enzimas clase 1: conceptos básicos y mecanismo termodinámico de acción

Enzimas18/08/2014 Bautista/Asencios/Montiel 1

HISTORIA

• Elaboración de pan en la tumba de Ramsés III. VALLE DE LOS REYES. EGIPTO.

• Elaboración del vino en el antiguo Egipto ; tumba de najt. En el valle de los nobles

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HISTORIA

• PAN Y VINO:

Fermentación alcohólica

Saccharomyces cerevisiae

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HISTORIA SIGLO XVIII

• René Antoine Ferchault de Réaumur, Físico Frances.

• Lazzaro Spallanzani; ITALIANO. sacerdote católico, profesor de física, y de matemáticas.

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HISTORIA SIGLO XVIIII (la fermentación)

• Louis Pasteur; el padre de la Microbiología Médica.Frances

• Justus von Liebig; químico Alemán.

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¿Qué es una enzima?

• Las enzimas son compuestos químicos de naturaleza proteica, que aceleran la velocidad de una reacción termodinámicamente posible.

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¿Qué significa este concepto?

• Las enzimas aceleran la velocidad de una reacción química, por que se comportan como catalizadores orgánicos;(biocatalizadores).

• Cuando se hace referencia a que la reacción debe ser termodinámicamente posible, se destaca el hecho que en el sistema donde ocurre la reacción química, existe suficiente energía útil, (energía de activación) para realizar el trabajo que implica, convertir el sustrato en producto

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¿Que es la termodinámica ?

• La termodinámica es la rama de la física que estudia los fenómenos energéticos, y los intercambios de energía entre la materia.

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• Una reacción es termodinámicamente posible cuando hay suficiente energía libre para realizarla.

• Cuando la reacción es termodinámicamente posible, esta implícito el hecho que esta reacción será espontanea

• Si en el sistema no hay suficiente energía útil después de la conversión del sustrato a producto, la reacción será irreversible

S PSi en el sistema hay suficiente energía útil la reacción puede ser reversible

S P18/08/2014 Bautista/Asencios/Montiel 9

¿PARA QUE ES IMPORTANTE LA ENERGÍA ÚTIL?

• El grado de entropía tiende siempre a incrementarse hasta alcanzar el equilibrio , el cual representa el estado de máximo desorden.

• Esto quiere decir que cualquier sistema dentro del universo, tiende a desordenarse espontáneamente buscando así el equilibrio.

• El desorden se va incrementando en la medida que la energía útil va disminuyendo.

• La caída de la energía útil , es seguida por el incremento de otras formas de energía no útiles, para realizar un trabajo determinado en el sistema.

• Si consideramos que el sistema usa la energía útil para mantenerse organizado, la disminución de esta, ocasionara desorden…cuando el desorden sea máximo se habrá establecido el equilibrio . Por lo tanto los sistemas orgánicos están adaptados para mantener la energía útil en

niveles óptimos, para mantenerse organizados .

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A B

Para que un sustrato A se transforme en el producto B debe existir cierta cantidad de energía libre en el sistema que pueda realizar este trabajo.

Es una reacción irreversible debido a la muy poca energía libre que se encuentra en el sistema.

En los seres vivos es importante que muchas reacciones ocurran adecuadamente ..pero también es importante que ocurran rápidamente.

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¿Como aumentamos la velocidad?

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Incrementando la cantidad de

energía libre

Mayor velocidad de incremento de la pendiente

A B

EJEMPLO DE LA ACCION ENZIMATICA

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EJEMPLO DE LA ACCION ENZIMATICA

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ENERGIA DE ACTIVACION

• Energía de activación es la energía que se necesita para realizar cierto trabajo.

• En términos químicos es la energía necesaria para llevar un mol de sustrato a producto.

• Svante August Arrhenius

• NOBEL 190318/08/2014 Bautista/Asencios/Montiel 15

EJEMPLO GRÁFICO

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ESTRUCTURA DE UNA ENZIMA

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APOENZIMA• La apoenzima es la parte proteica de una

Holoenzima, es decir, una enzima que no puede llevar a cabo su acción. La apoenzima, es por tanto, catalíticamente inactiva, hasta que se le une el cofactor adecuado.

• ESTRUCTURA:– Estructurales.-dan forma a la enzima.– De fijación.-sujetan al sustrato mediante enlaces

débiles.– Catalíticos.-forman enlaces covalentes debilitando la

estructura del sustrato.

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NOMENCLATURA (EC)

• El nuevo sistema divide a las enzimas en seis clases principales, cada una de las cuales se divide a su ves en subclases, de acuerdo con el tipo de reacción que cataliza.

• Cada enzima es designado por un nombre recomendado, generalmente corto y apropiado para su uso habitual; por un nombre sistemático, que identifica la reacción que cataliza, y por un numero de clasificación, que se emplea cuando se precisa la identificación inequívoca de la enzima.

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SUB CLASES DE LAS ENZIMAS

• 1 - OXIDORREDUCTASAS:

Subclases:1.1 corresponde a las enzimas que actúan sobre >CH-OH1.2 actúan sobre >C=O1.3 actúan sobre >C=CH-1.4 actúan sobre >CH-NH2

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2- TRANSFERASAS:

– SUBCLASES2.1 grupos con un átomo de carbono2.2 funciones aldehído o cetona2.3 grupos acilo (aciltransferasas)2.4 grupos glucosilo (glucosiltransferasas)

3- HIDROLASAS:

3.1 actúan sobre enlaces éster3.2 actúan sobre enlace glicosídicos3.4 actúan sobre enlaces peptídicos3.6 actúan sobre anhídridos de ácido

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4- LIASAS:

4.1 actúan sobre enlaces >C=C<4.2 actúan sobre enlaces >C=O4.3 actúan sobre enlaces >C=NH-

5.ISOMERASAS:

-RACEMASAS

–EPIMERASASEPIMERASAS

–MUTASASMUTASAS

6- LIGASAS:

6.1 formación de enlaces C-O6.2 formación de enlaces C-S6.3 formación de enlaces C-N 6.4 formación de enlaces C-C

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NOMBRE SISTEMATICO

• En forma sistemática el nombre de una enzima se construye con la siguiente información:

-Nombre del sustrato (o sustratos).-Nombre del cambio químico que realiza la enzima sobre el sustrato.-Sufijo asa.

• -Ejemplo:• NADH H+ CoQ NAD+ CoQH2

ENZIMA-Nombre de los sustratos: NADH y Coenzima Q.-Cambios químicos que realiza la enzima: Oxida al NADH y reduce a lacoenzima Q.-Nombre de la enzima: NADH, coenzima Q óxido-reductasas

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Código numérico de las enzimas

• Enzima 4: Catalasa (peróxido de hidrógeno peroxidasa).• Reacción que cataliza:

ENZIMA

• 2H2O2 2H2O+ O2• Código E.C: 1. 11. 1. 6

• Significado: Es una óxido-reductasa (clase 1), que usa H2O2 como aceptor de electrones (subclase 11), y como donador a otra molécula de H2O2(subsubclase1). Le tocó el sexto lugar en la lista de enzimas.

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EC 2.7.1.1

Número Enzyme Commission:

Enzyme

ComissionGrupo Subgrupo

Nombre común (sustrato+”asa”): Hexokinasa

Clasificación y nomenclatura

ATP: hexosa fosfotransferasa

Nombre sistemático:

Donador Aceptor

Grupo transferido

Tipo de reacción catalizada

Grupos

químicos

Enzimas

Características de las enzimas

• Su topografía: las enzimas gracias a su nivel terciario tiene sitio activos

– Este hecho recalca la importancia de las cadenas laterales de aminoácidos y las estructuras secundarias con muy particulares orientaciones 3D

– Los sitios catalíticos, alestéricos, de unión a la coenzima, de fijación al sustrato ,de reconocimiento del sustrato ,son sitios que le caracterizan como una molécula altamente especifica.

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Sitio activo

• Es el espacio de la enzima en el cual se lleva a cabo la interacción con el substrato.

• Los aminoácidos que conforman el sitio activo pueden estar en posiciones consecutivas o cercanas.

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Fijación del sustrato

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Tipos de unión enzima sustrato

• ENLACE COVALENTE: Tipo de enlace en el cual los átomos comparten un par de electrones. Cada uno delos átomos puede aportar un electrón o los dos electrones pueden ser aportados por uno solo de los átomos.

• INTERACCIÓN ELECTROSTÁTICA: Tipo de interacción que se da entre grupos químicos con carga opuesta.

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MODELOS DE INTERACCION ENZIMA SUSTRATO

• MODELO DE FISCHER O MODELO DE LA LLAVE CERRADURA

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Hermann Emil Fischer

MODELOS DE INTERACCION ENZIMA SUSTRATO

• Modelos de Koshland o modelo de ajuste inducido

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Daniel Edward Koshland, Jr.

CARACTERISTICAS

• 2.- No cambian la constante de equilibrio.

E + S ES EP E + P

(P) (E) (P) (E)

Ke = Ke=

(S) (E) (S) (E)

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CARACTERISTICAS

• 3.- son compuestos termolábiles

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CARACTERISTICAS

• 4.- Son reciclables, por lo que….

• 5.- Se necesitan en baja cantidad

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CARACTERISTICAS

• Tienen una gran afinidad por un solo sustrato y por un grupo de sustratos emparentados estructuralmente

• Tiene una gran especificidad por un solo sustrato y por un grupo de sustratos emparentados estructuralmente

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La regulabilidad de sus actividades

• La velocidad de una reacción catalizada por una enzima puede incrementarse o disminuirse gracias a:

– Alteraciones tridimensionales del sitio catalítico

– Aumentando o disminuyendo la cantidad de enzima

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Regulación de Catálisis Enzimática

• MEDIADA POR DOS MECANISMOS

– Disminuyendo o incrementando la eficacia:

• Estos mecanismos implican un cambio del sitio activo haciendo que este permita o no la entrada del sustrato

• Son mecanismos rápidos que operan sobre la enzima sintetizada

– Aumento o disminución de la concentración

• Actúan en la velocidad o aumento de la síntesis de una enzima

• Mecanismos lentos

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Regulación de Catálisis Enzimática

• Disminución/incremento de la eficacia

• Alosterismo

• Modificación covalente

• Feed back negativo

• Zimógenos

• Complejos multienzimaticos

• Aumento/disminución de la concentración

• Inducción y represión

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Alosterismo

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MODIFICACION COVALENTE

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SERINA ------------ TREONINA---------------TIROSINA …….se pueden fosforilar por que son los únicos aminoácidos hidroxilados

FEEED BACK NEGATIVO

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ZIMOGENOS

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Aumento/disminución de la concentración

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Cinética enzimática

• Es la rama de la enzimología que estudia la velocidad de las reacciones catalizadas por las enzimas, así como los factores (externos) que influyen sobre dicha velocidad.

• La velocidad de una reacción es la cantidad de sustrato transformado en producto, por unidad de tiempo.

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Cinética enzimática

• Los factores MÁS ESTUDIADOS que modifican la velocidad de una reacción catalizada por enzimas son:

• 1.-La concentración de enzimas

• 2.-La temperatura

• 3.-El pH

• 4.-El aumento progresivos de la concentraciones del sustrato

• 5.-La presencia o no de inhibidores

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CINÉTICA ENZIMÁTICA: temperatura

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CINÉTICA ENZIMÁTICA: PH

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CINÉTICA ENZIMÁTICA: CONCENTRACIÓN DEL SUSTRATO

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Cinética enzimática

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Cinética enzimática: presencia de inhibidores (competitivo)

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Un inhibidor competitivo

• Se parece estructuralmente al sustrato

• Compite con el sustrato original por el sitio activo

• Al incrementar la concentración del sustrato, el inhibidor es desplazado del sitio catalítico por el aumento del sustrato

• Como consecuencia de lo anterior se logra alcanzar la velocidad máxima

• La Km en la reacción con inhibidor competitivo y sin inhibidor es diferente

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Cinética enzimática: presencia de inhibidores (competitivo)

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Cinética enzimática: presencia de inhibidores ( NO competitivo)

• No se parece al sustrato• No compite con el sustrato original por el sitio

catalítico• Al incrementar la concentración del sustrato, el

inhibidor NO es desplazado del sitio activo por el aumento del sustrato pues no se une al sitio activo , por lo tanto se une al sitio alósterico cambiando la conformación 3D

• Como consecuencia de lo anterior NO se logra alcanzar la velocidad máxima

• Las Km en la reacción con inhibidor no competitivo y sin inhibido NO SON IGUALES

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Coenzimas inorganicas

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COENZIMAS

• Son glúcidos, lípidos o nucleótidos que actúan como coenzimas.

• Son imprescindibles en procesos metabólicos.

• Se necesita en pequeña cantidad.

• Son sustancias lábiles.

• Su déficit en puede generara patologías.

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Tipos de coenzimas

• Liposolubles.-de naturaleza lipídica y por tanto insolubles en agua y solubles en material orgánico; una ingesta excesiva genera hipervitaminosis son: A,D,E,K NO COFACTORES (SALVO K).

• Hidrosolubles.-son solubles en agua. Su exceso no produce trastornos, son cofactores enzimáticos. PERTENECEN AL GRUPO :vita B vita C

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VITAMINA K

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COFACTOR DE LA CARBOXILASASCARBOXILA ACIDOS GLUTAMICOS DE CIERTAS PROTEINAS , AUMENTANDO LA POSIBILIDADA DE LAS MISMAS DE UNIRSE A CALCIOCOAGULACION SANGUINEAPROTROMBINA (FACTOR II), VII, IX Y X

HORTALIZAS: COLES, BROCOLI, COLIFLOR, ESPINACA,LECHUGASBACTERIAS INTESTINALES

Vitamina C o Acido Ascórbico

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Cofactores hidroxilaciones

-síntesis de colágeno-metabolismo de hormonas-síntesis de ácidos biliares-síntesis de carnitina

PATOLOGIAS•Inflamación y sangrado de las encías •Piel áspera y reseca •Hematomas espontáneos •Deficiencia en la cicatrización de heridas •Sangrado nasal•Dolor e inflamación articular •Esmalte dental debilitado

FUENTES: LA NARANJA, LIMON,FRESAS,PIMIENTO, CAMU CAMU

VITAMINA B1 (tiamina pirofosfato)

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COFACTOR DE LAS DESCARBOXILASAS

PATOLOGIAS: Insuficiencia cardíaca, afonía y falta de reflejos periféricos

FUENTES:Levaduras, carne de cerdo, legumbres, carne de vacuno, cereales integrales, frutos secos, maíz, huevos, víscera

FUNCION:.-SINTESIS DE NUCLEOTIDOS Y ACIDOS NUCLEICOS.-FORMACION DE NADPH2.-TRANSFORMACION DE EXOSAS EN PENTOSAS

VITAMINA B2 (riboflavina)FMN Y FAD

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COFACTOR DE LAS OXIDORREDUCTASAS

FUENTES:

-cereales integrales, pastas, quesos procesados, jugos de frutas y productos lácteos

PATOLOGIAS:-cambios distróficos en los nervios periféricos.

FLAVOPROTEINAS IMPORTANTES

• NADH-CITOCROMO REDUCTASA (FMN) DESTOXIFICACIÓN

• L-AMINO-OXIDASA (FMN) OXIDACIÓN DE AMINOÁCIDOS

• SUCCINATO DESHIDROGENASA (FAD) TCA, CADENA RESPIRATORIA

• ACIL-COA DESHIDROGENASA (FAD) OXIDACIÓN DE LÍPIDOS

• XANTINA OXIDASA(FAD) FORMACION DE ÁCIDO ÚRICO

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VITAMINA B3 (NICOTINAMIDA)NAD* Y NADP*

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COFACTOR DE OXIDORREDUCCIÓNFUENTES:carne, pescados, levadura de cerveza, albaricoques, verduras, queso, leche, huevos

deficiencia:pelagra (dermatitis, diarreas y demencias

USO TERAPEUTICO:HIPOLIPEMIANTE

ACIDO PANTONEICO (VITAMINA B5)

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COFACTOR DE LAS TRANSFERASAS

FUENTES:cereales , integrales, legumbres, levaduras de cerveza, jalea real, huevos y carne.

PATOLOGIA:POCO FRECUENTE, POR HIPOVITAMINOSIS

PIRIDOXAL (VITAMINAB6)

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METABOLISMO DE AMINOACIDOS

DEFICIENCIA:convulsiones, anemia, neuropatía, lesión , mucosas

FUENTES:hígado, pollo, bacalao, cerdo, queso, huevo, cereales, frutas

BIOTINA (VITAMINA B8 Ó H)

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COFACTOR DE CARBOXILACIONES

FUENTES:hígado, nueces, judías verdes, huevos, síntesis intestinal

DEFICIENCIA:hipovitaminosis

VIT H: grupo prostetico

ACIDO FOLICO (VITAMINA B9)

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DEFICIENCIA:anemia megaloblastica

FUENTES:brócoli, espinaca, hígado, naranjas

COBALAMINAS (VITAMINA B12)

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FUENTES: carne, pescado, productos lácteos

PATOLOGIA:anemia perniciosa

Un libro abierto es un cerebro que habla, cerrado un

amigo que espera, olvidado un alma que perdona,

destruido un corazón que llora.

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