Clasificación de las enzimas y

factores que afectan la velocidad de

la Rx enzimáticala Rx enzimática

Dr. José Luis Cárdenas López

2014-1

Especificidad en las proteasas

Especificidad

Ejemplo

MALWMRLLPLMALWMRLLPLMALWMRLLPLMALWMRLLPL LALLALWGPDLALLALWGPDLALLALWGPDLALLALWGPD PAAAPAAAPAAAPAAAFVNQHL CGSHLVEALY

Sitios más probables de rompimiento de la cadena pora) Tripsina b) quimiotripsina c) pepsina (asumiendo están a condiciones óptimas)

LVCGERGFFY TPKTRREAED

LQVGQVELGG GPGAGSLQPL ALEGSLQKRG

IVEQCCTSIC SLYQLENYCN

Nombrar las enzimas

• Nombres triviales

– Generalmente “sustratoasas” (hidrolíticas)

• Ej. Amilosa –Amilasa

• Ej. Proteina –Proteinasa o proteasa

– Otras enzimas, nombre de la reacción– Otras enzimas, nombre de la reacción

• Substrato oxidasa NADH oxidasa

• Substrato deshidrogenasa lactato deshidrogenasa

– Otras reciben nombres que no dicen nada de la rx que catalizan ni del substrato: Papaina, Ficina, etc.

Clasificación de las enzimas

Clasificación de las enzimas (EC i.j.k.l,

cuatro números)

• Primer número es el tipo de reacción catalizada

• 1. Oxidoreductasas. rx oxido-reducción

• 2. Transferasas. Transferencias de grupo de una molécula a otra

• 3. Hidrolasas. Rompimiento hidrolítico de C-C, C-N, C-O o • 3. Hidrolasas. Rompimiento hidrolítico de C-C, C-N, C-O o C-N

• 4. Liasas. Rx de eliminación

• 5. Isomerasas. Rearreglos estructurales

• 6. Ligasas. Formación de enlaces con hidrólisis de un grupo fosfato de “alta energía” (sintetasas)

Oxido-reductasas

• Donador:aceptor oxidoreductasa

• Donador�la molécula que se oxida

• Comunmente: “donador deshidrogenasa”, a menos que el aceptor sea O2, en ese caso menos que el aceptor sea O2, en ese caso “donor oxidasa”. Ejemplo:

• 1.1.1.1 es la alcohol deshidrogenasa

• 1. oxidoreductasa, 1. actúa en grupos CHOH 1. el NAD+ es el aceptor, 1. el etanol es el donador

Transferasas

• AX+B�A+BX

• X no puede ser H

• B no puede ser H20

• EC 2.3.1.9 es la AcCoA acetiltransferasa• EC 2.3.1.9 es la AcCoA acetiltransferasa

• 2. transferasa, 3. se transfiere un grupo acil, 1.

un grupo acil, mas no aminoacil, 9. acetil CoA

es el aceptor

Hidrolasas

• AX+H20�AH+XOH

• Ejemplo:

• EC 3.2.1.1.

• 3. hidrolasa, 2. actúa en grupos glucosídicos, • 3. hidrolasa, 2. actúa en grupos glucosídicos,

1. hidroliza enlaces O-glucosil. 1. produce un

glucano, mas no glucosa o maltosa.

• (Alfa-amilasa)

Liasas

• Rompimiento no hidrolítico de enlaces,

generalmente C-C, C-N, C-S, decarboxilasas y

adiciones a dobles enlaces

R-CH=CH-R + HX R-CH2-CH-R

X

adiciones a dobles enlaces

• EC. 4.1.1.53. fenilalanina carboxi-liasa

• 4. liasa, 1.actua en enlace C-C, 1. actua en

grupos carboxilo, 53. especifico a esta enzima

Isomerasas

• Nombre trivial depende del tipo de

isomerización

• EC 5.1.3.20. D-ribosa cetol isomerasa

• 5. isomerasa, 1. intercambio ceto y alcohol, 3. • 5. isomerasa, 1. intercambio ceto y alcohol, 3.

denota el substrato, 20. específica a la enzima.

Ligasas

• A+B +ATP � AB +( AMP+PPi ó ADP +Pi)

• Puede llamarse sintetasa

• EC 6.2.1.3. Acetato:CoA ligasa (acilCoA

sintetasa)sintetasa)

• 6. ligasa, 2. forma enlace C-S, 1. enlace acido-

tiol, 3. específico a esta enzima

Ejemplos de enzimas (2000)

Tipo de enzima Conocidas ejemplo

oxidoreductasas 650 polifenoloxidasa

transferasas 720 transglutaminasa

hidrolasas 640 Proteasas, hidrolasas 640 Proteasas, lipasas

liasas 250 Histidina carboxilasa

isomerasas 120 Fosfoglucosa isomerasa

ligasas 100 acetilCoA ligasa

Factores que influyen en la velocidad de

reacción enzimatica

• Cantidad de la enzima

• Distribución en los tejidos

• Sustrato y cofactores

• pH• pH

• Temperatura

• Fuerza Iónica

• Actividad molecular

• Inhibidores endógenos

Cantidad de la enzima

• Velocidad inicial: Concentración de la enzima

• Varía en la etapa de desarrollo

• Dieta y ejercicio

• Peces de la profundidad 3-4 órdenes de • Peces de la profundidad 3-4 órdenes de

magnitud en la [enzima] LDH en músculo

Distribución de la enzima

• Isoenzimas: formas moleculares de la misma enzima, ej. H4 LDH inhibida por baja conc de piruvato y la M4 LDH es inhibida por alta conc de piruvato

• Postmortem puede haber liberación de enzimas de lisosomas o de las membranas celulareslisosomas o de las membranas celulares

• Congelado-descongelado de pescado activa la oxaloacético transaminasa y la acetilglucosaminidasa

• La irradiación de pescado (100 Krads) activa la fosfatasa ácida y la acetilglucosaminidasa

Sustrato y cofactores

• El Km o afinidad con el sustrato es dependiente de la temperatura de rx, siendo la temp del ambiente del organismo donde hay menor Km

• La presión del habitat también afecta el Km, sobre todo a los peces que no viven en aguas profundas

• La conc de cofactores puede afectar igual o más que la conc de sustrato o de enzima

Cofactores• Compuestos no proteicos que colaboran en la catálisis

• Los cofactores puede ser un ión metalico o bien una molécula orgánica compleja llamada coenzima.

• El complejo enzima –cofactor catalitícamente activo recibe el nombre de HOLOENZIMA.

• Cuando se separa el cofactor, la proteína restante, que • Cuando se separa el cofactor, la proteína restante, que por si misma es inactiva catalíticamente, se denomina APOENZIMA

• Muchos se derivan de minerales y vitaminas de la dieta

Unidad funcional: Holoenzima

Apoenzima (proteína) + grupo prostético o

cofactor

Parte proteica de una enzima: Apoenzima, No

tiene actividad catalítica.

Ejemplos

• Coenzima 1, NAD+/NADH (provienen de la niacina)

• Coenzimas de la flavina, FMN/FMNH2 (Vit B2, Riboflavina)

• Tiamina pirofosfato

• Ac. lipoico

• Coenzima A

• Biotina

Piridoxina• Piridoxina

• Coenzima Q

• Heme

• Vitamina C

• Ac. fólico

• Cianocobalamina

• Iones metálicos

• S-adenosil metionina

COFACTORES (iones) ENZIMAS

Na+ ATPasa (junto con Na+ y

Mg2+)

K+ Piruvato quinasa (junto con

Mg2+)

Se Glutation peroxidasa

Ni2+ ureasa

Zn2+ Alcohol deshidrogenasa

Anhidrasa carbónica

Cu2+ Tirosinasa

Citocromo oxidasaCitocromo oxidasa

Fe2+o Fe3+ Citocromos

Peroxidasa

Catalasa

Mg2+ Hexoquinasa

Glucosa 6 fosfatasa

Piruvato quinasa (junto con

K+)

Mn2+ Arginasa

Ribonucleótido reductasa

pH

• El efecto del pH en la actividad tiene forma de

campana, pero el óptimo es operativo (temp,

sustrato, I, etc)

• Enzimas homólogas pueden diferir • Enzimas homólogas pueden diferir

notablemente en su pH óptimo y en su

estabilidad

Temperatura

• La relación entre temp y vel de rx están

definidas por la energía de activación de

Arrehnius (Ea)

• En el pescado la Ea es menor en peces de • En el pescado la Ea es menor en peces de

temp baja que en peces de temp tropical

• La termoestabilidad también se relaciona con

el habitat de los peces

Fuerza iónica (I)

• Cantidad y tipo presente de iones en la

solución

• son necesarios en el centro activo de algunas

enzimas para su normal funcionamientoenzimas para su normal funcionamiento

Breve desviación

• Consideremos una solución 1 M de NaCl y 1 M

de (NH4)2SO4

• ¿Tienen la misma concentración de iones?

• No, la Molaridad no mide esto• No, la Molaridad no mide esto

• G.N. Lewis inventó el témino “fuerza iónica”

2

2

1i

i

izmI ∑=m= Concentración en molaridad (moles /L)

Z= carga del ión i

2

2

1i

i

izmI ∑=

12

)1(*11*1 22

=−+=IPara NaCl

32

)2(*11*2 22

=−+=IPara (NH4)2SO4

Que pasa con los ácidos débiles y aquellos buffers que tienen varios pKa´sFosfato? carbonato? Se debe usar la ecuación de HH

Ecuación de Henderson Hasselbach

][

][log

HA

ApKpH

−

+=

¿De donde viene? Kd= Ka+Kb

][

]][[

HA

HAKa

+−

= ]log[][

][loglog +

−

+= HHA

AKa

KaHA

AH log

][

][log]log[ −=−

−+

Calcular

• Fuerza iónica de la solución 1M de MgSO4

• ¿Qué tal si fuera 0.2 M Fe2(SO4)3 ?

• Relación de forma cargada a no cargada de

una solución Tris-HCl a pH 8.9 (pKa del Tris-HCl

8.06)

• 200 mM de buffer carbonato a pH 10, como lo

hacemos

Ejercicio tarea

• 200 mM de buffer carbonato a pH 10, ¿cómo

lo hacemos? y ¿cual será su fuerza iónica?

H2CO3 HCO3- + H+

CO3-2 + H+

A pH 10 el H2CO3 será casi nada, se puede ignorarPor lo que 0.2 M = [HCO3

-] + [CO3-2], usar pKa=10.3

][

][log

HA

ApKpH

−

+=

][

][log3.1010

3

23

−−

+=HCO

CO

Ignorar la [H+] (será muy pequeña, ¿cuánto?)

Actividad molecular

• Peces de agua fria mayor act mol,

especialmente a bajas temp de reacción

• Turnover number (número de recambio o

Kcat) = moles de sustrato convertido a Kcat) = moles de sustrato convertido a

producto por mol de enzima a la Vmax

• Eficiencia fisiológica= Vmax/Km, se conserva

en muchos casos en lugar de los parámetros

Vmax o Km

Inhibidores endógenos

• El músculo puede contener inhibidores

específicos de enzimas, ej. Calpastatina,

inhibidores de serina proteasas , cistatinas

• Los inhibidores endógenos existen como • Los inhibidores endógenos existen como

complejos con las enzimas, y esto sirve como

mecanismo de regulación de la actividad