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Introducción

En los seres vivos
Reacciones
químicas
Eficiencia y Velocidad
Catalizadores
Las ENZIMAS son catalizadores biológicos

Aceleran una reacción

No se consumen en el proceso

No forman parte del producto

Son específicas

Su acción se realiza porque disminuyen
la energía de activación de las
reacciones
Disminuyen la energía de
activación de las reacciones
Enzima
 Sustrato
 Producto


Nombre del sustrato + sufijo asa (ureasa,
amilasa, lipasa, etc)

Designación en función del tipo de reacción
catalizada (deshidrogenasas, descarboxilasas,
etc.)

Nombres arbitrarios (ptialina salival, tripsina,
etc.)
Unión Internacional de Bioquímica y
Biología Molecular → Criterios de
Clasificación y Nomenclatura
 6 Clases de Enzimas → tipo de reacción
catalizada
 Cada clase se divide en Subclases y Subsubclases → naturaleza de los grupos de
átomos involucrados en las reacciones
 Orden de aparición

de Enzimas → tipo de reacción
catalizada
 Clases
 1.
Oxidoreductasas
 2. Transferasas
 3. Hidrolasas
 4. Liasas
 5. Isomerasas
 6. Ligasas

Requieren coenzimas!!!!
Deshidrogenasas: el sustrato es donante de
hidrógenos
Oxidasas: cuando el aceptor de hidrógenos es el
O2
Peroxidasas: cuando el H2O2 oxida a otro
sustrato
Oxigenasas: incorporan oxígeno al sustrato

Requieren coenzimas
Lactato
Piruvato
1.1.1.27
2.6.1.1

Hidrolasas: cortan uniones entre:
C-S, C-O, C-N y O-P

Liasas: cortan uniones entre: C-C, C-S y C-N (no
uniones peptídicas)

Isomerasas : interconvierten isómeros
También llamadas SINTASAS
 Catalizan la formación de enlaces
entre C y O,N,S y otros átomos
 Requiere de energía

Estructura de una enzima
Los aminoácidos (AA) constituyentes cumplen funciones
diferenciadas:
•Los AA no esenciales pueden ser reemplazados y, en
algunos casos, eliminados sin pérdida significativa en la
función o conformación de una enzima.
•Los AA estructurales = conformación de la enzima,
"forman su esqueleto".
•Los AA de unión = asociación entre la enzima y el sustrato.
•Los AA catalíticos = transformación del sustrato.

un sitio de unión formado por los aminoácidos que
están en contacto directo con el sustrato y

un sitio catalítico, formado por los aminoácidos
directamente implicados en el mecanismo de la
reacción
Centro activo: Es el sitio donde están los AA de unión al S
y los AA que median el efecto catalítico de la enzima.
(uniones intermoleculares de la enzima c/el S en una orientación tal
que encajan correctamente, como las piezas en un rompecabezas).
Sitio de unión: es el que le da la especificidad a la enzima
Sitio
catalítico
Dos modelos sobre la forma en que el sustrato se
une al centro activo del enzima:
 el modelo llave-cerradura
 el modelo del ajuste inducido

La estructura del sustrato y la del centro activo
son complementarias

Este modelo es válido en muchos casos, pero
no es siempre correcto

el centro activo adopta la conformación idónea sólo
en presencia del sustrato.

La unión del sustrato al centro activo de la enzima
desencadena un cambio conformacional que da
lugar a la formación del producto.
A veces, una enzima requiere p/su función
la presencia de sustancias no proteicas
que colaboran en la catálisis:

Los cofactores. Pueden ser iones
inorgánicos como el Fe++, Mg++, Mn++,
Zn++ etc. Casi un tercio de las enzimas
conocidos requieren cofactores.

Cuando el cofactor es una molécula
orgánica se llama coenzima.

Muchas de estas coenzimas se sintetizan a partir de
vitaminas.

Cuando los cofactores y las coenzimas se encuentran
unidos covalentemente a la enzima se llaman grupos
prostéticos.

La forma catalíticamente activa de la enzima =
holoenzima. La parte proteica de una holoenzima se
llama apoenzima (inactiva), de forma que:
apoenzima + coenzima = holoenzima
Deriva de la Vitamina B5
(ácido nicotínico)
Es grupo prostético
Deriva de la Vitamina B2 (flavina)
FAD
forma oxidada
FADH2 forma reducida

La cinética enzimática estudia la velocidad
de las reacciones catalizadas por enzimas.

La velocidad de una reacción catalizada
por una enzima puede medirse con relativa
facilidad, ya que en muchos casos no es
necesario purificar o aislar la enzima.

Estos estudios proporcionan información
directa acerca del mecanismo de la
reacción catalítica y de la especificidad de
la enzima.

MODELO CINÉTICO DE MICHAELIS-MENTEN
Finales del siglo XIX: estudios sistemáticos del efecto de la
concentración inicial del sustrato s/la actividad enzimática.
En 1882 se introdujo el concepto del complejo enzima-sustrato
como intermediario del proceso de catálisis enzimática.
En 1913, Leonor Michaelis
y Maud Menten desarrollaron
esta teoría y propusieron una
ecuación de velocidad que explica el
comportamiento cinético de las
enzimas.
La medida se realiza siempre en:
Condiciones óptimas de pH, temperatura,
presencia de cofactores, etc,


C/concentraciones saturantes de sustrato.
En estas condiciones, la velocidad de reacción
observada es la velocidad máxima (Vmax).

Se expresa en aparición de los productos o la
desaparición de los reactivos

La representación gráfica de la ecuación de Michaelis-Menten es una hipérbola . La Vmax
corresponde al valor máximo al que tiende la curva experimental, y la KM corresponde a la
concentración de sustrato a la cual la velocidad de la reacción es la mitad de la Vmax.

KM = [S] para la cual la velocidad de
reacción es la mitad de la velocidad
máxima.
El valor de KM da idea de la afinidad de la
enzima por el sustrato:
› a menor KM, mayor afinidad del enzima por el
sustrato, y
› a mayor KM, menor afinidad.

Hay enzimas que no obedecen la ecuación de MichaelisMenten. Se dice que su cinética no es Michaeliana.

Esto ocurre con las enzimas alostéricas, cuya gráfica de v
frente a [S] no es una hipérbola, sino una sigmoide

En la cinética sigmoidea, pequeñas variaciones en la [S] en
una zona crítica (cercana a la KM) se traduce en grandes
variaciones en la velocidad de reacción.
Como ocurre con toda proteína, la actividad de una enzima
depende de factores tales como:
la temperatura,
el pH,
las disoluciones salinas,
los solventes,
los activadores y los inhibidores,
el tiempo de reacción.
La actividad puede estar afectada por:
pH - Temperatura - Fuerza iónica - Inhibidores
La mayoría de las enzimas son muy sensibles a los cambios de pH.
Desviaciones de pocas décimas del pH óptimo pueden afectar drásticamente su
actividad. Por ello, los seres vivos han desarrollado sistemas más o menos
complejos para mantener estable el pH intracelular
Variaciones del pH del medio
producen cambios en el estado de
ionización de algunos grupos de una
enzima, afectando su estructura
tridimensional y su actividad.
El cambio en la ionización de grupos
químicos del sitio activo puede
alterar el reconocimiento del sustrato
o la reactividad de los AA del sitio
activo.
Todas las enzimas tienen dos valores
límites de pH entre los cuales son
efectivas, más allá se desnaturaliza y
deja de actuar.
Factor temperatura
Si aumenta la temperatura, aumenta la energía cinética de las partículas y su
movilidad produciéndose un aumento en el número de colisiones y la velocidad
de la transformación. Si la temperatura continúa aumentando, se comienzan a
romper uniones intermoleculares (responsables de la conformación) y, así,
comienza a disminuir su actividad. Si la TºC es excesiva, la enzima se
desnaturaliza perdiendo totalmente sus propiedades catalíticas.
Ciertas moléculas pueden inhibir la acción catalítica de una
enzima: son los inhibidores.

Irreversibles
E + I  EI
se unen fuertemente a la E y el complejo no se
disocia

Reversibles
E + I ⇄ EI
Pueden actuar de 3 modos:
 ocupan temporalmente el centro activo por
semejanza estructural con el S original:
inhibidor competitivo

Se unen a otro sitio en la Enz y alteran su
conformación espacial, impidiendo su unión
al S: inhibidor no competitivo

Se unen al complejo E-S impidiendo la
catálisis del sustrato: inhibidor acompetitivo
P
S
S
P
las concentraciones del sustrato y de
los productos finales
 presencia de inhibidores
 modulación alostérica
 modificación covalente
 activación por proteolisis (zimógenos)
 isoenzimas

Hay enzimas que pueden adoptar 2 conformaciones
interconvertibles llamadas R (relajada) y T (tensa).
R es la forma más activa porque se une al sustrato con
más afinidad. Las formas R y T se encuentran en
equilibrio R <==> T



Ciertas sustancias tienden a estabilizar la forma
R actuando s/una región de la Enz distinta del
centro activo.
Son los llamados moduladores positivos ó
activadores alostéricos.
El propio S es a menudo un modulador positivo.

Las sustancias que favorecen la forma T y
actúan en lugares distintos del centro activo
de la enzima y disminuyen la actividad
enzimática: son los moduladores alostéricos
negativos.

Hay enzimas que pasan de la forma inactiva a la activa
por unión covalente a un grupo químico de pequeño
tamaño como el Pi o el AMP.

También se da el caso inverso (E activa -> E inactiva)
El enzima no fosforilado
es inactivo
El enzima fosforilado
es activo

Algunos enzimas no se sintetizan como E activa, sino
como proteínas precursoras sin actividad enzimática.
Estas proteínas se llaman proenzimas o zimógenos.

Para activarse, los zimógenos sufren hidrólisis que
origina la liberación de uno o varios péptidos.

El resto de la molécula proteica adopta la
conformación y las propiedades de la enzima activa.

Ej.:
enzimas digestivas se secretan en forma de
zimógenos y en el tubo digestivo se convierten en la
forma activa. Es el caso de la quimotripsina, que se
sintetiza en forma de quimotripsinógeno

Algunos enzimas tienen distinta estructura molecular aunque su
función biológica es similar. Se llaman isozimas o isoenzimas.

Estas diferencias de estructura se traducen en ligeros cambios
en sus propiedades, de forma que cada isozima se adapta
perfectamente a la función que debe realizar.
Así, podemos observar la existencia de isoenzimas en función de:
› el tipo de tejido: Por ejemplo, la lactato deshidrogenasa presenta
isoezimas distintas en músculo y corazón.
› el compartimento celular donde actúa: Por ejemplo, la malato
deshidrogenasa del citoplasma es distinta de la de la mitocondria.
› el momento concreto del desarrollo del individuo. Ej: algunos
enzimas de la glicolisis del feto son diferentes de los mismos enzimas
en el adulto.
 BLANCO,
A.: Química Biológica, 7ma. ed., El Ateneo,
Buenos Aires, 2000.
 BOREL,
J.P.; RANDOUX, A.; MAQUART, F.X.; LE PEUCH,
C. & VALEIRE, J.: Bioquímica Dinámica, 1ra. ed. en
español, Ed. Médica Panamericana, Buenos Aires,
1989.
 MURRAY,
R; GRANNER, D; MAYES, P & RODWEL, V:
Bioquímica de Harper, 15ta. ed., El Manual Moderno,
México, 2000.
 VOET,
D; VOET, JG & PRATT, ChW. Fundamentos de
Bioquímica. La vida a nivel molecular. 2º ed., Ed.
Médica Panamericana, Buenos Aires, 2007.
www.medicapanamericana.com