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Enzimas
Q.B.P. Karla Díaz
Enzimas




Son catalizadores de gran eficiencia y
especificidad.
Aceleran la aproximación de una reacción a su
equilibrio.
Son muy específicas para los reactantes o
sustratos, sobre los cuales actúan.
El grado de especificidad del sustrato varía.




Las enzimas son proteínas, o bien proteínas +
cofactores.
Ciertas moléculas de RNA también presentan
actividad enzimática.
Las moléculas de sustrato se unen a la enzima en
su sitio activo.
El sitio activo es una hendidura un poco hidrofóbica.
Nomenclatura

Las enzimas reciben su nombre de acuerdo a la reacción
que catalizan.

Su nombre se forma añadiendo el sufijo –asa al nombre del
sustrato sobre el que actúan o bien al término que describe
las reacciones que catalizan.

Algunas enzimas como la tripsina y la quimotripsina aún se
conocen por sus nombres históricos.
Clasificación

Un comité de la Unión Internacional de
Bioquímica publicó un esquema de
clasificación que asigna un número a cada
enzima y clasifica a las enzimas en 6 grupos
de acuerdo a la clase general de reacciones
químicas que catalizan.
Clasificación
-Las óxidorreductasas catalizan reacciónes de oxidación – reducción. La
mayor parte de estas enzimas se conocen como deshidrogenasas, pero
algunas de ellas son oxidasas, peroxidasa, oxigenasas o reductasas.
-Las transferasas catalizan reacciones de transferencia de grupos. Muchas
de ellas requieren la existencia de coenzimas. Estas enzimas o sus
coenzimas son sustituídas en forma covalente por una porción de la
molécula de sustrato.
-Las hidrolasas catalizan la hidrólisis. Son una clase especial de
transferasas, el agua les sirve como un receptor del grupo transferido.
-Las liasas catalizan reacciones de eliminación no hidrolítica, no oxidante,
o la lisis de un sustrato en reacciones que generan un enlace doble. En
dirección inversa, las liasas catalizan la adición de un sustrato a un doble
enlace de un segundo sustrato. Una liasa que cataliza una reacción de
adición en las células se denomina sintasa.
-Las isomerasas catalizan reacciones de isomerización. Debido a que
estas reacciones tienen un solo sustrato y un producto, son por lo regular
reacciones enzimáticas más sencillas.
-Las ligasas catalizan la ligadura o unión de dos sustratos en reacciones
sintéticas que requieren el ingreso de la energía química potencial de un
nucleósido trifosfato, como el ATP. A las ligasas se les da el nombre de
sintetasas.
Isoenzimas

Las isoenzimas son distintas formas
moleculares de una misma enzima.

La principal característica de las
isoenzimas es que deben tener la misma
especificidad de sustrato.
Cofactores

A veces, un enzima requiere para su función la
presencia de sustancias no proteicas que
colaboran en la catálisis: los cofactores.

Los cofactores pueden ser iones inorgánicos como
el Fe++, Mg++, Mn++, Zn++ etc.

Casi un tercio de los enzimas conocidos requieren
cofactores.

Cuando el cofactor es una molécula orgánica se
llama coenzima. Muchos de estos coenzimas se
sintetizan a partir de vitaminas.
Grupos prostéticos

Cuando los cofactores y las coenzimas se
encuentran unidos covalentemente a la enzima se
llaman grupos prostéticos.

La forma catalíticamente activa de la enzima, es
decir, la enzima unida a su grupo prostético, se
llama holoenzima.

La parte proteica de una holoenzima (inactiva) se
llama apoenzima, de forma que:
apoenzima + grupo prostético= holoenzima
Cinética enzimática
Michaelis-Menten
La tasa o velocidad de reacción de una enzima está
dada por:
dP
dS
V=-
=
dt
dt
Con respecto al tiempo…
Tiempo de reacción (min.)
V (Tasa de reacción) X 103, mol/(L-sec)
Cinética de Michaelis-Menten
max = k2eo
 = max / 2
S1/2 = Km
S (Concentración de sustrato) X 103, mol/L
Para este comportamiento enzimático, se propuso la siguiente
fórmula:
=
maxS
Km + S
max = eo
= max / 2 cuando S es igual a la Km
S es la concentración de sustrato libre
eo es la concentración de la enzima total (libre y combinada)
Como punto inicial, se asume que la enzima E y el sustrato S se
combinan para formar un complejo ES que posteriormente se
disocia en el producto P y enzima libre E:
K1
ES
S+E
K-1
K2
ES
P+E
¨Constante de Michaelis” o de disociación.
se
K-1
=
= Km
(es)
K1
Se asume que la descomposición del complejo ES al producto y
la enzima libre es una reacción irreversible.
 =
dP
dt
= K2 (es)
e + (es) = eo
eo es la concentración total de enzima
Parámetros cinéticos
max = Velocidad máxima o limitante
Km = constante de Michaelis
=
max [S]
Km + [S]
Parámetros cinéticos
max = Velocidad máxima o limitante
Km = constante de Michaelis
Con la expresión de Michaelis-Menten, el tiempo de reacción
puede ser estimado analíticamente integrando:
dS
dt
-max[S]
=
Km + [S]
Obteniendo:
maxt = So – S + Km ln
So
S
Obtención de los parámetros cinéticos Km y Vmax
Ecuación de Lineweaver-Burk
1

1
=
max
Km
+
1
max S
Y = b + mX
Lineweaver-Burk modificada (Hanes)
S

=
Km
max
1
+
S
max
Y = b + mX
Estimación de la Km sujeta a errores
Eadie-Hofstee
 =
max
_

Km
Y = b + mX
Estimación de  sujeta a errores
S
Problem. The reaction rate at different substrate concentrations for
the enzyme fumarase are reported in Table 1. Using the information
reported, estimate the kinetics parameters max and Km.
S(g/L)
Rate (g/L-min)
0.5
0.02
1.5
0.04
3.5
0.06
5.5
0.07
8.0
0.07
10.0
0.08
Possible solution to the problem
S(g/L)
 (g/L-min)
1/S (L/g)
1/  (L-min/g)
0.5
0.02
2.0
50
1.5
0.04
0.67
23.8
3.5
0.06
0.30
17.2
5.5
0.07
0.18
14.5
8.0
0.07
0.18
14.5
10.0
0.08
0.10
12.2
Kinetics parameters
max
Km
= 0.105 g/L-min
= 2.0 g/L
Inhibición enzimática
Un esquema general
+S
E
E+P
ES
-S
+I
+I
-I
-I
+S
EI
EIS
-S
Inhibición competitiva
+S
E
ES
E+P
-S
+I
-I
EI
KM*=KM(1+[I]/KI)
Inhibición no competitiva
+S
E
E+P
ES
-S
+I
-I
EIS
vmax*=vmax/(1+[I]/KI)
Inhibición acompetitiva
+S
E
E+P
ES
-S
+I
+I
-I
-I
+S
EI
EIS
-S
KM*=KM/(1+[I]/KI)
vmax*=vmax/(1+[I]/KI)
Inhibición mixta
+S
E
E+P
ES
-S
+I
+I
-I
-I
+S
EI
EIS
-S
¿Cómo saber que tipo de
inhibición?
¿Cómo saber que tipo de
inhibición?
KM*=KM/(1+[I]/KI)
vmax*=vmax/(1+[I]/KI)
vmax*=vmax/(1+[I]/KI)
No Competitiva
KM*=KM(1+[I]/KI)
Competitiva
Acompetitiva
¿Cómo saber que tipo de
inhibición?
KM*=KM/(1+[I]/KI)
vmax*=vmax/(1+[I]/KI)
vmax*=vmax/(1+[I]/KI)
No Competitiva
KM*=KM(1+[I]/KI)
Competitiva
Acompetitiva
¿Cómo saber que tipo de
inhibición?
KM*=KM/(1+[I]/KI)
vmax*=vmax/(1+[I]/KI)
vmax*=vmax/(1+[I]/KI)
No Competitiva
KM*=KM(1+[I]/KI)
Competitiva
Acompetitiva
¿Cómo saber que tipo de
inhibición?
KM*=KM/(1+[I]/KI)
vmax*=vmax/(1+[I]/KI)
No Competitiva
KM*=KM(1+[I]/KI)
Competitiva
vmax*=vmax/(1+[I]/KI)
Acompetitiva
¿Cómo saber que tipo de
inhibición?
KM*=KM/(1+[I]/KI)
vmax*=vmax/(1+[I]/KI)
No Competitiva
KM*=KM(1+[I]/KI)
Competitiva
vmax*=vmax/(1+[I]/KI)
Acompetitiva
Regulación de la actividad enzimática

Mecanismos alostéricos

Modificaciones covalentes
Mecanismos alostéricos

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. Son los llamados moduladores positivos. El
propio sustrato es a menudo un modulador
positivo.

Las moléculas que favorecen la forma R pero
que actúan sobre una región del enzima distinta
del centro activo son los activadores
alostéricos
Las sustancias que favorecen la forma T y
disminuyen la actividad enzimática son los
moduladores negativos. Si estos moduladores
actúan en lugares distintos del centro activo del
enzima se llaman inhibidores alostéricos.
Modificaciones covalentes

Otras enzimas pasan de una forma menos
activa
a
otra
más
activa
uniéndose
covalentemente a un grupo químico de pequeño
tamaño como el Pi o el AMP.

También se da el caso inverso, en el que un
enzima muy activo se desactiva al liberar algún
grupo químico.

En las enzimas de las vías degradativas del
metabolismo, la forma fosforilada es más activa
que la no fosforilada, mientras que en las vías
biosintéticas ocurre lo contrario.
Enzima no fosforilada
Enzima fosforilada
(Inactiva)
(Activa)
ACTIVACIÓN DE ZIMÓGENOS

Algunas enzimas no se sintetizan como tales, sino
como
proteínas
precursoras
sin
actividad
enzimática.

Estas proteínas
zimógenos.

Para activarse, los zimógenos sufren un ataque
hidrolítico que origina la liberación de uno o varios
péptidos. El resto de la molécula protéica adopta la
conformación y las propiedades de la enzima activa.
se
llaman
proenzimas
o


Muchas 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

Si
estas
enzimas
se
sintetizaran
directamente en forma activa destruirían la
propia célula que las produce.

Así, la tripsina pancreática (una proteasa) se
sintetiza como tripsinógeno (inactivo). Si por
alguna razón se activa en el propio páncreas,
la
glándula
sufre
un
proceso
de
autodestrucción (pancreatitis aguda), a
menudo mortal.
Proteínas de la coagulación
Coenzimas

Son compuestos orgánicos requeridos por las
enzimas para realizar su actividad catalítica.

Actúan como reactivos de transferencia de grupos.

Son específicas para los grupos químicos, a los
que se les llama grupos metabólicos móviles, que
ellas aceptan y donan.

Los grupos metabólicos móviles son fijados al
centro reactivo de la coenzima.
Algunas coenzimas se sintetizan a partir
de metabolitos comunes y nos referimos a
ellas como coenzimas metabolitos.
 El ATP es la más familiar y la más
abundante de estas coenzimas.


Algunas vitaminas son necesarias para la actuación
de determinados enzimas, ya que funcionan como
coenzimas que intervienen en distintas rutas
metabslicas y , por ello, una deficiencia en una
vitamina puede originar importantes defectos
metabólicos.

En los animales, muchas coenzimas se derivan de
las vitaminas B.
VITAMINAS
FUNCIONES
Enfermedades
carenciales
C (ácido
ascsrbico)
Coenzima de algunas peptidasas. Interviene en
la síntesis de colágeno
Escorbuto
B1 (tiamina)
Coenzima de las descarboxilasas y de las
enzimas que transfieren grupos aldehidos
Beriberi
B2
(riboflavina)
Constituyente de los coenzimas FAD y FMN
B3 (ácido
pantotinico)
Constituyente de la CoA
B5 (niacina)
B6
(piridoxina)
Constituyente de las coenzimas NAD y NADP
Interviene en las reacciones de transferencia de
grupos amino.
B12
Coenzima en la transferencia de grupos metilo.
(cobalamina)
Biotina
Dermatitis y
lesiones en las
mucosas
Fatiga y trastornos
del sueño
Pelagra
Depresión, anemia
Anemia perniciosa
Coenzima de las enzimas que transfieren grupos
Fatiga, dermatitis...
carboxilo, en metabolismo de aminoácidos.
Escorbuto
Beriberi
Pelagra
Anemia
Perniciosa
Coenzima Q (CoQ)

Esta coenzima es sintetizada a partir de farnesil
pirofosfato.

La CoQ es capaz de aceptar y donar uno o dos
electrones porque su forma semiquinona es estable.

A su forma oxidada se le conoce como ubiquinona o
quinona. A su forma reducida se le conoce como QH2,
ubiquinol o hidroquinona.
Biotina
La biotina consiste de un anillo imidazol que está unido en forma
cis a la cadena lateral tetrahidrotiofeno del valerato.
La enzima holocarboxilasa sintetasa (HCS) cataliza la activación,
mediante biotinilación, de cinco carboxilasas en células humanas.
NAD y NADP



Derivados de la
niacina.
Fueron las primeras
coenzimas que se
reconocieron.
Participan en gran
cantidad de
reacciones
metabólicas.