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UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLOFACULTAD DE CIENCIAS BIOLGICASDEPARTAMENTO ACADMICO DE QUMICA BIOLGICA Y FISIOLOGA ANIMAL

T1. Los enlaces qumicos en bioqumica, el agua en las reacciones enzimticas. Protenas. Estructura.T2. Enzimas. Caractersticas generales: Holoenzima, Apoenzima. La energa libre y la cintica enzimtica Km consideraciones generales.Ms.C. Patricia Elizabeth Torres Plasencia .Los enlaces qumicos en bioqumicaLos enlaces covalentes y no covalentes son importantes para la estructura y estabilidad de las molculas biolgicas. Los tomos interaccionan por medio de enlaces qumicos: covalentes (definen la estructura de las molculas) y no covalentes.Enlaces covalentes: Ms fuertes. Consiste en un par de electrones compartidos entre dos tomos adyacentes.Enlaces no covalentesInteracciones electrostticas: Atraccin entre cargas opuestas.Puente de Hidrgeno: tomo de H parcialmente compartido entre dos tomos relativamente electronegativos (N, O). Grupo donador del enlace de H: tomo estrechamente unido al H y al t. de H. Grupo aceptor de H: t. no unido. Interacciones de Van der Waals: Base: distribucin de cargas elctricas de un tomo vara con el tiempo (distribucin asimtrica de cargas).Interacciones hidrofbicas: Algunas molculas (apolares) no pueden participar en los puentes de H ni en interacciones inicas con el agua. Tendencia a asociarse: efecto hidrofbico, Interaccin entre molc. apolares: interaccin hidrofbica.

Propiedades del aguaDiluyente en el que tienen lugar la mayora de las reacciones bioqumicas.El agua es una molcula polarEl agua es muy cohesiva: Las molc. de agua interaccionan a travs de puentes de H. Ejm: Hielo.Las molc. En soluc. acuosa interaccionan con el agua a travs de puentes de H e interacc. Inicas.

Protenas. EstructuraProtenas: macromolculas ms verstiles de los seres vivos, participan en una gama de funciones de acuerdo a diversas propiedades:Son polmeros lineales: Construidos por monmeros: Aas.Son la transicin desde el mundo unidimensional al tridimensional (funcin).Poseen grupos funcionales: alcoholes, tioles, tiosteres , c. Carboxlicos, carboxiamidas y una serie de grupos bsicos.Pueden interaccionar entre s y con otras macromolc. para formar asociaciones complejas.Algunas son muy rgidas y otras muy flexibles.Las protenas se construyen a partir de 20 AasSon -aminocidos: tomo de C unido a cuatro grupos.Son quirales: tomo de C unido a cuatro grupos diferentes.

Dos ismeros: L y D. L, constituye las protenas. Ismero LGrupo aminoGrupo Carboxilotomo de H.Grupo R cadena lateral.

Ismeros L, configuracin absoluta RA pH neutro, los Aas se encuentran como iones dipolares: zwitteriones

Existen 20 tipos diferentes de Grupos R o cadenas laterales:

ESTRUCTURA DE LAS PROTENAS

PrimariaSecundariaTerciariaCuaternaria

Estructura Primaria

Es la secuencia de aminocidos de una protena (cadena polipeptdica)

Aas unidos por enlaces peptdicosCada unidad aminoacdica se denomina residuo.El extremo amino terminal (N terminal), es el comienzo de la cadena polipeptdica, por lo que la secuencia de Aas empieza desde ah.

Estructura Secundaria

Las cadenas polipeptdicas se pueden plegar en estructuras regulares: hlice , hoja plegada , giros () y bucles ().Hlice : Estructura helicoidal, se estabiliza por puentes de H entre los grupos NH y CO de la cadena principal (puentes de H intracatenarios).

Hoja Plegada : Se estabilizan por puentes de H entre las cadenas polipeptdicas (hebras ).Hoja antiparalela: Hebras en sentidos opuestos. Conecta cada Aas con un nico Aa (> estabilidad).

Hoja paralela: Hebras en el mismo sentido. Tambin existen hojas mixtas.

Giros inversos y bucles: Se encuentran en la superficie y participan en las interacciones entre protenas y molculas.

Estructura Terciaria

El plegamiento de la cadena principal es complejo y desprovisto de simetra.La forma global de la cadena polipeptdica de una protena se conoce como estructura terciaria.

Motivos o estructuras supersecundarias: Hlice-vuelta-hlice.Cadenas polipetdicas que se pliegan en dos ms regiones (dominios), conestadas por segmentos flexibles.

Estructura Cuaternaria

Para protenas que poseen ms de una cadena polipeptdica. Se refiere al ordenamiento espacial de las subunidades y la naturaleza de sus interacciones. Forma ms simple: dmero.

Las cadenas polip. pueden ensamblarse en estructuras de mltiples subunidades. Cada cadena polip. es una subunidad.ENZIMASCaractersticas generales.Holoenzima.Apoenzima.Energa libre .Cintica enzimtica, Km consideraciones generales.

ENZIMAS. Caractersticas GeneralesCasi todos son de naturaleza proteica, excepto molculas de RNA catalticamente activas (ribosimas).1. Composicin: En los viroides de plantas, como los que producen la mancha de los paltos y la mancha de la planta del tabaco. Estas ribozimas contienen secuencias de RNA, que tienen esta posibilidad de cortar otras cadenas RNA, en secuencias de nucletidos bien determinadas.La actividad cataltica de muchos enzimas depende de la presencia de pequeas molculas llamadas cofactores.

Metales Molculas orgnicas pequeas deriv. vitaminas: coenzimasCOFACTORES Grupo ProstticoCosustratoENZIMAS. Caractersticas GeneralesUnin fuerteUnin dbilEnzimas que requieren elementos inorgnicosCitocromo oxidasaCatalasa, peroxidasaFe2+, Fe+,

Citocromo oxidasaCu2+DNA polimerasaAnhdrasa carbnicaAlcohol deshidrogensaZn2+

HexoquinasaGlucosa 6-fosfatasaMg2+

ArginasaMn2+Piruvato quinasaK+, Mg2+UreasaNi2+Nitrato reductasaMo2+

2. Poder cataltico3. EspecificidadENZIMAS. Caractersticas GeneralesAumentan las velocidades de las reacciones hasta 106 veces, sin afectar el equilibrio de la reaccin.El enzima no se modifica tras su actuacin cataltica.Radica en el centro activo del enzima (responsable de la interaccin).Pepsina1.5Tripsina7.7Catalasa7.6Arginasa9.7Fumarasa7.8Ribonucleasa7.8 Enzima pH ptimo

ENZIMAS. Caractersticas Generales4. Requieren de condiciones ambientales: pHMamferos 37Bacterias y algas aprx. 100Bacterias rticas aprx. 0 Enzima Temp. pt. (oC)

Bacterias en muestra de hielo antigua5. Requieren de condiciones ambientales: TemperaturaTransformacin de Alimentos Fermentaciones Quesos VinosMedicinaTransaminasasIndustria Qumica PenicilinaAgriculturaRhyzobium

DIVERSAS APLICACIONES:ENZIMAS. Clasificacin La UIB: sistema de nomenclaturas sin ambigedad. Cada enzima: nombre y nmero de cdigo singular que identifican el tipo de reaccin catalizada y los sustratos comprendidos.Anteriormente, los nombres: tipo de reaccin catalizada, seguido por sufijo asa. Deshidrogenasas, proteasas e isomerasas.Descubrimiento de ms y ms enzimas surgieron ambigedades inevitables.

1. Oxidorreductasas

Catalizan reacciones de oxidorreduccin, transferencia de hidrgeno (H) o electrones (e-) de un sustrato a otro.De acuerdo al tipo de reaccin catalizada, los enzimas se agrupan en seis clases:EC1.1.1.2 Accepted name:alcohol dehydrogenase (NADP+)Reaction:an alcohol + NADP+ = an aldehyde + NADPH + H+Othername(s):aldehyde reductase (NADPH2); NADP-alcohol dehydrogenase; NADP+-aldehyde reductase; NADP+-dependent aldehyde reductase; NADPH-aldehyde reductase; NADPH-dependent aldehyde reductase; nonspecific succinic semialdehyde reductase; ALR 1; low-Km aldehyde reductase; high-Km aldehyde reductase; alcohol dehydrogenase (NADP+)Systematicname: alcohol:NADP+ oxidoreductaseComments:A zinc protein. Some members of this group oxidize only primary alcohols; others act also on secondary alcohols. May be identical with EC 1.1.1.19 (L-glucuronate reductase), EC 1.1.1.33 [mevaldate reductase (NADPH)] and EC 1.1.1.55 [lactaldehyde reductase (NADPH)]. A-specific with respect to NADPH.http://www.chem.qmul.ac.uk/iubmb/enzyme/http://www.enzyme-database.org/http://us.expasy.org/enzyme/2. Transferasas: Transfieren grupos funcionales entre dadores y aceptores. Transfieren grupos amino, acilo, fosfato, glucosilo y los grupos monocarbonados.

3. Hidrolasas:

La reaccin generalizada implica la rotura hidroltica de enlaces C-C, C-O, C-N, O-P y C-S; la rotura del enlace peptdico es un buen ejemplo de esta reaccin.4. Liasas:Aaden o eliminan los elementos del agua, amoniaco o dixido de carbono.Las descarboxilasas eliminan unidades de CO2 de y -cetocidos o aminocidos.

5. Isomerasas:Catalizan isomerizaciones de diversos tipos dentro de una molcula.Interconversiones cis trans y aldosa cetosa.

6. Ligasas:

Catalizan la unin de dos molculas acopladas a la hidrlisis de ATP. El trmino sintetasa se reserva para este tipo de enzimas.Formacin del complejo Enzima - SustratoLa mayor parte de la capacidad cataltica de los enzimas procede de yuxtaponer sus sustratos en condiciones favorables dentro de los complejos ES para facilitar la formacin de los estados de transicin. Los sustratos quedan unidos a una regin especfica del enzima denominado centro activo.

CATLISIS ENZIMTICA:El Centro Activo, al ser la regin que se une al sustrato, contiene los residuos que participan directamente en la produccin y roturas de enlaces (grupos catalticos). La funcin del centro activo es:

Fijar especficamente al sustratoTransformarlo catalticamente.Los centros activos de las diversas enzimas poseen ciertas caractersticas comunes:Centro activo, porcin pequea del volumen del enzima Es una entidad tridimensionalLos sustratos se unen por fuerzas dbiles: Interaccion. Electrostt., hidrofbicas, Van der Waals, puentes de H. Los centros activos son hoyos o hendidurasLa especificidad del enlace depende de la disposicin definida de los tomos del centro activo.

Modelo llave - cerraduraModelo del ajuste inducidoCATLISIS ENZIMTICA:Energa libre:La primera ley de la Termodinmica establece que la energa total de un sistema y su entorno permanece constante.Para comprender el funcionamiento de los enzimas, es necesario conocer:La diferencia de la energa libre (G) entre los productos y los reactantesLa energa que se requiere para iniciar la conversin de los reactantes en productos (energa de activacin G++.).Si G es negativo: Reaccin espontnea.si G es cero: Equilibrio.si G es positivo: Reaccin no espontneaDetermina la velocidad de la reaccinIntervienen los enzimas, favoreciendo La formacin del estado de transicin.A+B C+D

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Los enzimas alteran las velocidades de reaccin pero no el equilibrioPor lo tanto:De S a P: estado de transicin X++ que tiene mayor energa libre.G entre X++ y el S: energa libre de Gibbs o energa de activacin: G++.Energa liberada por interacciones dbiles entre el E y el S (energa de unin) permite que la energa de activacin disminuya. La esencia de la catlisis es la estabilizacin especfica del estado de transicin .CINTICA ENZIMTICALa cintica enzimtica estudia la velocidad de las reacciones catalizadas por los enzimas, as como tambin los factores que intervienen.Concentracin de enzima, sustratos y productos (incluyendo inhibidores y/o activadores)pHTemperaturaQu significa velocidad cuando hablamos de una reaccin qumica? Si tenemos la siguiente reaccin:

La velocidad (V) es la cantidad de A que desaparece en una unidad de tiempo concreta; es igual a la velocidad de aparicin de P, es decir, la cantidad de P que aparece en una unidad de tiempo completo.La velocidad de la reaccin est relacionada directamente con la concentracin de A mediante una constante de proporcionalidad k, denominada constante de velocidad:

Muchas reacciones bioqumicas importantes incluyen dos reactantes:Primer orden

V = k[A][B]Segundo ordenPseudo primer ordenOrden ceroLa concentracin del sustrato afecta la velocidad de reaccin catalizada por enzimas Para investigar la velocidad de reaccin el mtodo ms sencillo es seguir el incremento del producto de la reaccin en funcin del tiempo.

Sin embargo, las cinticas enzimticas son ms fcilmente comprendidas si se considera solamente la reaccin directa (conversin del S a P).Se alcanza un equilibrio, el enzima esactivo y transforma el P en S y vicev. Velocidad de catlisis (V0) : nmero de moles de producto formado por segundo cuando la reaccin acaba de empezar (t = 0).

Leonor Michaelis y Maud Menten propusieron un modelo sencillo que explica estas caractersticas cinticas mediante la formacin de un complejo E-S intermediario en la catlisis.E + SESE + Pk-1k+1K-2k+2E + SESE + Pk-1k+1k+2

Si [S] es igual a Km, Vo = Vmax/2Teniendo en cuenta la velocidad de reaccin cercana a 0:En el estado estacionario la [ES] permanece invariable y las concentraciones del S y P van cambiando. Se obtiene una constante que relaciona las constantes de velocidad de destruccin y formacin del complejo [ES]

Pero tambin a partir de la ecuacin de Michaelis Menten:

Baja concentracin de sustratoALTA concentracin de sustratoSATURACIONSi K1 >> K2, Km = cte disociacin del complejo ES, es decir es una medida de la estabilidad del complejo ES: una Km baja indica una unin fuerte.GRACIAS POR SU ATENCIN