ENZIMAS Y COFACTORES

ENZIMAS Y COFACTORES

Definicin, clasificacin y nomenclatura de enzimas. Especificidad.Sitio activo y complejo enzima-sustrato.Cintica y regulacin enzimtica. Coenzimas y grupos prostticos.Inhibicin enzimtica. Clasificacin.Factores que afectan la actividad de las enzimas.Clasificacin y funcin de las vitaminas.

Definicin, clasificacin y nomenclatura de enzimas. Especificidad.

QUE ES UNA ENZIMA?Las enzimas son protenas de alto PM, sintetizados por los organismos vivos.Catalizadores biolgicos.Aumentan la velocidad de reaccin: 108 -109 veces.

EficienciaEspecificidadRegulacin

CATALISISEj: Oxidacin de azcares

CATALIZADOR: Cualquier sustancia que aumenta la velocidad de una reaccin qumica sin ser consumida en la reaccin.37o C y pH 7.0

SUSTRATO: Compuesto sobre el cual la enzima acta. Ej: Protenas, lpidos, carbohidratos.

sustratoenzimaProductos de la reaccin

Estructura globularActividad biolgicaInactivaHCl \ EnzimaspH extremoTemperatura TEMPERATURA OPTIMAENZIMATEMPERATURA OPTIMAMAMIFEROS37 CBACTERIAS Y ALGAS

Aprox. 100 CBACTERIAS ARTICASAprox. 0 C

Bacterias en una muestra de hielo.NOMENCLATURALa mayora se denominan con la terminacin asa, basndose en el tipo de reaccin que catalizan y la identidad de los sustratos implicados.

Ej: Histidina descarboxilasa, alcohol deshidrogenasa

ureasa, oxidasas, quinasas, fosforilasas, fosfatasas.

CLASIFICACIONNo.ClaseTipo de reaccin que catalizanEjemplo1Oxidorreductasas

De xido reduccin (transferencia de e-)

DeshidrogenasasPeroxidasa OxidasasOxigenasasReductasas2TransferasasTransferencia de un grupo intacto de tomos desde una molcula donadora a una receptora.KinasasTransaminasas3HidrolasasRuptura hidroltica de enlaces (participa el H2O )PirofosfatasaTripsinaAldolasa4LiasasLisis de un substrato, generando un doble enlace, o Adicin de un substrato a un doble enlace de un 2o. substrato(Sintasa)(Sintasas)Descarboxilasa pirvica5IsomerasasInterconversin de diversos ismeros.MutasasEpimerasasRacemasas6LigasasFormacin de enlaces C-C, C-S, C-O y C-N. Mediante reacciones de condensacin, acopladas a la ruptura del ATPSintetasas

Oxidorreductasas: Catalizan reacciones de oxidacin-reduccin.

Transferasas: Catalizan la transferencia de grupos que contienen C, N o P.Hidrolasas: Catalizan la ruptura de enlaces por la adicin de una molcula de agua.

Liasas: Catalizan la ruptura de enlaces C-C, C-S y C-N.

Isomerasas: Transforman un ismero de un compuesto qumico en otro.

Ligasas: Catalizan la formacin de enlaces C-C, C-S y C-N.Que tipo de enzima cataliza cada una de las siguientes reacciones?

transferasaisomerasa

Lactato deshidrogenasa

transaminasa

hidrolasa

isomerasa

Descarboxilasaliasas

Sintetasaligasas

Malato deshidrogenasaTransformacin de Alimentos Fermentaciones Quesos VinosMedicinaTransaminasasIndustria Qumica PenicilinaAgriculturaRhyzobium

CARACTERISTICAS DE LAS ENZIMASTodas las enzimas son protenas globulares.Son inestables: Se desnaturalizan por temperaturas

Proenzimas o zimgenos: Se activan cuando es necesario.Ej: enzimas digestivas (pepsina, carboxipeptidasa, tripsina).

Activacin por hidrlisis de enlaces peptdicos especficosPancreas: segrega enzimas digestivas (sintetiza precursores) de quimotripsina y tripsina (tripsinogeno y quimotripsinogeno)14Activacin del Pepsingeno

Los zimgenos son molculas enzimticas inactivas, hasta que pierden una parte de su cadena; entonces adquieren su actividad cataltica. La forma activa del pepsingeno es lapepsina. La conversin del pepsingeno a pepsina ocurre en el lumen gstrico, en contacto con el cido clorhdrico. Las molculas de pepsina son autocatalticas, pues una vez formadas contribuyen a la activacin de otras molculas de pepsingeno.15

La enteroquinasa es la encargada de activar al tripsingeno del jugo pancretico. La tripsina obtenida cataliza la activacin de ms molculas de tripsingeno y activa a su vez al resto de las proenzimas del jugo pancretico.16GRUPO PROSTETICO

COFACTOR:

Componente no proteico (ion metlico o molcula orgnica) necesario para el funcionamiento adecuado de la enzima.

COENZIMAS: Cofactores orgnicos

Baja actividadMxima actividad

Coenzyme A (CoA)

Adenosine Triphosphate (ATP)

Nicotinamide Adenine Dinucleotide (NAD+)

Nicotinamide Adenine Dinucleotide Phosphate (NADP+)

Flavin Adenine Dinucleotide (FAD) COENZIMASESPECIFICIDAD DE LAS ENZIMASUna enzima puede actuar sobre un sustrato o un grupo de sustratos relacionados pero no sobre otros. Cada enzima reconoce un SUSTRATO.Ej: Sacarasa: hidroliza la sacarosa.

Lipasas: Hidrolizan los enlaces ster en los lpidos.ESPECIFICIDAD ABSOLUTA

ureaureasatioureabiuretESPECIFICIDAD ESTEREOQUIMCALas enzimas son molculas quirales.

ESPECIFICIDAD ESTEREOQUIMCALas enzimas son molculas quirales.

Ismero cis

ESPECIFICIDAD GRUPAL: Son menos selectivas. Actan sobre molculas que tienen los mismos grupos funcionales.

quimotripsinacarboxipeptidasa

Especificidad de la tripsinaEspecificidad de la trombina, un factor de coagulacin.

SITIO ACTIVO Y

COMPLEJO ENZIMA-

SUSTRATO.

Las reacciones enzimticas ocurren en dos etapas:

1.

2. S + EE-SE-SP + EDIAGRAMA DE ENERGIA PARA EL PROGRESO DE UNA REACCION QUIMICA

Con enzimaSin enzimaA + BA- - - -BABMECANISMO DE ACCION ENZIMATICA

MODELO DE LA LLAVE Y CERRADURA

La conformacin espacial de la parte proteica es la responsable de la funcin que realiza la enzima.

Las sustancias que van a reaccionar se unen al CENTRO ACTIVO, gracias a:

Uniones electrostticasEnlaces de HInteracciones de Van der Waals.

enzimasustratoCARACTERISTICAS DE LOS CENTROS ACTIVOSEl centro activo es una porcin relativamente pequea de la enzima.El centro activo es una entidad tridimensional.Los sustratos se unen a los enzimas por fuerzas relativamente dbiles.Los centros activos son hoyos o hendiduras.La especificidad del enlace depende de la disposicin de los tomos del centro activo.

PRINCIPIOS DE CINETICA ENZIMATICA A B + C

KdKrV =Kd [A]

V = Kr [B][C]MODELO DE MICHAELIS-MENTENPropusieron un modelo para definir la relacin cuantitativa entre la velocidad de una reaccin enzimtica y la concentracin de sustrato (caractersticas cinticas).

(1)(2)(3)(4)

(5)(6)Reagrupando (1)Sustituyendo Km,La Vmax se lograr cuando ES sea mximo:

(7)

(8)Sustituyendo (6) en (3) queda:Segn (2)

Reordenando y resolviendo para Vo:ECUACIN CINTICA DE MICHAELIS-MENTEN

Cintica y regulacin enzimtica.

Representacin de la velocidad de reaccin, V, en funcin de la concentracin de sustrato [S] para un enzima que obedece la cintica de Michaelis-Menten

[E] cte.

REPRESENTACION GRAFICA DE 1/V FRENTE A 1/[S]GRAFICA DE LINEWEAVER-BURK

Significado de los valores de KM y VmaxKM = 10-1 - 10-6 M.KM tiene dos significados:Concentracin de sustrato a la cual la mitad de los centros activos estn ocupados.Se relaciona con la constante de velocidad de las etapas individuales en el sistema cataltico representado por:

Si K2 >> K3,KM es la medida de la estabilidad de complejo enzima sustrato (ES):

Una KM alta indica una unin dbil.Una KM baja indica una unin fuerte.

La constante de disociacin del complejo [ES] es:Entonces Km = KESCatalasa H2O2 25.0Hexoquinasa ATP 0.4 D-Glucosa 0.05 D-Fructosa 1.5Anhidrasa carbnica HCO3- 9.0Quimotripsina Gliciltirosinilglicina108.0N-Benzoiltirosinamida 2.5-Galactosidasa D-Lactosa 4.0Treonina deshidrogenasaL-Treonina 5.0

ENZIMA SUSTRATO Km (mM)Km de algunas enzimasVmax.Es la expresin de la eficiencia del funcionamiento enzimtico. Cuando la enzima esta completamente saturada por el sustrato.

Revela el nmero de recambio de una enzima: Moles de sustrato transformados en producto por mol de enzima por unidad de tiempo (min o seg.).

K3 = Constante de catlisis o Kcat

Nmeros de recambio mximos de algunos enzimas.Fuente: Stryer, 1985ENZIMAS REGULADORASControlan la velocidad de flujo de una va metablica determinada, catalizando una etapa crucial dentro de ella.

Enzimas alostricas

Enzimas moduladas covalentemente

Zimgenos

IsoenzimasENZIMAS ALOSTERICASUn centro activo en una molcula enzimtica puede afectar a otro centro activo de la misma molcula enzimtica (sitio alostrico).

Su actividad puede alterarse por la presencia de molculas reguladoras (activadores o inhibidores) que estn ligadas a centros diferentes a los catalticos.

ENZIMAS MODULADAS COVALENTEMENTESu actividad puede regularse a travs de la unin covalente de ciertas molculas (grupos fosfato).IrreversibleCatalizada por enzimasHormonas

fosforilacinZIMOGENOSMacromolculas proteicas o enzimas inactivas que por hidrlisis de enlaces peptdicos especficos se convierten en enzimas catalticamente activas. Ej: Enzimas proteolticas se sintetizan en el pncreas como zimgenos y se activan en el tracto digestivo.

AGA Institute. Copyright 2010ISOENZIMASSon enzimas que difieren en la secuencia de aminocidos pero que catalizan la misma reaccin qumica.Suelen mostrar diferentes parmetros cinticos o propiedades de regulacin diferente.

Ej: lactato deshidrogenasa en el msculo esqueltico y cardaco.Inhibicin enzimtica.

Inhibidor

Sustancia que impide la actividad de una enzima.Desnaturalizan las enzimas.No son especficos.Agentes qumicos: Hg+2, Pb+2, Ag+.Mecanismo de control en los sistemas biolgicos. Ej: Medicamentos y agentes txicos.CLASIFICACIN

REVERSIBLENo destruye la enzima.Competitiva: Puede revertirse aumentando la [S].No competitiva: No puede ser revertida por altas [S]Drogas sulfa usadas para combatir infecciones microbianas. IRREVERSIBLEEl inhibidor queda unido covalentemente a la enzima.

Hg+2, Pb+2, AsO4-3, CN-.PenicilinaAspirinaINHIBICION COMPETITIVAEl inhibidor competitivo se asemeja al sustrato.

Sin inhibidorCon inhibidorSustratoInhibidorEnzimaEnzimaInhibicin competitiva

En la grafica con inhibicin la Km aumenta, lo que disminuye la afinidad de la enzima por el sustrato.

INHIBICION NO COMPETITIVAEl inhibidor y el sustrato pueden unirse simultneamente a una molcula de enzima. Sus sitios de unin no se solapan. Se forma un complejo [EIS], no productivo.

Acta disminuyendo el nmero de recambio del enzima en vez de disminuir la proporcin de molculas enzimticas que se han ligado al sustrato.

Se presenta por la unin reversible del inhibidor a un sitio de la enzima libre o con sustrato, diferente del sitio activo. Esta unin provoca cambios en la conformacin de la enzima alterando as el sitio activo e impidiendo por consiguiente la transformacin del sustrato.Inhibicin no competitiva

sustratoinhibidor

Inhibicin competitivaInhibicin no competitiva

INHIBICION ACOMPETITIVA

Ocurre cuando un inhibidor se combina reversiblemente solo con [ES] para formar [ESI], lo que no forma producto.

Se da en reacciones enzimticas con dos o ms sustratos.Vmax y Km se alteran en la misma proporcin.INHIBICION IRREVERSIBLEEl inhibidor queda unido covalentemente a la enzima o ligado tan fuertemente que su disociacin de la enzima es lenta.

Ej: Venenos: Cianuro, fluoruro, sulfuros, arsenatos.

ANTIMETABOLITOSSustancia que reemplaza, inhibe o compite con un metabolito especfico.Similares estructuralmente a las sustancias biolgicamente activas.Inhibe la enzima.tiles para tratamiento de enfermedades (sulfonamidas, fluorouracil)

INHIBIDORES REVERSIBLES COMPETITIVOSBloquea la sntesis de cido flico en clulas bacterianas.

INHIBIDORES IRREVERSIBLESPenicilinas. Inhiben enzimas sernicas que participan en la formacin de la pared bacteriana.In cianuro, CN-: Se fija con gran afinidad a la sexta posicin de coordinacin del Fe hemnico del complejo citocromo oxidasa.Factores que afectan la actividad de las enzimas.

TemperaturapHConcentracin de enzimaConcentracin de sustrato

TEMPERATURApHPepsina: 1.5-2.5Tripsina: 8-11

CONCENTRACION DE LA ENZIMA

CONCENTRACION DEL SUSTRATO

ENZIMA SATURADA