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ENZIMAS
BIO-INFORMÁTICA
Rafael Márquez Caballero
Índice
 Introducción
 Historia
 Enzimas
 Clasificación
 Dogma
central de la biología molecular
 Enzimas de restricción
 Aplicaciones biotecnológicas
Introducción



Las interrelaciones moleculares originan los
procesos vitales.
La
complejidad
de
estas
interrelaciones
moleculares es enorme, y precisa de unos
sistemas de control y regulación que permitan el
correcto funcionamiento del organismo.
El control de estas reacciones químicas,
también denominadas metabólicas, que tienen
lugar entre los componentes moleculares de un
ser vivo requiere la presencia de unos
catalizadores, sin los cuáles no serían posibles.
Estos catalizadores son las enzimas.
Historia
En el siglo XIX, Louis Pasteur descubrió
una fuerza vital a la que llamó fermentos.
 En 1878, Wilhelm Kühne acuño el término
enzima.
 En 1897, Eduard Buchner concluyó que la
enzimas actuaban inclusive aunque no
hubiera elementos vivos en las células.
 J.
H. Northrop y W. M. Stanley,
demostraron que las proteínas puras
podían ser enzimas.

Enzimas



Las enzimas son sustancias de naturaleza
proteica que catalizan reacciones químicas,
siempre que sea termodinámicamente posible.
Todas las enzimas son proteínas, sin embargo,
pueden estar formadas únicamente por cadenas
polipeptídicas o contener, además, otro grupo no
proteico. En este último caso, la parte proteica
recibe el nombre de apoenzima, mientras que la
parte no proteica se denomina grupo prostético o
cofactor.
La estructura de una enzima es similar a la de
una proteína y se describe en cuatro niveles
diferentes: estructura primaria, secundaria,
terciaria y cuaternaria.
Enzimas
REACCIONES ENZIMÁTICAS:
 Las moléculas sobre las que actúa la enzima en el
comienzo del proceso son llamadas sustratos, y
las convierte en moléculas diferentes, los
productos.
 Se realizan en tres etapas:
1) Se forma el complejo enzima-sustrato:
E+S<->ES
2) Se lleva a cabo la reacción: ES<->EP
3) Se libera el producto y la enzima: EP<->E+P
 Las
enzimas catalizan alrededor de 4000
reacciones bioquímicas distintas.
Enzimas
CARACTERÍSTICAS:
 Las
enzimas
poseen
las
mismas
propiedades
que
las
proteínas:
se
desnaturalizan al ser sometidas a cambios
de pH, a variaciones de temperatura y a
elevadas
concentraciones
salinas
y
presentan un alto grado de especificidad,
tanto en la selección de los sustratos
como en la reacción que catalizan sobre
ellos.
Enzimas
CINÉTICA ENZIMÁTICA:
 Al
aumentar la concentración de sustrato,
aumenta también la velocidad de la reacción.
 Los mecanismos de regulación empleados en el
organismo son la activación y la inhibición.
 En 1913, Leonor
Michaelis y Maud Menten
dedujeron una ecuación que también lleva su
nombre que permite calcular la velocidad de una
reacción enzimática para cualquier concentración
de sustrato, utilizando el valor de KM y de la
velocidad máxima:
v  vmáx 
S 
K M  S 
Clasificación



Se conocen alrededor de 2000 enzimas.
Existen varias formas de nombrar a una
enzima: nombres sistemáticos o el
código de la Comisión Internacional de
Enzimas (IEC).
Según el tipo de reacción que catalizan,
las enzimas se clasifican en seis clases:
1)
2)
3)
4)
5)
6)
Oxidorreductasas
Transferasas
Hidrolasas
Liasas
Isómerasas
Ligasas
Dogma central de la biología
molecular


Fue enunciado por Francis Crick en 1970
Fue modificado posteriormente por el
descubrimiento de la transcripción inversa por
parte de H. Temin en 1975
Dogma central de la biología
molecular
MECANISMOS DE REPLICACIÓN Y FORMACIÓN DEL
ADN:
Helicasa
y topoisomerasas, separan y desespiralizan
dos hebras de ADN
Polimerasa
III, realiza la síntesis de las
complementarias sobre cada una de las originales
Primasa, sintetiza ARN complementario del ADN
las
hebras
MECANISMOS DE CORRECCIÓN DE ERRORES:
Endonucleasas,
que detectan errores y cortan la cadena
anómala
Exonucleasas, que eliminan el fragmento incorrecto
ADN Polimerasas, que sintetizan la parte correspondiente al
segmento eliminado.
ADN Ligasas, que unen el nuevo segmento al resto de la
cadena.
Dogma central de la biología
molecular
TRANSCRIPCIÓN:
 ARN polimerasa ADN dependiente, produce la
síntesis de ADN
TRADUCCIÓN:
 Aminoacil-ARNt
sintetasas,
activa
los
aminoácidos uniéndolos a una molécula específica
de ARNt
 Peptidil transferasa, une los aminoácidos para
formar el enlace peptídico
TRANSCRIPCIÓN INVERSA:
 Transcriptasa
inversa,
obtiene
complementario a partir de ARN mensajero
ADN
Enzimas de restricción




El Premio Nobel de Medicina de 1978 fue concedido a
los Microbiólogos Werner Arber, Daniel Nathans y
Hamilton Smith por el descubrimiento de las
endonucleasas
de
restricción,
conduciendo
al
desarrollo de la tecnología de ADN recombinante.
El primer uso práctico fue la manipulación de la
bacteria E. coli para producir insulina humana para los
diabéticos.
Las enzimas de restricción son unas enzimas
bacterianas cuya finalidad es destruir el ADN
procedente de bacteriófagos, y que tienen la
propiedad de cortar el ADN sólo en ciertas secuencias
de nucleótidos (palindrómicas).
Existen 3 tipos de enzimas de restricción y se asigna
un nombre a cada una de ellas según el origen
bacteriano del que provengan.
Enzimas de restricción





Las enzimas de restricción cortan las dos cadenas del ADN
en lugares específicos, llamados sitios o diana de
restricción.
Algunas endonucleasas cortan las cadenas en el mismo
lugar, originando extremos romos. Otras cortan las dos
cadenas en lugares diferentes, originando extremos
cohesivos o “pegajosos”.
Las enzimas de restricción que tienen la misma secuencia
de reconocimiento y dejan el mismo extremo cohesivo,
pero no cortan en el mismo sitio, son llamadas
Isoesquizómeros.
Los fragmentos originados al cortar una molécula de ADN
se separan mediante electroforesis en gel, y se unen
mediante la enzima ADN ligasa a otra molécula de ADN
transportadora, llamada vector.
Se llama ADN recombinante, a las moléculas de ADN que
resultan de la unión del gen escogido y el vector.
Aplicaciones Biotecnológicas
INFORMÁTICA->BIOLOGÍA:
 Recopilación, archivo, organización e interpretación de
datos biológicos
 Campos:
Identificación de genes, modelos de
evolución
molecular,
estudio
de
interacciones
proteína-proteína, etc.
 Algunas enzimas son usadas comercialmente, por
ejemplo, en la síntesis de antibióticos. Además,
algunos productos para hogares usan enzimas para
acelerar las reacciones bioquímicas.
 Por otra parte, uno de los campos en los que el uso de
Enzimas de Restricción ha tenido mayor implicancia
ha sido el diagnóstico de enfermedades genéticas
relacionadas a cambios en la secuencia del ADN, ya
sean mutaciones puntuales, inserciones o delecciones
de trozos.
Aplicaciones Biotecnológicas
BIOLOGÍA->INFORMÁTICA:
 La computación de ADN es una tecnología naciente
que
busca
capitalizar
la
enorme
capacidad
informacional del ADN, molécula que es capaz de
realizar operaciones similares a las de las
computadoras
utilizando
enzimas,
catalizadores
biológicos que actúan como software para ejecutar
operaciones deseadas.
 El uso de computadoras de ADN se apoya en el hecho
de que las moléculas de ADN pueden almacenar más
información que cualquier chip de computadora
convencional.
 Se ha estimado que un gramo de ADN secado puede
contener tanta información como un billón de CD’s.
Preguntas y
Comentarios