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CINÉTICA ENZIMÁTICA
MECANISMOS DE ACCIÓN ENZIMÁTICA
REGULACIÓN DE LA ACTIVIDAD ENZIMÁTICA
CARACTERÍSTICAS DE LAS ENZIMAS
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• Las enzimas son, en su gran mayoría, proteínas
globulares sintetizadas por las células para
catalizar reacciones bioquímicas.
• Catalizadores biológicos
• Aumentan la velocidad de la reacción en la que
participan hasta millones de veces.
• Se unen en forma temporal, liberándose al final a
la vez que se libera el producto de la reacción en
forma inalterada.
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Diferencias entre catalizadores biológicos y químicos
BIOLÓGICOS QUÍMICOS
Son específicos para una determinada
reacción química o para un grupo de
reacciones químicas a para un sustrato
o grupo de sustratos.
Aceleran cualquier reacción
inespecíficamente.
Son proteínas ( hay ARN Ribozimas
con función enzimática.
Son sustancias simples finamente
divididas.
Son saturables No son saturables
Son altamente eficaces (son eficaces
en bajas concentraciones).
Medianamente eficaces.
Puede ser regulada su actividad
catalítica.
No pueden ser regulados.
Son termolábiles y su actividad puede
variar también de acuerdo al pH
No son termolábiles ni se alteran con
cambios de pH.
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• La catálisis enzimática presenta dos
características:
• La enzima no se modifica
• La enzima aumenta la velocidad de reacción sin
afectar las propiedades termodinámicas del sistema.
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CARACTERÍSTICAS DE LAS ENZIMAS
Son o contienen proteínas
Tienen un gran poder catalítico
Son altamente específicas
Funcionan en soluciones acuosas
Funcionan a pH y temperaturas fisiológicas
Están reguladas
Permanecen inalteradas luego de la catálisis
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Aplicaciones medicas
Deficiencia o ausencia de enzimas
Excesiva actividad de alguna enzima
Diagnóstico de enfermedades
Laboratorios químicos y farmacéuticos
Aplicaciones industriales
Alimentación, agricultura
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Nomenclatura de las enzimas
Se nombraban según el sustrato sobre el cual actuaban
con la terminación: -asa
Ejemplos: Ureasa, fosfatasa
En algunos casos el nombre no está relacionado ni con el
sustrato ni con la reacción catalizada
Ejemplos : Catalasa, tripsina, pepsina
Nombre sistemático : ATP-glucosa-fosfotransferasa
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Número formado por 4 dígitos precedido por las letras EC (Enzyme Comission)
EC Clase. subclase. grupo. subgrupo
Ej: ATP-glucosa-fosfotransferasa
Enzima que transfiere un grupo fosfato desde el ATP a la glucosa
EC 2.7.1.1
2. Clase transferasas
7.Subclase fosfotransferasa
1.grupo OH como aceptor
1.glucosa como aceptor del grupo fosfato
Según la Comisión Internacional de Enzimas (1956), se
unifica la nomenclatura enzimática:
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ATP + D-Glucosa ADP + D-Glucosa-6-fosfato
EC:
Es una transferasa
2.Cataliza la transferencia de grupo fosfato
7.El aceptor del grupo fosfato es un grupo OH
1.
El grupo OH está unido al C6 de la glucosa
2.
Hexoquinasa
ATP:D-glucosa-6-fosfotransferasa Glucoquinasa
ATP:D-hexosa-6-fosfotransferasa
EC:2.7.1.2.
EC:2.7.1.1.
Nombre sistemático Número ECNombre común
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Se clasifican según el tipo de reacción en la que
participan en 6 grupos:
1- OXIDO-REDUCTASAS
2- TRANSFERASAS
3- HIDROLASAS
4- LIASAS
5- ISOMERASAS
6- LIGASAS
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OXIDO-REDUCTASAS
• Oxidaciones y reducciones biológicas.
• Procesos de respiración y fermentación
• Subclases principales: Deshidrogenasas y oxidasas
• Catalizan la transferencia de electrones desde una
molécula donante (el agente reductor) a otra aceptora
(el agente oxidante).
A– + B → A + B–
• A es el reductor o donante de electrones y B es el
oxidante o aceptor.
• Coenzimas: NADH / NAD+, NADPH / NADP+, FAD /
FADH2.
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HIDROLASAS
• Hidrolasa es una enzima capaz de hidrolizar un enlace químico.
• Cataliza la reacción siguiente:
A–B + H2O → A–OH + B–H
• La nomenclatura sistemática denomina a estasenzimas como sustrato hidrolasa; no obstante,aún se emplea la nomenclatura tradicional desustratoasa.
• Ej: la ácido nucleico hidrolasa se conoce comonucleasa.
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• Las enzimas digestivas:
• Actúan en la digestión de los alimentos, previamentea otras fases de su degradación.
• La palabra hidrólisis se deriva de hidro 'agua' y lisis 'disolución'.
• Ejemplos: glucosidasas, lipasas, esterasas.
• Actúan sobre las grandes moléculas como la deglucógeno, las grasas y las proteínas. Verificanreacciones de hidrólisis con la consiguienteobtención de monómeros a partir de polímeros.
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• La clasificación de estas enzimas se realiza en
función del tipo de enlace químico sobre el que
actúan.
• Pepsina, presente en el jugo gástrico.
• Tripsina y la quimiotripsina, segregada por el
páncreas.
• Desempeñan un papel esencial en los procesos
digestivos, puesto que hidrolizan enlaces péptidicos,
ésteres y glucosídicos.
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TRANFERASAS
• Transfieren grupos activos (obtenidos de la ruptura de
ciertas moléculas) a otras sustancias receptoras.
• Catalizan la transferencia de una parte de la molécula
(dadora) a otra (aceptora).
• Transfieren grupos metilo, aldehído, glucosilo, amina,
sulfato.
• Ejemplos: transaminasas, quinasas.
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• Cataliza la transferencia de un grupo funcional, por
ejemplo un metilo o un grupo fosfato, de una molécula
donadora a otra aceptora.
• La reacción de transferencia es la siguiente:
A–X + B → A + B–X
• A es el donador y B es el aceptor; el donador es, a
menudo, una coenzima.
Ej: La DNA metiltransferasa cataliza la transferencia de
uno o más metilos al DNA, que actúa de aceptor.
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ISOMERASAS
• Actúan sobre determinadas moléculas obteniendo de
ellas sus isómeros de función o de posición.
• Suelen actuar en procesos de interconversión.
• Ejemplos: epimerasa (mutasa). Transforman una
molécula de glucosa en una de fructosa.
• Las isomerasas cis – trans modifican la configuración
geométrica a nivel de un doble ligadura.
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Actúan sobre determinadas moléculas obteniendo de
ellas sus isómeros de función o de posición. Suelen
actuar en procesos de interconversión.
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LIGASAS
• Enzimas capaces de catalizar la unión entre dos
moléculas de gran tamaño, dando lugar a un nuevo
enlace químico.
• Generalmente, sucede junto con la hidrólisis de un
compuesto de alta energía como el ATP, que
proporciona la energía para que dicha reacción tenga
lugar.
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El nombre común de las enzimas LIGASA también
incluyen la ligasa de ADN, una enzima usada
comúnmente en laboratorios de biología molecular para
unir fragmentos de ADN.
Otros nombres comunes para llamar a las ligasas son:
• sintetasa porque es usada para sintetizar nuevas
moléculas
• carboxilasa cuando son usadas para añadir dióxido de
carbono a una molécula.
•Ej: sintetasas, carboxilasas, polimerasas
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LIASAS
• Catalizan reacciones en las que se eliminan grupos(H2O, CO2 y NH3) para formar un doble enlace oañadirse a un doble enlace.
• Catalizan la ruptura de enlaces químicos en compuestosorgánicos por un mecanismo distinto a la hidrólisis uoxidación.
• Como resultado del proceso de ruptura se formannuevos dobles enlaces.
• Enzimas que rompen enlaces carbono-carbono como lasdescarboxilasas , aldehído liasas y enzimas que rompenenlaces carbono-oxígeno como las deshidratasas.
• Ejemplos: descarboxilasas, aldolasas, deshidratasas
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A cada enzima le corresponde un número de 4 digitos
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Enzimas formadas por:
• parte proteica o apoenzima que es inactiva
• parte no proteica o cofactor o grupo prostético que se
une de forma covalente a la apoenzima formando la
• holoenzima o enzima activa.
Holoenzima = apoenzima + cofactor
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• Los cofactores pueden ser:
• orgánicos llamados coenzimas
• inorgánicos iones como el hierro, magnesio, cobre,
manganeso, cinc
• La molécula sobre la cual actúan se llama sustrato
• Por lo general las reacciones son reversibles
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Cu2+
Zn2+
Mg2+
K+
Citocromo oxidasa
Anhidrasa Carbonica
Hexoquinasa, piruvato kinasa
Piruvato kinase
Tiamin-pirofosfato (TPP)
Flavin adenin dinucleotido (FAD)
Nicotinamida adenin dinucleotido (NAD)
Coenzima A (CoA)
Fosfato de piridoxal(PP)
Tetrahidrofolato (THF)
Biotina
Vitamin B12
Pyruvate dehydrogenase
Succinate dehydrogenase
Alcohol dehydrogenase
Acetil-CoA carboxylase
Aspartate aminotransferase
Metilmalonil-CoA mutase
Propionyl-CoA carboxylase
Thymidylate synthase
Iones Metales
Coenzimas
Enzimas
Enzimas
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ESPECIFICIDAD Y PODER CATALITICO
• La especificidad de la enzima reside en el centro de
fijación del sustrato.
• Es una región que se encuentra en la superficie de la
enzima denominada centro de fijación del sustrato o
centro activo.
• La estructura terciaria de la proteína está plegada de tal
manera que se origina una región con las dimensiones
moleculares idóneas para acomodar un sustrato
específico.
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Es el lugar en la enzima en donde
se une el sustrato
Esta formado por aminoácidos
que pueden estar distanciados en
la
estructura primaria
Esta situado en la superficie de la
enzima
Durante la catálisis las enzimas forman un complejo con el sustrato
MECANISMOS DE ACCIÓN ENZIMÁTICA
Centro activo
E + S ES E + PE + S ES E + P
Contiene aminoácidos catalíticos
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RELACIÓN ENTRE LA CONFORMACIÓN Y LA ACTIVIDAD DE LAS ENZIMAS
El sustrato y el centro activo interaccionan mediante fuerzasquímicas Van der Waals, puentes de hidrógeno, etc.
Ciertos aminoácidos de la proteína que están en el centro activotienen afinidad química por determinados grupos funcionalespresentes en el sustrato.
Los aminoácidos del centro activo pueden estar muy distantes unosde otros en la secuencia primaria de la proteína, pero debido a lospliegues y repliegues de la estructura terciaria, quedan localizados,espacialmente, muy próximos unos de otros y, sobre todo, formandouna especie de hueco donde encajará el ligando.
El resto de los aminoácidos de la proteína tienen como misiónmantener la forma y la estructura que se precisa para que el centroactivo se encuentre en la posición correcta.
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• La conformación de una enzima y por lo tanto su
centro activo y su función pueden alterarse si se
producen cambios en las estructura primaria.
• La conformación puede también alterarse si la
proteína se desnaturaliza por la acción de agentes
como el calor, los ácidos y las bases fuertes.
• La desnaturalización irreversible destruye el centro
activo y la enzima no puede ya realizar su función.
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Modelo de acoplamiento inducidoModelo llave y cerradura
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Mecanismo de catálisis enzimática
• Las enzimas disminuyen las necesidades de
energía de activación.
• El sustrato debe ser activado para que la reacción
se lleve a cabo.
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• La cantidad de energía que se requiere para activar el
sustrato se llama energía de activación.
• En un laboratorio se aplica en forma de calor.
• En nuestro organismo a 37° lo hacen las enzimas.
E + S ES P + E
• La enzima permanece sin cambio y disponible
para otra reacción
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Las enzimas aumentan la velocidad de una reacción disminuyendo la energía de
Activación.
Las enzimas no modifican el equilibrio de las reacciones
MECANISMO DE ACCIÓN ENZIMÁTICA
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Variación de la actividad con:
• Sustrato
• Temperatura
• pH
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• Concentración de sustrato
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ISOENZIMAS
• Enzimas con estructura cuaternaria (varias
subunidades).
• Presentan formas moleculares diferentes según el tipo
de tejido, órgano.(varían las subunidades).
• Catalizan la misma reacción.
• Se distinguen por su movilidad electroforética
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Creatina –quinasa
Dímero. Subunidades M y B.
3 isoenzimas
Lactato deshidrogenasa
Tetrámero. Subunidades H y M.
5 isoenzimas
La determinación en el laboratorio de las distintas
isoenzimas en plasma tiene utilidad diagnóstica en
medicina.