TEMA 5 - farmapuntes

ENZIMOLOGÍA
ENZIMAS: FUNCIÓN
Catalizadores
Las células poseen
compuestos químicos que
controlan las reacciones
que ocurren en su interior.
La sustancia que controla la
velocidad a la que ocurre
una reacción química sin
que la célula sufra daño
alguno ni se destruya se
conoce como un
catalizador.
Las enzimas son proteínas
que actúan como
catalizadores en las células.
ENZIMAS: FUNCIÓN
ENZIMAS: CARACTERÍSTICAS
¿Qué son las enzimas?
Respecto a su función:
• Son catalizadores
• Aceleran la velocidad de las reacciones más de 10 6 veces
• No se alteran
Respecto a su naturaleza química:
• Son principalmente proteínas
• Los procesos catalíticos los llevan a cabo los grupos químicos de los
aminoácidos y algunos cofactores
Cuando el coenzima se encuentra unido
Parte proteica = Apoenzima
íntimamente al enzima recibe
Cofactores: Coenzimas (naturaleza orgánica)
de GRUPO PROSTÉTICO
Iones metálicos (naturaleza inorgánica
el nombre
Holoenzima = Apoenzima + Cofactores
• Ribozimas: moléculas de RNA que poseen también actividad catalítica
ENZIMAS: CARACTERÍSTICAS
ENZIMAS: CARACTERÍSTICAS
ENZIMAS: CARACTERÍSTICAS
ENZIMAS: CLASIFICACIÓN
ENZIMAS: CLASIFICACIÓN
Cuando el oxígeno
es el aceptor de
electrones
Lactato
deshidrogenasa
ENZIMAS: CLASIFICACIÓN
Grupos que se transfieren:
Metilo
Hidroximetilo
Formilo
Amido
Fosfato
Etc
ENZIMAS: CLASIFICACIÓN
2 GLUCOSAS
Ej: Peptidasas, glicosidasas y esterasas
ENZIMAS: CLASIFICACIÓN
Causan la ruptura de los enlaces: C-C, C-N, C-O y otros enlaces por eliminación, produciendo dobles
enlaces o anillos. Actúan también en sentido contrario, añadiendo grupos a los dobles enlaces
ENZIMAS: CLASIFICACIÓN
Catalizan cambios estructurales o geométricos dentro de la misma molécula. De acuerdo con el tipo
de isomerización, reciben el nombre de; epimerasas, racemasas, cis-trans isomerasas, isomerasas,
tautomerasas, mutasas o cicloisomerasas
ENZIMAS: CLASIFICACIÓN
ENZIMAS: NOMENCLATURA
ENZIMAS: NOMENCLATURA
Un ejemplo:
Lactato + NAD+ ↔ Piruvato + NADH + H+
Nombre sistemático: L-lactato: NAD+ oxidorreductasa
Nombre común: lactato deshidrogenasa
Código: EC 1.1.1.27
EC es COMISIÓN de ENZIMAS
El primer “1” hace referencia a la CLASE de enzima (oxidorreductasa)
El segundo “1” hace referencia a la SUBCLASE que un grupo alcohol (del lactato) es el
que cede electrones
El tercer “1” hace referencia a la SUB-SUBCLASE que el NAD+ es el aceptor de los
electrones.
El cuarto dígito, “27”, indica que es la vigesimoséptima enzima de esas características que
se ha clasificado.
ENZIMAS: NOMENCLATURA
ENZIMAS
Evolucion de la enzimologia
Si bien algunos químicos consideraron esos procesos como metamorfosis de sustancias que
provocaban excitaciones en otras que estaban cerca de ellas, esta cuestión fue, como ya se ha
dicho, definitivamente resuelta por Buchner hacia finales del siglo XIX; exprimiendo masas
celulares de Saccharomyces cerevisie obtuvo un liquido sin células, capaz de producir la
mismas reacciones químicas que se obtenían utilizando la suspensión de células, es decir, la
transformación del azúcar en alcohol y anhídrido carbónico. Por tanto, de la levadura se podía
extraer una sustancia capaz de regular un proceso químico concreto.
Esto obligo a replantear las investigaciones contrarias a la teoría de que el proceso digestivo
fuese debido a la trituración de la s sustancias digeridas hasta el punto de reducirlas a
partículas lo suficientemente finas para poder ser asimiladas. En efecto, en el siglo XVIII R.A de
Reaumur (1683- 1757) haciendo ingerir a un halcón una cápsula de hierro agujereada, que
contenía alimento, observó que este quedó completamente disuelto por los jugos gástricos y
que, por tanto, no era, molturado de modo mecánico por la robusta musculatura del robusto
animal, pues la cápsula quedo intacta.
Mas adelante se constato que el almidón era degradado a monosacárido y disacárido por la
acción del jugo salival (ptialina) y se describió la presencia de la pepsina en el jugo gástrico.
Posteriormente, fueron aisladas sustancias de carácter fermentativo a partir de numerosas
especies vegetales. Se observo que el extracto de algunas raíces tenían capacidad para
modificar el color azul de determinadas sustancias y que el extracto de trigo era capaz de
transformar el almidón en disacáridos y dextrina.
La vía para el estudio de esas sustancias estaba ya abierta. Jons Jacob Berzelius (1779 – 1848)
interpreto su acción como si se tratase de unos catalizadores que favorecían determinada
reacción química sin ser destruidos y sin aparecer en los productos finales. Richard Kuhne
(1900-1967) fue el primero en dar a tales sustancias el nombre enzimas, tomado del griego, que
significa literalmente "en la levadura".
ENZIMAS: ESPECIFICIDAD
ENZIMAS: ESPECIFICIDAD
Enzimas y sustratos
La sustancia sobre la cual actúa una enzima se conoce como
sustrato.
El sustrato se convierte en uno o más productos nuevos.
Las enzimas son reutilizables y cada una puede catalizar de 100 a
30,000,000 de reacciones por min.
Pero, una enzima particular actúa solo sobre un sustrato específico.
Cada enzima particular puede controlar solo un tipo de reacción.
1.- Especificidad de acción: Son
específicas del tipo de reacción que
catalizan. Ej: amidasas, esterasas,
proteasas, etc…
2.- Especificidad de sustrato: Las
enzimas son específicas de los
sustratos de la reacción que
catalizan
ENZIMAS: ESPECIFICIDAD
ENZIMAS: ESPECIFICIDAD
ENZIMAS: ESPECIFICIDAD
CATÁLISIS ENZIMÁTICA
1.- ENZIMAS SOLUBLES: Aquellas que catalizan las reacciones en solución
1.1.- Fluidos fisiológicos
1.2.- citosol celular
1.3.- Lisosomas
1.4.- Vacuolas
2.- ENZIMAS PARTICULADAS: Aquellas que están asociadas a distintas
membranas
2.1.- Membrana plasmática
2.2.- Membrana mitocondrial
2.3.- Otros orgánulos celulares
MECANISMO DE ACCIÓN
CENTROS ACTIVOS DE LAS ENZIMAS
Es la región que une a los sustratos y contiene los residuos que participan directamente en la
producción y ruptura de enlaces. Estos residuos se denominan grupos catalíticos. La interacción del
enzima y el sustrato en el centro activo hace posible la formación del estado de transición.
1.- El centro activo es una hendidura tridimensional formada por grupos que provienen de diferentes
partes de la secuencia de aminoácidos
2.- El centro activo supone una porción relativamente pequeña del volumen total del enzima
3.- Los centros activos son microentornos únicos. El microentorno no polar de esta hendidura
favorece la unión con el sustrato, así como su catálisis. Además también contiene residuos polares.
4.- Los sustratos se unen a los enzimas a través de numerosas fuerzas débiles. Estas interacciones
reversibles débiles se realizan por enlaces electrostáticos, puentes de hidrógeno, fuerzas de Van der
Waals e interacciones hidrofóbicas.
5.- La especificidad del enlace depende de la disposición exactamente definida de los átomos del
centro activo. Un sustrato debe tener una forma adecuada para introducirse en dicho centro ya que
el enzima y el sustrato interaccionan por fuerzas de corto alcance que necesitan un contacto cercano
MECANISMO DE ACCIÓN
CENTROS ACTIVOS DE LAS ENZIMAS
Aspectos generales
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:
La sustancia sobre la que actúa el enzima (sustrato).
El sustrato se une a una región concreta del enzima (centro activo).
Un sitio de unión formado por los aminoácidos que están en contacto directo con el
sustrato.
Un sitio catalítico, formado por los aminoácidos directamente implicados en el
mecanismo de la reacción.
Formados los productos el enzima puede comenzar un nuevo ciclo de reacción
1.- El enzima y su sustrato
2.- Unión al centro activo
3.- Formación de productos
MECANISMO DE ACCIÓN
Principio de complemetariedad o hipótesis de la llave
y la cerradura
Emil Fischer, 1894
Supone una rigidez de ambas estructuras no compatible con la naturaleza
elastoplástil de las moléculas de los sustratos y las enzimas en solución
MECANISMO DE ACCIÓN
Teoría del ajuste inducido
Daniel Kohsland, 1958
La proteína adquiere su conformación espacial, definitiva para la catálisis,
inducida por la presencia del sustrato. Este modelo supone que la proteína
flexible de alguna manera envuelve al sustrato para la formación del
complejo enzima-sustrato
MECANISMO DE ACCIÓN
Teoría del ajuste inducido
Daniel Kohsland, 1958
MECANISMO DE ACCIÓN
¿Cómo actúan las enzimas como catalizadores?
Hipótesis del Ajuste Inducido (Daniel Koshland,
1958)
1.
2.
3.
4.
5.
E Induce al S a configuración aproximada al Edo.
Transición
UNE S
REDUCE Ea
IMPULSA
Catalisis
LIBERA P
SE REGENERA
MECANISMOS DE ACCIÓN
MECANISMO DE ACCIÓN
LOS CAMBIOS DE ENERGÍA LIBRE PROPORCIONAN INFORMACIÓN
SOBRE LA ESPONTANEIDAD PERO NO SOBRE LA VELOCIDAD DE
REACCIÓN
1.- Una reacción puede tener lugar espontáneamente solo si ∆G<0. Dichas reacciones son exotérmicas o
exergónicas
2.- Un sistema está en equilibrio si ∆G=0
3.- Una reacción no puede ocurrir espontáneamente si ∆G>0. Se requiere un aporte de energía libre para
permitir tal reacción. Estas reacciones se llaman endotérmicas o endergónicas.
4.- El ∆G de una reacción sólo depende de la energía libre de los productos menos la de los reactantes
5.- El ∆G no proporciona información sobre la velocidad de la reacción. Un ∆G<0 indica que dicha
reacción puede ocurrir espontáneamente pero no significa que se pueda llevar a cabo a velocidad
apreciable. La velocidad de una reacción sólo depende de la ENERGÍA LIBRE DE ACTIVACIÓN (∆G=)
MECANISMO DE ACCIÓN
LOS CAMBIOS DE ENERGÍA LIBRE PROPORCIONAN INFORMACIÓN
SOBRE LA ESPONTANEIDAD PERO NO SOBRE LA VELOCIDAD DE
REACCIÓN
MECANISMO DE ACCIÓN
TEORÍA DEL ESTADO DE TRANSICIÓN O DEL COMPLEJO ACTIVADO (Supuestos)
1.- Para que la reacción tenga lugar, el potencial químico de los reactantes debe ser mayor que el de los
productos de la reacción. Es decir debe haber un desprendimiento de energía libre de Gibbs al efectuarse la
reacción
2.- Para que los reactantes actúen entre sí se ha de formar un complejo activado que está a una energía
potencial mayor que los reactantes en su estado elemental
3.- La diferencia energética entre el estado elemental de los reactantes y del complejo activado es la llamada
energía libre de activación de Gibbs, ∆G=. Esta energía de activación es siempre positiva, pues representa la
energía que debe comunicarse a las moléculas para que pasen del estado elemental al estado de transición
4.- Sólo se consideran los reactantes en su estado estable elemental y el estado inestable comprendido dentro
del camino de la reacción, conocido como estado de transición
5.- Supone que todos los estados de transición se descomponen con la misma constante de velocidad a una
temperatura determinada; esta constante de velocidad está representada por la frecuencia de vibración de los
enlaces que se han de romper en el estado de transición. Esta constante depende solamente de la temperatura
y es la misma para todas las reacciones químicas
6.- La frecuencia de vibración de los enlaces a una temperatura determinada es la causante de la ruptura de los
enlaces del complejo activado
Ev=hƲ
Ep enlace= κβT Por lo tanto la frecuencia de vibración de enlace se obtiene al
igualar ambas expresiones
hƲ= κβT
Ʋ= κβT/h
h=Constante de Planck (6,626x10-34 JxS)
κβ= Constante de Boltzmann ( 1,381x10-23 J/ºK)
MECANISMO DE ACCIÓN
MECANISMO DE ACCIÓN:
ESTÁNDARD
EQUILIBRIO
ESTA
EL CAMBIO DE ENERGÍA LIBRE
RELACIONADO CON LA CONSTANTE DE
∆G= ∆G0+RT Ln [C][D]
[A][B]
En el equilibrio ∆G=
0
∆G0= - RT Ln [C][D]
[A][B]
∆G0= - RT Ln K eq
∆G0= - 2,303 RT Log10Keq
Keq=10- ∆G
0/(2,303 RT)
Keq=10 - ∆G0/5,69
Si Keq=10; Keq= - 5,69
R= 8,315x10-3 KJ/mol ºK
T=298 ºK (25ºC)
Cada vez que la constante de equilibrio cambia en
un factor de 10, la ∆G0 varía en 5,69 KJ/mol
MECANISMO DE ACCIÓN:
LAS ENZIMAS ACELERAN
LAS REACCIONES FACILITANDO LA FORMACIÓN DEL ESTADO DE
TRANSICIÓN
(b)
(c)
MECANISMO DE ACCIÓN:
LAS ENZIMAS ACELERAN
LAS REACCIONES FACILITANDO LA FORMACIÓN DEL ESTADO DE
TRANSICIÓN
Comlpejo enzimasustrato activado
∆Gs= ∆G0s+RT Ln [ES]
[E][S]
Energía libre de
transición
Energía libre de
activación de Gibbs
∆Gs<0
S<Ks
La enzima tiene mayor poder catalítico a
menores concentraciones de sustrato, pues la energía de
activación desde el complejo enzima sustrato (ES) a
complejo enzima-sustrato activado (ES=) es menor
∆Gs>0
Cuando la afinidad de la enzima por el sustrato es muy alta
y los valores de sustrato son elevados entonces el complejo
enzima-sustrato cae en un pozo de potencial y se tiene que
invertir más energía para alcanzar el estado activado, lo
que va en perjuicio del poder catalítico del enzima
ENZIMAS: MECANISMOS GENERAL DE ACCIÓN
ENZIMÁTICA
1.- EFECTOS ENERGÉTICOS: ∆G= = ∆H= -T∆S=. Una disminución del primer factor o
un aumento del factor entrópico haría disminuir la energía libre de activación de Gibbs. Se ha visto que las
enzimas estabilizan el estado de transición de los sustratos de la reacción por interacciones de sus centros
activos con los sustratos en el estado de transición. Las interacciones electrostáticas entre el enzima y el estado
en estado de transición son bastante mayores porque existe menor fuerza dieléctrica del medio.
2.- EFECTOS ENTRÓPICOS: Las enzimas producen una ganancia de la entropía del paso
complejo enzima-sustrato a complejo enzima-sustrato activado. Esta ganancia es explicada por el elevado
aumento de la concentración efectiva de los sustratos, al ser la reacción de formación del complejo activado una
reacción intramolecular. Se conoce que las reacciones intramoleculares tienen lugar a una velocidad mucho
mayor que las intermoleculares.
3.- EFECTOS DE PROXIMIDAD Y ORIENTACIÓN DE ORBITALES: Efectos
que se encuentran favorecidos al formarse el complejo enzima-sustrato y que influirán en la disminución de la
energía de activación y aumento de la velocidad en presencia de la enzima.
4.- EFECTO DEL ANCLAJE DE LOS SUSTRATOS SOBRE EL ENZIMA:
En los años 70 Reuben propuso una teoría alternativa para explicar el factor multiplicativo de la velocidad
enfocada en el tiempo de colisión de los sustratos que van a reaccionar. Dicho tiempo es mucho mayor en el
centro activo del enzima. El tiempo de colisión entre dos partículas en solución acuosa es 10-11 a 10-12 s. En el
centro activo del enzima es del orden de 10-4 a 10-7. La probabilidad de choque entre moléculas son
porporcionales a los tiempos de colisión. Por los efectos de proximidad, orientación y tiempo de residencia que
afectan a la entropía de activación de la reacción en última instancia contribuyen a la estabilizacióndel complejo
activado.
ENZIMAS: TIPOS DE CATÁLISIS
1.- CATÁLISIS ÁCIDO-BASE
2.- CATÁLISIS COVALENTE
3.- CATÁLISIS MEDIADA POR IONES METÁLICOS
ENZIMAS: TIPOS DE CATÁLISIS
1.- CATÁLISIS ÁCIDO-BASE
Desde antiguo se conoce que muchas reacciones orgánicas son catalizadas
por la presencia de iones hidronio (H3O+) y oxhidrilo (OH-) en la solución.
Además es posible detectar estabilización del estado de transición por
ácidos y bases de Brönsted. Con frecuencia, la presencia simultánea de
ácidos y bases es necesaria para la catálisis y se le denomina catálisis
ácido–base concertada.
Muchas reacciones que ocurren en el interior de las enzimas suponen la
formación de compuestos intermediarios inestables, con cargas eléctricas
positivas y negativas, que son los estados de transición. Estos compuestos
pueden formarse por donación de protones desde restos ácidos de
aminoácidos de los centros activos y captación de protones por restos
básicos de aminoácidos.
ENZIMAS: TIPOS DE CATÁLISIS
1.- CATÁLISIS ÁCIDO-BASE
ENZIMAS: TIPOS DE CATÁLISIS
1.- CATÁLISIS ÁCIDO-BASE: Lisozima
NAM: N-acetilmurámico
NAG: N-acetil-glucosamina
La lisozima hidroliza los enlaces glucosídicos ß (1-4)
entre el NAM y la NAG
1.- Cesión de un protón del glutámico en la posición 35
2.- Se forma un intermediario inestable que es un ión
carbonio, conocido como oxocarbonio, porque parte de
la carga positiva está compartida con el oxígeno del
anillo
3.- El intermediario, cargado positivamente, es
estabilizado por las cargas negativas del aspartato y
del glutamato. Dicha estabilización es en el interior de
la enzima, donde las interacciones son mayores
4.- Ataque nucleófilo del OH- proveniente del agua. El
glutamato de la enzima recupera su forma ácida a partir
del ataque electrófilo del protón proveniente también
de la molécula del agua. Así la molécula enzimática
queda recuperada para empezar un nuevo ciclo
catalítico
ENZIMAS: TIPOS DE CATÁLISIS
2.- CATÁLISIS COVALENTE
Implica la estabilización del complejo activado por la formación de un compuesto
intermediario covalentemente unido a la enzima. B es susceptible a un ataque por un
nucleófilo de la enzima. Pueden formar parte del centro activo de la enzima:
1.- Residuos de aminoácidos que portan nucleófilos como –OH de la Ser, Thr o
Tyr
2.- -SH de Cys
3.- y el grupo imidazol de la histidina en su forma básica
4.- Grupos funcionales de cofactores enzimáticos como el piridoxal fosfato
El esquema de la reacción sin catalizar sería el siguiente:
Y+B-X
Y…B…X
Y-B + X
En presencia de la enzima
E-N: + B-X
X + E-N-B + Y
Y-B + E-N:
Ej: serín-proteasas (trombina, plasmina) y cisteín-proteasas (papaína y ficina), y las
esterasas.
ENZIMAS: TIPOS DE CATÁLISIS
3.- IONES METÁLICOS
Muchas enzimas requieren metales para la catálisis. Los metales son capaces de
estabilizar los complejos de transición en la catálisis mediada por ellos. Se basa en que
hay iones metálicos que funcionan como ácidos de Lewis de la misma manera que lo
hacen los protones
Los iones metálicos participan de diferentes formas en la catálisis
• Orientación del sustrato para que reaccione
• Estabilizando estados de transición de compuestos cargados
• Intervienen en reacciones redox cambiando su propio estado de oxidación
ENZIMAS: TIPOS DE CATÁLISIS
3.- IONES METÁLICOS: Anhidrasa carbónica
CO2 + H2O
(VOET)
HCO3- + H+
ENZIMAS: TIPOS DE CATÁLISIS
3.- IONES METÁLICOS: Anhidrasa carbónica
ATAQUE
NUCLEOFÍLICO
E-Zn2+…OH- + CO2
E-Zn2++ HCO3-
La enzima tiene en su centro activo un
átomo de Zn2+ coordinado con 3
residuos de Histidina de la proteína. El
cuarto ligando es una molécula de agua
que se ioniza con un pKa=7
CINÉTICA ENZIMÁTICA
Conceptos básicos de cinética química
Las reacciones químicas se clasifican en:
Monomoleculares, bimoleculares y trimoleculares según el número de
reaccionantes sea uno, dos o tres.
A
↔ P
Monomoleculares
A+B ↔ P
Bimoleculares
A+B+C ↔ P
Trimoleculares
Las reacciones químicas también se clasifican en:
1.- Reacciones de orden cero,
2.- Reacciones de primer orden,
3.- Reacciones de segundo orden
Dependiendo de cómo la velocidad de reacción es influenciada por la
concentración de los reaccionantes. V= -d[S] =d[P]
dt
dt
CINÉTICA ENZIMÁTICA
En una reacción de orden cero, la velocidad de formación
del producto es independiente de la concentración de
sustrato: v = k
En una reacción de primer orden la velocidad de
formación de los productos es directamente proporcional a
la concentración del sustrato: v = k [A]
Una reacción de segundo orden es aquella en la que la
velocidad de formación del producto depende
•de la concentración de dos sustratos (como en
una reacción de condensación): v = k [A1] [A2]
•del cuadrado de la concentración de un único
sustrato (reacción de dimerización): v = k [A]2
CINÉTICA ENZIMÁTICA
Factores que afectan la velocidad de
una reacción enzimática
1.
2.
3.
4.
5.
Concentración de Enzima
Concentración de sustrato
pH
Temperatura
Presencia de Inhibidores
CINÉTICA ENZIMÁTICA
1. Concentración de Enzima
CINÉTICA ENZIMÁTICA
2. Concentración de sustrato
CINÉTICA ENZIMÁTICA
[S0]
CINÉTICA ENZIMÁTICA: ESTUDIO DE LA VELOCIDAD FRENTE A
CONCENTRACIÓN DE SUSTRATO VARIABLE Y ENZIMA CONSTANTE
CINÉTICA ENZIMÁTICA: ESTUDIO DE LA VELOCIDAD FRENTE A
CONCENTRACIÓN DE SUSTRATO VARIABLE Y ENZIMA CONSTANTE
SUPUESTOS DE MICHAELIS-MENTEN
1.- La formación de un equilibrio rápido entre la enzima libre y el
sustrato inicial
2.- La concentración inicial de sustrato es muy superior a la de la
enzima
3.- Las velocidades usadas son siempre velocidades iniciales
4.- La velocidad inicial es proporcional a la constante de catálisis y
[ES]
5.- El paso limitante de la reacción total es el valor de la constante de
catálisis y , por lo tanto se cumple siempre Kcat<<K2
CINÉTICA ENZIMÁTICA: ESTUDIO DE LA VELOCIDAD FRENTE A
CONCENTRACIÓN DE SUSTRATO VARIABLE Y ENZIMA CONSTANTE
CINÉTICA ENZIMÁTICA: ESTUDIO DE LA VELOCIDAD FRENTE A
CONCENTRACIÓN DE SUSTRATO VARIABLE Y ENZIMA CONSTANTE
CINÉTICA ENZIMÁTICA: ESTUDIO DE LA VELOCIDAD FRENTE A
CONCENTRACIÓN DE SUSTRATO VARIABLE Y ENZIMA CONSTANTE
CINÉTICA ENZIMÁTICA: ESTUDIO DE LA VELOCIDAD FRENTE A
CONCENTRACIÓN DE SUSTRATO VARIABLE Y ENZIMA CONSTANTE
CINÉTICA ENZIMÁTICA: ESTUDIO DE LA VELOCIDAD FRENTE A
CONCENTRACIÓN DE SUSTRATO VARIABLE Y ENZIMA CONSTANTE
CINÉTICA ENZIMÁTICA
CINÉTICA ENZIMÁTICA
CINÉTICA ENZIMÁTICA: ESTUDIO DE LA VELOCIDAD FRENTE A
CONCENTRACIÓN DE SUSTRATO VARIABLE Y ENZIMA CONSTANTE
CINÉTICA ENZIMÁTICA
Significado de KM, Kcat, Kcat/KM
• KM
– Cuando k2 << k-1 Entonces KM ≅ k-1/k1 = K
• Afinidad de la enzima por el sustrato
– KM = [S] cuando V = ½ V max
• Es una medida de la [S] necesaria para catálisis
eficaz
CINÉTICA ENZIMÁTICA
Significado de KM, Kcat, Kcat/KM
• Kcat [segundos-1]
– Medida directa de la producción catalítica en
condiciones óptimas (enzima saturada)
– Tiempo necesario para cambiar S en P
– Número de recambio (N°moléc de S recamb por
seg)
CINÉTICA ENZIMÁTICA
Significado de KM, Kcat, Kcat/KM
• Kcat/ KM
– Cuando [S] << KM Entonces [E]t << [E]
– Medida directa de eficiencia y especifidad
de la enzima
– Permite comparar eficiencia de una
enzima con diferentes sustratos
– Valor máximo entre 108 y 109 (mol/L)-1 s-1
CINÉTICA ENZIMÁTICA: ESTUDIO DE LA VELOCIDAD FRENTE A
CONCENTRACIÓN DE SUSTRATO VARIABLE Y ENZIMA CONSTANTE
CINÉTICA ENZIMÁTICA: PROCEDIMIENTOS DE LINEARIZACIÓN
1.- LINEARIZACIÓN DE LINEWEAVER-BURK
CINÉTICA ENZIMÁTICA: PROCEDIMIENTOS DE LINEARIZACIÓN
1.- LINEARIZACIÓN DE LINEWEAVER-BURK
CINÉTICA ENZIMÁTICA: PROCEDIMIENTOS DE LINEARIZACIÓN
1.- LINEARIZACIÓN DE EADIE-HOFSTEE
REACCIONES BISUSTRATO
SIMBOLOGÍA DE CLELAND:
En el caso de dos sustratos y dos productos de la reacción pueden
distinguirse:
1.- La formación de un complejo ternario, formado por la enzima y los
dos sustratos, complejo al que se denomina [EAB]. Este complejo, a su vez,
puede formarse:
a.- Al azar
b.- De manera ordenada (Bi-Bi ordenado). En este caso,
el segundo sustrato sólo se puede unir una vez que se ha formado complejo
con el primer sustrato
2.- Es posible que la entrada del primer sustrato modifique la enzima,
formando enzimas modificadas (ej: acil-enzimas, fosforil-enzimas, etc…) y
saliendo uno de los productos de la reacción. La entrada de un segundo
sustrato completa la reacción recuperándose la enzima. Mecanismo PingPong
REACCIONES BISUSTRATO
ECUACIONES CON DOS SUSTRATOS:
1.- Se supone la formación de un equilibrio rápido entre la enzima y los
sustratos
2.- La cantidad de enzima total [E0] es igual al sumatorio de todas las
especies químicas en las que pueda encontrarse la enzima; [E0]=Σ[Ej]
3.- Se supone la condición de estado estacionario
REACCIONES BISUSTRATO
Reacciones enzimáticas bisustrato: A + B
P+Q
Si se forma un complejo ternario E-A-B
2. Mecanismo secuencial al azar
1. Mecanismo secuencial ordenado
A
B
A
EA
EAB=EPQ
SIMBOLOGÍA DE CLELAND
v=
Q
P
Q
P
E
E
B
EQ
E
B
EA
EAB
EQ
EB
EPQ
EP
A
v max [A][B]
K M, A K M, B + K M, B[A] + K M, A [B] + [A][B]
Q
E
P
REACCIONES BISUSTRATO
Reacciones enzimáticas bisustrato: A + B
P+Q
Si NO se forma un complejo ternario E-A-B
SIMBOLOGÍA DE CLELAND
3. Mecanismo ping-pong
B
P
A
Q
v=
E
EA=FP
F
EN LA PRÁCTICA:
FB=EQ
v max [A][B]
K M , B[A] + K M , A [B] + [A ][B]
E
Reducción a la ecuación de Michaelis-Menten
trabajando en condiciones experimentales
adecuadas
Se trabaja con concentración saturante de todos los sustratos
v [A]
excepto uno, por ejemplo si B es saturante ⇒ v = max
K A + [A ]
REACCIONES BISUSTRATO
CINÉTICA ENZIMÁTICA: FACTORES QUE AFECTAN A LA
VELOCIDAD
Efecto de la variación de la concentración de la
enzima
En
condiciones
de
concentración de S hasta
la saturación, pH y
temperatura constante se
observa que
CINÉTICA ENZIMÁTICA: FACTORES QUE AFECTAN A LA
VELOCIDAD
Efecto de la variación de la concentración del
sustrato
En condiciones de
concentración de E,
pH y temperatura
constante se observa
que
CINÉTICA ENZIMÁTICA: FACTORES QUE AFECTAN A LA
VELOCIDAD
Efecto de la temperatura sobre la actividad enzimática
En general, los aumentos de temperatura aceleran las reacciones
químicas: por cada 10ºC de incremento, la velocidad de reacción se
duplica, Q10.
CINÉTICA ENZIMÁTICA: FACTORES QUE AFECTAN A LA
VELOCIDAD
1. Para la reacción enzimática se cumple la relación empírica:
 E 
k = A ⋅ exp − a 
 RT 
Ecuación de Arrhenius
El coeficiente de temperatura, Q10 se define por:
 k (T + 10 )  E a  1
1
ln Q10 = ln 
=
−
−





k
(
T
)
R
T
+
10
T






Valores típicos
Ea ≈ 10 Kcal.mol-1
1,7 ≤ Q10 ≤ 2,5
2. Las enzimas sufren además desnaturalización térmica
y por tanto desactivación.
CINÉTICA ENZIMÁTICA: FACTORES QUE AFECTAN A LA
VELOCIDAD
CINÉTICA ENZIMÁTICA: FACTORES QUE AFECTAN A LA
VELOCIDAD
Efecto final
Cada enzima posee una
temperatura óptima
50
Fracción de
enzima
activa
Reacción no
enzimática
Ejemplos
v (u.a.)
T óptima para
Tóptimaenzimas
1,0
termofílicas
T óptima para
enzimas humanas
Velocidad de
reacción
25
0
Enzima
activa
0,5
Reacción
enzimática
10
20
30
Temperatura (ºC)
40
0,0
T (°C)
CINÉTICA ENZIMÁTICA: FACTORES QUE AFECTAN A LA
VELOCIDAD
Efecto del pH sobre la actividad enzimática
Los enzimas poseen grupos químicos ionizables
(carboxilos -COOH; amino -NH2; tiol -SH; imidazol,
etc.) en las cadenas laterales de sus aminoácidos
CINÉTICA ENZIMÁTICA: FACTORES QUE AFECTAN A LA
Velocidad de reacción
VELOCIDAD
pH óptimo
para la pepsina
pH óptimo
para la tripsina
pH y medio iónico afectan a la conformación tridimensional de la proteína
La actividad de la enzima depende de la extensión de la reacción de
disociación de ciertos aminoácidos en la estructura proteica.
Si el sustrato tiene propiedades ácido-base es probable que la enzima
sólo pueda catalizar la transformación de su forma disociada o de su
forma no disociada.
CINÉTICA ENZIMÁTICA: FACTORES QUE AFECTAN A LA
VELOCIDAD
CINÉTICA ENZIMÁTICA: FACTORES QUE AFECTAN A LA
VELOCIDAD
CINÉTICA ENZIMÁTICA: FACTORES QUE AFECTAN A LA
VELOCIDAD
Inhibidores reversibles
Inhibidores irreversibles
La inhibición aumenta con la [I]
y puede llegar a ser total
Unión enzima-inhibidor covalente
La inhibición no revierte al
retirar el inhibidor de la mezcla
de reacción
La velocidad de reacción disminuye
linealmente con [I] a bajas [I]
La enzima recobra su actividad
cuando se elimina al inhibidor del
medio
Unión enzima-inhibidor y/o complejo
ES-inhibidor no covalente
La inhibición puede ser revertida
por diálisis o simple dilución
La inhibición es altamente
específica
CINÉTICA ENZIMÁTICA: FACTORES QUE AFECTAN A LA
VELOCIDAD
INHIBICIÓN COMPETITIVA
Cinética Enzimática
• Mecanismos de Inhibición
Inhibidor competitivo
Inhibidor no competitivo
CINÉTICA ENZIMÁTICA: FACTORES QUE AFECTAN A LA
VELOCIDAD
INHIBICIÓN COMPETITIVA
• Por unión del inhibidor al centro activo
S
1/v
[I]
Enzima
[I] = 0
I
S
Enzima no activa
1/[S]
• Por modificación del centro activo
S
[I]  1 + 1
1 KM 
1 +
=
v v max  K I  [S] v max
I
v′max = v max
Enzima
S
Enzima no activa

[I] 
K′M = K M 1 +

 KI 
CINÉTICA ENZIMÁTICA: FACTORES QUE AFECTAN A LA
VELOCIDAD
INHIBICIÓN COMPETITIVA
• Ácido succínico + FAD == ácido
fumárico + FADH2
• El inhibidor competitivo es el ácido
malónico
• Es un análogo estructuralmente
parecido al ácido succínico
CINÉTICA ENZIMÁTICA: FACTORES QUE AFECTAN A LA
VELOCIDAD
INHIBICIÓN COMPETITIVA
Inhibidor competitivo
su estructura es similar a la del sustrato
No se forma producto
CINÉTICA ENZIMÁTICA: FACTORES QUE AFECTAN A LA
VELOCIDAD
INHIBICIÓN COMPETITIVA
• La sulfanilamida es un análogo estructural
del ácido p - aminobenzoico (PABA)
• PABA es el punto de partida para la
síntesis de ácido fólico en las bacterias
• El ácido fólico es una vitamina esencial
para la proliferación (división) bacteriana
• Sulfanilamida se usa en el tratamiento
algunas infecciones
CINÉTICA ENZIMÁTICA: FACTORES QUE AFECTAN A LA
VELOCIDAD
INHIBICIÓN COMPETITIVA
CINÉTICA ENZIMÁTICA: FACTORES QUE AFECTAN A LA
VELOCIDAD
INHIBICIÓN COMPETITIVA
• El ácido fólico en sus formas de dihidro y
tetrahidrofolato es coenzima de la reacción
catalizada por la dihidrofolato reductasa
• Esta reacción es parte del metabolismo de
los nucleótidos para la síntesis de DNA
• Metotrexato se usa en la terapia de
algunos cánceres, inhibiendo la síntesis de
DNA
CINÉTICA ENZIMÁTICA: FACTORES QUE AFECTAN A LA
VELOCIDAD
INHIBICIÓN COMPETITIVA
CINÉTICA ENZIMÁTICA: FACTORES QUE AFECTAN A LA
VELOCIDAD
CINÉTICA ENZIMÁTICA: FACTORES QUE AFECTAN A LA
VELOCIDAD
SIMPLE
INHIBICIÓN NO COMPETITIVA
1/v
[I]
[I] = 0
S
Enzima
I
I
1/[S]
v′max =
Enzima no activa
v max

[ I] 
1 +

K
ESI 

K′M = K M
CINÉTICA ENZIMÁTICA: FACTORES QUE AFECTAN A LA
VELOCIDAD
INHIBICIÓN NO COMPETITIVA
CINÉTICA ENZIMÁTICA: FACTORES QUE AFECTAN A LA
VELOCIDAD
CINÉTICA ENZIMÁTICA: FACTORES QUE AFECTAN A LA
VELOCIDAD
1/v
[I]
INHIBICIÓN ACOMPETITIVA
[I] = 0
S
Enzima
I
1/[S]
[I] 
1 KM 1
1 
1 +
=
+
v v max [S] v max  K I 
Enzima no activa
v′max =
v max
 [ I] 
1 +

K

I
K′M =
KM
 [ I] 
1 +

K

I
CINÉTICA ENZIMÁTICA: FACTORES QUE AFECTAN A LA
VELOCIDAD
RESUMEN
Tipo de
inhibición
Unión del
inhibidor
Efecto
sobre vmax
Efecto
sobre KM
Efecto sobre la
representación de inversos
Competitiva
E
Ninguno
Aumenta
1+([I]/KI)
Líneas convergentes sobre
el eje de ordenadas
ES
Disminuye
1+([I]/KI)
Disminuye
1+([I]/KI)
Líneas paralelas
Acompetitiva
No
competitiva
Simple
(KI=KESI)
Líneas convergentes en un
punto de abscisa negativa
E y ES
Disminuye
1+([I]/KESI)
Ninguno
Sobre el eje de abscisas
Aumenta
Mixta
(KI > KESI)
Disminuye
1+([I]/KESI)

1 +  [I]

 K ESI 
[
I
]

1 + 

 KI 
Por encima del eje de
abscisas
Disminuye
Mixta
(KI < KESI)
Disminuye
1+([I]/KESI)

1 +  [I]

 K ESI 
1 + [ I] 
 KI 
Por debajo del eje de
abscisas
CINÉTICA ENZIMÁTICA: FACTORES QUE AFECTAN A LA
VELOCIDAD
INHIBICIÓN POR SUSTRATO
Es un tipo de inhibición reversible, bastante frecuente, en ,la que un exceso
de sustrato provoca una pérdida de la actividad enzimática
CINÉTICA ENZIMÁTICA: FACTORES QUE AFECTAN A LA
VELOCIDAD
INHIBICIÓN BISUSTRATO
CINÉTICA ENZIMÁTICA: FACTORES QUE AFECTAN A LA
VELOCIDAD
INHIBIDORES IRREVERSIBLES
- Los inhibidores irreversibles reaccionan con un grupo
químico de la enzima, modificándola covalentemente
- Su acción no se describe por una constante de equilibrio Ki,
sino por una constante de velocidad ki:
E+I
E’
- A diferencia de la inhibición reversible, el efecto de los
inhibidores irreversibles depende del tiempo de actuación
del inhibidor.
- Los inhibidores irreversibles son, por lo general, altamente
tóxicos.
CINÉTICA ENZIMÁTICA: FACTORES QUE AFECTAN A LA
VELOCIDAD
INHIBIDORES IRREVERSIBLES
• Producen inactivación permanente de
la actividad enzimática
• Se interfiere con el normal desarrollo
de una reacción o vía metabólica
• Ejemplos:
p-cloromercuribenzoato,
yodoacetato, diisopropilfluorfosfato
CINÉTICA ENZIMÁTICA: FACTORES QUE AFECTAN A LA
VELOCIDAD
INHIBIDORES IRREVERSIBLES
Algunos tipos de inhibidores irreversibles
1. Reactivos de grupos -SH
2. Organofosfóricos
3. Ligandos de metales
4. Metales pesados
CINÉTICA ENZIMÁTICA: FACTORES QUE AFECTAN A LA
VELOCIDAD
INHIBIDORES IRREVERSIBLES 1. Reactivos de grupos -SH
(a) Agentes alquilantes
Yodoacetato
E
ICH2 COO-
SH
IH
E
S CH2 COOO
(b) Compuestos insaturados
E S
E
SH
N CH2 CH3
O
O
N CH2 CH3
N-Etil maleimida (NEM)
O
CINÉTICA ENZIMÁTICA: FACTORES QUE AFECTAN A LA
VELOCIDAD
INHIBIDORES IRREVERSIBLES 1. Reactivos de grupos -SH
(c) Formadores de mercáptidos
HOHg
E
SH
p-Hidroximercuribenzoato
COO-
E S Hg
COO-
(d) Oxidantes
Promueven la oxidación de dos tioles a un disulfuro
CINÉTICA ENZIMÁTICA: FACTORES QUE AFECTAN A LA
VELOCIDAD
INHIBIDORES IRREVERSIBLES 2. Organofosfóricos
Ser CH CH2
H 3C
OH
Ser CH CH2
H3C
CH3
CH
F
P O
CH
H3C
CH3
DFP:
diisopropil
fluorofosfato
CH3
CH
O P O
CH
CH3
H 3C
- Actúan sobre enzimas serínicas
- Únicamente sobre la Ser activa
- Insecticidas: Parathion, Malathion
- Inhibidores de la Acetilcolinesterasa (Gas sarín)
- Neurogases
Gas sarín: Neurotóxico
2-(Fluoro-metilfosforil)
oxipropano
CINÉTICA ENZIMÁTICA: FACTORES QUE AFECTAN A LA
VELOCIDAD
INHIBIDORES IRREVERSIBLES 3. Ligandos de coordinación de metales
Es el caso del ion cianuro, CNSe fija con gran afinidad a la sexta posición de coordinación
del Fe hemínico, impidiendo toda modificación posterior.
Por ello actúa sobre sistemas de Fe hemínico con la sexta
posición de coordinación libre, como la citocromo oxidasa,
de lo que deriva su elevadísima toxicidad
CINÉTICA ENZIMÁTICA: FACTORES QUE AFECTAN A LA
VELOCIDAD
INHIBIDORES IRREVERSIBLES
Mecanismos
de
Inhibición Irreversibles
Análogos del estado de
transición
Marcadores de afinidad
Inhibidores suicidas
CINÉTICA ENZIMÁTICA: FACTORES QUE AFECTAN A LA
VELOCIDAD
INHIBIDORES IRREVERSIBLES
INHIBIDORES SUICIDAS
1.- Los inhibidores suicidas deben ser químicamente inactivos en presencia de la enzima
2- Las moléculas de estos inhibidores se activan específicamente por la enzima a la que, a su
vez, van a inactivar
3.- Una vez activados por la enzima, reaccionan rápidamente con la proteína uniendose
covalentemente a algún resto de aminoácido e inactivando la enzima
CINÉTICA ENZIMÁTICA: FACTORES QUE AFECTAN A LA
VELOCIDAD
INHIBIDORES IRREVERSIBLES
INHIBIDORES SUICIDAS
E+I
1
EI
2
EI*
3
E’ + I*
1. El inhibidor se fija a la enzima igual que el substrato o un
inhibidor competitivo convencional
2. La acción catalítica de la enzima convierte al inhibidor I
en una especie altamente reactiva I*
3. I* modifica covalentemente a la enzima, inactivándola
de forma definitiva al igual que un inhibidor irreversible.
CINÉTICA ENZIMÁTICA: FACTORES QUE AFECTAN A LA
VELOCIDAD
INHIBIDORES IRREVERSIBLES
INHIBIDORES SUICIDAS
Ejemplos de inhibidores suicidas, 1
- Sistema de la β-lactamasa bacteriana
La utilización masiva de antibióticos β-lactámicos (penicilinas,
sus derivados semisintéticos y cefalosporinas) ha conducido a
la aparición de resistencias a los mismos.
Los microorganismos resistentes a estos antibióticos lo son por
producir una enzima, la β-lactamasa, que inactiva a los antibióticos β-lactámicos.
CINÉTICA ENZIMÁTICA: FACTORES QUE AFECTAN A LA
VELOCIDAD
INHIBIDORES IRREVERSIBLES
INHIBIDORES SUICIDAS
S
R CO NH
CH3
CH3
N
O
β-Lactamasa
COOPenicilina (activa)
Ác.peniciloico (inactivo)
R CO NH
O C HN
O-
S
CH3
CH3
COO-
CINÉTICA ENZIMÁTICA: FACTORES QUE AFECTAN A LA
VELOCIDAD
INHIBIDORES IRREVERSIBLES
Muy a menudo los preparados de penicilinas o
penicilinas semisintéticas se formulan añadiendo
un inhibidor suicida de la β-lactamasa, el ácido
clavulánico
INHIBIDORES SUICIDAS
O
CH2OH
C
N
β-Lactamasa
H
O
O
C
-
O
HN
CH2OH
C
H
-
COO
COO-
Ác.clavulánico
O
O
C
CH CH2
Ser
O
O
HN
CH2OH
C
H
COO-
Esta molécula
reacciona con la
serina activa de la
β-lactamasa,
produciendo su
inactivación
CINÉTICA ENZIMÁTICA: FACTORES QUE AFECTAN A LA
VELOCIDAD
INHIBIDORES IRREVERSIBLES
INHIBIDORES DEL ESTADO DE TRANSICIÓN
Un paso más allá en el desarrollo de inhibidores potentes
es el concepto de Análogo de Estado de Transición (AET)
- El inhibidor no es estrictamente análogo del substrato,
sino del Estado de Transición de la reacción.
- La afinidad de las enzimas por los AET es enorme, del
orden nM o pM, con lo que la fijación es tan fuerte que
puede considerarse irreversible
CINÉTICA ENZIMÁTICA: FACTORES QUE AFECTAN A LA
VELOCIDAD
INHIBIDORES IRREVERSIBLES
Angiotensinógeno
INHIBIDORES DEL ESTADO DE TRANSICIÓN
Hipotensión,
hipovolemia,
ortostatismo
Renina
Angiotensina I
DRVYIHPFHL
Enzima convertidora
de Angiotensina, ECA
HL
Angiotensina II
DRVYIHPF
Aumento de la presión arterial
Análogos de Estado de Transición: Captopril
R
HN
R'
CH COO-
CH COO-
C O
N
C H
C O
NH
HO C
C
O
Zn2+
Estado de transición
de la ECA
H3C C H
H C
H
S
Zn2+
Captopril
+
CINÉTICA ENZIMÁTICA: ENZIMAS REGULADORAS
1. Control a nivel de sustrato
2. Inhibición reversible por productos
(retroalimentación)
3. Activación/inhibición alostérica (nivel celular)
4. Modificación covalente (supracelular):
•
Reversible: fosforilación, metilación,
acetilación, ADP-ribosilación, etc.
•
Irreversible: activación proteolítica
CINÉTICA ENZIMÁTICA: ENZIMAS REGULADORAS
1.- A nivel de sustrato
1.- CONTROL A NIVEL DE SUSTRATO
Mediante interacción de los sustratos y productos de cada
reacción con la enzima
hexoquinasa
Glucosa + ATP -------> Glucosa-6-fosfato + ADP
_
El propio producto de la reacción puede
inhibir competitivamente a la enzima
CINÉTICA ENZIMÁTICA: ENZIMAS REGULADORAS
2.- Inhibición reversible por productos
Un aumento de concentración del producto final de una
ruta metabólica inhibe una de las primeras reacciones de
la ruta (generalmente la primera)
A ---> B ---> C ---> D ---> E
_
E actúa como inhibidor del primer enzima.
Ello impide:
• La utilización innecesaria del primer sustrato
• La acumulación del producto final
• Se evita la acumulación de intermedios
(al ser la mayoría R. Reversibles)
CINÉTICA ENZIMÁTICA: ENZIMAS REGULADORAS
3.- Por alosterismo
- Son proteínas con múltiples subunidades (múltiples centros activos y
catalíticos)
- Presentan una cinética sigmoidal, indicativa de efectos cooperativos
en la unión del sustrato.
- Su actividad está regulada por otras moléculas efectoras.
- Pueden mantener las concentraciones de sus sustratos en valores
bastante constantes:
* Existe una concentración crítica de sustrato ([S]c) por
debajo de la cuál la enzima es prácticamente inactiva
* Un pequeño aumento de la concentración de sustrato, por
encima de la ([S]c, da lugar a un notable aumento de la actividad
enzimática
CINÉTICA ENZIMÁTICA: ENZIMAS REGULADORAS
3.- Por alosterismo
Enzima
ineficaz
Enzima
muy
eficiente
“Bioquímica” Mathews, van Holde y Ahern. Addison Wesley 2002
ENZIMAS HOMOTRÓPICAS:
El sitio de unión es a la vez el
sitio activo y el sitio regulador.
El sustrato puede funcionar
como modulador.
ENZIMAS HETEROTRÓPICAS:
El modulador es un metabolito
diferente del sustrato. El sitio
regulador es distinto del sitio
regulador.
CINÉTICA ENZIMÁTICA: ENZIMAS REGULADORAS
3.- Por alosterismo
+
La
unión
de
inhibidores
o
activadores
alostéricos no afecta
a la Vmax, pero si
altera la Km
-
“Bioquímica” Mathews, van Holde y Ahern. Addison Wesley 2002
CINÉTICA ENZIMÁTICA: ENZIMAS REGULADORAS
3.- Por alosterismo
CINÉTICA ENZIMÁTICA: ENZIMAS REGULADORAS
3.- Por alosterismo
CINÉTICA ENZIMÁTICA: ENZIMAS REGULADORAS
3.- Por alosterismo
CINÉTICA ENZIMÁTICA: ENZIMAS REGULADORAS
3.- Por alosterismo
AMPK is a heterotrimeric protein composed of three different subunits
α
β
γ
Catalytic subunit. Can be phosphorylated on the Threonine 172
unclear, but seems to be the assembly subunit.
Contains the binding sites for AMP and or ATP
When AMP binds to AMPK, it increases allosterically the kinases activity by
10 fold.
The phospharlyation of the Thr 172 site by an upstream kinase incrases the
enzymatc activity by 100 fold
CINÉTICA ENZIMÁTICA: ENZIMAS REGULADORAS
4.- Por modificación covalente
4.- MODIFICACIONES COVALENTES
Existen enzimas que están inactivas hasta que se activan por unión covalente con
otras moléculas y viceversa.
ADP-ribosilación
- metilación, acetilación
Algunas modificaciones son reversibles y otras no.
CH2OH
CH2OH
O
H
HO
H
O
H
H
H
OH H
O
CH2OH
H
H
OH H
H
OH
A. FOSFORILACIÓN/DESFOSFORILACIÓN
(serina, treonina, tirosina e histidina)
O
H
O
OH
H
H
OH H
H
O ....
OH
Pi
CH2OH
O
H
HO
H
OH H
CH2OH
H
H
OH
H
OH H
-
OP O
O-
O
H
O
OH
H
OH
EJEMPLO: Glucógeno fosforilasa
Libera glucosa a partir de glucógeno
CH2OH
H
O
H
O
H
OH H
H
OH
H
O ....
CINÉTICA ENZIMÁTICA: ENZIMAS REGULADORAS
4.- Por modificación covalente
Cadena
lateral
de Ser14
Cadena
lateral
de Ser14
Fosforilasa b
(menos activa)
Fosforilasa
fosfatasa
Fosforilasa
quinasa
Hablar de
fosforilación AMPK
y de la GSK3-ß
Fosforilasa a
(más activa)
CINÉTICA ENZIMÁTICA: ENZIMAS REGULADORAS
4.- Por modificación covalente
Hormone (epinephrine or glucagon)
via G Protein (Gα-GTP)
Adenylate cyclase
(inactive)
Signal
cascade by
which
Glycogen
Phosphorylase
is activated.
Adenylate cyclase
(active)
catalysis
ATP
cyclic AMP + PPi
Activation
Phosphodiesterase
AMP
Protein kinase A
(inactive)
Protein kinase A
(active)
ATP
ADP
Phosphorylase kinase
(b-inactive)
Phosphatase
Phosphorylase kinase (P)
(a-active)
ATP
Pi
ADP
Phosphorylase
(b-allosteric)
Phosphorylase (P)
(a-active)
Phosphatase
Pi
CINÉTICA ENZIMÁTICA: ENZIMAS REGULADORAS
5.- Por escisión proteolítica
CINÉTICA ENZIMÁTICA: ENZIMAS REGULADORAS
5.- Por escisión proteolítica
PROCESO EN CASCADA
DE LA COAGULACIÓN DE
LA SANGRE
“Bioquímica” Mathews, van Holde y Ahern. Addison Wesley 2002
CINÉTICA ENZIMÁTICA: ENZIMAS REGULADORAS
5.- Por escisión proteolítica
autoproteolisis
CINÉTICA ENZIMÁTICA: ENZIMAS REGULADORAS
5.- Por escisión proteolítica
Vías
principales
de
apoptosis
en
mamíferos
Hengartner et al, Nature, 2000, 407: 770
CINÉTICA ENZIMÁTICA: ENZIMAS REGULADORAS
6.- Por isoenzimas
CINÉTICA ENZIMÁTICA: ENZIMAS REGULADORAS
6.- Por isoenzimas
ISOENZIMAS: Son formas diferentes (pero relacionadas) de una
enzima que catalizan la misma reacción. A menudo difieren en unas pocas
sustituciones de aminoácidos, afinidad por el sustrato, Vmáx y/o
propiedades reguladoras.
Corazón
Riñón
Hematíe Cerebro Leucocito Músculo
COMPLEJOS MULTIENZIMÁTICOS: Son asociaciones de enzimas.
Hígado
COENZIMAS
Los cofactores enzimáticos suelen ser moléculas complejas,
que nuestro organismo no puede sintetizar, por lo general.
Por esa razón muchos cofactores enzimáticos deben ser, en
todo en parte, ingresados con la dieta; muchos de ellos son, por
lo tanto, vitaminas.
Ni todos los cofactores son vitamínicos ni todas las vitaminas
son cofactores enzimáticos
GRUPO
PROSTÉTICO
Propiedades de coenzimas
•
•
•
•
Moléculas orgánicas de bajo peso molecular,
Termoestables,
Recuperable.
Una misma coenzima puede ser útil para
varias enzimas distintas que cumplen la
misma función.
• Gran parte provienen del complejo vitamínico
B y del fosfato de adenosina.
Propiedades de coenzimas
• Las coenzimas se unen a la molécula de
proteína por un sitio distinto al sitio de unión
del sustrato o sitio activo. La unión en este
otro sitio que puede o no ser vecino al sitio
activo, permite ubicar en mejor forma el
sustrato en el sitio activo de modo de facilitar
el inicio de la reacción.
Ejemplo de reacción de coenzimas
Piruvato
NADH + H +
Lactato
Deshidrogenasa
Lactato
1,2-difosfoglicerato
Gliceraldehído-3-fosfato
Deshidrogenasa
NAD+
gliceraldehido-3-P
• Vitaminas. Moléculas orgánicas de
estructura diversa y no común entre
ellas, que actúan en diferentes formas y
en diferentes niveles dentro de la
fisiología celular, que, en general, no
son sintetizadas por el organismo
humano, por lo tanto, deben se
ingeridas en cantidades mínimas a
través de los alimentos.
GENERALIDADES
• 1912: F.G. Hopkins. Demostró experimentalmente que los animales necesitan algo más que
proteínas, grasa y glúcidos en la dieta. Postuló que que uno o más “factores accesorios” presentes
en los alimentos eran necesarios para la nutrición animal.
• 1912: Casimir Funk. Obtuvo un concentrado de una amina a partir de la cascarilla del arroz que
aliviaba los síntomas del beriberi. Acuñó el término de VITAMINA, indicativo amina esencial para la
vida
• Se sabe que los animales crecen a una mayor tasa cuando se les suplementa con factores de
crecimiento de fuentes naturales.
• Son moléculas orgánicas complejas, indispensables para el funcionamiento adecuado de los
seres vivos.
• Se produjo un cambio profundo a mediados de la década de los años 30, en que fueron aisladas
por primera vez algunas vitaminas y se establecieron sus estructuras moleculares. En unos años
se identificaron; la tiamina (Vit B1), riboflavina (Vit B2) y el ácido nicotínico (Vit B3), que es el factor
antipelagra.
• Poco después se descubrió que estas vitaminas actúan como componentes fundamentales de
algunos coenzimas. Por ej; la piruvato descarboxilasa, que cataliza la descarboxilación del ac.
Pirúvico a acetaldehído y CO2, precisa de un cofactor orgánico termoestable denominado
cocarboxilasa. Poco después observaron que la cocarboxilasa contiene una molécula de tiamina, o
vitamina B1
• Necesarias en cantidades mínimas (R.D.R.).
• NO cumplen funciones estructurales ni energéticas.
• NO son sintetizadas por los animales y, por tanto, deben proporcionarse en la dieta.
VITAMINA
COENZIMA
REACCIÓN o PROCESO
TIAMINA
(B1)
Pirofosfato
de tiamina
(TPP)
Descarboxilación,
transferencia de grupos
aldehido
RIBOFLAVI FMN y FAD
NA (B2)
ACIDO
NAD y
NICOTÍNICO
NADP
, NIACINA
(B3)
ACIDO
Coenzima A
PANTOTÉNI
(CoA)
CO (B5)
Oxido- reducciones
Oxido-reducciones
Transferencia de grupos
acilos
VITAMIN
A
COENZIMA
REACCIÓN o PROCESO
B6
Fosfato de
piridoxal (PLP)
Transferencia de grupos
amino
BIOTINA
(B8)
Biocitina
Carboxilaciones
ACIDO
FÓLICO
(B9)
Tetrahidrofolato
(TH4)
Transferencia de grupos de
un solo carbono
B12
Metilcobalamina
Cobamida
Transferencia de grupos de
un solo carbono
C
Acido ascorbico
Hidroxilaciones
VITAMINA
CONSECUENCIA DE LA DEFICIENCIA
TIAMINA
Beriberi( Pérdida de peso, cardiopatías,
neurológicas)
Queilosis, estomatitis angular (lesiones en
boca) y glositis (Lengua color magenta)
Pelagra (Dermatitis, Demencia y Diarrea)
RIBOFLAVINA
NIACINA
ACIDO
PANTOTÉNICO
?
B6
Neuropatía periférica, depresión,
convulsiones y anemia sideroblástica.
Depresión, mialgias y fatiga muscular
Anemia megaloblástica, defectos en tubo
neural
Anemia perniciosa, acidosis metilmalónica
Escorbuto (Encías inflamadas y
sangrantes, hemorragias subdérmicas)
BIOTINA
ACIDO FÓLICO
B12
C
• Clasificación
• Vitaminas Hidrosolubles
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Complejo B: Tiamina (vitamina B1)
Riboflavina (vitamina B2)
Niacina (vitamina B3)
Piridoxina ( vitamina B6)
Acido fólico
Acido pantoténico (vitamina B5)
Biotina
Cobalamina (vitamina B12)
Acido ascórbico
• Clasificación
• Vitaminas liposolubles
•
•
•
•
Vitamina A
Vitamina D
Vitamina E
Vitamina K
Cofactores de naturaleza no vitamínica: ejemplos
Hemo
Complejos Fe-S
Quinonas
Glutatión
ATP
UTP
PAPS(
S-AM
Carnitina
Ácido lipoico
3’- Fosfoadenil 5’- Fosfosulfato
)
Hemoenzimas, citocromos
Ferredoxinas
Tr.electrónico mitocondrial y fotosintético
Redox; transporte de aminoácidos
Transf.de fosfato y/o de energía
Transf.de grupos glicosídicos
Transf.de grupos sulfato
Transf.de grupos metilo
Transportador de grupos acilTransportador electrones
COENZIMAS DE PROCESOS DE OXIDACIÓN-REDUCCIÓN
1.- RIBOFLAVINA (Vitamina B2) y flavín-nucleótidos
• Estructura Química: Ribitol + isoaloxacina. Es un derivado de la isoaloxacina
• Es sintetizada por todas las plantas y muchos microorganismos, pero no por los animales
superiores
• La teoría de que los pigmentos flavínicos amarillos actúan como coenzimas había sido deducido
por Theorell y Warburg, quienes descubrieron que un enzima que participa en la oxidación de los
nucleótidos de piridina reducidos contiene un grupo prostético amarillo, identificado posteriormente
como FMN (Flavín mono-nucleótido)
• Más tarde, Warburg descubrió una segunda forma coenzimática de riboflavina, el flavín adeníndinucleótido (FAD).
• El FMN no es un verdadero nucleótido, ya que no contiene el resto de azúcar pentosa, en su
lugar, presenta el azúcar-alcohol (ribitol)
• Los flavín-nucleótidos actúan como grupos prostéticos de los enzimas de oxidación-reducción
conocidos como flavoenzimas o flavoproteínas
• R.D.R: 0,5 mg en niños y 2 mg en adultos. Según ingesta proteínas
• Fuentes: Leche, granos, leguminosas, huevo y carne magra.
• Coenzima: FMN y FAD. Oxidorreducción.
• Deficiencia: Arriboflavinosis (Anemia, queilosis, lengua color magenta, dermatitis seborreica y
fotofobia).
COENZIMAS DE PROCESOS DE OXIDACIÓN-REDUCCIÓN
1.- RIBOFLAVINA (Vitamina B2) y flavín-nucleótidos
Procesos en los que intervienen:
a.- Degradación oxidativa del piruvato, ácidos grasos y y de los aminoácidos
b.- Proceso de transporte electrónico: Los organismos aerobios el último aceptor de electrones es
el oxígeno. Sin embargo los electrones no se transfieren directamente a la molécula de oxígeno,
sino que las moléculas transfieren electrones a transportadores especiales como las flavinas.
En muchos flavoenzimas, el flavínnucleótido se halla fuertemente unido,
aunque la unión no es covalente a la
proteína. Constituye una excepción la
succinato-deshidrogenasa en la que el
nucleótido FAD está covalentemente unido
a un resto de histidina de la cadena
polipeptídica.
Isoaloxacina
(Forma reducida)
RIBITOL
Vitamina B2
COENZIMAS DE PROCESOS DE OXIDACIÓN-REDUCCIÓN
1.- RIBOFLAVINA (Vitamina B2) y flavín-nucleótidos
FMN
FAD
COENZIMAS DE PROCESOS DE OXIDACIÓN-REDUCCIÓN
1.- RIBOFLAVINA (Vitamina B2) y flavín-nucleótidos
FAD y FADH22
+2e
Succinato deshidrogenasa:
Succinato + FAD Fumarato + FADH2
Las formas oxidadas de los diferentes flavoenzimas son intensamente coloreadas; poseen
coloraciones características, amarilla, roja o verde, debidas a fuertes bandas de absorción en la
zona del espectro visible. Cuando se reducen, las flavoenzimas experimentan una decoloración con
un cambio en el espectro de absorción.
COENZIMAS DE PROCESOS DE OXIDACIÓN-REDUCCIÓN
2.- Ácido nicotínico (Niacina) (Vitamina B3) y nucleótidos de piridina
• Ácido nicotinico, antipelagra.
• Los vegetales y la mayor parte de los animales pueden sintetizar ácido nicotínico a partir de
otros precursores, sobre todo del aminoácido triptófano
• Estructura Química: Piridina.
• Se hallan unidos a la proteína de la deshidrogenasa de un modo relativamente débil durante el
ciclo catalítico, y por ello, funcionan más como sustratos que como grupo prostéticos
• R.D.R: Niños: 5 - 8 mg. Adultos: 18 - 29 mg.
Cada 60 mg de triptófano generan 1 mg de niacina.
• Fuentes: Maíz, vegetales y animales.
• Coenzimas: NAD, NADP. Oxidorreducción. En general, las deshidrogenasas piridíndependientes son específicas, bien del NAD+ o del NADP+, pero unas cuantas, como la
glutamato deshidrogenasa, actúan con ambos.
• Deficiencias: Pelagra (Diarrea, Demencia, Dermatitis) Ingesta isoniacida, enfermedad de
Hartnup y síndrome carcinoide maligno.
• Toxicidad: Daño hepático ?.
COENZIMAS DE PROCESOS DE OXIDACIÓN-REDUCCIÓN
2.- Ácido nicotínico (Niacina) (Vitamina B3) y nucleótidos de piridina
Nicotinamida
NAD+/NADH > 1: +/- 1-3 mM
NADP+/NADPH < 1: 0,01-1 mM
NAD+ (Dinucleótido de nicotinamida y de
adenina)
El NAD+ participa en reacciones catabólicas,
interviniendo en su forma oxidada pasando a su forma
reducida. El NADPH se genera en la vía de degradación
de la glucosa (ruta de las pentosas fosfato). La
regeneración de NAD+ se produce al entrar el NADH en
la cadena de transporte electrónico
COENZIMAS DE PROCESOS DE OXIDACIÓN-REDUCCIÓN
2.- Ácido nicotínico (Niacina) (Vitamina B3) y nucleótidos de piridina
CONH2
NAD+
+
N
O
CH2
OH
OH
O
O P O P O CH2
-
O
-
O
O
NH2
N
O
H
N
N
N
H
H
H
OH
OH
Nicotinamida - Ribosa - P - P - Ribosa - Adenina
CONH2
+
N
NADP+
O
CH2
OH
OH
O
O
O P O P O CH2
-
O
NH2
N
-
O
O
H
N
H
H
H
OH
N
N
O
-
O P O
O-
COENZIMAS DE PROCESOS DE OXIDACIÓN-REDUCCIÓN
2.- Ácido nicotínico (Niacina) (Vitamina B3) y nucleótidos de piridina
Reacción
de
la
malatodeshidrogenasa, mostrando el camino
que siguen los átomos de hidrógeno
separados por el enzima. Uno de ellos
es transferido en forma de ión hidruro
a la posición 4 del anillos de piridina; el
otro aparece como ión hidrógeno en el
medio
COENZIMAS DE PROCESOS DE OXIDACIÓN-REDUCCIÓN
2.- Ácido nicotínico (Niacina) (Vitamina B3) y nucleótidos de piridina
NAD y NADH+H
COENZIMAS DE PROCESOS DE OXIDACIÓN-REDUCCIÓN
2.- Ácido nicotínico (Niacina) (Vitamina B3) y nucleótidos de piridina
Las reacciones en que actúan estas coenzimas se
pueden esquematizar como:
Durante la oxidación de un sustrato, el anillo de nicotinamida del NAD+ acepta un ión hidrógeno y
dos electrones, lo que es equivalente a un ion hidruro. En la deshidrogenación producida por el
NAD+, un átomo de hidrógeno del sustrato se transfiere directamente al NAD+ , mientras que el otro
aparece en el disolvente, en forma de protón. Los dos electrones perdidos por el sustrato se
transfieren al anillo de nicotinamida
• AH2 + NAD+
Forma
oxidada
A + NADH + H+
Forma
reducida
• AH2 + NAPD+
Forma
oxidada
A + NADPH + H+
Forma
reducida
COENZIMAS DE PROCESOS DE OXIDACIÓN-REDUCCIÓN
2.- Ácido nicotínico (Niacina) (Vitamina B3) y nucleótidos de piridina
NADH+H = 340 nm
COENZIMAS DE PROCESOS DE OXIDACIÓN-REDUCCIÓN
2.- Ácido nicotínico (Niacina) (Vitamina B3) y nucleótidos de piridina
1.- En la mayor parte de las biosíntesis reductoras, el dador de electrones
es el NADPH. El NADPH transporta electrones de la misma forma que el
NADH
2.- Sin embargo, el NADPH se utiliza casi exclusivamente para las
biosíntesis reductoras, mientras que el NADH se utiliza principalmente
para le generación de ATP.
3.- El grupo fosfato adicional del NADH es una señal de identificación que
permite a los enzimas diferenciar los electrones de alto potencial que
serán utilizados en el anabolismo de los que se utilizarán en el
catabolismo
COENZIMAS DE PROCESOS DE OXIDACIÓN-REDUCCIÓN
3.- Ácido lipoico (No derivado vitamínico)
1.- A veces llamado ácido tiótico
2.- Existen dos formas que se interconvierten con facilidad a través de
procesos de oxidación-reducción:
2.1.- Forma oxidada. Es el ácido lipoico y es un disulfuro cíclico
2.2.- Forma reducida. El ácido dihidrolipoico, que posee dos
grupos sulfhidrilo en las posiciones 6 y 8.
3.- El ácido lipoico actúa como uno de los coenzimas de la
descarboxilación oxidativa del piruvato
4.- El ácido lipoico se halla unido covalentemente, mediante un enlace
amida, el grupo epsilon-amino de un resto de Lys de la dihidrolipoiltransacetilasa (segunda enzima del complejo de la piruvato
deshidrogenasa). El resto de lipoil-lisina se conoce también como
lipoamida
COENZIMAS DE PROCESOS DE OXIDACIÓN-REDUCCIÓN
3.- Ácido lipoico (No derivado vitamínico)
2H+2e
Se regenera el FADH2
COENZIMAS DE PROCESOS DE OXIDACIÓN-REDUCCIÓN
3.- Ácido lipoico (No derivado vitamínico)
El ácido lipoico actúa como uno de los coenzimas de la descarboxilación
oxidativa del piruvato (PIRUVATO DESCARBOXILASA) y de otros αoxoácidos, complejas reacciones en las que participan diversos coenzimas
CoA + S-acetildihidrolipoamida => Acetil-CoA + dihidrolipoamida
COENZIMAS DE PROCESOS DE OXIDACIÓN-REDUCCIÓN
4.- Vitamina B12 (Cianocobalamina)
• Estructura Química: Posee dos componentes característicos:
•
Sistema de anillos de CORRINA, que se parece al sistema de porfirina de la hemoglobina ( 4 anillos
del tipo pirrol, pero en el cual un par de estos anillos de 5 términos se halla unido directamente por un
puente meteno. Existe un átomo de cobalto
•
Ribonucleótido, presenta como base el 5,6 dimetilbenzimidazol
•
El cianuro ocupa una de las posiciones de coordinación del átomo de cobalto; de ahí el nombre de
cianocobalamina. Sin embargo, el cianuro está presente como artefacto de aislamiento. En el coenzima
B12, el ligando de cianuro está sustituído por el grupo 5-desoxiadenosilo
• En una primer tipo de reacciones: El coenzima B12 o 5`-DESOXIADENOSILCOBALAMINA es necesario para
la actuación de diversos enzimas. Las reacciones enzimáticas que precisan del coenzima B12 tienen como
denominador común un desplazamiento 1,2 de un átomo de hidrógeno desde un átomo de carbono de la
molécula de sustrato al siguiente, acompañado, habitualmente, por un desplazamiento inverso 2,1 de algún
otro grupo como un hidroxilo, amino, alquilo o carboxilo (REORDENAMIENTOS INTRAMOLECULARES)
• En un segundo tipo de reacciones: La vitamina B12 funciona como coenzima con la sexta posición de
coordinación del átomo de cobalto ocupada por un grupo metilo en lugar del grupo 5`-adenosilo siendo el
compuesto resultante la METILCOBALAMINA. En estas reacciones la metilcobalamina funciona como un
transportador de un grupo metilo procedente del N5-metiltetrahidrofolato.
• R.D.R: Niños 0.3 -1.5 µg. Adultos 2 µg.
• Fuentes: Ni los animales ni los vegetales pueden sintetizar la vitamina B12. Sólo lo sintetizan algunas bacterias.
• Factor intrínseco es una glucoproteína del jugo gástrico que une vitamina B12. Esta proteína capta una molécula
de vitamina B12 y la transporta a las células intestinales , desde las que, en unión de otras proteínas, llamadas
transcobalaminas, es transportada a los tejidos periféricos
• Es esencial para la maduración normal y el desarrollo de los eritrocitos
• Deficiencia: Anemia perniciosa, es la falta de factor intrínseco (Megaloblastosis y síntomas neurológicos. Glositis)
COENZIMAS DE PROCESOS DE OXIDACIÓN-REDUCCIÓN
4.- Vitamina B12 (Cianocobalamina)
La hidroxicobalamina y la
cianocobalamina son formas
no fisiológicas de la vitamina
B12
COENZIMAS DE PROCESOS DE OXIDACIÓN-REDUCCIÓN
4.- Vitamina B12 (Cianocobalamina)
•
Las formas activas son: metilcobalamina y 5’-deoxiadenosilcobalamina
•
La metilcobalamina actúa en una reacción que permite la reserva de metionina para síntesis de
purinas y pirimidinas
•
Homocisteína + metilcobalamina
•
La cobalamina actúa como mediadora en la reserva de tetrahidrofolato para la síntesis de bases para
los ácidos nucleicos
•
Cobalamina + N5-metiltetrahidrofolato
metionina+cobalamina
metilcobalamina + tetrahidrofolato
COENZIMAS DE PROCESOS DE OXIDACIÓN-REDUCCIÓN
4.- Vitamina B12 (Cianocobalamina)
COENZIMAS DE PROCESOS DE OXIDACIÓN-REDUCCIÓN
5.- Quinonas (No derivado vitamínico)
Cofactores quinónicos
O
OH
Quinona
Hidroquinona
O
AH2
OH
A
COENZIMAS DE PROCESOS DE OXIDACIÓN-REDUCCIÓN
5.- Quinonas (No derivado vitamínico)
Cofactores quinónicos
Subunidad
isoprenoide(2
metil, 1,3
butadieno)
O
CH3
O
CH3
O
CH3
O
CH3
n
Ubiquinona (Coenzima Q)
N=10
COENZIMAS DE PROCESOS DE OXIDACIÓN-REDUCCIÓN
5.- Quinonas (No derivado vitamínico)
Cofactores quinónicos
La coenzima Q es un componente de la cadena de transporte de
electrones y participa en la respiración celular aeróbica, generando energía
en forma de ATP. El noventa y cinco por ciento de la energía del cuerpo
humano se genera de esta manera. Por lo tanto, los órganos con un
requerimiento más alto de energía (como el corazón y el hígado) son los
que tienen concentraciones más elevadas de coenzima Q10.
COENZIMAS DE PROCESOS DE OXIDACIÓN-REDUCCIÓN
6.- Ácido ascórbico (Vitamina C)
1.- Es un potente reductor
2.- Es una de las vitaminas de estructura más sencilla (lactona de un
azúcar-ácido)
3.- Sólo se precisa en la dieta de unos pocos vertebrados (hombre,
monos, cobaya, el murciélago frugívoro de la India y algunos peces)
4.- Algunos insectos y otros invertebrados necesitan ácido ascórbico pero
lo pueden sintetizar a partir de la glucosa y de otros precursores sencillos.
No está presente en los microorganismos
5.- Es un potente reductor, pierde con facilidad átomos de hidrógeno y se
transforma en el ácido deshidroascórbico, que también posee actividad
vitamina C
6.- Su función fisiológica no es conocida todavía
7.- Participa como cofactor en la hidroxilación enzimática de la prolina e
hidroxiprolina y en otras reacciones de hidroxilación
COENZIMAS DE PROCESOS DE OXIDACIÓN-REDUCCIÓN
6.- Ácido ascórbico (Vitamina C)
Son moléculas activas
Cuando pierde el
anillo de lactona se
vuelve inactivo
COENZIMAS DE PROCESOS DE OXIDACIÓN-REDUCCIÓN
6.- Ácido ascórbico (Vitamina C)
OH H
H2C C
OH H
H2C C
O
O
HO
O
O
HO
HO
OH
Acido ascórbico
O
A
Ácido Ascórbico
(vit. C)
AH2
O
Acido deshidroascórbico
COENZIMAS DE PROCESOS DE OXIDACIÓN-REDUCCIÓN
6.- Ácido ascórbico (Vitamina C)
• Actúa en la maduración del colágeno, como cofactor para la
hidroxilación de la prolina permitiendo la formación de los
entrecruzamientos de las moléculas de éste. Mantiene así la
normalidad del tejido conectivo y permite la cicatrización normal
de las heridas.
• Degradación de tirosina
• Síntesis de adrenalina a partir de tirosina
• Síntesis de ácidos biliares
• Absorción de hierro.
• Acción antioxidante, especialmente protección del ácido fólico y
tocoferoles de la oxidación en el intestino
COENZIMAS DE PROCESOS DE OXIDACIÓN-REDUCCIÓN
7.- Glutation (No derivado vitamínico)
Glutatión: γ-Glu-Cys-Gly
(forma reducida, GSH)
γ-Glu-Cys-Gly
S
-
-
COO
+
COO
+
H3N C H
S
H3N C H
γ-Glu-Cys-Gly
CH2
CH2
CH2
CH2
CO NH CH CO NH CH2 COOH
CO NH CH CO NH CH2 COO-
CH2
CH2
SH
S
S
CH2
CO NH CH CO NH CH2 COO-
2GSH + A
GSSG + AH2
CH2
CH2
H3N C H
-
COO
Glutatión:
forma oxidada, GSSG
COENZIMAS DE PROCESOS DE OXIDACIÓN-REDUCCIÓN
8.- Citocromos (No derivado vitamínico)
Son proteínas de tamaño pequeño, que operan como
transportadores monoelectrónicos debido a una transición
Fe2+
Fe3+
Se distinguen tres tipos:
1. Citocromos A: Alto potencial redox (transportadores terminales)
2. Citocromos B: Bajo potencial redox
3. Citocromos C: Potencial redox intermedio
(Se distinguen por su espectro característico de absorción)
COENZIMAS DE PROCESOS DE TRANSFERENCIA DE GRUPO
1.- Vitamina B1 (Tiamina)
• Polineuritis en las aves, anti-beriberi en humanos.
• Estructura Química: Pirimidina sustituída unida mediante un puente metileno a un
tiazol sustituído
• R.D.R: Niños: 0.5 mg/día, Adultos: 1 - 1,5 mg. Según ingesta carbohidratos.
• Fuentes: Tejidos animales (Carne cerdo y vísceras, cereales y leguminosas).
• Coenzima: TPP. Descarboxilación y transcetolación.
• Deficiencia: Beriberi (Neuropatía periférica, anorexia, fatiga), Encefalopatía Wernicke
– Korsakow (Alcoholismo).
COENZIMAS DE PROCESOS DE TRANSFERENCIA DE GRUPO
1.- Vitamina B1 (Tiamina)
La tiamina aparece en las células en forma de coenzima activo, como
PIROFOSFATO DE TIAMINA
COENZIMAS DE PROCESOS DE TRANSFERENCIA DE GRUPO
1.- Vitamina B1 (Tiamina)
–
Absorbida en el intestino delgado por proceso activo saturable, no importa cuanto se ingiera, hay un máximo
absorbible. Pasado ese máximo hay difusión pasiva.
–
La vitamina B1 interviene en el metabolismo de hidratos de carbono básicamente en dos tipos de
reacciones:
1.- Decarboxilaciones oxidativas, en las cuales son decarboxilados alfa-cetoácidos tanto en la
glicolisis, como en el ciclo de Krebs y en el metabolismo de aminoácidos.
TPP
Piruvato ============> acetil-Coa
TPP
α-cetoglutarato =========> succinil-Coa
2.- Reacciones de transcetolasas. En estas reacciones se transporta un grupo acetilo de una cetosa a
una aldosa disminuyendo la cadena de la cetosa en dos carbonos y aumentando la de la aldosa en
dos carbonos.
En estas reacciones, el anillo de tiazol del pirofosfato de tiamina actúa como transportador transitorio
de un grupo aldehído unido covalentemente. Se necesita también Mg2+ como cofactor.
COENZIMAS DE PROCESOS DE TRANSFERENCIA DE GRUPO
1.- Vitamina B1 (Tiamina)
Decarboxilaciones oxidativas,
– RCO-COOH + HS CoA + NAD+
RCO – SCoA + NADH + H+ + CO2
– Reacciones de transcetolasas.
COENZIMAS DE PROCESOS DE TRANSFERENCIA DE GRUPO
1.- Vitamina B1 (Tiamina)
Es coenzima de estas enzimas enzimas:
1.- PIRUVATO DESHIDROGENASA: Metabolismo de carbohidratos
2.- α-CETOGLUTARATO DESHIDROGENASA: Metabolismo de
carbohidratos
3.- TRANSCETOLASAS: Ruta de las pentosas fosfato
4.- DESHIDROGENASA DE CETOÁCIDOS DE CADENA
RAMIFICADA: Metabolismo de aminoácidos
COENZIMAS DE PROCESOS DE TRANSFERENCIA DE GRUPO
1.- Vitamina B1 (Tiamina)
Se ha descubierto
que
se
forma
pirofosfato
de
hidroxietilamina,
cuando la piruvato
descarboxilasa
de
levadura actúa sobre
el
piruvato
en
presencia
de
pirofosfato
de
tiamina
COENZIMAS DE PROCESOS DE TRANSFERENCIA DE GRUPO
1.- Vitamina B1 (Tiamina)
El enzima tiaminasa que está presente en los microorganismos intestinales,
inactiva a la tiamina escindiéndola entre los anillos. Esta enzima es el
responsable de la PARÁLISIS DE CHASTEK, enfermedad de los zorros en
cautividad y de los visones alimentados con vísceras de carpas o de truchas
crudas. Las vísceras de ciertos peces de agua dulce, en moluscos y ciertos
microorganismos (Bacillus Tiaminolyticus y Clostridium Tiaminolyticum). Éste
factor (enzima) produce un desplazamiento en la molécula de tiamina
COENZIMAS DE PROCESOS DE TRANSFERENCIA DE GRUPO
1.- Vitamina B1 (Tiamina)
COENZIMAS DE PROCESOS DE TRANSFERENCIA DE GRUPO
2.- Acido pantoténico y coenzima A
1.- Es sintetizado por las plantas y muchos microorganismos,pero es
necesario en la dieta de los vertebrados
2.- Poco después de su descubrimiento, se observó que el ácido pantoténico
se encontraba en los tejidos en una forma combinada de bajo peso
molecular, pero hasta 1948, no fue identificado el coenzima A
3.- la función del coenzima A es la de actuar como transportador de grupos
acilo en las reacciones enzimáticas implicadas en la oxidación de los ácidos
grasos, en la síntesis de ácidos grasos, en la oxidación del piruvato y en las
acetilaciones biológicas
4.- La forma de transportar los grupos acilo es mediante un tioéster con el
grupo sulfhidrilo del coenzima A
COENZIMAS DE PROCESOS DE TRANSFERENCIA DE GRUPO
2.- Acido pantoténico y coenzima A
Ácido pantoico
ß-alanina
COENZIMAS DE PROCESOS DE TRANSFERENCIA DE GRUPO
2.- Acido pantoténico y coenzima A
• El ácido pantoténico y sus sales son absorbidas directamente
en el intestino. La forma activa del ácido pantoténico es
como Coenzima A, para ello al ácido se le suma una molécula
de cisteína, convirtiéndose en pantoteína, luego es fosforilado y
a continuación adenilado generando entonces una molécula de
Coenzima A. Si la pantoteína se una a una proteína en vez de
una adenilato, la estructura se denomina proteína
transportadora de acilos.
COENZIMAS DE PROCESOS DE TRANSFERENCIA DE GRUPO
2.- Acido pantoténico y coenzima A
Ác. Pantoico
β-Alanina
CH3
CH2OH C CHOH CO NH CH2 CH2 COOH
Ác. Pantoténico
CH3
CH3
Ác. Pantoténico
Cisteína
CH2OH C CHOH CO NH CH2 CH2 CO NH CH2 CH2 SH
CH3
Pantoteína
COENZIMAS DE PROCESOS DE TRANSFERENCIA DE GRUPO
2.- Acido pantoténico y coenzima A
Panteteína
H
HS
N
C
O
ADP
H HO H
O
O
N
O P O P O CH2
C
OOO H3C CH3
H
H
NH2
N
O
OH
Coenzima A
N
N
N
H
H
OH
COENZIMAS DE PROCESOS DE TRANSFERENCIA DE GRUPO
3.- Vitamina B6 y coenzima de piridoxina
1.- Fue identificada como esencial por primera vez en la nutrición de la rata para la prevención
de la acrodinia
2.- En 1938 se aisló e identificó una sustancia cristalizada que poseía esta actividad, la
PIRIDOXINA
3.- Snell y colaboradores reveló que la piridoxina se convierte biológicamente en otros dos
compuestos: el PIRIDOXAL y la PIRIDOXAMINA
4.- Las forma coenzimáticas activas de la vitamina B6 son el fosfato de piridoxal y el fosfato
de piridoxamina
5.- Actúan en gran número de reacciones enzimáticas en las que los aminoácidos o los grupos
amino se transforman o se transfieren. El tipo más corriente de reacción que precisa del
fosfato de piridoxal es la transaminación. Las enzimas que catalizan dichas reacción son las
transaminasas o aminotransferasas.
COENZIMAS DE PROCESOS DE TRANSFERENCIA DE GRUPO
3.- Vitamina B6 y coenzima de piridoxina
• Estructura Química: Pirimidina.
Piridoxal, piridoxina. y piridoxamina
• R.D.R: Niños: 0.3 – 1 mg. Adultos: 2 mg. Según
ingesta proteínas.
• Fuentes: Hígado, carnes, pescado, aguacates,
bananos, vegetales y huevos.
• Coenzima: PLP. Metabolismo aminoácidos
(transaminaciones).
• Deficiencia: Neuropatía periférica, dermatitis,
glositis
COENZIMAS DE PROCESOS DE TRANSFERENCIA DE GRUPO
3.- Vitamina B6 y coenzima de piridoxina
COENZIMAS DE PROCESOS DE TRANSFERENCIA DE GRUPO
3.- Vitamina B6 y coenzima de piridoxina
TAUTOMERÍA
COENZIMAS DE PROCESOS DE TRANSFERENCIA DE GRUPO
3.- Vitamina B6 y coenzima de piridoxina
COENZIMAS DE PROCESOS DE TRANSFERENCIA DE GRUPO
4.- Biotina y biocitina (Vitamina B8)
• Estructura Química: derivado imidazólico.
• R.D.R: Niños: 10 – 30 µg. Adultos: 100 µg. .
• Fuentes: Bacterias intestinales
• Coenzima: Biocitina. Carboxilación.
• Deficiencia: Avidina (Huevo). Depresión, dermatitis,
mialgias y alucinaciones. Inmunosupresión (Niños)
COENZIMAS DE PROCESOS DE TRANSFERENCIA DE GRUPO
4.- Biotina y biocitina (Vitamina B8)
1.- La biotina contiene los anillos del imidazol y del tiofeno condensados
2.- Protege a los animales contra la toxicidad característica producida al alimentarlos con
clara de huevo cruda.
3.- Al ser sintetizada por las bacterias intestinales, la deficiencia de biotina no puede
producirse fácilmente, sólo mediante supresión de la vitamina en la dieta. Sin embargo,
la clara de huevo cruda induce una deficiencia en biotina por la presencia de una
proteína, la AVIDINA, que se une de modo específico a la biotina e impide su absorción
en el intestino
4.- Su función es la trasnsferencia enzimática o incorporación del dióxido de carbono
5.- Lynen y Lane descubrieron que la biotina está presente en el grupo prostético
covalentemente unido de la propionil- CoA-carboxilasa. La molécula de biotina está
combinada, en forma de amida sustituída, con el grupo epsilon-amino de un resto de
lisina, formando el compuesto biotinil-lisina o biocitina
6.- La biotina unida desempeña el papel de transportador intermediario de dióxido de
carbono durante la acción de algunos enzimas carboxilantes (propionil-CoA-carboxilasa
o acetil-CoA-carboxilasa), en forma de un derivado muy lábil, la CARBOXIBIOTINA
COENZIMAS DE PROCESOS DE TRANSFERENCIA DE GRUPO
4.- Biotina y biocitina (Vitamina B8)
COENZIMAS DE PROCESOS DE TRANSFERENCIA DE GRUPO
5.- Ácido fólico
1.- Se encontró por primera vez en las hojas de espinaca. Está ampliamente distribuido en las plantas.
2.- Su deficiencia en los mamíferos produce una disminución del crecimiento, y la aparición de diversas
formas de anemia
3.- Contiene 3 sillares característicos:
3.1.- Una Pteridina sustituída. La pteridina es el compuesto nitrogenado bicíclico originario de
las pterinas, que son derivados de la 2-amino-4-hidroxipteridina. Algunas pterinas, como la xantopterina,
actúan como pigmentos en los ojos y en las las de los insectos. La que existe en el ácido fólico es la 6metilpterina
3.2.- Ácido p-aminobenzoico
3.3.- Ácido glutámico
4.- Al ácido fólico se le conoce por el nombre de ácido pteroilglutámico o folacina.
5.- El síntoma bioquímico más sobresaliente de la deficiencia de ácido fólico es el impedimento de la
biosíntesis de las purinas y de la timina (pirimidina)
6.- Actúa en la transferencia de ciertos fragmentos monocarbonados utilizados en la síntesis de la timina y en
otras rutas biosintéticas.
7.- El ácido fólico se convierte, por reducción en dos etapas, en su forma de coenzima, el ácido
tetrahidrofólico.. El tetrahidrofólico actúa como transportador intermediario de grupos:
7.1.- Hidroximetilo
7.2.- Formilo
7.3.- metilo
COENZIMAS DE PROCESOS DE TRANSFERENCIA DE GRUPO
5.- Ácido fólico
COENZIMAS DE PROCESOS DE TRANSFERENCIA DE GRUPO
5.- Ácido fólico
Derivados monocarbonados del tetrahidrofolato.
COENZIMAS DE PROCESOS DE TRANSFERENCIA DE GRUPO
5.- Ácido fólico