Losbiocatalizadores BIOCATALIZADORES LASENZIMAS Sonbiocatalizadoresproteicosqueaumentanlavelocidaddereacciónentremoléculassinqueseconsuman.Ensu mayoría son proteínas globulares, solubles en agua. Durante la reacción no se alteran. Pueden aumentar la velocidaddereacciónde1000a10.000.000.000veces. Se produce la transformación de unas sustancias iniciales llamadas reactivos o sustratos en unas sustancias finales o productos.Latransformaciónnoseverificadirectamente,sino que es necesario un paso intermedio en el cual el reactivo se active, de forma que sus enlaces se debiliten y se favorezca la ruptura.Estepasointermediosedenominacomplejoactivado y requiere un aporte de energía (energía de activación). Cada enzima es capaz de transformar entre 100 y 1000 moléculas / segundo. Actúandedosmaneras: 1- Fijándose mediante enlaces fuertes (covalentes) de modo quesedebilitenlosenlaces.Nohacefaltaenergíapararomperlos. 2- Atrayendoalassustanciashaciasusuperficie,aumentandolaposibilidaddeencuentro. Suelen formar complejos multienzimáticos, de forma que el producto de una enzima constituye el sustrato de la siguiente. Algunosenzimasnosonactivoshastaquesobreellosactúanotrosenzimasoiones(zimógenosoproenzimas). Los enzimas con secuencias de aminoácidos distintas y que realizan la misma función reciben en nombre de isoenzimasoisozimas. Segúnsuestructurasediferencian: • Enzimasproteicos(sóloaminoácidos) • Holoenzimas(aminoácidosyalgomás) Ø Apoenzima(fracciónproteica).Proporcionalaestructuraespacialespecíficaquepermitelaunión alossustratos. Ø Cofactor(fracciónnoproteica) § Activadoresorgánicos(ionesmetálicos,etc.) § Activadoresorgánicos o Gruposprostéticos(unidosfijamentealaproteínaynosepuededisociardela enzima,comoelgrupohemo) o Coenzimas(ATP,vitaminas,etc.) Enlacadenaexistentrestiposdeaminoácidos: 1- Aminoácidosestructurales:sinfuncióndinámica. 2- Aminoácidosdefijación:establecenenlacesdébilesconelsustrato(centrodefijación). 3- Aminoácidoscatalizadores:establecenenlacescovalentesconelsustrato(centrocatalítico) Amboscentrossuelenhallarsecontiguosyformanelllamadocentroactivo. Unapartesustancialdelosenzimasdeunacélulaselocalizanenórganulosespecíficos.Estacompartimentacióndel metabolismo aísla determinados sustratos y productos, permitiendo así un ambiente favorable para cada tipo de reacción metabólica, evitando interferencias de moléculas similares. La compartimentación favorece el encadenamientodelasvíasmetabólicas. REGULACIÓNDELAACTIVIDADENZIMÁTICA 1- Temperatura:existeunaTªóptimaparacualquierenzima,enlacuallaactividadesmáxima. 2- pH:ExisteunpHóptimo,yaqueinfluyeenelgradodeionizacióndelosradicalestantodelcentroactivocomo delsustrato. 3- Concentración de sustrato: al aumentar la concentración del sustrato aumenta la velocidad de reacción al aumentar la posibilidad de encuentro entre sustrato y enzima. Si la concentración es excesiva no aumenta al producirsesaturación. JoaquínRodríguezPiaya Losbiocatalizadores La constante de Michaelis-Menten (Km) hace referencia a la afinidad delaenzimaporelsustrato.Kmtienerelaciónconlavelocidadalaque transcurrelareacciónenzimática.Kmesunvalorcaracterísticodecada enzima y constituye una medida de la afinidad de la enzima por el sustrato:valoresbajosdeKindicanunaaltaafinidaddelaenzimapor elsustratomientrasquevaloresaltosindicanunabajaafinidad. 4- Activadores:algunosionesfavorecenlauniónenzima-sustrato. 5- Inhibidores: disminuyen la actividad y eficacia de la misma o la impidencompletamente.Puedenser: a- Irreversible:elinhibidorsefijapermanentementealcentroactivo,alterandosuestructura. b- Reversible:medianteunióntemporal. Ø Competitiva:lamoléculaessimilaralsustrato,compitiendoporelcentroactivo. Ø Nocompetitiva:seuneenunazonadiferentedelcentroactivo. Lasreaccionesenzima-sustratopresentanespecificidad,existiendodetrestipos: 1- Absoluta:unenzima,unsustrato(ej.:lactasa) 2- De grupo: actúan sobre un grupo de moléculas que poseen un determinado tipo de enlace (ej.: Oglucosidasa) 3- Declase:actúansobremoléculas(ej.:fosfatasas) ALOSTERISMO Algunasenzimassoncapacesdeaumentarodisminuirsuactividadcatalíticaenrespuestaadeterminadassustancias moduladoras.Lasprincipalessonlasenzimasalostéricas.Estánconstituidasporvariasunidadesoprotómeros.Cada protómero posee dos centros, uno regulador y otro activo o catalítico. Al unirse una molécula (activador, modulador,ligando),laconfiguracióndelprotómerovaría,haciendofuncionalelcentrocatalítico.Laenzimapasade un estado inhibido a otro activo. La variación en la configuración de un protómero se transmite a los otros protómerosasociadoshaciéndolosactivos,efectodenominadotransmisiónalostérica. El regulador o modulador puede ser activador o inhibidor. Con frecuencia los activadores son sustratos y los inhibidoressonproductos. Algunossóloadmitenactivación,otrossóloinhibiciónyotrosambos. NOMENCLATURAYCLASIFICACIÓN Seconocenalrededorde2.000enzimas.Senombranconelnombredelsustratoterminadoenasa.Tambiénpuede incluirseelnombredelacoenzima(silohay)ylafuncióndelaenzima.Algunasmantienensuantiguadenominación (tripsina,pepsina,etc.). Clasificación: 1- Oxidorreductasas A+2+B+3⇒ +3 A +B+2 Función:Reaccionesdeoxidación-reducciónconpérdidaygananciadeelectrones. + Tipos:deshidrogenasas(quitanH yelectronesdeunamolécula),oxidasas(cedenelectronesaloxígeno) 2- Transferasas A–X+B ⇒ A+B–X Función:transferenciadegruposfuncionalesentremoléculas. JoaquínRodríguezPiaya Losbiocatalizadores Tipos:transaminasas,transcarboxilasas,transmetilasas,… 3- Hidrolasas A–B+H2O ⇒ H–A+OH–B Función:hidrólisis Tipos:carbohidrasas,esterasas,peptidasas,nucleasas,… 4- Liasas A=B+X–Y ⇒ X–A–B–Y Función:adicióndemoléculassencillasaenlacesdobles. Tipos:aminasas,carboxilasas,hidratasas,… 5- Isomerasas A–B–X ⇒ X–A–B Función:transformacióndeunisómeroenotro. 6- Ligasasosintetasas A+B(+ATP)⇒ A–B(+ADP+Pi) Función:unióndemoléculasodeungrupofuncionalaunamolécula,utilizandolaenergíaproporcionadaporel ATP JoaquínRodríguezPiaya Losbiocatalizadores LASVITAMINAS Soncompuestossinestructuraquímicacomúnatodasellas.Presentandoscaracterísticas: Ø Sepresentanencantidadesmuypequeñas Ø Nopuedensersintetizadasportodoslosseresvivos. Sonmoléculasmuyactivas,imprescindiblesenmultituddeprocesosmetabólicos. Muchas tienen función coenzimática. Su carencia impide el funcionamiento de las enzimas correspondientes, produciendoalteracionesenzimáticas. Sonmoléculasmuylábiles,esdecirsealteranfácilmente.Laluz,latemperatura,loscambiosdepHoelO2pueden provocarsudestrucción. Losanimalesnosoncapacesdesintetizarlas,porloquedebenobtenerlasapartirdelosvegetales,porloqueson nutrientesesenciales. Lasnecesidadesdiariassonmuypequeñas,delordendemgoμg/día. En ocasiones las necesidades de algunas vitaminas pueden satisfacerse con la ingestión de otras moléculas denominadasprovitaminas,quetrasunpequeñocambioquímicosetransformanenvitaminasactivas. Ø Avitaminosis:carenciatotaldeunavitamina. Ø Hipovitaminosis:carenciaparcialdeunavitamina. Ø Hipervitaminosis:excesodevitaminasliposolublesqueseacumulanenlaszonasgrasasdelcuerpo,como elhígado. Nomenclatura:sepuedennombrardetresmaneras: Ø Utilizandoletrasmayúsculas,enocasionesconsubíndices(A,B1,…) Ø Aludiendoalaenfermedadqueprovocasuhipovitaminosis(antirraquítica,antiescorbútica,…) Ø Utilizandosunombrequímico(ácidoascórbico,α-tocoferol,…) Clasificación Ø Liposolubles: son insolubles en agua y solubles en lípidos. Algunas son también lípidos. Pueden producir hipervitaminosis.IncluyelasvitaminasA,D,E,K. Ø Hidrosolubles: son solubles en agua y no se acumulan, ya que se eliminan rápidamente por la orina. Sin embargo,alnoalmacenarse,esmásfácilqueseproduzcaundéficit.IncluyelasvitaminasB1,B2,B3,B5,B6, B9,B12yC. HIDROSOLUBLES LIPOSOLUBLES Vitamina D Retinolo antixeroftálmica Calciferolo antirraquítica E Tocoferoloantiestéril K B1 Naftoquinonao antihemorrágica Tiaminao antineurítica B2 Riboflavina B3 Nicotinamidao antipelagrosa. B5 Ácidopantoténico B6 B8 Pirixodina B9 Ácidofólico B12 Cianocoibalaminao antiperniciosa C Ácidoascórbicoo antiescorbútica A Biotina Función Antioxidante.Mantenimientodetejidos epiteliales.Enconosybastones. Mineralizacióndeloshuesos.AbsorcióndeCa yPenelintestino. Antioxidante. Síntesisdeprotrombina,queintervieneenla coagulación. Comocoenzimadedescarboxilasas. FormalascoenzimasFMNyFAD,dereacciones deoxidación–reducción. + + OriginalascoenzimasNAD yNADP ,de reaccionesredox FormapartedelaCoA Carencia Alteracionesepiteliales.Engrosamientode lacórnea.Cegueranocturna. Raquitismoyosteomalacia(calcificación óseadeficiente) Esterilidadenalgunosanimales(noenel serhumano) Hemorragias Polineuritisyotrostrastornosdelsistema nervioso Lesionescutáneas,bucalesylabiales. Pelagra(dermatitis,diarrea,demencia) Coenzimadetransaminasas Fatigayalteracióndelacoordinación muscular. Trastornosdelsistemanervioso Coenzimadecarboxilasas Alteracionesmusculares Intervieneenlasíntesisdebasesnitrogenadas (paraADNyARN). Formalapartedelacoenzimadel metabolismodeproteínasyácidosnucleicos. Antioxidante.Síntesisdecolágeno.Favorecela absorcióndeFeporelintestino. Anemia Anemia Escorbuto(hemorragiasdigestivas,caídade losdientes,malacicatrizacióndelas heridas,…) JoaquínRodríguezPiaya