Catalizadores Biológicos: Enzimas

12/04/2012ESTRUCTURA DE LA TRIOSAFOSFATO ISOMERASAesta proteína es una eficiente enzima involucrada enla vía glucolítica. Características generales Cinética química Nomenclatura Centro activo Cofactores Factores que modifican la actividadenzimática Cinética enzimática Inhibidores enzimáticos Las enzimas séricas en el diagnostico clínicoCátedra de Bioquímica - FOUBA1

12/04/2012CARACTERÍSTICAS GENERALESEstructura química:la mayoría son proteínas,una minoría son moléculas de ARN.• Una enzima puede estar formada por:- una sola cadena polipeptídica,- por varias subunidades- o formar parte de un complejomultienzimático.• Son indispensables para la vida.• Son eficaces catalizadores.Cátedra de Bioquímica - FOUBAReacciones bioquímicas¿temperatura, pH, eficaciacatalítica, control?Cátedra de Bioquímica - FOUBA2

12/04/2012 Aceleran la velocidad de la reacción química Disminuyen la energía de activación No modifican el cambio neto de energía No forman parte de los productos finales No se desgastan en el proceso, sonreutilizables Aceleran la llegada al equilibrio, pero no varíasu posiciónCátedra de Bioquímica - FOUBALa buena salud exige no sóloque se produzcan reaccionesquímicas sino que sucedan avelocidades adecuadas,compatibles con la vida.=> Las enzimas aceleranla velocidad de la reacción químicaCátedra de Bioquímica - FOUBA3

12/04/2012Estudia: mecanismo y la velocidadcon que interaccionan las moléculasen condiciones determinadasCátedra de Bioquímica - FOUBACINETICA QUIMICA:Velocidad de una reacción química se puedemedir como:a) Velocidad de formación de sus productosb) Velocidad de consumo de sus reactivosV r = kReactantesnNúmero deordenCátedra de Bioquímica - FOUBA4

12/04/2012V r = kReactantesn(velocidad de reacción) = (constante) x (cc de reactivos) ndonde “n” es el orden de la reacción si n = 1 --- reacción de primer orden:V r = k. [A] si n = 2 --- reacción de segundo orden:V r = k. [A] [B] óV r = k [A] 2 si n = 0 --- reacción de orden cero.independiente de la concentración de rvosCátedra de Bioquímica - FOUBAVELOCIDAD DE REACCIÓN Y EQUILIBRIOReacción de 1º orden y en el estado de Eq Qcok 1 [A] = k -1 [B]Cátedra de Bioquímica - FOUBA5

12/04/2012FACTORES QUE AFECTANLA VELOCIDAD DE UNA REACCIÓN‣ Concentración de los reactivos‣ Temperatura de reacción‣ Concentración y/o área de superficie de uncatalizadorCátedra de Bioquímica - FOUBAENERGÍA DE ACTIVACIÓNEs el valor mínimo de energía de colisiónnecesaria para que ocurra la reacciónEstadoactivadoE asustratoCátedra de Bioquímica - FOUBAProducto = CO 2 + H 2 O6

12/04/2012Para que una reacción tenga lugarsuperar la energía de activación.EstadoactivadoE asustratoProducto = CO 2 + H 2 O(1)aumentando la Tº de reacción o(2)disminuyendo la energía de activación.Cátedra de Bioquímica - FOUBAMECANISMO DE ACCIÓN ENZIMÁTICO:EaLas enzimas secombinan con losRvos para producirun estado detransición de

12/04/2012COMPARACIÓN DE LAS E a DE LASREACCIONES CON Y SIN CATALIZADOR:E aCON y SINE aLas enzimas no modifican el cambio neto de energíaCátedra de Bioquímica - FOUBADIAGRAMA DE ENERGÍA PARA UNAREACCIÓN QUÍMICACATALIZADA YNO CATALIZADAEN SENTIDOSINVERSODIRECTOCátedra de Bioquímica - FOUBA La variación de energía libre de la reacción (ΔG= Gf-Gi)no se modifica en presencia del catalizador.8

12/04/2012LA ENZIMA SE RECUPERA INALTERADA ALFINAL DE UN CICLO CATALÍTICO Las enzimas no forman parte de los productos finalesni se desgastan en el proceso. Son reutilizables.Cátedra de Bioquímica - FOUBA... Entonces hasta ahorapodemos decir que las enzimasse caracterizan por: Alta especificidad. Elevado poder catalítico. Alta eficiencia. No sufren modificaciones químicasdurante la catálisis.Cátedra de Bioquímica - FOUBA9

12/04/2012NOMENCLATURA:Cátedra de Bioquímica - FOUBANOMENCLATURA:Sistematización de la nomenclatura(International enzime comission)Clasificación:«Oxidorreductasas« Transferasas« Hidrolasas« Liasas« Isomerasas« LigasasCátedra de Bioquímica - FOUBA10

12/04/2012CENTRO ACTIVOUnión débilCátedra de Bioquímica - FOUBAGRUPOS CATALÍTICOSSiete residuos del centrocatalítico del sitio activo de lafructosa 2,6 bifosfatasaes indispensable mantener la estructura terciariade la enzima para que sea catalitícamente activa.Cátedra de Bioquímica - FOUBA11

12/04/2012EnzimaCENTRO ACTIVOCENTRO CATALÍTICOGRUPOSCATALÍTICOSCátedra de Bioquímica - FOUBAESPECIFICIDAD ENZIMÁTICAFischer(1890)Cátedra de Bioquímica - FOUBAKoshland(1958)12

12/04/2012ENZIMASSIMPLES:CONJUGADAS:EstructuraproteicaEstructuraproteica+cofactorCátedra de Bioquímica - FOUBA(proteína inactiva)+INORGÁNICO=Ión metálicoLevemente unidoFirmemente unido( metaloproteínas)(activa)ORGÁNICO =CoenzimaCátedra de Bioquímica - FOUBACOSUSTRATO(Levemente unido,unión no covalente)GRUPO PROSTÉTICOFirmemente unido(Unión covalente)13

12/04/2012Ejemplo de enzima conjugadaPiruvato carboxilasaCátedra de Bioquímica - FOUBAAlgunas vitaminas funcionan como coenzimas endistintas rutas metabólicasVITAMINASC (ácidoascórbico)B1 (tiamina)B2 (riboflavina)B3 (ácidopantoténico)B5 (niacina)B6 ( piridoxina)B12(cobalamina)BiotinaFUNCIONESCoenzima de algunas peptidasas.Interviene en la síntesis de colágenoCoenzima de las descarboxilasas y delas enzima que transfieren gruposaldehidosConstituyente de los coenzimas FADy FMNConstituyente de la CoAConstituyente de las coenzimas NADy NADPInterviene en las reacciones detransferencia de grupos aminos.Coenzima en la transferencia degrupos metilo.Coenzima de las enzimas quetransfieren grupos carboxilo, enmetabolismo de aminoácidos.Cátedra de Bioquímica - FOUBAEnfermedadescarencialesEscorbutoBeriberiDermatitis y lesionesen las mucosasFatiga y trastornosdel sueñoPelagraDepresión, anemiaAnemia perniciosaFatiga, dermatitis14

12/04/2012FACTORES QUE MODIFICANLA ACTIVIDAD ENZIMÁTICA: Temperatura pH (ionización) Concentración de sustratoCátedra de Bioquímica - FOUBAINFLUENCIA DEL pH y LA TEMPERATURASOBRE LA ACTIVIDAD ENZIMÁTICADesnaturalización o pérdida delestado iónico de la enzimaCátedra de Bioquímica - FOUBA15

12/04/2012CURVAS DE ACTIVIDAD ENZIMÁTICA ENFUNCIÓN DEL pHCátedra de Bioquímica - FOUBAESQUEMA DE UNA REACCIÓN ENZIMÁTICAInfluencia de la concentración de SUSTRATO enla reacción enzimáticaCátedra de Bioquímica - FOUBA16

12/04/2012FENÓMENO DE SATURACIÓNde la enzima por el sustratoABCCátedra de Bioquímica - FOUBALeonor MichaelisCátedra de Bioquímica - FOUBAMaud Menten17

12/04/2012L. Michaelis y M. L. Menten (1913)Teoría general acerca de acción y cinética enzimáticaCátedra de Bioquímica - FOUBAECUACIÓN DE MICHAELIS - MENTENEcuación de velocidad para las reacciones catalizadaspor enzimas que actúan sólo sobre un sustratohipérbolaCátedra de Bioquímica - FOUBA18

12/04/2012Unidad de concentración(Molar)A < Km> Afinidad de la Ez por el SCátedra de Bioquímica - FOUBARepresentación de V r en función de la [S]para una reacción dada:Michaelis MentenhipérbolaLineweaver Burklínearectay = m. x + bCátedra de Bioquímica - FOUBA19

12/04/2012Representación gráfica de ecuación deMichaelis – Menten segúnLINEWEAVER – BURK (doble recíproca)ymby = m. x + b- b/mxCátedra de Bioquímica - FOUBACátedra de Bioquímica - FOUBAProteasa del virus del SIDA+el inhibidor ritonavir20

12/04/2012TIPOS DE INHIBIDORESIRREVERSIBLES:- el I se une en a la E en forma covalente- provoca un cambio permanente en su molécula- pérdida definitiva de la actividadREVERSIBLES:- Competitiva:‣ I y S tienen estructura similar‣ Compiten por le sitio activo‣ Se desplaza por aumento de [S]- No competitiva:‣ I puede unirse a E libre o al Complejo E-S‣ Interfiere la acción de ambos‣ No se desplaza por aumento de [S]Cátedra de Bioquímica - FOUBAINHIBIDORES IRREVERSIBLESNo puede ser tratada por Michaelis - MentenCátedra de Bioquímica - FOUBA21

12/04/2012INHIBIDORES REVERSIBLES:competitivosCátedra de Bioquímica - FOUBAEFECTO DE UN INHIBIDOR COMPETITIVOCátedra de Bioquímica - FOUBA22

12/04/2012Representación de V r en función de la para unareacción enzimática en presencia deInhibidor COMPETITIVOKm Vmax cteKm/VmaxCátedra de Bioquímica - FOUBAINHIBIDORES REVERSIBLES:no competitivosCátedra de Bioquímica - FOUBA23

12/04/2012Representación de V r en función de la parauna reacción enzimática en presencia deInhibidor NO COMPETITIVOKm cte VmaxKm/VmaxCátedra de Bioquímica - FOUBAINHIBICIÓN COMPETITIVA Y NO COMPETITIVA:gráfico comparativo= Km< Vmax> Km= VmaxCátedra de Bioquímica - FOUBA24

12/04/2012Múltiples procesos metabólicos celularesrelacionados entre síestán controlados en forma precisaMECANISMOS DE CONTROLESTRICTOS Y ADECUADOSCátedra de Bioquímica - FOUBAMECANISMOS REGULATORIOS DE LAACTIVIDAD ENZIMÁTICAREGULACIÓN A CORTO PLAZO: se modifica laactividad enzimática1. Regulación alostérica2. Inhibición por producto final3. Regulación por modificación covalente4. Regulación por zimógenosREGULACIÓN A LARGO PLAZO: se modifica lacantidad de moléculas enzimáticas5. Regulación genéticaCátedra de Bioquímica - FOUBA25

12/04/20121Regulación alostérica• Modificadores o efectores:positivos o negativos• No son modificados por lareacciónCátedra de Bioquímica - FOUBA1La enzima oscila entre dos estados:activo e inactivoCátedra de Bioquímica - FOUBA26

12/04/20121 La actividad enzimática se regulapor acción de efectores o moduladores alostéricosEfecto opuesto de un activador y un inhibidorsobre las cuatro subunidades de la enzimaCátedra de Bioquímica - FOUBA1Inhibidores y activadoresalostéricos1.0Y(+ Activador)0.8V +V 0 0.6(sin efectores)0.4(+ Inhibidor)V - 0.20.0Cátedra de Bioquímica - FOUBA0 2 4 6 8 10 12s27

12/04/2012COOPERATIVIDAD: de las enzimasoligoméricasINFLUENCIA de lafijación de un ligando a un protómerosobre la fijación de un ligando a un segundoprotómero de una proteína oligoméricaEL CAMBIO CONFORMACIONAL PUEDE SERINDUCIDO POR: UN EFECTOR ALOSTÉRICO POR EL MISMO SUSTRATOCátedra de Bioquímica - FOUBA+La cooperatividad (positiva) consiste en que la fijación deuna molécula de substrato favorece la fijación del siguiente,y así hasta ocuparse toda la moléculas + s s + s s + s s1 2 s 3 s s-Existe también cooperatividad negativa, cuando la fijaciónde una molécula de substrato dificulta la fijación delsiguiente.Cátedra de Bioquímica - FOUBA28

12/04/2012CAMBIO CONFORMACIONAL INDUCIDO POR:• UN EFECTOR ALOSTÉRICO• POR EL MISMO SUSTRATOInteracciónhomotrópicaInteracciónheterotrópica efecto de la entrada deun ligando sobre laentrada de otro igual interacciones casisiempre positivasCátedra de Bioquímica - FOUBAefecto de un ligando sobre lafijación de un ligandodiferenteinteracciones positivas onegativaspueden tener lugar enenzimas alostéricosmonoméricos2INHIBICIÓN POR PRODUCTO FINAL(retroalimentación negativa o feedbacknegativo)Cátedra de Bioquímica - FOUBA29

12/04/20123REGULACIÓN PORMODIFICACIÓN COVALENTEalgún AMINOÁCIDO de la enzimaUnión covalente a algún grupo químicoACTIVACIÓN O INACTIVACIÓN DE LA ENZIMAgrupo químicomás frecuente:grupo fosfato (P)aa enzimáticosintervientes:Ser y TrhCátedra de Bioquímica - FOUBA3Ejemplo de modificación covalente, 1Fosforilación: Protein kinasasROSerHR'CHNCHCNCCHNHCH 2 OHOHATPADPROSerHR'CHNCHCNCCHNHCH 2 OOHOP O -O -Sobre residuos de Ser, Thr y TyrCátedra de Bioquímica - FOUBA30

12/04/20123Ejemplo de modificación covalente, 2Defosforilación: Protein fosfatasasROSerHR'CHNCHCNCCHNHCH 2 OOHH 2 OOP O -O -P iROSerHR'CHNCHCNCCHNHCH 2 OHOHSobre residuos previamente fosforilados:Ser-P, Thr-P, Tyr-PCátedra de Bioquímica - FOUBA3 Algunas enzimas se activan al unirse algrupo PO 43−y se inactivan si lo pierdenEnzima A (inactiva) +Enzima A ~ P(Activa) Otras se activan al perder el grupo P y seinactivan al ganarloEnzima B ~ P (inactiva) Enzima B (activa) +Cátedra de Bioquímica - FOUBA31

12/04/20124REGULACION POR ZIMÓGENOSActivación proteolíticadel tripsinógenoCátedra de Bioquímica - FOUBANPepsinógeno4CNpH < 5Activación delpepsinógenoCPepsinaCátedra de Bioquímica - FOUBA32

12/04/20125Regulación genéticacontrol a niveldel ADNADN ARN Proteínas(enzimas)Un metabolito impide la transcripción de unaenzimadisminuye la síntesis de la enzimano se catalizará la reacciónCátedra de Bioquímica - FOUBAVALOR DIAGNÓSTICO DE LAS ENZIMAS SÉRICASEnzimas presentes en el plasmaENZIMAS PLASMÁTICASFUNCIONALES o ESPECIFICASENZIMAS NOFUNCIONALESEj. lipoproteinlipasa,seudocolinesterasaproenzimas de lacoagulación sanguínea, etcEj. amilasa pancreática,fosfatasa alcalina biliar,fosfatasa ácidaprostática, etcCátedra de Bioquímica - FOUBA33

12/04/2012Cátedra de Bioquímica - FOUBA34