Actividad+enzimática

BIOQUÍMICA I
CARACTERÍSTICAS DE LAS ENZIMAS
1.
2.
3.
4.
5.
Son los catalizadores de las reacciones químicas de los sistemas
biológicos.
Tienen gran poder catalítico.
Poseen un elevado grado de especificidad de sustrato.
Funcionan en soluciones acuosas en condiciones suaves de pH y
temperatura.
La mayoría de las enzimas son proteínas:
 La función depende de la integridad de la conformación proteica nativa.
 Existen enzimas que son proteínas simples y otras que requieren componentes
químicos adicionales:
Cofactores:
 iones inorgánicos.
 complejos orgánicos : coenzimas, grupos prostéticos.
 Holoenzima/ Apoenzima + Cofactor.
6. Las enzimas se clasifican según la reacción catalizada.
COFACTORES ENZIMÁTICOS
En las enzimas el cofactor puede actuar como centro catalítico
primario, grupo puente para reunir el sustrato y la enzima ó
agente estabilizante de la actividad enzimática (conformación).
IONES METÁLICOS COMO COFACTORES
(Algunos de los elementos inorgánicos que actúan como cofactores para las enzimas)
ION
Cu2+
Fe2+ or Fe3+
K+
ENZIMA
Citocromo oxidasa
Citocromo oxidasa, catalasa, peroxidasa
Piruvato quinasa
Mg 2+
Hexoquinasa, glucosa-6-fosfatasa, piruvato quinasa
Mn2+
Arginasa, ribonucleotido reductasa
Mo
Dinitrigenasa
Ni2+
Ureasa
Se
Zn2+
Glutatión peroxidasa
Anhidrasa carbónica, alcohol deshidrogenasa , carboxipeptidasas A y
B
CLASIFICACIÓN DE LAS ENZIMAS
NUMERO DE
CLASIFICACIÓN
CLASE DE
ENZIMA
TIPO DE REACCIÓN CATALIZADA
1
Oxidoreductasas
Transferencia de electrones, casi siempre en forma de iones hidruro
o átomos de hidrógeno.
2
Transferasas
3
Hidrolasas
4
Liasas
Formación de dobles enlaces por eliminación de grupos o adición
de grupos o un doble enlace.
5
Isomerasas
Transferencia de grupos dentro de una molécula para dar formas
isoméricas.
6
Ligasas
Transferencia de grupos funcionales de una molécula a otra.
Ruptura de enlaces por hidrólisis.
Formación de enlaces C-C, C-S, C-O y C-N por condensación
acoplada con la ruptura de ATP.
CLASIFICACIÓN DE LAS ENZIMAS
1.
Oxidoreductasas: Catalizan reacciones de oxido reducción o redox.
Precisan la colaboración de las coenzimas de oxido reducción (NAD+,
NADP+, FAD) que aceptan o ceden los electrones correspondientes; tras
la acción catalítica, estas coenzimas quedan modificadas en su grado de
oxidación, por lo que deben ser transformadas antes de volver a efectuar
la reacción catalítica.
Ejemplos: deshidrogenasas, peroxidasas.
2.
Transferasas: Transfieren grupos activos (obtenidos de la ruptura de
ciertas moléculas) a otras sustancias receptoras. Suelen actuar en procesos
de interconversión de monosacáridos, aminoácidos, etc.
Ejemplos: transaminasas, quinasas.
3.
Hidrolasas: Verifican reacciones de hidrólisis con la consiguiente
obtención de monómeros a partir de polímeros. Actúan en la digestión de
los alimentos, previamente a otras fases de su degradación. La palabra
hidrólisis se deriva de hidro 'agua' y lisis 'disolución'.
Ejemplos: glucosidasas, lipasas, esterasas.
CLASIFICACIÓN DE LAS ENZIMAS
4.
Liasas: Catalizan reacciones en las que se eliminan grupos (H2O, CO2 y
NH3) para formar un doble enlace o añadirse a un doble enlace, capaces
de catalizar la reducción en un sustrato. El sustrato es una molécula, la
cual, se une al sitio activo de la enzima para la formación del complejo
enzima-sustrato. El mismo, por acción de la enzima, es transformado en
producto y es liberado del sitio activo, quedando libre para recibir otro
sustrato.
Ejemplos: descarboxilasas, liasas.
5.
Isomerasas: Actúan sobre determinadas moléculas obteniendo de ellas
sus isómeros de función o de posición, es decir, catalizan la racemización
y cambios de posición de un grupo en determinada molécula obteniendo
formas isoméricas. Suelen actuar en procesos de interconversión.
Ejemplo: epimerasas (mutasa).
6.
Ligasas: Realizan la degradación o síntesis de los enlaces denominados
"fuertes" mediante el acoplamiento a sustancias de alto valor energético
(como el ATP).
Ejemplos: sintetasas, carboxilasas.
NOMENCLATURA DE LAS ENZIMAS
Las enzimas se nombran según las reacciónes que catalizan:
Número clasificatorio de 4 dígitos

Nombre sistemático (oficial internacional) terminado en -asa

Nombre trivial
Ejemplo:
ATP + D – Glucosa → ADP + D – Glucosa - fosfato

Número clasificatorio: E.C. 2.7.1.1
2 Clase : Transferasa.
7 Subclase : Fosfotransferasa.
1 Fosfotransferasas con OH como aceptor
1 D-glucosa como aceptor del fosfato

Nombre sistemático: ATP: glucosafosfotransferasa

Nombre trivial: hexoquinasa

ESPECIFICIDAD
MODELOS DE ACTUACIÓN DE LAS ENZIMAS
MODELOS DE ACTUACIÓN DE LAS ENZIMAS
Modelos de acción enzimática. Modelo llave-cerradura de Fischer
Modelos de acción enzimática. Modelo de ajuste inducido de Koshland.
Modelo de ajuste inducido de Koshland. Hexoquinasa
¿ cómo funcionan las enzimas ?
 En condiciones fisiológicas las
reacciones sin catalizar
tienden a ser lentas
(estabilidad de biomoléculas)
 Muchas reacciones
bioquímicas suponen
situaciones poco probables
 Una enzima soluciona estos
problemas proporcionando
un ambiente tridimensional
favorable a la reacción (sitio
activo)
LAS ENZIMAS ALTERAN LAS VELOCIDADES DE
REACCIÓN PERO NO LOS EQUILIBRIOS
EN EL ESTADO DE TRANSICIÓN LAS
INTERACCIONES ENTRE LA ENZIMA Y EL
SUSTRATO SON ÓPTIMAS
EN EL ESTADO DE TRANSICIÓN LAS
INTERACCIONES ENTRE LA ENZIMA Y EL
SUSTRATO SON ÓPTIMAS
GRUPOS CATALÍTICOS ESPECÍFICOS
CONTRIBUYEN A LA CATÁLISIS
CAMBIO CONFORMACIONAL DE LA HEXOQUINASA
CINÉTICA ENZIMÁTICA
La cinética enzimática estudia la velocidad de las reacciones
químicas que son catalizadas por las enzimas.
La velocidad de la reacción va aumentando a medida que
aumenta la concentración de sustrato hasta que la enzima se
satura.
FACTORES FÍSICO-QUÍMICOS QUE PUEDEN
MODIFICAR LA ACTIVIDAD ENZIMÁTICA
Temperatura: las enzimas son sensibles a la temperatura pudiendo verse
modificada su actividad por este factor. Los rangos de temperaturas óptimos
pueden llegar a variar sustancialmente de unas enzimas a otras.
Normalmente, a medida que aumente la temperatura, una enzima verá
incrementada su actividad hasta el momento en que comience la
desnaturalización de la misma, que dará lugar a una reducción progresiva de
dicha actividad.
pH: el rango de pH óptimo también es muy variable entre diferentes
enzimas. Si el pH del medio se aleja del óptimo de la enzima, esta verá
modificada su carga eléctrica al aceptar o donar protones, lo que modificará
la estructura de los aminoácidos y por tanto la actividad enzimática.
Concentración salina: al igual que en los casos anteriormente
mencionados, la concentración de sales del medio es crucial para una
óptima actividad enzimática. Una elevada concentración o una ausencia de
sales en el medio pueden impedir la actividad enzimática, ya que las
enzimas precisan de una adecuada concentración de iones para mantener su
carga y su estructura.
EL MODELO DE MICHAELIS-MENTEN (1913)
Como las reacciones catalizadas por enzimas son saturables, la
velocidad de catálisis no muestra un comportamiento lineal en
una gráfica al aumentar la concentración de sustrato.
Mecanismo de unión de único sustrato para una
reacción enzimática. k1, k-1 y k2 son las constantes
cinéticas para cada una de las etapas de la
reacción.
LEONOR MICHAELIS
MAUD MENTEN
CONCENTRACIÓN DE SUSTRATO VERSUS
VELOCIDAD DE REACCIÓN
Representación gráfica de la curva de saturación de una enzima donde se puede
observar como evoluciona la relación entre la concentración de sustrato y la
velocidad de la reacción.
INHIBICIÓN ENZIMÁTICA
Los inhibidores enzimáticos son moléculas que reducen o
anulan la actividad enzimática. Estos inhibidores pueden unirse
a las enzimas de forma reversible o irreversible.
Esquema de una reacción enzimática en presencia de un
inhibidor enzimático de unión reversible.
INHIBIDOR IRREVERSIBLE
• Modifica químicamente a la enzima.
E+I
E·
• Inactivan una enzima de forma irreversible.
• Unión irreversible por medio de enlaces covalentes.
• Modificaciones químicas de los grupos catalíticos.
• Modificada la enzima, y está siempre inhibida.
• Estas reacciones decaen de forma exponencial y suelen ser saturables.
• Mantienen una cinética de primer orden con respecto al inhibidor.
INHIBIDOR REVERSIBLE
• Establece un equilibrio con la enzima libre, con el complejo
enzima-substrato o con ambos
E+I
EI
ES + I
ESI
• La unión del inhibidor y la enzima es reversible.
• Al quitar el inhibidor del medio, se recupera la actividad.
• Hay 3 tipos:
1. Competitiva.
2. No Competitiva.
3. Acompetitiva (Alostérica)
INHIBICIÓN COMPETITIVA
INHIBICIÓN NO COMPETITIVA
INHIBICIÓN ACOMPETITIVA
ENZIMAS REGULADORAS
1.Enzimas alostéricas:
• Son reguladas por unión no-covalente de moduladores
• Constituyen excepciones a muchas reglas generales:
- Efecto homotrópico [positivo (activación) o negativo (inhibición)]: varias
moléculas (sustrato)
idénticas se unen a la enzima.
- Efecto heterotrópico (positivo o negativo): Diferentes sustancias (inhibidor
y sustrato) se unen a la enzima.
• Hay dos modelos que explican el comportamiento cinético de las enzimas
alostéricas:
- Modelo simétrico (Monod): Conformación T (tensa) y R
(relajada)
- Modelo secuencial (Koshland): Cambio conformacional
ENZIMAS REGULADORAS
2.Modulación covalente reversible:
• Fosforilación
• Adenilación
• Uridililación
• ADP- ribosilación
• Metilación