ENZIMAS

CARACTERÍSTICAS
Clave en la función biológica.
Catalizadores biológicos.
Poder catalitico elevado
Especificidad (sustratos)
Funcionan en condiciones suaves de temperatura y
pH
Su deficiencia es notable
Se han bautizado con el sufijo “asa”
Transfieren electrones, átomos o grupos
funcionales dador o aceptor (codificación)
ENZIMAS
IMPORTANCIA
DEFICIENCIA ENZIMÁTICA
Enfermedad
Efectos Fisioló
Fisiológicos
Enzima o Proteí
Proteína
Fibrosis cística
Secreción anormal en pulmones
y glándulas sudoríparas
Canal de Cloruro
Síndrome de LeschNyhan
Defectos neurologicos, retraso
mental
Hipoxantina-Guanina
fosforibosil transferasa
Inmunodeficiencia
Perdida severa de la respuesta
inmune
Adenosina desaminasa
Enfermedad de Gaucher
Erosión de huesos y
articulaciones
Glucocerebrosidasa
Gota
Sobreproducción de ácido úrico
Fosforribosil pirofosfato
transferasa
Enfermedad de TaySachs
Debilidad Motora
Hesoaminidasa-A
Anemia Calciforme
Hinchamiento de pies y manos,
dolor
Hemoglobina
ACTIVIDAD CATALÍTICA
Holoenzima:
Holoenzima
Grupo prostético: cofactor o coenzima unido
covalentemente
Apoenzima o apoproteína: parte proteica
Cofactor: iones inorgánicos
Coenzima:
Complejo Orgánico o metal orgánico
Transportadores de grupos funcionales
Generalmente son vitaminas
1
COENZIMA
Coenzima
COFACTORES
Grupos Transferidos
Precursores (dieta)
Tiamina pirofosfato
Aldehídos
Tiamina (Vitamina B1)
Flavina Adenina Dinucleótido
Electrones
Riboflavina (B2)
Nicotinamida Adeninadinucleotido
Ion Hidruro
Ácido Nicotínico
(niacina)
Coenzima A
Grupo Acilo
Ácido Pantoténico
Fosfato de Piridoxal
Grupos Amino
Piridoxina (B6)
5’-Desoxiadenosilcobalamina
H y grupos alquilo
Vitamina B12
Biocitina
Tetrahidrofolato
DOMINIOS
CO2
Biotina
Grupos
Monocarbonados
Folato
Cofactor
Fe2+ o Fe3+
Enzima
Citocromo, Catalasa, Peroxidasa
Cu2+
Citocromo
Zn2+
Anhidrasa Carbónica, Alcohol deshidrogenasa
Mg2+
Hexoquinasa, Glucosa 6-fosfatasa
Piruvato Quinasa
Mn2+
Arginasa, Ribonucleotido reductasa
K+
Piruvato quinasa
Ni2+
Ureasa
Mo
Dinitrogenenasa
Se
Glutation peroxidasa
CLASIFICACIÓN INTERNACIONAL DE ENZIMAS
Gliceraldehido 3P
No. Clase
Tipo de reacción catalizada
1
Oxidoreductasas
Transfiere electrones (iones hidruros o atómos de H+)
2
Transferasas
Reacciones de transferencia de grupos
3
Hidrolasas
Reacciones de Hidrólisis (transferencia de grupos
funcionales al agua)
4
Liasas
Adición de grupos a dobles enlaces o formación de dobles
enlaces por eliminación de grupos
5
Isomerasas
Trasnferencia de grupos dentro de moléculas dando formas
isoméricas
6
Ligasas
Formación de enlaces C-C, C-S, C-O y C-N mediante
reacciones acopladas a la rotura del ATP
http://www.genome.jp/kegg-bin/get_htext?ECtable
Clasificación de enzimas
2
CATALIZADORES
Son 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, Si,
Mg, Na, Fe, Ca)
Temperatura de Reacción 25-70°C
por
la
elevación
de
la
temperatura
100-450°C (se emplean baños de
arena o sales fundidas o aceites.)
Presión de reacción
Atmosférica
Desactivación
Si
Alta presión atmosférica
Si
Regulación de la actividad Si
No
por moleculas pequeñas
Sitio activo
Si
Si
N=nú
N=número de recambio= No moleculas / s
Ribonucleasa
Actividad
N(0°C)
N(37°C)
Transferencia de grupos R
2
103
10-3
102
Tripsina
Hidrólisis de péptidos
Papaina
Hidrólisis de péptidos
10-2
101
Bromelina
Hidrólisis de péptidos
10-2
10-1
25°C
T óptima
Químicos
Enzima
PM
α-Amilasa
67,000-76,000
Celulasas
23,000-92,000
TAG lipasa
33,000-35,000
Proteasas
27,300-27500
Xilanasas
101,000-253,000
Peso mínimo de 7,000 requerido para que una enzima funcione como un
catalizador estable en la conversión de sustratos
CAPACIDAD CATALÍTICA
Biologicos
PESOS MOLECULARES DE ENZIMAS
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)
VELOCIDADES ENZIMÁTICAS
Enzima
Ciclofilina
Anhidrasa carbonica
Incremento
105
107
Triosa fosfato isomerasa
Carboxipeptidasa A
Fosfoglucomutasa
Succinil CoA tranferasa
109
1011
1012
1013
Ureasa
1014
Orotidina monofosfato descarboxilasa
1017
3
CLASIFICACION ESTRUCTURAL
CONSTANTE DE EQUILIBRIO Y
ENERGÍA LIBRE
Keq ' =
Reacomodamiento de la enzima
Sitio Activo
[ P]
[S ]
∆G º ' = − RT ln Keq'
R=8.315 J/mol K
T=25ºC
4
SITIO
ACTIVO
A) 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
A
B
Muchas reacciones son favorecidas por dadores o
aceptores de electrones
Otros como los aminoácidos, participan en el proceso catalítico
5
TASA DE REACCIÓN
ε P
S
Tasa de Reacción (γ )
•Del sustrato: Es la velocidad con la que esta
desapareciendo el sustrato en funció
función del tiempo
•Del producto: Es la velocidad con la que esta
desapareciendo el sustrato en funció
función del tiempo
dS
dP
M
V= -  ó  [=] 
dt
dt
•Para que la (γ
(γ) sea una propiedad intensiva no debe de tener
gradientes de T (º
(ºC) o de [ ] y la alicuota debe ser adecuada
[C]
V =γs ; γp [=] M*gcat-1*s-1
-dS
dt
= - γs
P
t=0
s
dP
dt
•Propiedades extensivas: dependen de la cantidad de materia presente
presente (V),
(Propiedades intensivas: no dependen de la cantidad de materia presente.
presente. Pf,
ρ y P, Pf
CARACTERÍSTICAS (Nivel)
Caracterí
Características Industrial
Aná
Análisis
Clí
Clínico
Escala
Ton
g-mg
mgmg-µg
Pureza
Extracto
crudo
Cristalino
Cristalino
Origen
Microbiano
Extracelular
Microbiano
(Vegetal, Animal
Intracelular
Aplicació
Aplicación
Múltiple
Costo
Posible
No
Indeseable
Bajo
Alto
Alto
S
= - γp
t
t=0
Precipitación de Proteínas
Condición
Resultados
Elevación de la temperatura Desnaturalización irreversible
Disminución del pH
La combinación de pH y T produce
acciones mas rápidas
Hidrólisis enzimática
Fuerza iónica
renina
Precipitación reversible
Disolventes (acetona)
Precipitación reversible
6
APLICACIÓN DE ENZIMAS
NIVEL
INDUSTRIAL
Análisis
Clínico
CARACTERISTICAS
Volúmenes Grandes
Baja Pureza
Ejemplo: Amilasas, Proteasas
(empleadas en detergentes)
Terapéutica
Ejemplo: análisis de glucosa en sangre
AMILASAS
α−amilasa (α-1,4 glucohidrolasa)
ƒβ-amilasa (α-1,4 gluco malto hidrolasa)
Glucoamilasa (α-1,4 gluco hidrolasa)
Isoamilasa o pululanasa (α-1,6 gluco hidrolasa)
Glucosa Isomerasa
Fines terapéuticos
Ejemplo: Intolerancia a la lactosa
Almidó
Almidón
α−amilasa (α-1,4 glucohidrolasa)
Bacillus, Aspergillus y Rhizopus.
Jarabes fructosados
Es una endoenzima
Ataca los enlaces α-1,4
Se inhibe con los enlaces α-1,6, que no son atacados
Terminal reductor
Los productos de la hidró
hidrólisis del almidon son dextrinas
Las dextrinas largas permanecen como polvo, las dextrinas
cortas forman jarabes (mieles)
CERVECERA (Proceso de malteado)
ALIMENTICIA (modifica texturas en los alimentos)
PAPEL
ELIMINA RESIDUOS DEL ALMIDON
CRISTALIZACIÓ
CRISTALIZACIÓN DEL AZUCAR
β-amilasa (α
(α-1,4 gluco malto hidrolasa)
hidrolasa)
Extracelular:
Bacillus, Pseudomonas, Rizhopus y algunas levaduras
Hidroliza el almidón
Terminal reductor
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)
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Tipos de Enlaces
CH2OH
O
OH
H
H
OH
H
OH
Representación
H
H
OH
O
H
O
H
CH2OH
OH
H
OH
β(1→4)
CH2OH
CH2OH
H
O
O
H
OH
O
H
O
H
OH
H
H
H
O
H
OH
H
H
H
O
OH
H
OH
H
α(1→4)
α(1→6)
OH
CH2OH
O
H
H
H
OH
CH2OH
H
H
CH2OH
CH2
O
H
H
H
O
OH
H
OH
H
O
H
H
H
O
OH
H
OH
H
O
H
H
O
OH
α(1→4)
Glucoamilasa (α-1,4 gluco hidrolasa)
Extracelular
Terminal reductor
Aspergillus, Bacillus, Rizhopus y algunas
levaduras
Ataca el extremo no reductor
Exoenzima
Mecanismo de Hidrólisis
El producto de la degradació
degradación del almidó
almidón es la
glucosa
8
Isoamilasa o pululanasa (α-1,6
gluco hidrolasa)
Mezcla de Enzimas
LICUEFACCIÓN
Extracelular
α-amilasa y isoamilasa
Pullularia, Fibuliger, Schawanniomyces, (levaduras)
Terminal reductor
Endoenzima
SACARIFICACIÓN
β-amilasa y glucoamilasa
(aumentan las terminales
reductoras)
Productos finales de su actividad las dextrinas
Su actividad se mide por su poder reductor y la
disminución de la viscosidad
Elaboración de jarabes
glucosados (Glucosa Isomerasa)
20% almidón
Calentar 1-2h a
90°C
CH2OH
O
CH2OH
OH
O
OH
Hidrólisis ácida pH2
120°-90°C para faciltar la
actividad enzimática
α-amilasa hidroliza el
almidón en cadenas
mas cortas
CH2OH
OH
H
OH
OH
D-glucosa (forma piranosa)
(Haworth)
OH
OH
D-fructosa (forma furanosida)
(Haworth)
100°C bacillus
55°C Aspergillus
O
furano
Otra forma
Glucosa
isomerasa
Glucosa 60
Fructosa 40
INVERTASA
SACAROSA
Su sustrato son las propias proteínas
Monomericas
Mr = 15,000-35,000 (excepto la leucina aminopeptidasa
350,000)
Clasificación de acuerdo al pH
Enzima
Aplicación
Alcalinas Industriales (detergentes)
O
pirano
Glucoamilasa
pH4-5, 60°C
98% de
Glucosa
PROTEASAS
Neutras
Ácidas
No tienen aplicaciones industriales importantes
Tienen que ver con la digestión de alimentos
GLUCOSA : FRUCTOSA
50
: 50
9
Clasificación de acuerdo a la actividad
Enzima
Ejemplo
Serina-proteasas
Quimiotripsina
Mecanismo
Endopeptidasas con un residuo de Serina
reactivos, pH casi neutro
Proteasas Ácidas Renina, Papaina Endopeptidasas con un carboxilato reactivo,
pH bajo (bromelina, Fishina)
Tiol-proteasas
Endopeptidasas con residuos de cisteína
reactivos
Carboxipeptidasa
Exopeptidasas contienen Zinc, actúan sobre C
terminal, pH neutro
Aminopeptidasas
Exopeptidasas, actúan sobre N terminal
Proteínas Ácidas
•Fabricación de derivados lacteos
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
COOH
HO
NH2
N
N
Histidina
NH2
Serina
COOH
Elaboració
Elaboración de Quesos (Proteasas
(Proteasas Acidas)
Hidrólisis
enzimática de la
leche (RENINA)
10 L de leche Æ 1 kg de Queso
•Quesos: La renina
•Otras formas de precipitación de proteínas
Adición de sales como (CaCl2), para
producir geles más sólidos y aumenta la
fuerza iónica para precipitar las 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
Formación de lactosaÆ ácido láctico
Efectos Secundarios de las
Reninas Microbianas
•Malos Olores
•Hidrólisis Excesiva de la k-caseina
•Provoca la formación de enlaces
disulfuro
Aumento de la temperatura, para
precipitar más proteínas y obtener
mayores rendimientos
ANIMAL GEN RENINA -Æ E. Coli Æ producción de renina animal
10
PECTINASAS
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
O
O
CH2
O C R1
•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 metanol y ácido galacturonico,
R2C O CH
CH2
O C R3
O
Triglicerido
Penicil Acilasas
•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).
Asparaginasa
•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
O
Carbono
Acílico
O
Carbono
Acílico
CH2 CN
H
β-lactama
CH2 CN
H
β-lactama
S
O
S
N
-
CO 2 K
O
S
O
N
CH2OCCH3
- +
CO2 K
CEFALOSPORINA
O
O
-
H2NCCH2CHCO2
NH3
ASPARAGINA
+
-
-
OCCH2CHCO2
+
NH3
ASPARTICO
+
Penicilina G
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Lactasa
INHIBICIÓN ENZIMÁTICA
• 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.
BIOLOGICOS
Inhibición por producto
se une al sitio activo.
Ejemplo el exceso de
amoniaco novo de las
proteasas
Envenenamiento
reaccionan con el sitio
O
O
OH
activo.
CH2OH
OH
OH
O
OH
OH OH
β-1,4-glucosidico
LACTOSA
cianuro
O
maltosa
CH2OH
HOCH2
Ejemplo
en
la
el
cadena
respiratoria
OH
OH
α-1,2-glucosidico
que IGUAL
Productos
OH
OH glucosa
CH2OH
QUIMICOS
El producto acumulado Igual (reversible)
O
CH2OH
OH
O
Sinterización
(alta Perdida
temperatura, Irreversibla
de
los
sitios Perdida de sitios activos
activos se desnaturaliza
por unidad de catalizador
SACAROSA
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