enzimas_1_2015
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Enzimas
• El estudio de las enzimas permite comprender:– Funcionamiento celular– Mecanismo de acción de las drogas– Fundamentos de muchos análsis clínicos
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Enzimas
• Catalizadores biológicos– Catalizador:
• Sustancia que modifica la velocidad de una reacción química sin verse alterada.
• Participa en la reacción pero no se modifica
– Catalizador biológico:• Biomolécula que modifica la velocidad de las reacciones
químicas sin modificarse en el proceso
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Definición
Enzimas
• Sustrato– Compuesto(s) sobre el(los) que actúa la enzima
• Producto– Compuesto(s) generado(s) por la enzima a partir de
el(los) sustrato(s)
• Catalisis Enzimática– Proceso en cual se rompen y/o reconstruyen enlaces
químicos, cambiando la disposición espacial de los átomos en la estructura de una o más moléculas (Sustrato), dando origen a nuevas moléculas (Producto)
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Terminología
Enzimas
• Extraordinario poder catalítico
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Propiedades y Características
Veces la Velocidad de la reacción
catalizada
2,1 x 1012
6,0 x 1012
1,2 x 1012
2,1 x 1011
2,1 x 109
1,9 x 106
Enzima
Adenosina deaminasaAMP nucleosidasa
Citidina DeaminasaCarboxipeptidasa A
Triosa Fosfato IsomerasaCorismato Mutasa
Reacción no catalizada
120 años69000 años
69 años7,3 años1,9 días
7,4 horas
Reacción catalizada
0,00177 s0,35 s0,00178 s0,00108 s0,00007 s0,014 s
Enzimas
• Extraordinario poder catalítico• Sumamente específicas
– Sustratos• Capaces de diferenciar entre moléculas muy parecidas• Pe: diferencian isómeros ópticos
– Productos– Llevan a cabo un solo tipo de proceso
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Propiedades y Características
Enzimas
• Extraordinario poder catalítico• Sumamente específicas• Altamente eficientes
– No producen productos secundarios
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Propiedades y Características
Enzimas
• Extraordinario poder catalítico• Sumamente específicas• Altamente eficientes• No se alteran en la reacción• Funcionan en condiciones fisiológicas• Su actividad puede ser regulada
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Propiedades y Características
Enzimas
• Según el tipo de macromolécula– Proteicas
• Cadenas polipeptídicas• Mayoría
– Ribozimas• Cadenas de ácido ribonucleico (RNA)
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Clasificación
Enzimas
• Según su composición– Simples
• Forma activa compuesta sólo por la porción proteica
– Conjugadas• Proteínas + Componente químico
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Clasificación
Indispensables para que la enzima realice su actividad catalítica
Enzimas
• Según su composición– Simples
• Forma activa compuesta sólo por la porción proteica
– Conjugadas• Proteínas + Componente químico
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Componentes químicos adicionales
• Cofactor: Iones inorgánicos
Enzimas
• Según su composición– Simples
• Forma activa compuesta sólo por la porción proteica
– Conjugadas• Proteínas + Componente químico
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Componentes químicos adicionales
• Coenzima: Molécula orgánica (≠ aminoácido)Grupo prostético
Unida fuertemente a la enzimaSintetizadas a partir de vitaminas
Enzimas
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Vitaminas precursoras de coenzimas
Vitamina Coenzima Reacción típica Deficiencia
Tiamina (B1) Tiamina pirofosfato Transferencia de aldehído Beriberi (pérdida de peso, cardiopatía, neuropatía)
Rivoflavina (B2) Flavina sdenina dinucleótido (FAD)
Oxidación-reducción Estomatitis, dermatitis
Piridoxina (B6) Fosfato de piridoxal Transaminación Depresión, confusión, convulsiones
Ácido nicotínico (niacina)
Nicotinamida adenina dinucleótido (NAD)
Oxidación-reducción Pelagra
Ácido pantoténico Coenzima A Transferencia de grupos acilo Hipertensión
Ácido fólico Tetrahidrofolato Transferencia de compuestos de un carbono
Anemia, defectos del tubo neural
B12 5 desoxiadenosil-cobalamina Transferencia de grupos metilo
Anemia perniciosa
Biotina Complejos Biotina-lisina Carboxilaciones Salpullido en las cejas, dolor muscular
Enzimas
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Componentes químicos adicionales
• Enzima conjugada
Porción Proteica(Apoenzima)
+ Cofactor
Holoenzima(Forma catalíticamente activa)
Enzimas
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Nomenclatura
• Nombres coloquiales– No dan información sobre la función– Pe: Tripsina, Pepsina
Enzimas
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Nomenclatura
• Nombres coloquiales• Sustrato(asa) o Función(asa)
– Ureasa: degradación de la urea– Fosfatasa: remoción de grupos fosfato– Generaban confusión
• Glucosa 6 Fosfato Isomerasa1. Fosfohexosa isomerasa 7. Fosfohexomutasa
2. Oxoisomerasa 8. Hexosafosfato Isomerasa3. Fosfosacaromutasa 9. Fosfoglucoisomerasa4. Fosfohexoisomerasa 10. Fosfoglucosa isomerasa5. Glucosa Fosfato Isomerasa 11. Hexosa Fosfato Isomerasa6. D-glucose-6-Fosfato cetol-isomerasa
Enzimas
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Nomenclatura
• Nombres coloquiales• Sustrato(asa) o Función(asa)• Por la reacción que cataliza
– Union Intermacinal de Bioquímica y Biología Molecular
– Número de 4 dígitos• Característica de la reacción
Enzimas
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Nomenclatura
• Nombres coloquiales• Sustrato(asa) o Función(asa)• Por la reacción que cataliza
– Hexoquinasa • (E.C: 2.7.1.1)
Transfiere un grupo fosfato
El grupo (–OH) aceptor pertenece a una molécula de glucosa
Transferasa
El grupo aceptor del grupo fosfato es un grupo hidroxilo (-OH)
Enzimas
• Oxido-Reductasas• Transferasas
– Transferencia de grupos funcionales (aldehidos, acilos, glucosilos, fosfatos)
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Clasificación
Enzimas
• Oxido-Reductasas• Transferasas• Hidrolasas
– Reacciones de hidrólisis– Convierten polímeros en monómeros
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Clasificación
Enzimas
• Oxido-Reductasas• Transferasas• Hidrolasas• Liasas
– Agregan o eliminan dobles enlaces
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Clasificación
Enzimas
• Oxido-Reductasas• Transferasas• Hidrolasas• Liasas• Isomerasas
– Cambios geométricos o estructurales en una molécula
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Clasificación
Enzimas
• Oxido-Reductasas• Transferasas• Hidrolasas• Liasas• Isomerasas• Ligasas
– Formación de enlaces, con aporte de ATP
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Clasificación
• Porción de la enzima a la cual se enlaza el sustrato – Pocos aminoácidos (~ 10)
Sitio Activo
2819/04/23
• Porción de la enzima a la cual se enlaza el sustrato – Pocos aminoácidos (~ 10)– Estructuralmente complementario al sustrato
(Especificidad)– Hendidura rodeada de cadenas laterales de
aminoácidos
Sitio Activo
3119/04/23
• Porción de la enzima a la cual se enlaza el sustrato – Pocos aminoácidos (~ 10)– Estructuralmente complementario al sustrato
(Especificidad)– Hendidura rodeada de cadenas laterales de
aminoácidos– No siempre aminoácidos consecutivos– Enlazamiento del sustrato mediante interacciones
no covalentes
Sitio Activo
3319/04/23
Rodeada de cadenas laterales de aminoácidos
Complementario al sustrato
Constituído por aminoácidos no siempre consecutivos
Sustrato estabilizado por interacciones no covalentes19/04/23 35
¿Cómo funcionan las enzimas?
• Consideremos una reacción en la cual un compuesto A se transforma en un compuesto B…
• Para que esta transformación ocurra, A debe adoptar una configuración inestable llamada Estado de Transición, en la cual tiene una estructura intermedia entre A y B
3619/04/23
A B
¿Cómo funcionan las enzimas?
• Por ejemplo… en la transformación del Peróxido de Hidrógeno (H2O2)
• Se forma un Estado de Transición…
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2 H2O2 2 H2O + O2
¿Cómo funcionan las enzimas?
• Para que el reactante se transforme en el estado de transición, es necesario aplicar cierta energía, llamada Energía de Activación (EA).
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¿Cómo funcionan las enzimas?
4019/04/23
La velocidad de una reacción es inversamente proporcional al valor de la Energía de Activación, es decir, mientras mayor sea el valor de la EA, la velocidad de la reacción será menor… entonces, la reacción procederá mas lento…
¿Cómo funcionan las enzimas?
4119/04/23
Permiten que el sustrato adopte un estado de transición alternativo que requiere una menor energía de activación para ser alcanzadoSi, disminuye la energía de activación, incrementa la velocidad de la reacción
¿Cómo funcionan las enzimas?
• Reconocen al sustrato• Inducen la formación del estado de transición
4219/04/23
Sustrato
Estado de transición Producto
¿Cómo funcionan las enzimas?
• Las enzimas proporcionan una superficie catalítica
• Esta superficie estabiliza el estado de transición• Transforma el estdo de transición en producto
4319/04/23
B
BA Superficie catalítica
A
¿Cómo funcionan las enzimas?
• Incrementando la concentración efectiva de sustrato– Si se incrementa la concentración de los reactantes,
se acelera la velocidad de la reacción– En el sitio activo la [S] puede llegar a 100 M
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¿Por qué disminuye la energía de activación?
19/04/23
¿Cómo funcionan las enzimas?
• Incrementando la concentración efectiva de sustrato
• Aproximando el(los) sustrato(s)
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¿Por qué disminuye la energía de activación?
19/04/23
¿Cómo funcionan las enzimas?
• Incrementando la concentración efectiva de sustrato
• Aproximando el(los) sustrato(s)• Colocando el(los) sustrato(s) en una orientación
adecuada
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¿Por qué disminuye la energía de activación?
19/04/23
¿Cómo funcionan las enzimas?
• Incrementando la concentración efectiva de sustrato
• Aproximando el(los) sustrato(s)• Colocando el(los) sustrato(s) en una orientación
adecuada• Generando tensión en el(los) sustrato(s)
– El sustrato sufre tensión torcional que lo obliga a adoptar una estructura similar a la del estado de transición
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¿Por qué disminuye la energía de activación?
19/04/23
¿Cómo funcionan las enzimas?
• Eliminando sus interacciones con el agua, las cuales deben ser reemplazadas por interacciones no covalentes entre la enzima y el(los) sustrato(s)
• Ofreciendo grupos funcionales que contribuyan a la catálisis– Por ejemplo; grupos que actúen como ácidos o bases
débiles que participen como donadores o aceptores de protones (Cátalisis Acido-Base)
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Unión enzima-sustrato
• El sustrato se une al sitio activo de la enzima• Relación complementaria tipo Llave- Cerradura
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Modelo llave-cerradura
Unión enzima-sustrato
• El sustrato se une al sitio activo de la enzima• Cambio en la conformación de la enzima• Ciertos grupos catalíticos adquieren una
configuración geométrica que favorece la formación del estado de transición
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Modelo de ajuste inducido