Download enzimas - quimicabiologicaunsl


-

-
Prof. Responsables:
Dra. Alicia Molina (Lic. en Ciencias Biológicas)
Dra. Ana Anzulovich (Prof. en Cs. Biológicas y
Lic. en Biotecnología)
Jefes de Trabajos Prácticos:
Dra. Mariela Coria (Lic. y Prof. en Ciencias
Biológicas)
Lic. Gabriela Plateo Pignatari (Lic. en
Biotecnología)
QUIMICA BIOLOGICA- AULAS VIRTUALES
https://quimicabiologicaunsl.wikispaces.com/
http://www.evirtual.unsl.edu.ar/
QUIMICA BIOLOGICA
Objeto de estudio
Reacciones químicas que
ocurren en los seres vivos
y las interrelaciones entre
ellas (Metabolismo)
En particular, los OBJETIVOS de este
curso para las carreras de Lic. y Prof.
en Ciencias Biológicas y Lic. en
Biotecnología, son:
- Analizar los procesos de degradación
y biosíntesis de los compuestos
biológicos, teniendo en cuenta su
interrelación y mecanismos de
regulación.
- Estudiar las enzimas como
herramientas de regulación,
transformación y generación de
energía celular.
- Integrar las distintas vías metabólicas
y su relación con los mecanismos de
producción y utilización de energía por
parte de los seres vivos.

METABOLISMO. Principales nutrientes de autótrofos y
heterótrofos. Catabolismo. Anabolismo. ENZIMAS: Naturaleza
Química. Propiedades Generales. Nomenclatura y Clasificación.
Coenzimas y Grupos Prostéticos. Actividad Enzimática: Unidad
de enzima- Actividad específica- Actividad 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.
Energía para la vida
¿Cómo?
Heterótrofos
Autótrofos
Fotosintéticos
¿Cómo?
HH22O
O
M E T A B O L I S M O
METABOLISMO INTERMEDIO
Conjunto de
reacciones
químicas que
tienen lugar en
las células y
tejidos.
Sentido biológico del metabolismo
1- Obtener energía y poder reductor a partir de los nutrientes.
Heterótrofos
Autótrofos
2- Degradar los compuestos ingeridos con los alimentos, o los de
reserva, en productos más simples, utilizables como precursores para
la síntesis de moléculas constituyentes de órganos y tejidos y otras
sustancias necesarias para su funcionamiento.
Nutrientes
Nutrientes
- CO2
- H2O
- Iones de nitrógeno
- Elementos Minerales
- Carbohidratos
- Lípidos
- Proteínas
- Vitaminas
- Minerales
Sentido biológico del metabolismo
1- Obtener energía y poder reductor a partir de los nutrientes.
2- Degradar compuestos ingeridos con los alimentos, o los de reserva,
en productos más simples, utilizables como precursores para la
síntesis de moléculas constituyentes de órganos y tejidos y otras
sustancias necesarias para su funcionamiento.
DEGRADACION
SINTESIS
Metabolismo
DG
Estructuras simples
SINTESIS
Catabolismo
DEGRADACION
Estructuras complejas
Anabolismo
Productos
finales
carentes
de Energía
Nutrientes
Contenedores
de Energía
Carbohidratos
Lípidos
VIAS CATABOLICAS
(Degradación oxidativa)
CO2
H2O
NH3
Proteínas
NAD+
NADP+
FAD
ADP+HPO42-
NADH
NADPH
FADH2
ATP
Moléculas
Precursoras
Macromoléculas
Celulares
Polisacáridos
Lípidos
Proteínas
Ácidos
Nucleicos
Energía
Química
VIAS ANABOLICAS
(Síntesis reductora)
Monosacáridos
Ácidos grasos
Aminoácidos
Bases nitrogenadas
Equilibrio dinámico
Catabolismo
Anabolismo
Crecimiento
Catabolismo
Anabolismo
Envejecimiento
Anabolismo
Catabolismo
METABOLISMO INTERMEDIO
Conjunto de
reacciones
químicas que
tienen lugar en
las células y
tejidos.
Esquemas de distintos tipos de secuencias metabólicas
Precursor
A
Intermediarios o
metabolitos intermedios
B
Vías
C
Punto de ramificación
A
B
C
Producto
D
E
P
Q
D
E
S
P
S
A
A
Ciclos
B
D
C
B
M
Cascadas
N
X
Y
Vías
catabólicas
convergentes
Vías
anabólicas
divergentes
CONTINUA LA HISTORIA…

1926, James Sumner (ureasa, estructura proteica).

1930, John Northrop y Moses Kunitz- (pepsina,
tripsina y quimotripsina).
- Digestión y degradación de péptidos y proteínas.
CONTINUA LA HISTORIA…


Ultimos 50 años (estructura y
función).
1963- 1º Secuencia de
aminoácidos de la ribonucleasa
pancreática bovina A.
 1983. Sidney Altman y
colaboradores. El ARN de la
ribonucleasa P tiene
actividad catalítica.
Esquemas de distintos tipos de secuencias metabólicas
a
A
B
b
Vías
c
C
c
e
P
f
A
B
g
C
h
k
P
Ciclos
D
ñ
S
A
B
D
n
l
C
m
A
o
M
d
D
i
E
Q
E
j
S
B
p
X
Cascadas
N
q
Y
A+B
Energia
libre (G)
G1 de Reactivos
A+B
Estado de
activación
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.


La/s sustancia/s sobre la/s cual/es actúa/n se
denomina/n SUSTRATO (S).
SITIO DE UNION AL SUSTRATO (Sitio Activo)
Uniones no Covalentes: Puente de hidrógeno
Hidrofóbicas
Electrostáticas
Enz
S

ESPECIFICIDAD DE SUSTRATO. Estereoespecificidad y
especificidad geométrica.

NECESITAN DE FACTORES NO ENZIMATICOS (cofactores):
inorgánicos (metales) u orgánicos (Coenzimas)

La síntesis de la proteína-enzima, su actividad y
degradación SON REGULABLES:.
Esquema de ejemplo de mecanismo de reacción
enzimática de Sacarosa
Único
sustrato
ALTA
ESPECIFICIDAD
Glucosa
Glucoquinasa
ESPECIFICIDAD RELATIVA
Grupo de
sustratos
glucosa
Hexoquinasas
HEXOSAS
manosa
fructosa
GLUCOSA
ATP
D-Glucosa
Glucoquinasa
-P
GLUCOSA-6P
ADP
Citocromo oxidasa
Catalasa
Fe++ ó Fe+++
Peroxidasa
Anhidrasa carbónica
Zn++
Hexoquinasa
Glucosa-6-fosfatasa
Mg++
Piruvato quinasa
Piruvato quinasa
K+
HOLOENZIMA
ENZIMA
TOTAL
COENZIMAS
=
APOENZIMA
PROTEÍNA
(termolábil)
+
COENZIMA
NO PROTEICA
(termoestable)
Transportadores de
grupos funcionales
Transportadores
de electrones
Grupo/s transportado/s
Niacina
NAD, NADP
Ion Hidruro (:H -)
ENZIMAS
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
METABOLISMO INTERMEDIO
Conjunto de
reacciones
químicas que
tienen lugar en
las células y
tejidos.

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 metabolitos combustibles
o compuestos degradables por oxidación.

Polimerización de
macromoléculas, etc.
subunidades
para
formar

Transformación de moléculas complejas en
moléculas simples y viceversa
ENZIMAS
PAN
PAPAS
ALMIDON
nGLUCOSA
ENZIMAS
ARROZ
GLUCOGENO
PANCETA
CHIZITOS
ENZIMAS
MONO
GRASAS
GLICERIDOS
(TG)
CHORIZOS
TRIGLICERIDOS
ENZIMAS
ENZIMAS
GLICEROL
+3 AC.GRASOS

Oxido-reducción

Rotura y formación de enlaces C-C

Reorganización interna

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 reacción 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
Lactato deshidrogenasa
(EC 1.1.1.27)
2. TRANSFERASAS
Hexoquinasa
(EC 2.7.1.2)
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)



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
ACTIVIDAD ENZIMATICA

Unidades Internacionales (UI) (medida de velocidad)
Enzima
nS

nP
UI =
moles de S transformados
min
Actividad Específica: Actividad enzimática (UI) por miligramo
de proteína presente en la muestra.
Extracto proteico
(mezcla de proteínas
extraídas de un tejido)
AE =
µmoles de S transf./min
UI
=
mg de prot.
mg de proteína
Enzima
:

Actividad Molar ó Numero de Recambio: µmoles de S convertidos
en P por unidad de tiempo y por molécula de enzima
moles de S transformados/min
Actividad molar =
mol de enzima
Enzima
:
A
B
1/4
Prot.Tot: ∑
+
1/3
+ +
Prot.Tot: ∑
+
+
1/2
Prot.Tot: ∑
C
A, B y C: pasos de purificación
Actividad
=
específica
+
Activ. Enzimática
U.I.
=
mg de proteína
1/1
mg prot. totales
Prot.Tot: ∑
+ H2O2
(peróxido de
hidrógeno)
+ H2O2
(peróxido de
hidrógeno)

pH

Temperatura

Concentración de Enzima

Concentración de Sustrato
Actividad
enzimática
pH óptimo
pH
Actividad
enzimática
T. óptima
T(ºC)
>>[S]
Ecuación de Michaelis-Menten
Ordenada al origen = 1/Vmáx.
Pendiente= Km/Vmáx
Intersección c/eje x = - 1/Km
Act. Enz.
o Vo
Concentración saturante de
sustrato, y a pH yT constantes
[E]