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Metabolismo
DG
SINTESIS
Catabolismo
DEGRADACION
Estructuras complejas
Anabolismo
Estructuras simples
Conjunto de reacciones químicas que se llevan a cabo en la célula
Equilibrio dinámico
Catabolismo
Anabolismo
Crecimiento
Catabolismo
Anabolismo
Envejecimiento
Anabolismo
Catabolismo
Nutrientes
Contenedores
de Energía
Carbohidratos
Lípidos
Proteínas
Productos
finales
carentes
de Energía
VIAS CATABOLICAS
(Degradación oxidativa)
NAD+
NADP+
FAD
ADP+HPO42-
NADH
NADPH
FADH2
ATP
Macromoléculas
Celulares
Polisacáridos
Lípidos
Proteínas
Ácidos Nucleicos
VIAS ANABOLICAS
(Síntesis reductora)
Energía
Química
CO2
H2O
NH3
Moléculas
Precursoras
Monosacáridos
Ácidos grasos
Aminoácidos
Bases nitrogenadas
Esquemas de distintos tipos de
secuencias metabólicas
a
b
A
B
c
d
C
D
E
p
P
Vías
a
b
A
B
c
Q
d
C
D
f
E
e
S
P
Ciclos
d
S
A
a
B
D
c
a
C
b
A
B
M
Cascadas
N
X
Y
RUTAS METABOLICAS
AcetilCoA
Catabolismo
convergente
Síntesis
Divergente
REGULACION DEL METABOLISMO
Ez. Alostéricas
INMEDIATA
Modif.
Covalente
HORMONAS
MEDIATA
Conc.de Enzimas
CITOSOL
COMPARTIMENTALIZACION
MEMB.MITOC.INTERNA
CPLEJOS. MULTIEZ.
Esquema de relaciones entre rutas catabólicas y anabólicas
Metabolismo
- Digestión. Conversión de los alimentos en
sustancias absorbibles en el tracto intestinal.
Implica el desdoblamiento mecánico y químico de
los alimentos, en moléculas absorbibles.
- Absorción de nutrientes. Pasaje del producto de
la digestión desde la luz intestinal a la circulación.
- Metabolización. Utilización de los nutrientes
para obtención de energía y/o para la síntesis de
compuestos celulares.
BOLILLA 1:
ENZIMAS.
Introducción: Nomenclatura y clasificación.
Determinación de la actividad enzimática. Unidades.
Complejo enzima-sustrato. Sitio activo.
Cinética enzimática.
Factores que modifican la actividad enzimática.
Tipos de Inhibiciones.
Regulación.
Enzimas alostéricas. Propiedades y cinética.
Control por proteínas: activación proteolítica.
Modulación covalente.
Isoenzimas.
Regulación de la expresión génica: represión e inducción
enzimática.
HISTORIA
A fines del siglo XVIII: catalizadores en estudios de la digestión
de la carne por secreciones del estómago.
• Louis Pasteur, 1850 (fermentos –azúcar  alcohol- de la
levadura)
• Eduard Buchner, 1897 (levaduras)
• Fredrick Kühne fue el primero en llamar a los fermentos:
ENZIMAS
• James Summer, 1926 (ureasa)
• John Northrop y Moses Kunitz, 1930 (pepsina, tripsina y
quimotripsina)
Estructura y función
• 1963: 1º Secuencia de aminoácidos de la ribonucleasa
pancreática bovina A
• 1965: 1º Estructura por RX de la Lisozima de clara de huevo de
gallina
• 1983: Sidney Altman y Col. observaron que el RNA de la
ribonucleasa tiene actividad catalítica.
ENZIMAS - FUNCIÓN
En los seres vivos se producen reacciones químicas para:
• Transformar los nutrientes de los alimentos para obtener
energía.
• Transformar nutrientes simples en moléculas complejas y
viceversa.
• Obtener materia prima para la síntesis de nuevas moléculas.
• Degradar componentes celulares una vez cumplida su vida
útil.
• Extraer energía desde combustibles por oxidación.
• Polimerizar subunidades para formar macromoléculas.
Las transformaciones bioquímicas en los seres vivos
ocurren:
• a gran velocidad
• con gran especificidad
• en condiciones muy moderadas de temperatura, pH,
presión, etc.
Un catalizador es una sustancia capaz de acelerar
una reacción química sin formar parte de los
productos finales ni desgastarse en el proceso.
ENZIMAS
Los catalizadores biológicos son macromoléculas
llamadas enzimas
La mayoría de las enzimas son proteínas, con la
excepción de un pequeño grupo de moléculas de
RNA catalítico, llamadas ribozimas.
Actividad catalítica: depende de la integridad de su
conformación proteica nativa
CARACTERISTICAS DE LAS ENZIMAS
PROTEINAS y RNA (Ribozimas):
Estructura terciaria y cuaternaria
SITIO DE UNION AL SUSTRATO:
Uniones no Covalentes (puente de hidrógeno, hidrofóbicas,
electrostáticas)
NECESITAN DE FACTORES ENZIMATICOS:
Inorgánicos (metales) y orgánicos (Coenzimas)
ESPECIFICIDAD DE SUSTRATO:
Estéreo-especificidad y especificidad geométrica
SON REGULABLES:
La síntesis de la proteína, su actividad y degradación.
DISTRIBUCION DE LAS ENZIMAS
COMPARTIMENTALIZACION: Diferente localización
dentro de la célula.
SISTEMAS MULTIENZIMATICOS: Enzimas relacionadas
agrupadas formando verdaderos complejos.
ENZIMAS MULTIFUNCIONALES: Una enzima que
presenta varios sitios catalíticos distintos en una misma
cadena polipeptídica.
Tipos de reacciones catalizadas por
enzimas
 Oxido-reducción
 Rotura y formación de enlaces C-C
 Reorganizaciones internas
 Transferencia de grupos
 Reacciones de condensación
NOMENCLATURA Y CLASIFICACIÓN DE
ENZIMAS
Nombre común : nombre de uso cotidiano
asa + nombre del sustrato de la
reacción
Ejemplo: sacarasa, ureasa, amilasa, etc
Nombres arbitrarios Ej: ptialina salival, pepsina del jugo
gástrico, etc.
Nombres según el tipo de reacción catalizada.
Ej: deshidrogenasas, carboxilasas, etc.
Nombre sistemático:
Unión Internacional de Bioquímica y Biología Molecular (IUBMB)
Se asigna a cada enzima un nombre descriptivo y un número que
permite identificarla inequívocamente
Nombre común: Hexoquinasa
Nombre sistemático: ATP: glucosa fosfotransferasa
Código de 4 dígitos: 2.7.1.1.
Clase 2: transferasa
Subclase 7: fosfotransferasa
Subsubclase 1: fosfotransferasa con un grupo hidroxilo como
aceptor
N° de orden de la enzima en su subclase 1: glucosa como aceptor
del grupo fosfato
1- OXIDORREDUCTASAS: DESHIDROGENASAS,
OXIDASAS, OXIGENASAS, REDUCTASAS,
PEROXIDASAS
2- TRANSFERASAS: TRANSCARBOXILASAS,
TRANSMETILASAS Y TRANSAMINASAS.
3- HIDROLASAS: ESTERASAS, FOSFATASAS,
PEPTIDASAS.
4- LIASAS: DESCARBOXILASAS, HIDRATASAS,
DESHIDRATASAS, DESAMINASAS.
5- ISOMERASAS: EPIMERASAS, MUTASAS.
6- LIGASAS: SINTETASAS, CARBOXILASAS
COFACTORES
Según su modo de interacción con la enzima
COENZIMAS
 Unión laxa a la enzima
 Actuaría como co-sustrato
 Son moléculas orgánicas pequeñas
 Muchas se encuentran libres y solo se unen a la enzima
en el momento de la catálisis
GRUPO PROSTÉTICO
 Molécula orgánica no proteica
 Se une fuertemente a la enzima
 Solo se separa por desnaturalización
IONES INORGÁNICOS
Aniones - cationes
COFACTORES
• Iones inorgánicos: Fe2+ Mg2+
Mn
2+
Zn2+
En el caso de las COENZIMAS se forma un complejo:
HOLOENZIMA =
Enzima total
APOENZIMA +
Proteína
Termolábil
No dializa
COENZIMA
No proteínica
Termoestable
Oxidorreductasas, transferasas, isomerasas y ligasas
requieren coenzimas
PROPIEDADES DE LAS ENZIMAS
LOCALIZACIÓN
INTRACELULAR
DE LAS ENZIMAS
PROPIEDADES DE LAS ENZIMAS
SITIO ACTIVO
 Región de la molécula enzimática a la que se une el
sustrato por uniones no covalentes (puente de
hidrógeno, hidrofóbicas, electrostáticas).
 Es una agrupación de un número no muy grande de
aminoácidos distribuidos espacialmente de manera
precisa.
Hipótesis de Fischer: estructuras rígidas
Sitio de unión
Sitio catalítico
Hipótesis de Koshland: estructuras adaptables
ZIMÓGENOS
Algunas enzimas se sintetizan en la célula de origen al
estado de PRECURSORES INACTIVOS llamados
zimógenos, proenzimas o preenzimas. Ej: Enzimas
digestivas
SISTEMAS MULTIENZIMÁTICOS
1. Varias enzimas diferentes cuyas acciones se complementan.
2. Están ordenados, generalmente en membranas, de modo que el
producto de la reacción catalizada por la primera enzima es
recibido como sustrato por la segunda y así sucesivamente.
3. Las transformaciones se producen según la secuencia establecida
por la disposición espacial de los catalizadores. Ej: Cadena
Respiratoria
ENZIMAS MULTIFUNCIONALES
Presentan varios sitios catalíticos distintos en una misma
cadena polipeptídica. Ej: ácido graso sintasa.
Catálisis enzimática
• Las células y organismos vivos deben realizar distintos tipos
de trabajo para permanecer vivos y reproducirse.
• La síntesis continua de componentes celulares requiere de
trabajo químico
• La acumulación y retención de sales contra un gradiente de
concentración implica la realización de un trabajo osmótico
• La contracción muscular o el movimiento bacteriano
representa un trabajo mecánico
Determinación de la actividad enzimática
Se puede determinar, midiendo:
 La cantidad de producto formado
 O de sustrato consumido
 En un tiempo dado
 Como una sumatoria de todos los factores
requeridos para la reacción
ACTIVIDAD ESPECÍFICA
 Es una expresión que indica la pureza relativa de
una preparación enzimática.
 Relaciona Actividad Enzimática, no con el volumen de
muestra, sino con el total de proteínas existentes en
la misma.
 Se define como:
UNIDADES DE ENZIMA POR MG DE PROTEÍNAS
PRESENTES EN LA MUESTRA
ACTIVIDAD ENZIMATICA
Unidades Internacionales
Cantidad de enzima que cataliza la transformación de
1 μmol (10-6 mol) de Sustrato por minuto:
E
Sustrato  Producto
mmol de S transformados
U.I. =
minuto
Siempre bajo condiciones definidas de pH y temperatura
(mol/seg)
 Para todo esto, los seres vivos requieren y
utilizan la energía de su entorno
 La cantidad de energía realmente
transformable en trabajo se denomina
energía libre
 y ésta siempre será ligeramente inferior a la
variación de energía total, ya que una parte de
la misma se disipa en forma de calor
 La variación de energía libre (DG)
Energía de Gibbs
de una reacción química es una expresión cuantitativa de lo
lejos que se encuentra el sistema del equilibrio.
 Aquellas reacciones que liberan energía libre se denominan
exergónicas.
 Dado que los productos de estas reacciones tienen menor
energía libre que los reactivos, DG es negativa.
 Aquellas reacciones en las que los productos poseen mayor
energía libre que los reactivos son endergónicas y
DG es positiva.
 El estado de transición o barrera de activación,
representa los cambios que se generan en la molécula del S.
 Las barreras de activación son importantes para la
estabilidad de las biomoléculas.
 Es por esto que las reacciones sin catalizar tienden a ser
muy lentas.
 Todas las moléculas biológicas son muy estables al pH
neutro, temperatura suave y ambiente acuoso en el interior
de las células.
 Todas las reacciones químicas celulares se llevan a cabo
porque las enzimas actúan disminuyendo la barrera
energética entre el S y el P
FACTORES QUE AFECTAN LA VELOCIDAD DE LA
REACCIÓN
CONCENTRACIÓN DE ENZIMA
Cantidad saturante de sustrato, pH y T°C constantes
Se establece la
relación entre
Cantidad y Actividad
de enzima
A
C
T
I
V
I
D
A
D
E
N
Z
I
M
Á
T
I
C
A
CONCENTRACIÓN DE ENZIMA
Velocidad de reacción
directamente
proporcional a la
concentración de
enzima
FACTORES QUE AFECTAN LA VELOCIDAD
DE LA REACCIÓN
TEMPERATURA
Temperatura
óptima
[E], [S], pH: constantes
pH óptimo
7
6
•
Los cambios del pH del medio
afectan el estado de
ionización de grupos
funcionales de las moléculas
de E y S.
•
Para la formación del [ES] es
necesaria una correcta
distribución de las cargas en
ambas moléculas
8
PH ÓPTIMO ES AQUEL EN EL CUAL EL ESTADO DE DISOCIACIÓN DE LOS
GRUPOS ESENCIALES ES EL MÁS APROPIADO PARA INTERACCIONAR EN EL
COMPLEJO ES
FACTORES QUE AFECTAN LA VELOCIDAD
DE LA REACCIÓN
EFECTO DEL pH
[E], T°C, [S]: constantes
FACTORES QUE AFECTAN LA VELOCIDAD
DE LA REACCIÓN
CONCENTRACIÓN DEL SUSTRATO
[E], pH, T°C: constantes
Reacción de primer
orden: existe
proporcionalidad
entre velocidad y [S].
Curva hiperbólica
Reacción de 1° orden
ECUACIÓN DE MICHAELIS- MENTEN
(1913)
Relación precisa entre velocidad inicial y [S]
Constante de Michaelis ( Km)
• Es característica de una enzima y su sustrato particular
• Refleja la afinidad del sustrato por la enzima.
• Km es numéricamente igual a la concentración del
sustrato que corresponde a una velocidad de reacción igual
a la mitad de la velocidad máxima.
• En condiciones definidas de pH, T°C, Km tiene un valor
fijo para cada enzima y sirve para caracterizarla.
Orden de la reacción
 Cuando [S] es menor a Km, la
velocidad de reacción es
proporcional a la [S]
 por lo tanto la velocidad de
reacción es de primer orden con
respecto al sustrato.
 Cuando [S] es mayor a Km, la
velocidad de reacción es
constante e igual a Vmax
 por lo tanto la velocidad de
reacción es de orden cero con
respecto a la concentración del
sustrato.
ECUACIÓN DE MICHAELIS- MENTEN
Cinética del estado estacionario
k1
E + S
k2
ES
k -1
E +P
Reacción de orden cero
Reacción de 1° orden
V0= Velocidad inicial de la reacción
Vmáx= Velocidad Máxima
Km= constante de Michaelis
[S]= concentración del sustrato
La ecuación de Michaelis- Menten puede ser transformada
algebraicamente en ecuaciones utilizables para la
determinación práctica del valor de Km.
Es decir, transformamos matemáticamente una curva
hiperbólica en una recta.
Al invertir la ecuación de Michaelis- Menten se obtiene la
ecuación de una recta llamada:
LINEWEAVER-BURK
ECUACIÓN DE LINEWEAVER-BURK
Ordenada al origen = 1/Vmáx.
Intersección c/eje x = - 1/Km
El valor de km guarda relación
inversa con la afinidad de la
E por el S
A MAYOR AFINIDAD,
MENOR VALOR DE Km