reduce, tiene que haber otra que se oxide Enzimas: No. Clase Tipo de reacción que catalizan 1 Oxidorreductasas De óxido reducción (transferencia de e-) 2 Transferasas Transferencia de grupos Ejemplo Deshidrogenasas Peroxidasa Oxidasas Oxigenasas Reductasas Kinasas Transaminasas 2. Transferasas (Transferencia de grupos funcionales) •grupos aldehídos •gupos acilos Succinato Deshidrogenasa •grupos glucosilos Citocromo c oxidasa. •grupos fosfatos (kinasas) Enzimas: No. Clase Tipo de reacción que catalizan De óxido reducción (transferencia de e-) Ejemplo Deshidrogenasas Peroxidasa Oxidasas Oxigenasas Reductasas 1 Oxidorreductasas 2 Transferasas Transferencia de grupos Hidrolasas Hidrólisis, con transferencia Pirofosfatasa de grupos funcionales del Tripsina agua Aldolasa 3 Kinasas Transaminasas 3. Hidrolasas (Reacciones de hidrólisis) Transforman polímeros en monómeros. Actúan sobre: •enlace éster •enlace glucosídico •enlace peptídico •enlace C-N Enzimas: No. Clase Tipo de reacción que catalizan De óxido reducción (transferencia de e-) Ejemplo Deshidrogenasas Peroxidasa Oxidasas Oxigenasas Reductasas 1 Oxidorreductasas 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, (Sintasas) generando un doble enlace, o Adición de un substrato a un Descarboxilasa doble enlace de un 2o. pirúvica substrato 4. Liasas (Adición a los dobles enlaces) •Entre C y C •Entre C y O •Entre C y N Enzimas: No. Clase Tipo de reacción que catalizan De óxido reducción (transferencia de e-) Ejemplo Deshidrogenasas Peroxidasa Oxidasas Oxigenasas Reductasas 1 Oxidorreductasas 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 5. Isomerasas (Reacciones de isomerización) Enzimas: No. Clase Tipo de reacción que catalizan De óxido reducción (transferencia de e-) Ejemplo Deshidrogenasas Peroxidasa Oxidasas Oxigenasas Reductasas Kinasas Transaminasas Pirofosfatasa Tripsina Aldolasa (Sintasas) Descarboxilasa pirúvica 1 Oxidorreductasas 2 Transferasas Transferencia de grupos 3 Hidrolasas Hidrólisis, con transferencia de grupos funcionales del agua 4 Liasas Lisis de un substrato, generando un doble enlace, o Adición de un substrato a un doble enlace de un 2o. substrato (Sintasa) 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 6. Ligasas (Formación de enlaces, con aporte de ATP) •Entre C y O •Entre C y S •Entre C y N •Entre C y C E + S SE E + P ¿Cómo detectar una enzima? 1. Actuación global de la reacción catalizada. 2. Utilizar un procedimiento analítico para la determinación de S que desaparece o los productos de la reacción que aparecen. 3. Si la enzima requiere cofactores (iónes metálicos o coenzimas). 4. La dependencia de la actividad enzimática con la [S] o sea KM del S. 5. El pH óptimo. 6. Un intervalo de temperatura en la que la enzima es estable y muestra actividad elevada. 1.0 Unidad de Actividad Enzimática Es la cantidad que transforma 1.0 mM (10-6 M) de S /min a 25oC, en las condiciones de medida óptima. La Actividad Específica Es el no. de U de enzima / mg de proteína. Es una medida de la pureza de la enzima. Catalasa de Aspergillius niger 4000-8000 U/mg de prot. Catalasa de Hígado de bisonte 2000-5000 U/mg de prot. 100 mg $ 209.80 USD. 1 g $ 768.50 USD. El Número de Recambio de una Enzima Es el no. de moléculas de S transformadas / unidad de tiempo, por una molécula de enzima (o por un sólo sitio catalítico, cuando la E, es el limitante). Enzima. Moles de S, transf./ min. a 20-38 oC. Anhidrasa carbónica 36 000 000 b-Amilasa 1 000 000 b-Galactosidasa 12 000 Fosfoglucomutasa 1 240 Referencias bibliográficas Lehneninger “ principios de bioquímica” 2008 Hernandes, Alfonso “Aminoácidos y proteínas” 2009 55 ¿Que nos llevamos de esta clase como conocimiento.?
