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CATALIZADORES
ORGÁNICOS.
Dra. Flora E. Arana F.
CUM, Facultad de Medicina
USAC, 2016
ENZIMAS
Proteínas sintetizadas por las células, en respuesta al
requerimiento metabólico
Es un catalizador biológico que reduce el gasto de
energía de una transición
COMPLEJOS ENZIMATICOS
APOENZIMA
Parte proteinca de una Holoenzima, no es activa, necesita
cofactor
HOLOENZIMA: Enzima formada por una parte proteica,
necesita de un cofactor para activarse.
Enzimas: catalizadores de la vida
Oxidación de la Glucosa: Reacciones termodinámicas
factibles aunque no ocurran
Glucosa + 6O2
6CO2 + 6 H2O + energía
Reacción Exergónica; con energía libre = ΔG’ = -686
kcal/mol, o sea que es factible termodinámicamente hablando
en esas condiciones
Entalpia, calor = H
Energia interna = E
Presion y volumen P & V
ΔS = cambio entropía
ΔG= cambio E libre
ΔG= ΔH – T ΔS
CATALISIS
Es la aceleración de la tasa de un reacción química
mediante una sustancia, llamada catalizador, que
no es modificada por la reacción
CATALIZADOR
Un catalizador es una sustancia que acelera una
reacción química, hasta hacerla instantánea o casi
instantánea.
Un catalizador acelera la reacción al disminuir la
energía de activación.
DIAGRAMA ENERGÉTICOS PARA REACCIONES
CATALIZADAS Y NO CATALIZADAS.
Catalizadores
FÌSICOS
INORGÀNICOS
QUÌMICOS
PROTEÌNAS
ENZIMAS
ORGÀNICOS
ARN
RIBOZIMAS
TIPOS DE CATALIZADORES
ORGÁNICOS


ENZIMAS: moléculas de naturaleza
proteica capaces de catalizar reacciones
químicas
RIBOZIMAS: moléculas de ARN con
capacidad catalítica
PROPIEDADES DE LOS
CATALIZADORES



Se necesitan en mínimas cantidades
No sufren alteraciones irreversibles
durante la catálisis
Carecen de efecto sobre la
termodinámica y el equilibrio químico
de las reacciones
CATALIZADORES ORGÁNICOS




Incrementan la velocidad de la reacción de 106-1012
veces
Se localizan dentro de las células, donde la
temperatura, pH y concentración salina son
apropiadas para su actividad
Son muy específicas en relación a los reactantes y
la reacción que catalizan
Son reguladas
ENZIMAS.
Son catalizadores muy potentes y eficaces.
Químicamente son proteínas GLOBULARES
Actúan en pequeña cantidad y se recuperan
indefinidamente.
No llevan a cabo reacciones que sean
energéticamente desfavorables.
No modifican el sentido de los equilibrios químicos


Pueden actuar a nivel intracelular o
extracelular
Actúan en el mismo lugar donde se
segregan

Son solubles en agua

Son activas a concentraciones pequeñas.

la característica más sobresaliente es su
elevada especificidad
ENZIMAS
CONSTITUTIVAS:
SIEMPRE SON SINTETIZADAS POR LA MAQUINARIA
CELULAR. Ejemplo las enzimas de la via glucolitica

INDUCIBLES:
SON SINTETIZADAS SI APARECE UN SUSTRATO, en
ausencia de lactosa E. coli no produce beta
galactosidasa (lactasa)

REPRIMIBLES:
DEJAN DE SER SINTETIZADAS AL APARECER UN
PRODUCTO.

CARACTERÍSTICAS DE LAS
ENZIMAS


La enzima posee uno o más dominios
conocidos como SITIO ACTIVO o
CATALÍTICO, en el cual se realiza la
catálisis
A este sitio se unen SUSTRATOS
(moléculas que van a ser transformadas
en productos)
CLASIFICACIÓN INTERNACIONAL
DE ENZIMAS
OXIDORREDUCTASAS
TRANSFERASAS
En la oxidorreducción, una
molécula dona un electrón
a otra, ésta se oxida y la
otra se reduce
Transferencia de grupos:
aldehidos, acilos, glucosilos,
y fosfatos (kinasas), desde
una molécula a otra
CLASIFICACIÓN INTERNACIONAL DE
ENZIMAS
Actúan sobre enlaces
glucosídicos, éster, peptídicos
y C-N, transformando
polímeros en monómeros
HIDROLASAS
Rompimiento no hidrolítico
entre C y C, entre C y O, entre
C y N y entre C y S. Puede
formar y eliminar dobles
enlaces
LIASAS
CLASIFICACIÓN INTERNACIONAL DE
ENZIMAS
Permite
transformar un
isómero en otro
ISOMERASAS
LIGASAS
Formación de enlaces
entre: C y O, C y S, C
y N, C y C, con aporte
de ATP
CLASIFICACIÓN INTERNACIONAL
DE ENZIMAS
CLASE PRINCIPAL
REACCIÓN QUE CATALIZA
1. Oxidorreductasas
Reacciones de oxido-reducción
2. Transferasas
Transfieren un grupo de átomos de
una molécula a otra
3. Hidrolasas
Rompimiento hidrolítico
4. Liasas
Rompimiento no hidrolítico y
formación o eliminación de doble
enlace
Interconversión de isómeros
5. Isomerasas
6. Ligasas
Formación de enlaces (con consumo
de ATP)
SUSTRATO.



MOLÉCULA SOBRE LA QUE ACTUA LA
ENZIMA.
ENZIMA
SUSTRATO
(ESTADO DE TRANSICIÓN)
ACCIÒN ENZIMATICA
+
=
SUSTRATO
ENZIMA
COMPLEJO ENZIMA- SUSTRATO
+
ENZIMA
PRODUCTO
DR. CARRERACHANG
ENZIMAS ALOSTÉRICAS


Algunas enzimas poseen además del sitio
catalítico, uno o más dominios conocidos
como SITIO ALOSTÉRICO
Aquí se fijan moléculas llamadas
modificadores alostéricos:


positivos (aumentan actividad enzimática)
negativos (disminuyen actividad enzimática)
Sitios funcionales
Sitio activo:
Sitio donde se une el
substrato con la enzima.
Este sitio es específico para
su substrato, como una llave
y una cerradura
SUSTRATO
SITO
ACTIVO
Sitio alostérico:
Sitio ubicado en una región
deferente a la del sitio activo
y posee función reguladora
ENZIMA
SITIO
ALOSTÈRICO
COFACTORES

Puede ser de tres tipos
 Coenzima: NAD, coenzima A y C, son
sustancias orgánicas no proteicas, pueden
separarse de la parte proteica de la enzima;
muchas se derivan de las vitaminas

Grupo prostético: sustancia orgánica unida
covalentemente a la apoenzima, ej: FAD+ Y FMN
Ión metálico activador: K+, Fe2+, Fe3+, Cu2+,
Co2+, Zn2+, Mn2+, Mg2+, Ca2+, y Mo3+
Mg cofactor de enzimas que transfieren grupos fosfato

FUNCIÓN DE LOS COFACTORES



Participan activamente con las enzimas
durante la catálisis
Las coenzimas pueden o no sufrir cambios
durante la catálisis, por ello también se les
conoce como cosustratos
Su presencia es fundamental, sin ellos no
puede ocurrir la reacción bioquímica
COFACTORES
SITIO
ACTIVO
SUSTRATO
MODIFICACIÒN
DEL SITO
ACTIVO
COFACTOR
ENZIMA
NO ACCIÓN ENZIMÀTICA
ENZIMA
+
COFACTOR
ACCIÓN ENZIMÁTICA
COENZIMA
UNIÒN DEBIL
GRUPO PROSTÈTICO
UNIÒN FUERTE
COFACTOR
Orgánico:
 muchas vitaminas funcionan como coenzimas o cofactores;
Grupo Prostético: Unión fuerte (enlace covalente). Ejm: Los
Citocromos.

Coenzimas: Unión débil. Ejem: NAD, NADP, FAD, FMN,
ATP, CoA, Vitaminas.
Inorgánico:


Cuando se trata de iones o moléculas inorgánicas.
Activadores: Son los metales, como:
Cu++, Fe++, Mn++, Zn++, Ca++, Co++, K+, Na+
EJEMPLOS DE COENZIMAS Y VITAMINAS RELACIONADAS
Coenzima
Vitamina
relacionada
Reacción química
NAD+, NADP+
Niacina
Óxido-reducción
FAD
Riboflavina (B2)
Óxido-reducción
Tiamina
pirofosfato
Tiamina (B1)
Transferencia de grupo
aldehído
Coenzima A
Pantoténico
Transferencia de grupo acilo
Tetrahidrofolato
Folato
Transferencia de Carbono
Biotina
Biotina
Carboxilación
Piridoxal fosfato
Piridoxal (B6)
Transaminación
COMPONENTES DE LA ENZIMA



La enzima per se es quien realiza la catálisis
Algunas enzimas necesitan de una o más
moléculas adicionales para realizar la
catálisis
Dicha molécula puede ser orgánica o
inorgánica
COMPONENTES DE LA HOLOENZIMA

Se llama
Apoenzima a la
parte
proteica y
Cofactor a la
molécula no
proteica de un
complejo
Holoenzimátic
o u holoenzima
GRUPO PROSTÉTICO.
MOLÉCULAS PEQUEÑAS
INORGÁNICAS NO DIALIZABLES QUE
ACTUAN COMO COFACTORES
ENZIMÁTICOS.

HOLOENZIMAS
APOENZIMA
APOENZIMA
COENZIMA
GRUPO
PROSTÉTICO
APOENZIMA
ION
METÁLICO
HOLOENZIMA: complejo constituido por
apoenzima (parte proteica) y por
cofactores (coenzima, grupo prostético o
ion metálico)
CINÉTICA ENZIMÁTICA



Las reacciones enzimáticas se caracterizan por
un efecto de saturación
La saturación se debe a que todos los sitios
activos de las enzimas están ocupados
Saturados los sitios catalíticos, aunque se
aumente la concentración de sustrato la
velocidad de reacción no aumenta linealmente
CINÉTICA ENZIMÁTICA


Las enzimas actúan en un rango de pH y
temperatura óptimos, si se cambian estas
condiciones la velocidad no es efectiva
porque sufre desnaturalización
Ejemplos: enzimas del estómago requieren
pH ácido, mientras que las enzimas del
intestino requieren pH básico para su
actividad catalítica
CINÉTICA ENZIMÁTICA



En general, el incremento de temperatura acelera
las reacciones químicas
Las reacciones catalizadas por enzimas siguen esta
ley general
Sin embargo, por tratarse de proteínas, se
empiezan a desnaturalizar a partir de cierta
temperatura por arriba de su valor óptimo
ACTIVIDAD ENZIMÁTICA
Actividad máxima
de la enzima
Desnaturalización
de la enzima
Actividad máxima
de la enzima
Desnaturalización
de la enzima
ECUACIÓN DE MICHAELIS-MENTEN



Modelo que explica la mayoría de reacciones catalizadas por
enzimas
La enzima se combina reversiblemente con su substrato para
formar el complejo enzima-sustrato (ES) que se rompe para
formar el producto, así se regenera la enzima
Para una molécula de sustrato se muestra a continuación:
S + E
k1
ES
k2
P + E
k-1
donde:
S = substrato
E = la enzima
ES = complejo enzima substrato o complejo de Michaelis y Menten
k1,k-1 y k2 = constantes de velocidad de la reacción.
ECUACIÓN DE MICHAELIS-MENTEN

La ecuación de Michaelis y Menten describe
como varía la velocidad de reacción con la
concentración de sustrato:
Vmax S
v0 
Km  S
donde:
v0 = velocidad inicial de la reacción
Vmax = velocidad máxima
Km = constante de Michaelis y Menten= (k1+ k2)/k1
S = concentración de sustrato
INTERPRETACION



La ecuación de Michaelis y Menten explica el grado
de afinidad de la enzima por el sustrato
Mientras mayor sea la afinidad, más rápidamente
ocurre la reacción.
Un valor numérico pequeño de Km refleja una alta
afinidad de la enzima por su substrato porque a
una baja concentración del mismo, la enzima ha
desarrollado ya la mitad de la velocidad máxima.
Modelo de "Cerradura y Llave" o modelo "De
Molde" de un sitio catalítico:
Fue propuesto por Emil Fischer.
En la actualidad se utiliza solamente para
entender ciertas propiedades de las enzimas.
La desventaja se este modelo se encuentra en la
rigidez del sitio catalítico.
.
Modelo de "Ajuste Inducido“
Un carácter esencial es la flexibilidad implícita de
la región del sitio catalítico.
En el modelo de ajuste inducido, el sustrato induce
un cambio conformacional en la enzima.
MODELO DE LA INTERACCIÓN
ENZIMA – SUSTRATO.
REGULACIÒN DE LA ACCION ENZIMÀTICA
FACTORES FÌSICOS.
TEMPERATURA
FACTORES QUÌMICOS.
pH
CONCENTRACIÒN DEL SUSTRATO.
PRODUCTO.
INHIBIDORES.
COOPERATIVISMO
PRESENTE
REVERSIBLES
SUSTANCIAS ALOSTÈRICAS
IRREVERSIBLES
TEMPERATURA Y ACCIÒN ENZIMÀTICA
. El punto óptimo representa el máximo de
actividad.
A temperaturas bajas, los enzimas se hallan "muy
rígidos"
ACCIÒN ENZIMÀTICA
cuando se supera un valor considerable (mayor de
50ºC) la actividad cae bruscamente porque, como
proteína, la enzima se desnaturaliza.
pH y acción enzimática

Presentan un pH óptimo de actividad.
El pH puede afectar de varias maneras:



El centro activo puede contener aminoácidos con
grupos ionizados que pueden variar con el pH.
La ionización de aminoácidos que no están en el
centro activo puede provocar modiicaciones en la
conformación de la enzima.
El sustrato puede verse afectado por las variaciones
del pH.
REGULACIÓN ENZIMÁTICA

INHIBIDORES:

COMPETITIVOS.

NO - COMPETITIVOS
REGULACIÓN DE LA
ACTIVIDAD ENZIMÁTICA


Las actividades enzimáticas pueden
regularse para cubrir las necesidades
celulares
Pueden existir:


Activaciones, aumentan el trabajo de la
enzima
Inhibiciones, disminuyen el trabajo de la
enzima
INHIBICIÓN ENZIMÁTICA


Existen dos tipos principales de inhibición:
Inhibición competitiva


La molécula inhibidora es muy parecida al
sustrato y compite por el sitio activo
Inhibición no competitiva

La molécula inhibidora no se parece al
sustrato, y se une a la enzima en un sitio
alejado del sitio activo, un sitio regulador o
alostérico
INHIBICIÓN COMPETITIVA
INHIBICIÓN NO COMPETITIVA
INHIBICIÓN ALOSTÉRICA
Una enzima susceptible a I. alosterica, se
activa de forma libre, que tiene alta
afinidad a substratos (rojo)
estabilizándola y la convierte en una
enzima de baja actividad
INHIBICIÓN ENZIMÁTICA


En la inhibición alostérica, la unión de la
molécula a la enzima, hace que la
conformación de esta se altere y ya no
reconoce al sustrato
Las inhibiciones pueden ser


Reversibles: se elimina la molécula inhibidora
y se activa la enzima
Irreversible: la molécula inhibidora no es
eliminada y la enzima no se activa
OTROS TIPOS DE REGULACIÓN
ENZIMÁTICA
1.
Modificación covalente:


La fosforilación también puede regular a las
enzimas, algunas se activan y otras se
inactivan
Eliminación de un segmento de la cadena
peptídica
OTROS TIPOS DE
REGULACIÓN ENZIMÁTICA
2.
Realimentación:
a)
b)
Negativa: cuando existe un metabolito que
por diferentes mecanismos, inhibe a una
enzima reguladora para que la vía
metabólica no continúe
Positiva: cuando existe un metabolito en
abundante cantidad, estimula la actividad de
una enzima
OTROS TIPOS DE REGULACIÓN
ENZIMÁTICA
3.
Retroalimentación:
Un producto de cierta vía metabólica,
actúa inhibiendo a una enzima
reguladora, usualmente al inicio de dicha
vía
REGULACIÓN ENZIMÁTICA POR ADICIÓN O
ELIMINACIÒN DE GRUPOS QUÍMICOS.


FOSFORILACIÒN / DEFOSFORILACIÒN.
RUPTURA PROTEOLÌTICA.
Fosforilasa quinasa
ATP
OH
ADP
OH
GLUCOGENO
FOSFORILASA b
(inactiva)
P
Pi
H20
Fosforilasa fosfatasa
P
GLUCOGENO
FOSFORILASA a
(activa)
SISTEMAS MULTIENZIMÁTICOS


Conjunto de enzimas que participan en una
secuencia de reacciones (vía metabólica)
El producto de la enzima A se convierte en
sustrato de la enzima B, y así
sucesivamente hasta el producto final
SISTEMAS MULTIENZIMÁTICOS

Ayudan a incrementar la velocidad del
metabolismo celular

Son muy frecuentes en las células

Ejemplos:



Enzimas de la glucólisis
Enzimas de la b-oxidación
Enzimas de la cadena respiratoria
ISOENZIMAS


Enzimas con función biológica similar, pero diferente
estructura química
Podemos observar su existencia en función de:



tipo de tejido: la lactato deshidrogenasa presenta
isoenzimas distintas en músculo y corazón
compartimento celular donde actúa: la malato
deshidrogenasa del citoplasma es distinta de la de la
mitocondria.
etapas del desarrollo del individuo: algunos enzimas de la
glucólisis del feto son diferentes de las mismas enzimas en
el adulto.
Isoenzimas: formas moleculares distintas de una enzima
dentro del mismo organismo
Hexokinasa: Presenta, al menos, cuatro formas
distintas
- Hepática
- Cerebral
- Muscular
- Eritrocitaria
Las isoenzimas representan formas que tienen que ver
con la diferenciación celular, presentando distintas
características
funcionales.
RIBOZIMAS


En 1983 demostraron que la ARNasa P
formada por ARN y proteínas, cataliza el
corte de pre-ARNt, y que el componente
catalítico es el ARN y no la proteína
Existen ARN sn (pequeños nucleares) que
se unen a proteínas y forman un
espliceosoma, que se encarga del corte de
intrones y empalme de exones en la
maduración del ARNm
RIBOZIMAS

Moléculas de ARN que poseen actividad
catalítica

Forman y rompen enlaces covalentes

Capacidad de catálisis

Participan en los mecanismos de
maduración de los diferentes tipos de ARN
RUPTURA PROTEOLÌTICA
http://slideplayer.es/slide/1048268/#
Estan
estudiando?
En su programa tienen Videos que necesitan ver cada semana, para la
próxima semana llevamos tres temas busquen los videos y hagan un
comentario, de cada uno, además uno de VIH.
Además investigar tres fármacos uno que actúe sobre gram positivo, uno
sobre gram negativo y otro sobre virus, e identificar que enzimas, o
proceso bioquímico bloquea que hace que el mircroorganismo muera.
Video de ciclo vida VIH de Boheringer
Metabolismo
https://www.youtube.com/watch?v=hi4H1tdSnss
https://www.youtube.com/watch?v=hi4H1tdSnss
http://www.youtube.com/watch?v=9zdfhnZ0deE
OBJETIVO.
Al finalizar el laboratorio cada estudiante será capaz de interpretar los
mecanismos subyacentes de la acción enzimática sobre sustratos
específicos.
MATERIAL.
3 Pinzas para sujetar tubos de ensayo.
Solución de almidón al 1%.
Saliva*
Solución de Lugol.
Solución de Benedict.
1 Docena de tubos de ensayo, resistentes al calor*
Lámpara de alcohol
4 Varillas de vidrio
Pastillas de cuajo (renina)*
HCl al 10%
30 cc. de leche*
4 goteros*
4 pipetas de Pasteur.
Guantes descartables*
Crayon graso o maskin tape*
El material marcado con asterisco (*) lo aportan los estudiantes por grupo
IV.
PROCEDIMIENTO.
Acción de la Amilasa sobre el almidón.
a.
Rotule dos tubos: uno con las letras SC (Saliva Cruda) y otro con las letras
SH (Saliva Hervida)
b.
Agregue a cada tubo dos ml. de saliva.
c.
El tubo SH, caliéntelo hasta ebullición (desnaturalización de la amilasa).
d.
Rotule 4 tubos: Uno con SCL (Lugol); otro con SCB (Benedict); otro con SHL
y uno mas con SHB, agregándoles 1 ml de solución de almidón al 1 %, a
cada uno.
e.
Del tubo SC extraiga 10 gotas de saliva para el tubo SCL y 10 gotas para el
tubo SCB. Del tubo SH extraiga 10 gotas de saliva para el tubo SHL y 10
gotas para el tubo SHB.
f.
Después de 5 minutos de haber agregado la saliva a los cuatro tubos, haga
pruebas de Lugol y de Benedict a los tubos con L y B, respectivamente.
g.
Utilice una varilla diferente para cada tubo, al mezclar.
h.
Cada vez que use goteros y pipetas lávelos con agua.
i.
Observe y anote sus resultados en el cuadro. Complete su reporte de
laboratorio de VARIOS.
Acción de la Renina sobre la Caseína de la Leche.
1. Disuelva ¼ de pastilla de cuajo (renina) en 25 ml de agua destilada.
2. Numere 2 tubos de ensayo (1 y 2).
3. En el tubo # 1 coloque 5 ml de leche.
4. En el tubo # 2 coloque 5 ml de leche más 2 gotas de HCl al 10%.
5. Agregue 10 gotas de solución de renina a cada tubo numerado.
6. Observe y anote sus resultados. Complete su reporte de laboratorio de
VARIOS.
Activador: Agente que aumenta la actividad enzimática
Inhibidor: Agente que disminuye la actividad enzimática
Inhibidor reversible: establece un equilibrio con la enzima:
E+I
EI
Inhibidor irreversible: modifica químicamente a la enzima:
E+I
E’
Cofactor (Coenzima):
Átomo, ion o molécula que participa en el proceso
catalítico sin ser enzima ni substrato.
Los cofactores participan de dos maneras distintas:
1. A través de una fijación muy fuerte a la proteína y salen
sin ser modificados del ciclo catalítico
2. Como un segundo substrato; salen modificados del ciclo
catalítico y por lo general requieren otra enzima para volver
al estado original.
Aminoácido
LAO
R CH COO- + O2 + H2O
Cetoácido
R CO COO- + H2O2 + NH4+
NH3+
LAO: L-aminoácido oxidasa: es una flavoproteína
Las flavoproteínas tienen un grupo prostético flavínico,
que interviene en el proceso catalítico sin salir modificado
del mismo
O
H3C
N
H3C
NH
NH
N
O
L-Lactato
Piruvato
COOC O
COO-
LDH
HO C H
CH3
CH3
NADH + H+
NAD+
LDH: Lactato deshidrogenasa
Utiliza como cofactor NADH, el cual sale de la reacción
oxidado a NAD+. La regeneración a NADH requeriría otra
enzima.