T-Enzimas I 2015

2015
ENZIMAS I
1. Introducción. Importancia.
2. Definición. Estructura.
3. Conformación de las enzimas. Cofactores.
Funciones de los Cofactores.
4. Mecanismo de acción.
5. Características:
Poder catalítico.
Regulación.
Especificidad.
6. Modelos que explican la especificidad enzimática.
7. Clasificación de las enzimas. Nomenclatura.
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… ENZIMAS I
¿Qué son las enzimas?
 Son
proteínas
especializadas,
sintetizadas por la célula viva, que
aceleran
la
velocidad
de
la
reacciones bioquímicas. Algunas
enzimas son moléculas de ARN.
 Las enzimas reducen en órdenes de
magnitud el tiempo necesario para
que tenga lugar la reacción.
 Son altamente específicas.
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… ENZIMAS I
¿Donde
intervienen
las enzimas?
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… ENZIMAS I
Estructura de las enzimas:
Sitio activo: Sitio de unión y de reacción con el
sustrato. En algunos casos se pueden alojar
inhibidores.
Sitio alostéricos (enzimas alostéricas): Sitio de
regulación donde se alojan activadores e
inhibidores.
Sitio activo
Enzima
Sitio activo
Sitio
alostérico
Enzima Alostérica
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Estructura de las enzimas:
… ENZIMAS I
Todos los sitios
están formados por
cadenas
R
de
aminoácidos.
Función
de anclaje
Función
Catalítica
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Constituyentes de las enzimas:
… ENZIMAS I
Enzimas
Conjugadas
Simples
Solo
proteína
Diversas funciones:
Catalitico.
Anclar sustrato a la enzima.
Mantener conformación de
la enzima.
Proteína
(Apoenzima)
No Protéica
(Cofactor)
+
HOLOENZIMA (Enzima activa)
Coenzima
Moléculas
orgánicas
Transportan
H+, e-, grupos aldehidos, aminos, acilos, CO2.
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Iones
Metálicos
Mg+2, Ca+2, Zn+2 , entre
otros.
Constituyentes de las enzimas:
Enzima Conjugada
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Mecanismo de acción enzimática:
Ec. General de acción enzimática
Complejo enzima - sustrato
… ENZIMAS I
Características de las enzimas:
1.- Poder catalítico.
2.- Regulación.
3.- Especificidad enzimática.
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… ENZIMAS I
Características de las enzimas:
… ENZIMAS I
1.- Poder catalítico:
Capacidad de las enzimas para
reducir la energía de activación
en las reacciones.
Aumenta la velocidad de
reacción
_____ No catalizada.
- - - - Catalizada.
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Características de las enzimas:
Progreso de una reacción no catalizada
… ENZIMAS I
Progreso de una reacción catalizada
Se disminuye la energía de activación.
Se acelera la velocidad de reacción.
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… ENZIMAS I
¿Porqué las enzimas
aumentan la
velocidad de reacción?
 Generan
“atajos
de
reacción”
que
requieren
menos energía de activación.
 Aportan
energía
de
enlazamiento, que desciende
la energía de activación.
 Aproximan
sustratos
reaccionantes (evitan azar).
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Características de las enzimas:
2.- Regulación:
… ENZIMAS I
Capacidad para modificar la afinidad
por el sustrato.
Moduladores alostéricos (+):
Elevan la afinidad de la enzima
por el sustrato.
Enzimas alostéricas
Poseen
Aloja
sitio de regulación.
Enzimas moduladas
covalentemente
Moduladores
alostéricos (-):
Disminuyen la afinidad de la
enzima por el sustrato.
Modifican la
actividad de
la enzima.
Las formas activas e inactivas son
interconvertidas
por
modificaciones
covalentes de su estructura que son catalizada
por otras enzimas.
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… ENZIMAS I
Características de las enzimas:
Enzimas alostéricas
Su actividad está regulada mediante un sitio
alostérico, que es un sitio, distinto del sitio
activo de la enzima, donde se unen los
moduladores.
E
M+
S
M+
E
M+
Sitio Alostérico
E
Sitio Activo
M-
Aumenta la afinidad por el sustrato
Modifican la estructura
tridimensional del sitio
activo
M-
E
S
M-
Disminuye la afinidad por el sustrato
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E
S
… ENZIMAS I
Características de las enzimas:
Enzimas alostéricas
La serie de
reacciones
catalizadas por
enzimas constituye
una ruta.
Precursor (es)
original (es)
1
2
3
4
Inhibición por
retroalimentación:
el producto final
bloquea una de las
primeras
reacciones y para
toda la serie.
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5
6
Producto
final
Enzimas moduladas covalentemente:
Por medio
Solo existen en dos formas:
Activas o inactivas.
interconversión
… ENZIMAS I
Adición covalente de grupos químicos.
reversible.
Catalizadas
por enzimas
Fosfatos
Metilos
Acetilos
Nucelotidos
Ejemplos: Glucógeno fosforilasa.
Glucógeno fosforilasa a
Glucógeno fosforilasa b
Pi
Pi
Fosforilasa quinasa
Pi
Pi
+ 4 Pi
Fosforilasa fosfatasa
Activa
Inactiva
Pi= grupos inorgánicos.
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… ENZIMAS I
Regulación:
Control de la concentración (genético).
Las células pueden sintetizar enzimas
como respuesta a sus necesidades en
un momento dado, a esto se le conoce
como inducción enzimatica.
Las células tambien pueden inhibir la
síntesis de enzimas en respuesta a las
condiciones de un momento dado, lo
cual se conoce represión enzimática.
La regulación de la síntesis de
enzimas se puede hacer a nivel
transcripcional o traduccional.
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Otros mecanismos que regulan la actividad enzimática:
Zimógenos:
Precursor inactivo de una enzima, que luego se convierte
en enzimas activas por la ruptura irreversible de uno o
varios enlaces peptídicos. Por ejemplo, el pepsinógeno
precursor de la pepsina.
pepsina
Pepsinógeno
pepsina + péptidos
Se sintetiza dentro de la célula
Se activa en el estomago a pH bajo por acción de la pepsina libre.
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Características de las enzimas:
3.- Especificidad enzimática:
Un solo sustrato
Especificidad
Absoluta
Especificidad
Relativa
Estereoespecificidad
De grupo
De enlace
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… ENZIMAS I
… ENZIMAS I
Especificidad absoluta:
Un solo sustrato:
La enzima solo puede actuar
sobre un tipo de substrato.
Estereoespecificidad:
Actúan
sobre
determinado isómero.
Ureasa
(E)
Urea
(S)
Maltasa
(E)
Malta
(S)
Aspartato oxidasa
(E)
D-Aspartato
(S)
Fumarasa
(E)
Cis Fumarato
(S)
un
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… ENZIMAS I
Estereoespecificidad:
L-Aspartato
(S)
D-Aspartato
(S)
Aspartato oxidasa
(E)
Cis Fumarato
(S)
Fumarasa
(E)
Trans Fumarato
(S)
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… ENZIMAS I
Especificidad relativa:
Actúan sobre muchos compuestos que poseen un rasgo
estructural común.
De grupo:
Ejemplo. Hexoquinasa
De enlace:
Ej. Peptidasas son enzimas que rompen los enlaces peptídicos.
Glucosidasas catalizan la hidrólisis de enlaces glucosídicos.
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Modelos de acción enzimática:
… ENZIMAS I
1.- Modelo de llave-cerradura, Fisher en 1894.
(Especificidad absoluta).
La molécula de sustrato se adapta al centro activo de la enzima del mismo
modo que lo haría una llave al encajar en una cerradura, es decir, que
tienen una relación estructural complementaria.
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Modelos de acción enzimática:
… ENZIMAS I
2.- Modelo de ajuste inducido, Koshland en 1958.
(Especificidad relativa).
• El sitio activo no es una cavidad geométricamente rígida y preexistente.
• El sitio activo es totalmente cambiante y ajustable a varios sustratos.
• El sustrato induce cambios en la conformación de la enzima, permitiendo de
esta forma que se adapte y se logre la acción catalítica.
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Clasificación de las enzimas:
… ENZIMAS I
Unión Internacional de Bioquímica y Biología
Molecular (IUBMB).
http://www.chem.qmul.ac.uk/iubmb/enzyme/
http://www.enzyme-database.org/
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… ENZIMAS I
NÚMERO EC (Enzyme Commission)
Número EC (Enzyme Commission).
El número EC tiene cuatro dígitos, ejemplo: EC 1.10.3.3.
 Primer dígito: clase.
Segundo dígito: subclase.
Tercer dígito: subsubclase.
Cuarto dígito: identificación de la enzima o nº de la serie.
Nombre sistemático, nombre recomendado
y nombre común
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… ENZIMAS I
Clasificación internacional de las enzimas:
Nº
Clase
Tipo de reacción que cataliza
1
Oxido-reductasa
Oxidorreducción entre un par de sustratos
(Oxigenasas y deshidrogenasas, entre otras).
2
Transferasas
Transferencia de un grupo funcional a otro.
3
Hidrolasas
4
Liasas
5
Isomerasas
6
Ligasa
Ruptura hidrilítica de enlaces químicos ( uniones
peptídicas, glucosídicas, ésteres, entre otras).
Adición o remoción de un grupo del sustrato por
medios no hidrolíticos ni de oxidación.
Implica cualquier tipo de isomerización por
reacomodo intramolecular.
Condensación de dos moléculas diferentes,
acopladas a la ruptura de ATP.
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Ejemplo Nomenclatura:
Triacilglicérido+H2O
Diacilglicérido + ácido graso
Nombre común: LIPASA.
Nombre sistemático: Gliceral-ester hidrolasa.
Código: EC. 3.1.1.3.
EC: Comisión de enzima.
3= Clase (hidrolasa).
1=subclase (tipo de enlace: ester).
1=sub-subclase (enlace específico. Esteres carboxílicos).
3=Nº de la serie.
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GRACIAS
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… ENZIMAS I
Clase 1. Oxidorreductasas
(Transferencia de electrones)
Enzima
AH2 +
B
A
+
BH2
Ejemplos: Glucosa oxidasa.
β-D-Glucosa + O2
D-Glucano-δ-lactona + H2O2
Ejemplos: Glucosa-6-fosfato deshidrogenasa .
Glucosa-6-fosfato + NADP+
6-fosfogluconato + NADPH
Si una molécula se reduce, tiene que haber otra que se oxide.
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… ENZIMAS I
Clase 2. Transferasas
(Transferencia de grupos funcionales)
Enzima
A-B + C
A
+
B-C
Ejemplos: Glucoquinasa.
D-Glucosa + ATP
D-Glucosa-6P + ADP
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… ENZIMAS I
Clase 3. Hidrolasas
(Reacciones de hidrólisis)
Enzima
A-B +
H2O
A-OH
+
BH
Ejemplos: Lipasa.
Triacilglicérido + H2O
Diacilglicérido + Ác. graso
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… ENZIMAS I
Clase 4. Liasas
(Adición de grupo a dobles enlaces, o formación de dobles enlaces
por remoción de grupos)
Enzima
A=BC
A=B
+
C
Ejemplos: Piruvato descarboxilasa.
Ác. pirúvico
Acetaldehído + CO2
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… ENZIMAS I
Clase 5. Isomerasas
(Transferencia de grupos dentro de la molécula para formar
isómeros)
Enzima
A
B
Ejemplos: Glucosa isomerasa.
D-Glucosa
D-Fructosa
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… ENZIMAS I
Clase 6. Ligasas
(Promueven la unión covalente de dos moléculas acopladas con la
ruptura de un enlace ATP)
Enzima
A
+
B
A-B
ATP
AMP+PPi
Ejemplos: L-Aspartato-amonio Ligasa.
L-Aspartato + NH3
L-Asparagina
ATP
AMP+PPi
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Enzimas moduladas covalentemente:
… ENZIMAS I
Inactiva
Activa
Ejemplos: Glucógeno fosforilasa.
Pi
Pi
4 Pi
Pi
Pi
4 Pi
Activa
Pi= grupos inorgánicos.
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Inactiva