Download enzimas - quimicabiologicaunsl

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Prof. Responsable: Dra. Ana Anzulovich
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Prof. Colaborador: Dra. Fanny Zirulnik
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Responsable de los Trabajos Prácticos: Dra.
Alicia Molina
Jefes de TP: Dra. Mariela Coria y Dra. Lorena
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QUIMICA BIOLOGICA
Objetivos:
I.
Comprender las transformaciones energéticas
celulares
II. Establecer los principios de la bioenergética
III. Describir las rutas metabólicas de biosíntesis
 Moléculas Biológicas - Estructura química
 Interacciones entre moléculas
 Degradación y síntesis celular de las moléculas
 Conservación y utilización de la energía en las
células
 Mecanismos regulatorios
En particular, los OBJETIVOS de este curso para las carreras de
Licenciatura y Profesorado en Ciencias Biológicas, son:
- Estudiar las enzimas como herramientas de regulación,
transformación y generación de energía celular.
- Analizar los procesos de degradación y biosíntesis de
los compuestos biológicos, teniendo en cuenta su
interrelación y mecanismos de regulación.
- Integrar las distintas vías metabólicas y su relación con
los mecanismos de producción y utilización de energía
por parte de los seres vivos.

ENZIMAS: Naturaleza Química. Propiedades Generales.
Nomenclatura y Clasificación. Coenzimas y Grupos Prostéticos.
Actividad Enzimática: Unidad de enzima- Actividad específicaActividad molecular. Conceptos de afinidad y cooperatividad
enzimática. Factores que afectan la actividad enzimatica: pH, T,
[S], [Enzima]. Inhibidores naturales de la actividad enzimática.
Mecanismo de regulación metabólica: Inhibición y activación por
sustrato, niveles enzimáticos, modulación de la actividad de
enzimas. Regulación Enzimática: Enzimas alostéricas
(propiedades y cinética). Modulación Covalente. Zimógenos.
Isoenzimas: Propiedades e importancia.
UN POCO DE HISTORIA…
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1850, Louis Pasteur ‘fermentos’ de las levaduras.
1897, Edward Buchner (los fermentos se pueden
aislar de las levaduras). Fredrick W. Kühne (llamó
a esos fermentos ‘enzimas”).
1926, James Sumner (ureasa, estructura proteica).
1930, John Northrop y Moses Kunitz(pepsina,tripsina y quimotripsina).
Ultimos 50 años (estructura y función).
1963- 1º Secuencia de aminoácidos ribonucleasa
pancreática bovina A.
1965, 1º estructura Rx- lisozima de la clara de
huevo de gallina.
1983.Sidney Altman y colaboradores. El ARN de la
ribonucleasa P tiene actividad catalítica.
A+B
Energia
libre (G)
G1 de Reactivos
A+B
Estado de
activacion
Catalizador
C+D
La velocidad a la cual se produce el intermediario
de transición depende de:
1- la Ea,
2- la frecuencia de choques entre las moléculas.
3- orientación adecuada de las moléculas.
Energia de
Activacion
(Ea)
Ea
de la reaccion
catalizada
ΔG (-) de reaccion
G2 de Productos C+D
Progreso de la reaccion
Catalizador: agente capaz de acelerar una
reacción química, sin formar parte de los
productos formados, ni desgastarse en el
proceso.
Las ENZIMAS son macromoléculas que
funcionan como catalizadores biológicos,
ya que disminuyen la Ea y favorecen la
orientación de las moléculas reaccionantes.

Ningún organismo puede vivir sin ENZIMAS

La mayoría de las reacciones deben ser
catalizadas para que ocurran en el tiempo y el
momento que la célula lo requiere.

Las enzimas en general son proteínas que deben
ser sintetizadas correctamente, con la estructura
primaria, secundaria, terciaria y cuaternaria, si
la tuvieran, de toda proteína.

Cualquier alteración de la síntesis de estas
proteínas puede llevar a una patología

Transformación de moléculas de nutrientes simples en
moléculas mas complejas, y viceversa.

Extracción de energía desde combustibles
compuestos degradables por oxidación.

Polimerización de
macromoléculas, etc.
subunidades
para
o
formar

Transformación de moléculas complejas en
moléculas simples y viceversa
ENZIMAS
PAN
PAPAS
ALMIDON
n (GLUCOSA)
ENZIMAS
ARROZ
GLUCOGENO
(GLUCOSA)n
ENZIMAS
PANCETA
CHIZITOS
GRASAS
(TG)
ENZIMAS
CHORIZOS
ENZIMAS
TRIGLICERIDOS
MONO
GLICERIDOS
GLICEROL
+3 AC.GRASOS

Oxido-reducción

Rotura y formación de enlaces C-C

Reorganizaciones internas

Transferencia de grupos

Reacciones de condensación




Al nombre del sustrato o del producto, se le agrega la
terminación ASA. Por ejemplo:
sacarasa, ureasa, amilasa, etc.
O a la reaccion que catalizan, por ej.: oxidoreductasa,
deshidrogenasa, descarboxilasa, etc.
Otras tienen nombres arbitrarios, como:
ptialina salival, pepsina del jugo gástrico, tripsina, etc.
Cada enzima tiene un nombre y un numero asignado
por la Comisión Internacional de Enzimas. Por ej.:
Lactato deshidrogenasa (EC 1.1.1.27)
Clase
1
-
subclase
1
-
subsubclase
1
-
nº de orden
27
1-OXIDORREDUCTASAS
Alcohol deshidrogenasa
(EC 1.1.1.1)
Clase
Lactato
1
deshidrogenasa
2. TRANSFERASAS
Hexoquinasa
(EC 2.7.1.2)
-
subclase
1
-
subsubclase
1
-
nº de orden
27
3. HIDROLASAS
Carboxipeptidasa A
(EC 3.4.17.1)
4. LIASAS
Piruvato
descarboxilasa
(EC 4.1.1.1)
5. ISOMERASAS
Fumarasa ó malato
isomerasa
(EC 5.2.1.1)
6. LIGASAS
Piruvato
carboxilasa
(EC 6.4.1.1)



La mayoría de las ENZIMAS (E) son PROTEINAS
(excepción: la ribozima)
Las ENZIMAS tienen la capacidad de AUMENTAR LA
VELOCIDAD de las reacciones, por ello se denominan
CATALIZADORES BIOLOGICOS
La sustancia sobre las cuales actúan se denominan
SUSTRATO (S)


ESTRUCTURA TERCIARIA Y CUATERNARIA
SITIO DE UNION AL SUSTRATO (Sitio Activo)
Uniones no Covalentes: Puente de hidrógeno
Hidrofóbicas
Electrostáticas

NECESITAN DE FACTORES NO ENZIMATICOS:
inorgánicos (metales) y orgánicos (Coenzimas)

ESPECIFICIDAD DE SUSTRATO. Estereoespecificidad
y especificidad geométrica.

SON REGULABLES: la síntesis de la proteínaenzima, su actividad y degradación.
E
+
S
ES
E
Enzima Sustrato Complejo Enzima
ES
+
P
Producto
Energía
Libre (G)
Estado de transición
Ea de la reacción NO
catalizada
Ea de la
reacción cat.
S
Enz-S
Enz-P
P
Progreso de la reacción
Único
sustrato
ALTA
ESPECIFICIDAD
Glucoquinasa
Glucosa
ESPECIFICIDAD RELATIVA
Hexoquinasas
Grupo de
sustratos
HEXOSAS
glucosa, manosa y fructosa
GLUCOSA
ATP
D-Glucosa
Glucoquinasa
-P
GLUCOSA-6P
ADP
HOLOENZIMA
ENZIMA
TOTAL
COENZIMAS
=
APOENZIMA
PROTEÍNA
(termolábil)
+
COENZIMA
NO PROTEICA
(termoestable)
Transportadores de
grupos funcionales
Transportadores
de electrones
Niacina
NAD, NADP
Ion Hidruro (:H -)
PDH GAD
Riboflavina (Vit.B2)
FAD, FMN
Electrones
SDH
Tiamina (Vit. B1)
PP-tiamina
Aldehídos
PDH, TC
Acido pantoténico
Coenzima A
Grupos acilo
Tiolasa
Ser-Tre
Deshidrat.
Acido fólico
TH4
Grupos
monocarbonados
Piridoxina (B6)
P-piridoxal
Transferencia
grupos aminos
Transamin
asas
Lipoamida
Electrones y
grupos acilos.
PDH
Acido lipoico
Citocromo oxidasa
Catalasa
Fe++ ó Fe+++
Peroxidasa
Anhidrasa carbónica
Zn++
Hexoquinasa
Glucosa-6-fosfatasa
Mg++
Piruvato quinasa
Piruvato quinasa
K+



COMPARTIMENTALIZACION: Diferente
localización dentro de la célula.
SISTEMAS MULTIENZIMATICOS: Enzimas
relacionadas agrupadas formando
verdaderos complejos macromoleculares.
ENZIMAS MULTIFUNCIONALES: Una enzima
que presenta distintos sitios catalíticos

Unidades Internacionales (UI)
(medida de velocidad)
UI =

moles de S transformados
min
Actividad Específica
Actividad enzimática (UI) por miligramo de
proteína presente en la muestra
UI
AE =
mg de proteína

Actividad Molar ó Numero de Recambio
Moléculas de S convertidas en P por unidad de
tiempo y por molécula de enzima
mol de S transformados/min
Actividad molar =
mol de enzima
A
B
Prot.Tot: ∑
+
+ +
Prot.Tot: ∑
+
+
Prot.Tot: ∑
+
D
Actividad
=
específica
U.I.E.
Activ. Enzimática
=
mgr de proteína
Prot. totales
Prot.Tot: ∑

pH

Temperatura

Concentración de Enzima

Concentración de Sustrato
Actividad
enzimática
pH óptimo
pH
Actividad
enzimática
T. óptima
T(ºC)
Act. Enz.
o Vo
Concentración saturante de
sustrato, y a pH yT constantes
[E]
Vo
Vo
Leonor Michaelis y Maud Menten
[S][S]
Ordenada al origen = 1/Vmáx.
Pendiente= Km/Vmáx
Intersección c/eje x = - 1/Km
POR ENLACE COVALENTE
INHIBICION
IRREVERSIBLE
DIFP
Penicilina
Quimotripsina
Transpeptidasa
INHIBIDOR SUICIDA
Alopurinol
Xantina oxidasa
COMPETITIVA
INHIBICION
REVERSIBLE
NO COMPETITIVA
ACOMPETITIVA
Por unión covalente del inhibidor
- Acetilcolinesterasa
- Quimotripsina
Enzima
inactivada
Diisopropilfluorfosfato (DIPF)
Inhibidor suicida
Se une al sitio activo de la enzima y ésta cataliza la modificación
del inhibidor a otro compuesto que permanece unido a la enzima.
El ALOPURINOL es un inhibidor suicida que actúa sobre la
enzima xantina oxidasa (degradación de purinas).
Se forma el oxopurinol el cual queda unido a la enzima.
Succinato + FAD+
COO(CH2)2
COO-
COOCH2
COO-
Malonato
Succinato
deshidrogenasa
Fumarato + FADH2
acompetitivo
REGULACION DE LA ACTIVIDAD DE LAS ENZIMAS
REGULACION ALOSTERICA
REGULACION POR
PROTEINAS
REGULACION DE LA SINTESIS
DE LAS ENZIMAS
REGULACION COVALENTE
REGULACION
POR PROTEOLISIS
ENZIMAS INDUCIBLES
ENZIMA ALOSTERICA
MODULADORES POSITIVOS
MODULADORES NEGATIVOS
Enzima
1
Enzima
2
Enzima
3
Enzima
4
PROPIEDADES DE LAS ENZIMAS
ALOSTERICAS

Poseen un sitio de unión a un metabolito regulador
(sitio alostérico)

La unión del metabolito a la enzima es de carácter
reversible y no covalente.

Son homotrópicas o heterotrópicas.

En general poseen dos o mas sitios reguladores.

La mayoría posee dos o mas cadenas polipeptídicas
o subunidades.

En general tienen un comportamiento cinético
sigmoideo
v
Aspartato (mM)

Hexoquinasa, Fosfofructoquinasa y Piruvato Quinasa

AcetilCoA carboxilasa
Biosíntesis de lípidos

Aspartato Transcarbamilasa

Glutamato Deshidrogenasa
Biosíntesis de nucleótidos pirimidínicos
Degradación de
aminoácidos

Citrato sintasa, isocitrato y a-cetoglutarato
deshidrogenasas
Ciclo de Krebs
Vía glicolítica
POSITIVA
HOMOTROPICA
COOPERATIVIDAD
NEGATIVA
HETEROTROPICA
•POR UNION COVALENTE DE GRUPOS (FOSFATOS , ADENILATOS,
ETC.)
•INTERVIENEN ENZIMAS: QUINASAS, FOSFATASAS
•LA UNION DEL GRUPO PUEDE ACTIVAR O INHIBIR LA ENZIMA POR
UN CAMBIO CONFORMACIONAL
Enzima
Enzima
Fosforilacion
Fosfoadenilacion
ADP-Ribosilación
HO-CH2
CH2- HO
(Cadena lateral de Ser)
Fosforilasa b
(menos activa)
Fosforilasa
quinasa
ATP
2 Pi
ADP
2 H2 O
P -O-CH2
Fosforilasa
fosfatasa
CH2- O- P
Fosforilasa a

Por eliminación de una cadena peptídica, enzimas
inactivas se convierten en enzimas activas y
viceversa.
ZIMOGENOS


Las enzimas digestivas: pepsinógeno y
quimotripsinógeno se convierten en las enzimas
activas pepsina y tripsina.
Suele ocurrir una activación secuencial
produciéndose una cascada de activaciones. Ej.
Coagulación sanguínea.


Modifican la actividad de enzimas
involucradas en el metabolismo celular. Por
ej. Indirectamente activando o inhibiendo la
actividad de la glutamina sintetasa.
RNA polimerasa: Asn, Gln, Glu, Lys y Arg
forman enlaces hidrógenos con las bases del
DNA
 Diferentes formas moleculares de una
misma enzima.
 Son sintetizadas por genes diferentes
 Tienen diferente composición aminoacídica
por lo que pueden separarse por electroforesis.
Catalizan la misma reacción, actuando sobre
el mismo sustrato para dar el mismo producto
Dos isoenzimas presentan en general
diferentes valores de Km y Vmáx.
 Se encuentran ubicadas en diferentes
compartimentos de la célula ó en diferentes
tejidos.
 Son utilizadas en clínica para determinar
el origen del tejido dañado
Actividad
enzimática
Glucoquinasa
Hexoquinasa
Km. hexq
Km. glucq
[glucosa mmol/l
Presenta 5 isoenzimas con distinta
composición en cuanto a sus subunidades
y c/u es específica de un tejido.
H4
H3M
M > Músculo
H > Corazón
H2M2
HM3
M4