clase 1- bioquimica ca 2015-i
TRANSCRIPT
LAS ENZIMAS • Concepto
• Apoenzima y holoenzima
• Grupo prostético, cofactor,
coenzima
• Centro activo
• Mecanismo de encaje al sustrato
• Clasificación de las enzimas abril 2015 1 Enzimas I
USOS INDUSTRIALES DE LAS ENZIMAS
abril 2015 Enzimas I 2
ENZYMES
INDUSTRIA PECUARIA
abril 2015 Enzimas I 3
Biofábricas productoras de
enzimas
abril 2015 4 Enzimas I
LA CÉLULA
Biofábrica química más eficiente
Las moléculas requeridas se producen de
manera precisa
QUIENES TRABAJAN DENTRO DE LA
CELULA?
… LAS ENZIMAS …
Las enzimas son proteínas, excepto las
ribozimas.
abril 2015 5 Enzimas I
Funciones biológicas de las
enzimas: Replicación del ADN
abril 2015 6 Enzimas I
AC
GTP
ATP cAMP
GDP
PKA
Funciones biológicas de las enzimas:
señalización
ADP
adenosina
Receptor
Beta-adrenergico
epinefrina Adenilato ciclasa
abril 2015 7 Enzimas I
Funciones biológicas de las
enzimas:digestión
abril 2015 8 Enzimas I
Enzimas antioxidantes
abril 2015 Enzimas I 9
Enzimas como proteínas
Son termo-lábiles
Son más eficientes que los catalizadores químicos
Son específicas
Su regulación es compleja
La especificidad reside en unos aminoácidos específicos, que conforman 2 centros diferentes:
El centro catalítico y el centro de unión al sustrato, que conjuntamente conforman el CENTRO ACTIVO.
abril 2015 10 Enzimas I
ENZIMAS
E + S E S P + E
Sustrato se une centro activo de la enzima
abril 2015 11 Enzimas I
CARACTERÍSTICAS DE LAS ENZIMAS
Específicas para sus sustratos
• Aceleran las reacciones químicas
• Reaccionan en medio acuoso … hasta en
condiciones adversas, difíciles para reacciones
químicas Ejem: esterasas
abril 2015 12 Enzimas I
Tripsina
Trombina
Enzimas proteolíticas
abril 2015 13 Enzimas I
H2CO C
O
H2CO
R1
C R3
OCH C R2
O
O
O-
fosfolipasa D
fosfolipasa A2
fosfolipasa A1
fosfolipasa C
abril 2015 14 Enzimas I
Amilasas
abril 2015 Enzimas I 15
ENZIMAS – ESTRUTURA
RNA
Estrutura Enzimática
Ribozimas
Enlace covalente
Apoenzima o Apoproteína
Grupo Prostético
Holoenzima
Cofactor
Coenzima
Proteína
Puede ser: • íon inorgánico • molécula orgánica
abril 2015 16 Enzimas I
Cuando la molécula o el ión metálico está
estrechamente unido o covalentemente unido a la
proteína forma un grupo prostético.
ENZIMAS
Proteína + Molécula o ión metálico o
ambos
Holoenzima
Apoproteína
abril 2015 17 Enzimas I
COFACTOR
Ión o molécula que participa en el proceso catalítico
sin ser enzima ni substrato. Dos formas de acción:
1. Fijación fuerte a la proteína y salen sin ser
modificados del ciclo catalítico
2. Como un segundo substrato; salen modificados del
ciclo catalítico y por lo general requieren otra enzima
para volver al estado original.
abril 2015 18 Enzimas I
abril 2015 Enzimas I 19
1. Hidrosolubles
Tiamina Tiamina pirofosfato B1
Riboflavina Flavinas: FAD, FMN B2
Piridoxal Piridoxal fosfato B6
Cobalamina Coenzimas cobamídicos B12
Ác. Ascórbico Ac. Ascórbico C
Nicotinamida NAD+, NADP+ PP
Ác. Lipoico Lipoamida
Ác. Fólico Coenzimas folínicos
Ác. Pantoténico Panteteínas (CoA)
2. Liposolubles
Naftoquinonas g-Carboxilación K
COFACTORES DE NATURALEZA
VITAMÍNICA
abril 2015 Enzimas I 20
Hemo Ccitocromos
Complejos Fe-S Ferredoxinas
Glutatión Redox; transporte de aminoácidos
ATP Transf. de fosfato y/o de energía
UTP Transf. de grupos glicosídicos
PAPS Transf. de grupos sulfato
S-AM Transf. de grupos metilo
Carnitina Transportador de grupos acilo
COFACTORES DE NATURALEZA NO
VITAMÍNICA
abril 2015 Enzimas I 21
ENZIMAS – COFATOR
Algumas enzimas que necesitan de elementos inorgánicos como cofatores
ENZIMA COFACTOR
ADN POLIMERASA Mg+2
CITOCROMO OXIDASA Cu+2
ÁLCOHOL DESHIDROGENASA Zn+2
HEXOQUINASA Mg+2
UREASA Ni+2
abril 2015 22 Enzimas I
Un ejemplo de una coenzima:
flavin adenina dinucleotido (FAD)
Glucosa oxidada con FAD
abril 2015 23 Enzimas I
R CH
NH3+
COO- + O2 + H2O R CO COO- + H2O2 + NH4+
Aminoácido CetoácidoLAO
LAO: L-aminoácido oxidasa (flavoproteína)
Las flavoproteínas tienen un grupo prostético flavínico,
que interviene en el proceso catalítico sin salir modificado
del mismo
NH
NNH
N O
H3C
H3C
O
abril 2015 24 Enzimas I
COO-
C O
CH3
COO-
CHO H
CH3
NADH + H+NAD+
Piruvato L-Lactato
LDH
LDH: Lactato deshidrogenasa
Utiliza como cofactor NADH, el cual sale de la
reacción oxidado a NAD+. La regeneración a NADH
requiere otra enzima.
abril 2015 25 Enzimas I
CENTRO ACTIVO
Contiene los residuos catalíticos
Es tridimensional como cerradura o criba
Los sustratos se unen por interacciones débiles múltiples (puentes de H, van der Waals, etc)
La especificidad de unión depende de la geometría del centro activo
abril 2015 26 Enzimas I
Centro Activo: Lisozima
E35 D52
W108
abril 2015 27 Enzimas I
Teorías de la acción enzimática, 1
Modelo de Llave y Cerradura (Emil Fischer)
Substrato y enzima se acoplan de forma estereospecífica,
de la misma manera que una llave se ajusta a su cerradura.
abril 2015 28 Enzimas I
Teorías de la acción enzimática, 2
Modelo de Ajuste Inducido (Koshland)
Tanto la enzima como el substrato sufren una alteración
en su estructura por el hecho físico de la unión.
abril 2015 29 Enzimas I
Teorías de la acción enzimática, 3
La teoría del Ajuste Inducido se amplía en la actualidad
definiendo la acción enzimática como
Estabilización del Estado de Transición
Según lo cual, el Centro Activo enzimático es en realidad
complementario no al substrato o al producto, sino al
estado de transición entre ambos.
abril 2015 30 Enzimas I
R C
O
O R' Substrato: un éster
R C O R'
O-
O-
Estado de transición:
intermediario tetraédrico,
inestable
R C
O
O-HO R'
Productos
abril 2015 31 Enzimas I
R P O
O-
O-
R'Análogo de Estado de Transición
Derivado fosforilado, que no es substrato
de la reacción, pero que por su analogía
estructural ocupa el centro activo de la
enzima e inhibe fuertemente a la reacción
abril 2015 32 Enzimas I
Enzimas y catalisadores químicos
Característica Enzima Químicos
Especificidad por sustrato alta baja
Natureza de la estrutura compleja simple
Sensibilidad T y pH alta baja
Condiciones de reacción (T, P, pH) suaves drásticas (geralmente)
Costo de obtención (aislamiento y
purificación)
alto moderado
Consumo de energía bajo alto
Formación de subprodutos bajo alta
Separación catalisador/ produtos difícil/cara simple
Actividad Catalítica (temperatura ambiente) alta baja
Estabilidad del preparado baja alta
Energía de activación baja alta
Velocidad de reación alta baja
abril 2015 33 Enzimas I
CLASIFICACIÓN Y NOMENCLATURA
DE ENZIMAS
abril 2015 34 Enzimas I
1. Oxidorreductasas
2. Transferasas
3. Hidrolasas
4. Liasas
5. Isomerasas
6. Ligasas
Clasificación de enzimas
abril 2015 35 Enzimas I
Grupo 1. Oxidoreductasas
Catalizan reacciones de oxidorreducción
En las reacciones redox siempre esta
presente aceptor y dador electrónico.
Ared + Box Aox + Bred
A: es el reductor o dador electrónico;
se oxida (pierde electrones)
B: es el oxidante o aceptor electrónico;
se reduce (gana electrones)
abril 2015 36 Enzimas I
Nomenclatura alternativa en oxidorreductasas
1. Deshidrogenasas
2. Oxidasas
3. Peroxidasas
4. Oxigenasas
5. Hidroxilasas
6. Reductasas
abril 2015 37 Enzimas I
COO-
C O
CH3
COO-
CHO H
CH3
NADH + H+NAD+
Piruvato L-Lactato
LDH
LDH: Lactato deshidrogenasa
Utiliza como cofactor NADH, el cual sale de la
reacción oxidado a NAD+. La regeneración de
NADH requeriría otra enzima.
abril 2015 38 Enzimas I
Grupo 2. Transferasas
Catalizan reacciones de transferencia de grupo:
A-X + B A + B-X
Dador: Aceptor - Grupo transferido - transferasa
ATP: D-Hexosa Fosfotransferasa EC 2.7.1.1
Nombre común: hexokinasa
abril 2015 39 Enzimas I
ATP: hexosa fosfotransferasa
Nombre sistemático:
Donador Aceptor
Grupo transferido
EC 2.7.1.1
Número sistemático:
Enzyme
Comission
Grupo Subgrupo
Sub-subgrupo
Enzima
Nombre común: Hexokinasa abril 2015 40 Enzimas I
TRANSFERASA
aspartate -ketoglutarate oxaloacetate glutamate
Aminotransferase (Transaminase)
COO
CH2
CH2
C
COO
O
COO
CH2
HC
COO
NH3+
COO
CH2
CH2
HC
COO
NH3+
COO
CH2
C
COO
O + +
abril 2015 41 Enzimas I
Clasificación de las transferasas
2.1. Grupos monocarbonados
2.2. Grupos aldehido o ceto
2.3. Aciltransferasas
2.4. Glicosiltransferasas
2.5. Alquil- o Ariltransferasas
2.6. Grupos nitrogenados
2.7. Grupos fosfato
2.8. Grupos sulfato
abril 2015 42 Enzimas I
Grupo 3. Hidrolasas Catalizan reacciones de hidrólisis
A-B + H2O A-OH + H-B No se suelen utilizar nombres sistemáticos
en las hidrolasas.
Muchas de ellas conservan el nombre
primitivo: tripsina, pepsina, papaína, etc.
abril 2015 43 Enzimas I
abril 2015 44 Enzimas I
Clasificación de las hidrolasas
3.1. Esterasas (carboxilesterasas,
fosfoesterasas, sulfoesterasas)
3.2. Glicosidasas
3.3. Éter hidrolasas
3.4. Péptido hidrolasas
3.5. Acil anhídrido hidrolasas, etc.
abril 2015 45 Enzimas I
Péptido hidrolasas: clasificación común
(no sistemática)
I. Según la situación del enlace atacado:
- Exopeptidasas (en los extremos de la cadena)
(Peptidasas)
- Endopeptidasas (en el interior de la cadena)
(Proteinasas)
II. Según el mecanismo catalítico:
- Serin proteinasas
- Tiol proteinasas
- Aspartil proteinasas
- Metaloproteinasas abril 2015 46 Enzimas I
Grupo 4. Liasas
Catalizan reacciones reversibles de adición de un
grupo a un doble enlace:
A=B + X AXB
COO-
CH
CH
COO-
H2O COO-
CH
CH2
COO-
HO
Fumarato(trans-)
L-Malato
FUMARASA
abril 2015 47 Enzimas I
Algunas reacciones liásicas:
- Descarboxilasas
- Aldolasas
- Anhidrasa carbónica
- Adenilato ciclasa
abril 2015 48 Enzimas I
Grupo 5. Isomerasas
Catalizan reacciones de isomerización
Algunas reacciones
isomerásicas:
- Racemasas
- Oxidorreductasas
intramoleculares
- Mutasas o transferasas
intramoleculares
abril 2015 49 Enzimas I
Grupo 6. Ligasas
Catalizan la unión de dos grupos químicos a
expensas de la hidrólisis de un enlace de alta
energía.
A + B + ATP A-B + ADP + Pi
O bien
C + D + ATP C-D + AMP + PPi
abril 2015 50 Enzimas I
Algunas reacciones ligásicas:
- Aminoacil-tRNA sintetasas
- Glutamina sintetasa
- Carboxilasas
PIRUVATO CARBOXILASA
abril 2015 51 Enzimas I
ISOENZIMAS
• Difieren en la secuencia de aminoácidos, pero
catalizan la misma reacción química. Diferentes
parámetros cinéticos, o propiedades de regulación.
• Permiten el ajuste del metabolismo para
satisfacer las necesidades particulares de un
determinado tejido o etapa del desarrollo.
abril 2015 52 Enzimas I
LDH
abril 2015 53 Enzimas I
54
CK
1) Creatina kinasa (creatine phosphokinase)
(CK) (EC: 2.7.3.2)
CK
ATP + creatine ADP + creatine phosphate
Importancia clínica:
Isoenzima tejido u organo %
CK-BB (CK-1) cerebro 98
CK-MB (CK-2) musculo cardiaco 20
CK-MM (CK-3) musculo 96
abril 2015 Enzimas I