abp - g44ºb.enzimas

ENZIMAS

Son proteínas que actúan

como catalizadores:

Modificando la

velocidad de la

reacción que catalizan

Rebajando la energía

de activación de la

reacción que regulan.

ENZIMAS

Para que una reacción se lleve a cabo las moléculas deben alcanzar un estado energético determinado (energía de activación).

Puede conseguirse esta energía, de dos formas:

ENZIMAS

Aumentando la temperatura.

Sin embargo, las enzimas se desnaturalizan a esa T. Además, esa energía debe proceder de otra reacción, lo que aumenta el gasto energético.

ENZIMAS

Con enzimas

Las enzimas

rebajan la

energía de

activación

ENZIMAS

Sin enzimas

ENZIMAS

Con enzimas

ENZIMAS

Con enzimas

Sin enzimas

ENZIMAS: PROPIEDADES DE LAS REACCIONES ENZIMÁTICAS

EFICACIA DE LA CATÁLISIS

ESPECIFICIDAD

REGULACIÓN

REVERSIBILIDAD



• Son los catalizadores más potentes: actúan en

concentraciones muy pequeñas

• La velocidad de catálisis es muy alta (108-1020 veces

que sin enzimas)

• El rendimiento es muy alto

• Las condiciones de reacción son suaves (fisiológicas)



ESPECIFICIDAD

Puede ser:

• Absoluta o de sustrato. (v.g. ureasa)

• Relativa o de reacción

• Estereospecificidad (v.g. D-aminooxidasas)

• De grupo (v.g. hexoquinasas)

• De clase (v.g. estearasas)



ESPECIFICIDAD



ESPECIFICIDAD

REGULACIÓN

• Mediante la cantidad de enzima, regulando la

expresión génica (transcripción)

• Mediante el control de la actividad enzimática



ESPECIFICIDAD

REGULACIÓN

REVERSIBILIDAD

Mecanismos de irreversibilidad:

- Salto energético grande

- Compartimentación celular de algún paso, lo que

separa enzima y sustrato

ENZIMAS

Nomenclatura

Nomenclatura histórica:

SUSTRATO + ACTIVIDAD + SUFIJO(asa)

(v.g. glucoquinasa)

SUSTRATO + SUFIJO(asa)

(v.g. ureasa)

DONADOR + ACEPTOR + ACTIVIDAD + SUFIJO(asa)

(v.g. oxalacetilaminotransferasa)

Nomenclatura IUB (1972): 6 grupos según la reacción catalizada

Sin transferencia de hidrógenos

1. OXIDORREDUCTASAS

ENZIMAS

Nomenclatura

• Regulan reacciones REDOX

• Existen dos tipos esenciales:

• Con transferencia de

hidrógenos

• Sin transferencia de

hidrógenos

1. OXIDORREDUCTASAS

ENZIMAS

Nomenclatura

• Regulan reacciones REDOX

• Existen dos tipos esenciales:

• Con transferencia de

hidrógenos

• Sin transferencia de

hidrógenos

Con transferencia de hidrógenos

ENZIMAS

Nomenclatura

2. TRANSFERASAS • Transfieren grupos funcionales

3. HIDROLASAS

ENZIMAS

Nomenclatura

•Rotura de enlaces por medio de

agua

4. LIASAS

ENZIMAS

Nomenclatura

•Rotura o formación de

moléculas sin intervención de

agua.

•Suele producirse adición a

dobles enlaces: C=C, C=O,

C=N

5. ISOMERASAS

ENZIMAS

Nomenclatura

Cambio de posición de grupos

dentro de la molécula

6. LIGASAS O SINTETASAS

ENZIMAS

Nomenclatura

Formación de enlaces con

rotura de ATP

Activación del

complejo enzima-

sustrato

Transformación del

complejo E-S en E-P

(enzima-productos)

ENZIMAS

Mecanismo de actuación

Formación del

complejo enzima-

sustrato

Liberación de los

productos y de la

enzima

ENZIMAS

Cinética enzimática

• Es la concentración de sustrato a la

que la velocidad de reacción es la

mitad de la velocidad máxima.

• Es una medida de la afinidad de la

enzima por el sustrato:

KM alta AFINIDAD baja

ENZIMAS

Cinética enzimática¿Cómo calcular la

velocidad máxima?

ENZIMASFactores que influyen en la actividad enzimática

Moduladores ambientales

pH

Cada enzima tiene su pH óptimo de actuación

La velocidad enzimática aumenta con la T

hasta un valor crítico en el que la proteína se

inactiva por desnaturalización



pH

T



pH

T

s

Cocatalizadores

Activadores e inhibidores

La concentración salina puede llegar a precipitar

una proteína e inactivarla



Cocatalizadores

Algunas enzimas requieren la presencia de una molécula no

proteica para la catálisis: son las proteínas CONJUGADAS u

HOLOENZIMAS

APOENZIMA: parte proteica

Según la complejidad de la

porción no proteica:

• Cofactor

• Coenzima

• Grupo prostético



Cocatalizadores

GRUPO PROSTÉTICO



Cocatalizadores



Cocatalizadores

Activadores e Inhibidores

REGULACIÓN ALOSTÉRICA

La unión no covalente de una

molécula a la enzima, en un

sitio diferente del centro

activo (sitio alostérico)

provoca un cambio

conformacional que modifica

la afinidad de la enzima por

el sustrato.

El regulador alostérico puede

ser activador o inhibidor



Cocatalizadores


REGULACIÓN ALOSTÉRICA

Las enzimas alostéricas son grandes,

oligoméricas y su cinética no se

ajusta a la curva de Michaelis-

Menten, por presentar

cooperativismo:

La unión del sustrato a un centro

activo favorece la unión de más

sustratos a los demás centros

activos de las demás subunidades.



Cocatalizadores


REGULACIÓN ALOSTÉRICA TIPOS



Cocatalizadores


REGULACIÓN NO ALOSTÉRICA (ISOSTÉRICA)• El inhibidor o activador actúa sobre el centro activo.

• La enzima muestra una cinética de Michaelis-Menten, aunque

alterada respecto de la gráfica normal.

• Puede ser:

• IRREVERSIBLE: si el enzima queda modificado

covalentemente, alterando su estructura terciaria. Su

reversión requiere la acción enzimática.

• REVERSIBLE: La inactivación no es permanente.


INHIBICIÓN IRREVERSIBLE

– Ejemplo: zimógenos o proenzimas

–Ejemplo: compuestos organofosforados:• Actúan sobre enzimas serínicas

• Únicamente sobre la Ser activa

• Insecticidas: Parathion, Malathion

• Inhibidores de la Acetilcolinesterasa

•Neurogases



CH CH2 OHSer

PF O

CH

CH

H3C CH3

CH3H3C

CH CH2 O P O

CH

CH

H3C CH3

CH3H3C

Ser

DFP:Diisopropil fluorofosfato

Los animales envenenados

con este gas quedan

paralizados, debido a la

imposibilidad de transmitir

adecuadamente los

impulsos nerviosos.

–Ejemplo: ligandos de coordinación de

metales:• Cianuro: bloquea el Fe hemínico de la

citocromoxidasa –enzima de la cadena

respiratoria-, impidiendo toda modificación

posterior, por lo que es muy tóxico

• Agentes quelantes (EDTA: tetracetato de

etilendiamina: quelación del calcio en la

aterosclerosis; eliminación de metales

pesados (Pb) de aguas, suelos y sangre;

detergente, anticoagulante (captura calcio)

e inactivación de enzimas que afectan al

ADN




INHIBICIÓN REVERSIBLE

– La inactivación no es permanente.

– Según su modo de actuación puede ser:

Competitiva: se unen al centro activo del enzima

Acompetitiva: se une al complejo E-S

No competitiva: puede unirse a ambos

E + S E-S E-P

Ic Iac

Inc


INHIBICIÓN REVERSIBLE: COMPETITIVA

El inhibidor se fija al centro activo de la enzima

libre, impidiendo la fijación del substrato.

Los inhibidores compiten con el sustrato por el

centro activo, debido a su similar estructura

espacial.

Se revierte su efecto aumentando la concentración

de sustrato



COO-

CH2

CH2

COO-

FAD FADH2COO-

CH

CH

COO-

Succinato Fumarato

SDH

COO-

CH2

COO-

Malonato

COO-

C O

CH2

COO-

Oxalacetato

Inhibición de la succinato deshidrogenasa por malonato u oxalacetato



COO-

C O

CH2

COO-

Oxalacetato

Inhibición de la succinato deshidrogenasa por malonato u oxalacetato

COO-

CH2

CH2

COO-

Succinato

COO-

C O

CH2

COO-

Oxalacetato


INHIBICIÓN REVERSIBLE: ACOMPETITIVA

El inhibidor se une al complejo E-S, inactivándolo.

La inhibición acompetitiva es poco frecuente en las reacciones de un solo sustrato, pero es corriente en las reacciones de dos sustratos.

INHIBICIÓN REVERSIBLE: NO COMPETITIVA

– El inhibidor se fija a la enzima independientemente de que lo haga o no el

substrato; el inhibidor, por tanto, no impide la fijación del substrato a la

enzima, pero sí impide la acción catalítica.

– Esta inhibición se caracteriza por que no se puede revertir el efecto del

inhibidor, aumentando la concentración del substrato.

– Ejemplo : inhibición de la deshidrogenasa del gliceraldehido-3-fosfato por

la yodo-acetamida:


Enzima-SH + I-CH2 - CONH2 Enzima-S-CH2 - CONH2 + IH


INHIBICIÓN REVERSIBLE:

CINÉTICA DE LA INHIBICIÓN


INHIBICIÓN REVERSIBLE:

CINÉTICA DE LA INHIBICIÓN

=Inc

=Iac

=Ic

KM aparentePendienteVmaxTipo


INHIBICIÓN MIXTA: SUSTRATOS SUICIDAS

Son inhibidores activados enzimáticamente.

Se trata de moléculas que se unen al centro activo de manera específica, igual que el substrato o los inhibidores competitivos.

Una vez unidos al centro activo, la enzima transforma la molécula en una especie química muy reactiva que modifica covalentemente a la enzima, inactivándola.

Tienen por tanto la especificidad del inhibidor competitivo y la potencia de los inhibidores irreversibles



E + I EI EI* E’ + I*1 2 3

1. El inhibidor se fija a la enzima

2. La acción catalítica de la enzima convierte al inhibidor I en una especie

altamente reactiva I*

3. I* modifica covalentemente a la enzima, inactivándola de forma definitiva

al igual que un inhibidor irreversible.

Ejemplo: Sistema de la monoaminooxidasa (MAO) cerebral

• Los estados depresivos, en general, están relacionados con un

descenso en la concentración de neurotransmisores adrenérgicos

(dopamina, noradrenalina, etc.) en determinadas regiones del

cerebro.

• Una de las enzimas encargadas de la degradación de estos

neurotransmisores es la monoaminooxidasa (EC 1.4.3.4).

• Por tanto, la inhibición de la monoaminooxidasa se emplea como

tratamiento de los estados depresivos. Se han desarrollado muchos

inhibidores suicidas de la MAO






HO

HO

CHOH CH2 NH2

O2 + H2O

NH3 + H2O2

HO

HO

CHOH CHO

Noradrenalina

Dihidroxifenilglicol

MAO




La MAO es una flavoproteína: lleva como coenzima fundamental

para la catálisis, el FAD. Los inhibidores suicidas de la MAO inactivan

al FAD.




Inhibición suicida de la

MAO mediante Pargilina

HC C CH N+CH3

CH3

N

NNH

N

H3C

H2C

O

OSE

R

N

NNH

NH

H3C

H2C

O

OSE

R

CH

CHCHN+H3C

H3C

Flavina

Flavina

INACTIVA

pargilin

a

ENZIMASIsoenzimas

Es un modo de regulación que consiste en la existencia de

distintas formas moleculares de una misma enzima que

presentan o muestran especificidad por el mismo sustrato y

realizan la misma función.

Su distribución varía con los tejidos y la localización

subcelular, de forma que unas se encuentran en el citoplasma,

otras en las mitocondrias, algunas en cloroplastos, etc.

Se diferencian entre sí por su composición de aminoácidos, al

estar codificadas por genes distintos (con un origen evolutivo

común, por duplicación génica)

La lactato deshidrogenasa cataliza la transformación de pirúvico a láctico, que se produce en condiciones de anoxia, dando lugar a una fermentación a partir de la glucosa.

ENZIMASIsoenzimas

Está formada por 5 isoenzimas, con el mismo peso molecular, con una estructura tetramérica: combinaciones de 2 tipos de cadenas, M y H.

ENZIMASIsoenzimas

LDH-1 (H4): en corazón, músculos y eritrocitos.

LDH-2 (H3M): en sistema retículoendotelial y leucocitos.

LDH-3 (H2M2): en pulmones.

LDH-4 (HM3): en riñones, placenta y páncreas.

LDH-5 (M4): en hígado y músculo esquelético.

ENZIMASIsoenzimas

Estas isoenzimas presentan carácterísticas cinéticas distintas.

ENZIMASIsoenzimas

M4KM piruvato baja (afinidad alta) Tejido especializado en el uso

anaeróbico de la glucosa con

alta formación de lactatoV máx alta

H4

KM piruvato alta (afinidad baja) Especializado en el uso

aeróbico del pirúvico. Sólo se

emplea la ruta anaeróbica en

emergencias.V máx pequeña

ENZIMASSistemas multienzimáticos

Son asociaciones de enzimas que realizan funciones complementarias, actuando de modo secuencial, catalizando reacciones consecutivas: el producto de una reacción es el sustrato de la siguiente.

La eficacia de la reacción aumenta, al favorecer el encuentro del enzima y el sustrato.

Existen dos niveles de asociación:

Complejos multienzimáticos: existe unión covalente entre las enzimas. Generalmente estas enzimas no funcionan fuera del complejo. Ej: sintetasa de ácidos grasos de levadura (7 enzimas)

Asociación a membranas. Ej: cadena respiratoria en la membrana mitocondrial interna.

ENZIMASSistemas multienzimáticos

abp - g44ºb.enzimas

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