enzimologia clinica parte 1

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ENZIMAS: ESTRUCTURA, CLASIFICACIÓN,

FUNCIÓN

Dr. Ángel Díaz

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ENZIMAS: ESTRUCTURA, CLASIFICACIÓN, FUNCIÓN

Dr. Ángel Díaz

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CATALIZADORES

Sustancias o compuestos que aceleran las reacciones químicas

ASPECTOS GENERALESENZIMAS:

ESTRUCTURA, CLASIFICACIÓN, FUNCIÓN

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REACCIÓN QUÍMICA

Proceso mediante el cual uno o mas compuestos son transformados en uno o mas compuestos diferentes

ASPECTOS FUNDAMENTALES DE UNA REACCIÓN QUÍMICA

1- velocidad de la reacción 2- alcance de la reacción

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ENERGETICA DE LAS REACCIONES

Toda reacción química va acompañada de un cambio de energía del sistema reaccionante

Esto determina la dirección, velocidad y alcance de la reacción

TIPOS DE ENERGIA

Cinética. (del movimiento, el calor)

Potencial. (almacenada en las estructuras de las biomoléculas)

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VELOCIDAD DE REACCION

Nos da una idea de como se lleva a cabo la reacción química

Se determina de acuerdo a la concentración de producto por unidad de tiempo o mediante la desaparición del sustrato

La velocidad de la reacción depende de la concentración

de reactantes a cada momento

La velocidad se verá afectada por varios factores como

son la temperatura, la presión, etc.

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ORDEN DE LA REACCION

Si la velocidad es directamente proporcional a la concentración del reactante( primer orden)

Si la velocidad es proporcional al cuadrado de la concentración de los reactantes o al producto de la concentración de 2 reactantes( segundo orden)

Cuando la velocidad de la reacción es independiente

de la concentración de los reactantes decimos que es

de orden cero

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REVERSIBILIDAD Y EQUILIBRIO DE LAS REACCIONES

Una reacción es reversible cuando puede realizarse en ambos sentidos

REACTANTE PRODUCTO

PRODUCTO REACTANTE

A

B

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La relación entre la concentración de reactantes

y la concentración de productos en un momento

del equilibrio depende de la naturaleza de los

compuestos, la temperatura y la presión

Ke = [DHCP] = 22,2

[GAD3P]

Mientras mayor sea la Ke, mayor es la tendencia

a la espontaneidad

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ENERGIA DE ACTIVACION

Es la diferencia entre la energía que poseen los reactantes y la que deben poseer para poder reaccionar

Mientras mayor es ese valor menor será la velocidad de la reacción

Es una barrera energética que los reactantes deben superar en el desarrollo de la reacción en su camino hacia el producto

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Si la energía del reactante esta muy lejos de la que debe alcanzar para reaccionar entonces la reacción será lenta

Los catalizadores disminuyen la energía de activación por lo que aumentan la velocidad de la reacción

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El Sistema Internacional de unidades (SI) ha definido la unidad de actividad enzimática como la cantidad de enzima que transforma 1 mol de sustrato por segundo. Esta unidad se llama katal

Unidad de actividad enzimática

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EN LA CONVERSIÓN DEL REACTANTE EN PRODUCTO OCURRE UNA VARIACIÓN DEL CONTENIDO ENERGÉTICO DEL SISTEMA

Si la energía de los productos es igual a la de los reactantes la reacción es isoergonica

Si la energía de los productos es mayor a la de los

reactantes la reacción es endergonica

Si la energía de los productos es menor que la de los reactantes la reacción es exergonica

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TIPOS DE CATALIZADORES

BIOTICOS: catalizan reacciones en sistemas vivos

ABIOTICOS: su actividad catalítica no esta relacionada necesariamente con sistemas vivos

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CATALIZADORES CLASIFICACION

ORGANICOS INORGANICOS Enzimas Metales Ribozimas Ácidos, sales

ALGUNAS DIFERENCIAS ENTRE ESTOS:

Especificidad de sustrato y/o de reacción Velocidad de reacción Capacidad de realizar varias reacciones sin alterar su estructura

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COMPONENTES FUNDAMENTALES DE UNA REACCION QUIMICA

SUSTRATO CATALIZADOR PRODUCTO

COFACTOR

OrgánicoInorgánico

Orgánicos Inorgánicos(NAD, FAD, PPT, COA) (ZINC, Mg, Fe++)

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ENZIMAS

Proteínas especializadas en la función catalítica

ESTRUCTURA

Centro activo (definición) Sitio alostérico (definición)

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CENTRO ACTIVO

Esqueleto peptídico

Grupos de orientación y fijación

Grupos catalíticos

ENZIMAS: ESTRUCTURA,

CLASIFICACIÓN, FUNCIÓN

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ENZIMAS: ESTRUCTURA,

CLASIFICACIÓN, FUNCIÓN

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ENZIMAS: ESTRUCTURA,

CLASIFICACIÓN, FUNCIÓN

TRIADA CATALITICA

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SECUENCIAS CONSERVADAS EN LOS CENTROS ACTIVOS DE DIFERENTES PROTEASAS

ENZIMAS: ESTRUCTURA,

CLASIFICACIÓN, FUNCIÓN

Enzima Sec. alrededor de la Serina Sec. alrededor de la Histidina

Tripsina DSCQDGSGGPVVCSGK VVSAAHCYKSG

Quimotripsina SSCMGDSGGPLVCKKN VVTAAHGGVTT

Trombina DACEGDSGGPFVMKSP VLTAAHCLLYP

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CARACTERISTICAS CONFORMACIONALES DE LOS CENTROS ACTIVOS DE SERIN PROTEASAS

ENZIMAS: ESTRUCTURA,

CLASIFICACIÓN, FUNCIÓN

Enzima Conformación de su centro activo

Quimotripsina

Cavidad hidrofóbica que une las cadenas laterales de los aminoácidos aromáticos

Tripsina En el fondo de su centro activo hay un Aspartato, que limita la unión de residuos cargados positivamente

Elastasa Su centro activo esta ocupado por residuos de aminoácidos con cadenas laterales voluminosas

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ENZIMAS: ESTRUCTURA,

CLASIFICACIÓN, FUNCIÓN

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ENZIMAS: ESTRUCTURA,

CLASIFICACIÓN, FUNCIÓN

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GRUPOS FUNCIONALES ESENCIALES PARA LA CATALISIS EN EL CENTRO ACTIVO DE ALGUNAS

ENZIMAS

ENZIMAS: ESTRUCTURA,

CLASIFICACIÓN, FUNCIÓN

Enzima GRUPOS CATALITICOS

Ribonucleasa Ser 112, His 119

Quimotripsina Ser 195, His 57, Asp 102

Lisozima Asp 52, Glu 35

Fructosa 1, 6 bisfosfatasa

Glu 327, His 258, His 392

Carboxipeptidasa A Zinc , His 196, His 69, Glu 72

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ENZIMAS: ESTRUCTURA,

CLASIFICACIÓN, FUNCIÓN

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ENZIMAS: ESTRUCTURA,

CLASIFICACIÓN, FUNCIÓN

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ENZIMAS: ESTRUCTURA,

CLASIFICACIÓN, FUNCIÓN

SITIO ALOSTÉRICO

Sitio en la enzima diferente al sitio activo o catalítico.

Sitio de regulación. Une moduladores o efectores que aumentan o

disminuyen la actividad de la enzima. Enzimas reguladoras o alostéricas.

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ETAPAS DE LA ACCIÓN CATALITÍCA

1-Unión física entre el sustrato y el centro activo de la enzima que da origen al complejo enzima sustrato (reversible)

2-Transformación del sustrato

ENZIMAS: ESTRUCTURA,

CLASIFICACIÓN, FUNCIÓN

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TEORIAS DE UNION ENZIMA SUSTRATO

Teoría de la llave y la cerradura (fischer)

ENZIMAS: ESTRUCTURA,

CLASIFICACIÓN, FUNCIÓN

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Teoría de la llave y la cerradura (fischer)

ENZIMAS: ESTRUCTURA,

CLASIFICACIÓN, FUNCIÓN

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TEORIAS DE UNION ENZIMA SUSTRATO

Teoría del ajuste inducido (Koshland)

ENZIMAS: ESTRUCTURA,

CLASIFICACIÓN, FUNCIÓN

LY

S

P P MET

MET

HS

HS

L

YS

L

YS

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ENZIMAS: ESTRUCTURA,

CLASIFICACIÓN, FUNCIÓN

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ENZIMAS: ESTRUCTURA,

CLASIFICACIÓN, FUNCIÓN

TORCEDURA DE SUSTRATO

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CLASIFICACIÓN

CATALIZADORES

NOMENCLATURA DE LAS ENZIMAS

en zymc “en fermento”

Nombre Trivial o Antiguo Sustrato + asa Procedencia o Sitio de Acción +

asa Nombre Sistemático

Número Clave Nombre Recomendado

Sustrato + Acción + asa

NOMENCLATURA DE LAS ENZIMAS

Nombre Trivial o Antiguo Sustrato + asa

•Amilasa Almidón•Lipasa Lípidos•Ureasa Urea

Procedencia o Sitio de Acción + asa•Ptialina (Ptyalos = Saliva) •Tripsina (Triptus = Páncreas)•Pepsina (Pepsus = Estómago)•Renina (Riñón)

NOMENCLATURA DE LAS ENZIMAS

Nombre Recomendado Sustrato + Acción + asa

•Succinato Deshidrogenasa

•Piruvato Carboxilasa•Citrato Sintasa•Triosa P Isomerasa•Fumarato Hidratasa•Glucosa 6 Fosfatasa•Glucosa Oxidasa

NOMENCLATURA DE LAS ENZIMAS

Todas las enzimas deben llevar:

1. El nombre del sustrato.2. El nombre de la reacción química catalizada.3. Terminación asa.

Ejemplo: Glucosa oxidasa

4. Información adicional, si es necesario aclarar la reacción, puede seguir al paréntesis.

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CATALIZADORES Nombre SistemáticoNúmero Clave:

E.C. + 4 dígitos

E.C. 2.7.1.1

El primer dígito clase de enzima.El segundo dígito subclase de enzima.

El tercer dígito sub-subclase.El cuarto dígito el número progresivo de

orden para la enzima específica.

04/14/23 42COMISIÓN ENZIMÁTICA

CÓDIGO NUMÉRICO

E C

CUATRO NUMEROS SEPARADOS POR PUNTOS

NUM 1: CLASE

NUM 2: SUBCLASE

NUMS 3 Y 4: GRUPOS QUÍMICOS QUE INTERVIENEN EN LA REACCIÓN

04/14/23 43COMISIÓN ENZIMÁTICA

GLUCOQUINASA

E C 2.7.1.2

2 TRANSFERASA

7 FOSFOTRANSFERASA

1 EL ACEPTOR ES UN OH

2 EL ACEPTOR ES UN OH DE LA GLUCOSA

E. C. 2 .7.1.1

2 denota la clase (una transferasa) 7 subclase (transferencia de fosfato) 1 sub-subclase (una función alcohol como aceptor de fosfato) 1 enzima hexocinasa o ATP: D-hexosa-6- fosfotransferasa

Enzima que cataliza la transferencia de fosfato desde el ATP al grupo hidroxilo del carbono 6 de la

glucosa.

CLASIFICACIÓN DE LAS ENZIMAS

Las reacciones y las enzimas que las catalizan se dividen en 6 clases principales, cada una con subclases y sub-subclases.

CLASES DE ENZIMAS:1- OXIDORREDUCTASAS

2- TRANSFERASAS3- HIDROLASAS4- LIASAS5- ISOMERASAS6- LIGASAS

Grupo Acción ejemplos

1- ÓXIDO-REDUCTASAS

Reacciones deOxidorreducción de

todo tipo.

DehidrogenasasAminooxidasasDesaminasas

Catalasas

2- TRANSFERA-SAS

Transfieren grupos activos

(obtenidos de la ruptura

de ciertas moléculas) a otras sustancias

receptoras. Suelen actuar

en procesos de inter -conversión de azúcares,

de aminoácidos, etc.

Transaldolasas

Transcetolasas

Transaminasas

Grupo Acción ejemplos

3- HIDROLASAS

Rompimiento hidrolítico de enlaces con la consiguiente obtención de monómeros a partir de polímeros.

GlucosidasasLipasas

PeptidasasEsterasasFosfatasas

4- LIASAS

Degradación de los enlaces C-C, C-O, C-N, sin ir acoplados a sustancias de alto valor energético. Se incluyen la eliminación de H2O dejando un doble enlace.

AldolasasDescarboxilasas

Hidratasas

Grupo Acción ejemplos

5. ISOMERASAS

Actúan sobre determinadas moléculas obteniendo de ellas sus isómeros de

función o de posición. Ej: Cis Trans L D Aldehído Cetona

Isomerasas de azúcar

Epimerasas

Mutasas

6. LIGASAS

Realizan la síntesis de los enlaces fuertes mediante el acoplamiento a sustancias ricas en energía como los nucleósidos del ATP.

Carboxilasas

Péptidosintetasas

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1. OXIDORREDUCTASAS

Transferencia de electrones o sus equivalentes entre un donante y un aceptor

ENZIMAS: ESTRUCTURA,

CLASIFICACIÓN, FUNCIÓN

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2. TRANSFERASAS

Transferencia de un grupo químico entre un donante y un aceptor

ENZIMAS: ESTRUCTURA,

CLASIFICACIÓN, FUNCIÓN

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3.HIDROLASAS

Rotura de enlaces químicos con la participación de las moléculas de agua

ENZIMAS: ESTRUCTURA,

CLASIFICACIÓN, FUNCIÓN

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4. LIASAS

Reacciones en las cuales se produce la adición o sustracción de grupos químicos a dobles enlaces

ENZIMAS: ESTRUCTURA,

CLASIFICACIÓN, FUNCIÓN

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5. ISOMERASAS

Ínterconversión de dos isómeros

ENZIMAS: ESTRUCTURA,

CLASIFICACIÓN, FUNCIÓN

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6. LIGASAS

Unión covalente de dos sustratos mediante la energía de hidrólisis de nucleósidos trifosfatados (generalmente el ATP)

ENZIMAS: ESTRUCTURA,

CLASIFICACIÓN, FUNCIÓN

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¿COMO TRABAJAN LAS ENZIMAS?

Las enzimas aumentan la velocidad de las reacciones químicas reduciendo la energía de activación (concepto)

Estado de transición (concepto)

ENZIMAS: ESTRUCTURA,

CLASIFICACIÓN, FUNCIÓN

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ENZIMAS: ESTRUCTURA,

CLASIFICACIÓN, FUNCIÓN

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ENZIMAS: ESTRUCTURA,

CLASIFICACIÓN, FUNCIÓN

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04/14/23 59

IONES METALICOS EN LA FIJACION DEL SUSTRATO Y LA CATALISIS

ENZIMATICA

Metaloenzimas

Enzimas activadas por metales

Como activadores de nucleofilos

Como activadores de electrofilos

Enmascaramiento de nucleofilos

Moldes de coordinación

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CINÉTICA ENZIMÁTICA

ENZIMAS: ESTRUCTURA,

CLASIFICACIÓN, FUNCIÓN

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FACTORES CINETICOS ENZIMATICOS

Temperatura pH Concentración de la enzima Concentración de sustrato Concentración de cofactores Inhibidores

ENZIMAS: ESTRUCTURA,

CLASIFICACIÓN, FUNCIÓN

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FACTORES CINETICOS ENZIMATICOS

Temperatura

ENZIMAS: ESTRUCTURA,

CLASIFICACIÓN, FUNCIÓN

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FACTORES CINETICOS ENZIMATICOS

pH

ENZIMA pH OPTIMO

Pepsina 1,5

Tripsina 7,7

Arginasa 9,7

Fumarasa 7,8

Ribonucleasa 7,8

ENZIMAS: ESTRUCTURA,

CLASIFICACIÓN, FUNCIÓN

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FACTORES CINETICOS ENZIMATICOSCATALIZADORES

pH

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FACTORES CINETICOS ENZIMATICOS

pH

Los enzimas poseen grupos químicos ionizables (carboxilos -COOH; amino -NH2; tiol -SH; imidazol, etc.) en las cadenas laterales de sus aminoácidos.

Según el pH del medio, estos grupos pueden tener carga eléctrica positiva, negativa o neutra.

Como la conformación de las proteínas depende, en parte, de sus cargas eléctricas, habrá un pH en el cual la conformación será la más adecuada para la actividad catalítica. Este es el llamado pH óptimo.

CATALIZADORES

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FACTORES CINETICOS ENZIMATICOS

Concentración de la enzima

CATALIZADORES

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FACTORES CINETICOS ENZIMATICOS

Concentración de sustrato

CATALIZADORES

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FACTORES CINETICOS ENZIMATICOS

Cofactores

CATALIZADORES

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FACTORES CINETICOS ENZIMATICOS

Inhibidores

Ciertas moléculas pueden inhibir la acción catalítica de un enzima: son los inhibidores.

Estos inhibidores bien pueden ocupar temporalmente el centro activo por semejanza estructural con el sustrato original (inhibidor competitivo) o bien alteran la conformación espacial del enzima, impidiendo su unión al sustrato (inhibidor no competitivo) .Inhibidor competitivoInhibidor no competitivo

CATALIZADORES

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FACTORES CINETICOS ENZIMATICOS

Inhibidores

CATALIZADORES

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FACTORES CINETICOS ENZIMATICOS

Inhibidores

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FACTORES CINETICOS ENZIMATICOS

Inhibidores

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REGULACIÓN DE LA ACTIVIDAD ENZIMATICA

CATALIZADORES

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VIDA

PRODUCCION

DE ATP

SECRECION

TRANSPORTE

SINTESIS DE BIOMOLECULAS

ABSORCION

FENÓMENOS QUÍMICOS

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04/14/23 76

CONTROL GENÉTICO

CONTROL COVALENTE

COMPARTIMENTALIZACION

ZIMOGENOS

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El allostérie (de griego ἄλλως , allos: otro y στερεός, stereós: forma) es un modo de regulación de las enzimas por el cual la fijación de una molécula en una ubicación (sitio catalítico) modifica las condiciones de fijación de otra molécula, en otra ubicación distante de la proteína.

La fijación de la molécula induce un cambio de conformación espacial de la proteína enzimática. Es decir, la disposición espacial de sus átomos constitutivos es modificada. En el marco del allostérie, esto tiene la consecuencia de modificar la ubicación del enlace de por lo menos uno de los reactivos implicados en el proceso de catálisis.

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Los enzimas alostéricos son aquellos cuya actividad es alterada por la unión de ligandos a sitios distintos a los de

unión al sustrato (sitio alostérico). El ligando puede activar (efector positivo) o inhibir

(efector negativo) la actividad del enzima.

La unión del efector al sitio alostérico induce un cambio conformacional que facilita/inhibe la actividad enzimática

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Son multiméricas, cada monómero fija una molécula.

Poseen por lo menos un eje de simetría.

Existen bajo dos conformaciones diferentes: uno llamado T, para (tensa), designando convencionalmente la forma de afinidad débil para el substrato, la otra R, para liberada (relajada), de afinidad fuerte para el substrato.

En el seno de una proteína, adopta totalmente la misma configuración, R o T (transición concertada). En otros términos, no existe híbrido R/T

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Modelo simetrico

Modelo secuencial

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La cooperatividad (positiva) consiste en que la fijación de una molécula de substrato favorece la fijación del Siguiente, y así hasta ocuparse toda la molécula

s s s ss ss

ss s

+ + +

1 2 3

Existe también cooperatividad negativa, cuando la fijación de una molécula de substrato dificulta la fijación del siguiente.

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04/14/23 84

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Inhibidores y activadoresalostéricos

s0 2 4 6 8 10 12

Y

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

(+ Inhibidor)

(+ Activador)

(sin efectores)

V+

V0

V-

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REGULACIÓN COVALENTE DE LA ACTIVIDAD ENZIMATICA

CATALIZADORES

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Algunos enzimas no se sintetizan como tales, sino como proteínas precursoras sin actividad enzimática. Estas proteínas se llaman proenzimas o zimógenos. Para activarse, los zimógenos sufren un ataque hidrolítico que origina la liberación de uno o varios péptidos.

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Piruvato dhasa Fosfofructocinasa Isocitrato dhasa Fructosa 16 bisfosfatasa Acetil CoA carboxilasa Citrato sintasa HMG COA REDUCTASA GLUCOGENO FOSFORILASA GLUCOGENO SINTASA

APLICACIÓN