UNIVERSIDAD NACIONAL JOSE FAUSTINO SANCHEZ CARRION

BIOQUIMICA

Mg. SOLEDAD LLAEZ BUSTAMANTE

HUACHO 2012

ENZIMAS A fines del siglo XVIII Spallazani observa regurgitar carne disuelta Fabroni observa fermentacin de almidn 1830 Payen y Persoz hidrolizaron almidn 1831 Leuchs describe la ptialina 1835 Berzelius inventa el termino cataltico 1836 Eberle y Schwann descubren la pepsina y Corvirsart descubre la tripsina. Durante el siglo XIX controversia entre vitalismo: Leibitz y Pasteur referente a la naturaleza de los fermentos. 1878 Khune denomina enzima al fermento no organizado Se aplica la cintica a las reacciones enzimticas 1926 James Summer cristaliza Ureasa Dcada del 30 Nothrop, Kunitz y col cristalizan enzimas 1956, 75 enzimas ya haban sido cristalizadas Se evidencia su carcter proteico.

GENERALIDADES El metabolismo de nutrientes depende de ellas Transforman macromolculas Son catalizadores eficientes Forman parte de nuestro organismo No cambian la posicin del equilibrio No sufren cambios durante la reaccin Se requieren en cantidades pequeas Actan a pH y T compatibles con la vida La mayora son de naturaleza proteica Pueden tener una porcin no proteica Son especficas

CONCEPTO Son catalizadores biolgicos en

su mayora de naturaleza proteica sintetizados por las clulas que pueden actuar en y fuera de ellas acelerando la velocidad de las reacciones llevndolas rpidamente a su posicin de equilibrio

Estructura

COMO ESTA CONFORMADA UN ENZIMA?

CO-X

c2

e1 e2

e3

c1

CENTRO ACTIVO Mnima porcin de la enzima Estructura tridimensional En Carboxipeptidasa A : Fen 279, Tyr 198 y 248, Arg 71 y 145, Zn Es un lugar asimtrico No son rgidos

Adaptacin Inducida

+

Holoenzima= enzima activaHoloenzima=Protena+no protenaCOFACTORES

=

apoenzima

INORGANICOS

ORGANICOS COENZIMAS

MINERALES

CUAL ES LA FUNCION DE LOS COFACTORES?

1.- REORIENTAN A LAS MOLCULAS PARA DISMINUIR LAS BARRERAS DE ALTA Ea 2.- PARTICIPAN EN LOS CAMBIOS ENZIMATICOS ANTES O DESPUES DE LA FORMACION DE COMPUESTOS INTERMEDIARIOS CON EL S.. 3.-ESTABILIZAN LA CONFORMACION PROTEICA ESENCIAL PARA LA ACCION DEL ENZIMA

EJEMPLOS DE COFACTORES?

Mg Zn

Ca

NADCu TPP BIOTINA FAD

EnzimasLipasas Peroxidasa Anhidrasa carbnica Peptidasas Xantino oxidasa Arginasa PiruvatoQuinasa ATPasa de membrana Tirosinasa

Cofactores InorgnicosCa+2 Fe +2 Zn+2 Co+2 Mo+2 Mn+2 K, Mg+2 Na+, K +,Mg+2] Cu+2

Funcion de los cofactores proporcionan grupos activos coordinan con el S y la E participan en la reaccin

Son de naturaleza proteica, de estructura tridimensional globular, pueden ser monomricas u oligomricasEnzimas monomricas Lisozima Tripsina (PM) 14 600 23 800

Enzimas Oligomricas Fosforilasa A Hexoquinasa Enolasa

(SubU) 4 4 2

Actividad sujeta a regulacin: Activacin de Zimogenos (Pepsingeno) Por insercin covalente (Fosforilacin) Por el producto final de una secuencia de reacciones (Inhibicion x producto ) Por hormonas: Activan o desactivan

PROPIEDADES Eficiencia cataltica CO2 + H2O Son especficasE. Estereoqumica: D o L Isomeros D aminocido oxidasa : D aminocidos E. Baja: Lipasas, glucosidasas E. De Grupo: Tripsina H 0 H 0 N- C- C - N - C - C

H2CO3

HLis

HArg

E. Absoluta : Glucosa oxidasa

*ESTADO DE TRANSICION

ENERGIA

S

E

Ea

ENERGIA DE ACTIVACIN

P

AVANCE DE LA REACCION

Transforman diferentes clases de energa No alteran el equilibrio de una reaccin:

10-6 /segA B

10-8/seg

K = B = 100 A

HAYA NO HAYA ENZIMA

Actividad sujeta a regulacin: Activacin de Zimogenos (Pepsingeno) Por insercin covalente (Fosforilacin) Por el producto final de una secuencia de reacciones (Inhibicion x producto ) Por hormonas: Activan o desactivan ( Glucogeno sintetasa)Inact : protein quinasa quien se activa por AMPc segundo mensajero de Glucagon Act : Protein fosfatasa que a su vez se activa por INSULINA

DISTRIBUCION. En ncleo: mantenimiento,renovacin y utilizacin del aparato gentico Mitocondrias, produccin de energa Microsomas, reacciones de hidroxilacin Ribosomas, biosntesis de protenas Lisosomas, digestin intracelular

NOMENCLATURA

Menciona sustrato terminado en asa 2.- E.C identifica con 4 digitos: Pimer dgito : clase .. Segundo digito: subclase... Tercer dgito : subsubclase Cuarto digito: reaccin especficas1.-

Alcohol:NAD Oxidorreductasa, E.C. 1.1.1.1 Agente oxidante Sustrato oxidado Tipo de grupo Deshidrogenasa

Clase1.- Oxido Reductasas

Tipo de Reaccion

Sub Clases ImportantesDesidrogenasas Oxido Reductasas Reductasas Mono Oxigenasas Deoxigenasas Acil Transferasa Glicosiltransferasa Aminotransferasa Fosfotransferasa Esterasas Glicosidasas Peptidasas

2.- Transferasas

3.- Hidrolasas

4.- Liasas

C-C - Liasas C-O - Liasas C-N - Liasas C-S Liasas

5.- Isomerasas

Epimerasas Cis-transisomerasas

6.- Ligasas

C-C - Ligasas C-O - Ligasas C-N - Ligasas C-S Ligasas

CLASIFICACION SISTEMATICA 1.- Oxidorreductasas :ALCOHOL NAD OXIDO REDUCTASA E.C.1:1:1:1

Alcohol + NADATP + Glucosa

Aldehido o cetona +NADH +HGlucosa 6P+ NH3

2.-Transferasas : ATP: D -GLUCOSA FOSFOTRANSFERASA E.C 2.7.1.23.-Hidrolasa (TRIPSINA) E.C. 3.4.21.4+ NH3

(CH2)4O H C R H3N+ H C R C +H2O N H C H COO+ O C

(CH2)4N H C H C O

H N

Cadena polipeptdica (Lis)

4.Liasas O OC C = O + H+ CH3 H C CH3 O + O=C=O

5.-Isomerasas, COO H 3N + - C - H CH3 COO H - C - NH3+ CH3

6.- Ligasas, une dos molculas por mediacin de ATPL Tirosil + t RNA + ATP L-Tirosil-tRNA + AMP + PPi

COO H 3N - C - H (CH2)2 C O O-

COO H 3N - C - H (CH2)2 + ADP + P C O NH2

DISTRIBUCION. En ncleo: mantenimiento,renovacin y utilizacin del aparato gentico Mitocondrias, produccin de energa Microsomas, reacciones de hidroxilacin Ribosomas, biosntesis de protenas Lisosomas, digestin intracelular

IMPORTANCIA BIOLOGICA En estado de salud : Homeostasia En el diagnstico y durante estados patolgicos, para seguir el curso de una enfermedad En enfermedades congnitas Produccin de frmacos Produccin y control de calidad de alimentos

ENZIMAS SERICASAspartato Transaminasa Alanina aminotransferasa Amilasa Hepatitis viral

DIAGNOSTICOInfarto del miocardio

Pancreatitis aguda

CeruloplasminaCreatinfosfoquinasa

Degeneracin hepatolenticular (Enfermedaad de Wilson)Transtornos musculares e infarto del miocardio

Fosfatasa AcidaFosfatasa Alcalina Y Glutamil transpeptidasa Lactato deshidrogenasa Lipasa pancretica

Carcinoma Metastsico de la PrstataEnf. Oseas, trastornos hepticos obstructivos Enfermedades hepticas Infarto de miocardio Pancreattis Aguda

CINETICA ENZIMATICA

*ENERGIAEa --------Ea1 -----------Ea1 - Ea = E

AVANCE DE LA REACCION

cmo lo voy a entender?2 H2O2 CATALIZADOR 2 H2O +

O2Ea ( Kcal mol-1) 17 12

VELOCIDAD, -d[H2O2]/dt (mol l-1 s-1)

Ninguno HBr

10 -8 10 -4

Fe2+ / Fe 3+Catalasa

10 -310 7

102

VELOCIDAD DE UNA REACCION

ES LA VARIACION CON EL TIEMPO DE LA CONCENTRACION DE LOS REACTANTES O PRODUCTOS QUE FORMAN PARTE DE LA REACCION

cmo lo voy a entender?2 H2O2 CATALIZADOR 2 H2O +

O2Ea ( Kcal mol-1) 17 12

VELOCIDAD, -d[H2O2]/dt (mol l-1 s-1)

Ninguno HBr

10 -8 10 -4

Fe2+ / Fe 3+Catalasa

10 -310 7

102

H

C R

H O-H

H NAD+ H-C

NAD+

NADH HC=O R +H Zn S

ZnS

O-HR S

Zn

Y LAS CONCLUSIONES ?

1- QUE LOS REACTANTES RECIBEN EL NOMBRE DE SUSTRATO2.- A DIFERENCIA DE LAS REACCIONES QUMICAS AQU SE PRODUCE LA FORMACION DEL COMPLEJO ES

3.-DISMINUYE LA ENERGIA DE ACTIVACION POR LO QUE AUMENTA LA VELOCIDAD DE LA REACCION4.- ACELERA LA FORMACION DEL EQUILIBRIO PERO NO VARIA EL EQUILIBRIO 5.- LA E DEPENDE DEL ESTADO INICIAL Y FINAL DE LOS SUSTRATOS Y PRODUCTOS Y NO DEL CAMINO RECORRIDO, POR LO QUE NO MODIFICA LA CONSTANTE DE EQUILIBRIO

POR ESO SE CONOCE COMO...CINETICA DE MICHAELIS-MENTEN Enzima constante Concentracin de sustrato varian

Consideraciones:

Parmetros a tener en cuenta:KmAFINIDAD DEL E POR EL S. SE DETERMINA A TRAVES DE LA MEDIDA DE LA V DE LA REACCION. La mxima V en la que la E transforma al S en P y es cuando el E est saturado con S

Vmax.

OBSERVEMOS LA SIGUIENTE REACCION:

A+BVelocidad =

C+D dA

dTdesaparicin

o

+

dC

dT aparicin

Keq = [C][D] / [A][B] V=k A B

PERO...

QUE TAL SI NOS ENTENDEMOS MEJOR?

vV/2

[ES} Vmax -----------------

Km

[s}

CINETICA DE MICHAELIS-MENTENEn 1913 Michaelis y Menten de Hill propusieron una teria para explicar la velocidad inicial de una reaccin catalizada por una enzima, en funcin a la concentracin del sustrato. La concentracin de sustrato que produce la mitad de la velocidad mxima, llamada valor Km o Constante de Michaelis, se puede determinar experimentalmente graficando v1(velocidad inicial) como funcin de [S]. La expresin de Michaelis-Menten Vo = Vmax [S] Km + [S]

Se supone:E+ S ES E+P = Constante de Michaelis -Menten

ESKM

Constante global que sustituye o engloba las constantes de velocidad de la reaccin de interaccin entre el enzima y el sustrato Vo = Velocidad inicial de reaccin Vmax = Cuando el enzima se halla saturado

M.M.en 1913 investigaron el siguiente sistema : Sacarosa INVERTASA Glucosa + Fructosa

Midieron la velocidad inicial Vo en condiciones experimentales a)(E) variable y (S) constanteb)(E) constante y (S) variable

Como se relacionan Vmax, Km y Vo?Observemos : *K1 E+S ES K3 E+P

K2

K4

Que hay un solo sustrato Que la velocidad K4 se desprecia * Que la concentracin del E es muy pequea * Que la E puede estar como: E libre y ES * Que el equilibrio alcanzado por K1 es ms rpido que K3, por lo que ste es limitante

SIGNIFICADO DE LA VELOCIDAD MAXIMA

Vmax= K3 (ET) # de recambio

K3= nmero de molculas de Sustrato convertidas en producto por unidad de tiempo, cuando la enzima esta saturada

POR LO QUE... LA FORMACION DEL PRODUCTO SERA: VO = K 3(ES) LA ECUACION RESULTANTE SERA:VO =Vmax.(S) (S) + KmEcuac. Michaelis Menten

DETERMINACIN DE KM Y Vmax MEDIANTE UNA ECUACION LINEALSe tiene: vo= Vmax*[S] Km + [S]

se invierte 1 = Km + [S] vo Vmax*[S]

Se factoriza 1 = voSe simplifica:

Km * 1 + [S] Vmax [S] Vmax[S]

1 = Km * 1 + 1 vo Vmax [S] Vmax

La ecuacin de la recta es: y=a*x+b donde:

y = 1 Vo

y

x = 1 [S]

El valor de Km puede ser hallado a partir de la grfica de Lineweaver-Burk o del doble reciproco usando la pendiente y la interseccin negativa de x.

Grfica de Lineweaver-Burk o del doble reciproco 1/Vo contra (S) usado para valorar Km y Vmax1/Vo

Pendiente =Km/Vmax

1/ Vmax

1/KM

Sustrato (1/S)

INHIBICIONES ENZIMATICAS

LO QUE DEBO DE RECORDAR ES... LA INHIBICION SE PRODUCE CUANDO SE ESTABLECE LA UNION DE UN SEGUNDO LIGANDO EN EL ENZIMA.

LAS INHIBICIONES PUEDEN SER REVERSIBLES E IRREVERSIBLES

INHIBIDORES IRREVERSIBLES

DIPF IODOACE TAMIDA

E+I

INHIBICION COMPETITIVAEI I

1/V max

1/Km

EN RESUMENLa inhibicin competitiva clsica tiene lugar en el sitio de unin del sustrato. La accin de los inhibidores competitivose puede entender en trminos de las siguientes reacciones: Enz + I --EnzI (inactivo) Enz + P

Enz + I --- Enz + S --- EnzS (activo) Enz + P La velocidad de formacin del producto depende slo de la concentracin de EnzS.

INHIBICION NO COMPETITIVA E+I I + ES1/ V

EI ESII

-1/Km

1/S

EN RESUMENEN LA INHIBICIN NO COMPETITIVA NO HAY COMPETENCIA ENTRE S E I. LOS INHIBIDORES REVERSIBLES NO COMPETITIVOS DISMINUYEN LA VELOCIDAD MXIMA ALCANZABLE CON UNA CANTIDAD DADA DE ENZIMA (REDUCEN VMAX) PERO POR LO GENERAL NO AFECTAN KM.

CINETICA DE REACCIONES BIMOLECULARES 1 )Reaccion Secuencial o de Desplazamiento Simple

Azahar:A +E AE+B AE AEB

B+ EBE + A

BEBEA

qu son las molculas efectoras o moduladoras ?Son molculas que pueden ser activadores (+) o inhibidores (-) de la velocidad cataltica.No cambian la afinidad del enzima por el sustrato.

Pueden ser el mismo sustrato denominado HOMOTROPICO o es otra sustancia al que se le conoce como HETEROTROPICO

SI!!

PORQUE LOS E.A. PRESENTAN 2 LOCALIZACIONES DE UNION DE LIGANDOS:

1.- Las catalticas (Centro Activo) a las que se une el sustrato. 2.- Las reguladoras (Centro Alostrico) a las que se unen las molculas denominada efectores o moduladores.

ENZIMAS ALOSTERICASS

S

ENZIMA

CA

C.ALOST.

2) ORDENADA

MALATO + NAD OXALACETATO + NADH.

M.D

E-NAD-MALATO 1 2

2) REACCION DE DOBLE DESPLAZAMIENTO ASPARTATO + OXOGLUTARATO OXALACETATO + GLUTAMATO1) Aspartato + E NH3- PLP-EPLP-E

OAAGlut

2) Oxoglutarato + NH3

ENZIMAS ALOSTERICASEnzimas susceptibles de ser modificadas por molculas pequeas.

Efector +

Efector Vmax/2

Vo

Km Km Km

CINETICA SIGMOIDEALa unin cooperativa de la primera molcula de S o ligando a la Enzima incrementa la velocidad de unin de subsecuentes molculas de sustrato a los otros sitios de unin: cooperatividad positiva

Factores que afectan la velocidad*PRESION CONCENTRACION DE REACTANTES pH del medio

PRESENCIA DE CATALIZADORES

TEMPERATURA

INFLUENCIA DE LA TEMPERATURAENERGIA

MOLECULAS

MOLECULAS COLISIONANDO Y PRODUCIENDO UN VALOR ELEVADO DE ENERGIA

MOLECULAS EN ESTADO DE PRODUCTO TRANSICION

FACTORES QUE AFECTAN LA VELOCIDAD ENZIMATICA

El pH

pH

4

9

pH

Efecto del tiempo de Incubacin

Producto formado

TI

Efecto de la (E) sobre la velocidad de Rx Enzimtica

Vo

(E)

Efecto de la Temperatura

T ptima100--

% Act. Mxima

Desnaturalizacin

37C