Resumen T8 protegido Introducc Enzimas

ENZIMAS
Tema 8. Proteínas con carácter enzimático
Tema 9. Cinética enzimática: Ec. Michaelis-Menten. Representaciones
gráficas
Tema 10. Factores que afectan a la velocidad de la reacción
enzimática.Efecto del pH y temperatura
PROTEINAS CON CARÁCTER
ENZIMÁTICO
Tema 11. Inhibición enzimática
Tema 8
Tema 12. Reacciones bisustrato. Mecanismo de acción y cinética.
Características generales
Tema 13. Enzimas reguladoras (I): Alosterismo
Complejo funcional enzimático
Tema 14. Enzimas reguladoras (II): Modificación Covalente
Tema 15. Clasificación de Enzimas
Tema 16. Coenzimas de oxido reducción
Tema 17. Coenzimas de transferencia
ENZIMAS
1
2
ENZIMAS
IMPORTANCIA DE LOS ENZIMAS (II)
Definición: catalizadores biológicos. Intervienen
acelerando la velocidad de las reacciones que tienen
lugar en los seres vivos.
Localización
Histoenzimología
por
Diagnósticos enfermedades
CARACTERÍSTICAS DE LAS ENZIMAS
A) Elevado poder catalítico: aceleran las reacciones
multiplicando su velocidad por un millón de veces o incluso
mas.
B) Especificidad: altamente especificas
Reacciones metabólicas
y su regulación
Distribución
intracelular de las
enzimas
Estructuras
y
mecanismos de acción
Extractos se usa para
Estudios de :
Una enzima cataliza normalmente
- una sola reacción
- grupo de reacciones estrechamente relacionadas.
Catalizadores
en
síntesis
industrial
3
Se pueden extraer sin
perder
actividad
biológica
4
1
NATURALEZA DE LAS ENZIMAS
ENZIMAS: RESEÑA HISTORICA
• Primera descripción (finales del siglo XVIII)
• PROTEÍNAS (1930), a excepción de un pequeño grupo
de moléculas de RNA catalítico (Ribozimas).
• 1850. Estudios de Luis Pasteur: fermentación en
células vivas. Sist vivos dotados de “fuerza vital”
• 1878. Friedrich Wilhelm Kühne: en+zyme (levadura)
• Actividad catalítica está en función de mantener íntegra
la conformación nativa.
- Pérdida de su actividad catalítica : Si se desnaturaliza
• 1897. Eduard Buchner: Ferment. alcohólica
• 1926. James Sumner: cristaliza la ureasa
• Segunda mitad del siglo XX: se purifican y
caracterizan millares de enzimas, lo que ha
permitido conocer su mecanismo de acción.
5
6
Estructura
DIFERENCIAS ENTRE LOS CATALIZADORES
QUÍMICOS ORDINARIOS Y LAS ENZIMAS.
1.- Velocidad de reacción mas elevada ( de 106- 1012 veces)
La velocidad se mide como sustratos que desaparecen en la
unidad de tiempo
V = - dS/ dt
ó de productos formados en la unidad de tiempo
V = dP/dt
2.- Condiciones de reacción mas suaves
3.- Especificidad de reacción mayor
4.- Capacidad para la regulación.
_
Enzima
A
7
B
C
D
8
2
Clasificación de las enzimas
CLASIFICACIÓN INTERNACIONAL DE ENZIMAS
Comisión de Enzimas (EC) de la Unión Internacional de Bioquímica y
Biología Molecular(IUBMB)
De acuerdo con el tipo de reacción que catalizan
1. Oxidorreductasas
catalizan reacciones REDOX
2. Transferasas
transfieren grupos funcionales
3. Hidrolasas
catalizan reacciones de hidrólisis
4. Liasas
rompen enlaces C-O, C-C y C-N
5. Isomerasas
reagrupan grupos funcionales
6. Ligasas
juntan dos moléculas
1. Oxidorreductasas: catalizan reacciones REDOX
Ejplo: oxid. de alcohol a aldehído. El E elimina 2 e- y 2 H
del alcohol. Los 2e- que estaban originariamente en el
enlace C-H del alcohol se transfieren al coenzima NAD+,
cofactor que queda reducido.
CH3-CH2OH + NAD+
ADH
CH3- CHO + NADH + H+
Ej: deshidrogenasas
9
10
5. Isomerasas : reagrupan grupos funcionales
(reordenamientos intramoleculares) para dar isómeros.
2. Transferasas: transfieren grupos funcionales de una
molécula a otra (no agua).
Ejplo: aminotransferasas. Transfieren un grupo amino
desde un aa a un cetoácido aceptor.
Glu + Pyr
α-KG + Ala
(ALT)
6. Ligasas: formación de enlaces C-O, C-C, C-S y C-N.
Reacciones de condensación al juntar dos moléculas a
expensas de un enlace fosfato de alta energía (ATP).
Ejplo: adición de CO2 al piruvato que dará oxalacetato
3. Hidrolasas: Catalizan reacciones de hidrólisis (de C-O;
C-N; C-C; C-S).Un sustrato cede un grupo al agua. Las
enzimas proteolíticas constituyen una clase especial de
hidrolasas = peptidasas
ATP
ADP+Pi
-OOC-H
H3C-CO-COOH + CO2
4. Liasas: Catalizan la ruptura de enlace C-C, C-N, C-O
con formación de dobles enlaces por eliminaciones de
un grupo o adicionan un grupo a un doble enlace.(agua
no es sustrato de la reacción)
Añaden o eliminan unidades de H2O, NH4, CO2
De acuerdo con el tipo de reacción que catalizan
2C-CO-COOH
Piruvato
carboxilasa
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3
Clasificación de los enzimas
1. Oxidorreductasas
( Reacciones de oxidoreducción).
2. Transferasas
(Transferencia de grupos
funcionales)
Clasificación de los enzimas
3. Hidrolasas
(Reacciones de
hidrólisis)
Si una molécula se reduce, tiene que haber otra
que se oxide
•
•
•
•
4. Liasas
(Adición a los dobles
enlaces)
grupos aldehídos
grupos acilos
grupos glucósidos
grupos fosfatos (quinasas)
Transforman polímeros en monómeros.
Actúan sobre:
• enlace éster
• enlace glucosídico
• enlace peptídico
• enlace C-N
• Entre C y C
• Entre C y O
• Entre C y N
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Clasificación de los enzimas
ENZIMAS – CLASIFICACIÓN
8Clasificación de las enzimas según la Comisión de
Enzimas.
1. Oxido-reductasas (reacciones de oxido-redución o transferencia de eletrones)
1.1.actuando en CH-OH
1.2.actuando enC=O
1.3.actuando enC=O1.4.actuando en CH-NH2
1.5.actuando en CH-NH1.6.actuando en NADH, NADPH
5. Isomerasas
(Reacciones de isomerización)
6. Ligasas
(Formación de enlaces, con
aporte de ATP)
14
•
•
•
•
Entre C
Entre C
Entre C
Entre C
2.Transferasas (transfieren grupos funcionales entre moléculas)
2.1.grupos con un carbono
2.2.grupos aldehído o cetona
2.3.grupos acil
2.4.grupos glicosil
2.7.grupos fosfatos
2.8.grupos conteniendo sulfuro
yO
yS
yN
yC
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3.Hidrolasas (reacciones de hidrólisis)
3.1.ésteres
3.2.enlaces glicosídicos
3.4.enlaces peptídicos
3.5.otros enlaces C-N
3.6.anhidridos ácidos
16
4
ENZIMAS – CLASIFICACIÓN
8Clasificación de las enzimas según la Comisión de
Enzimas.
4.Liasas (catalizan la ruptura de enlaces covalentes y eliminación de moléculas de
água, amonio y anhidrido carbónico)
4.1. =C=C=
4.2. =C=O
4.3. =C=N5.Isomerasas (transferencia de grupos dentro de la misma molécula para formar
isomeros)
5.1.racemasas
6.Ligasas (catalizan reacciones de formación de nuevas moléculas a partir de la unión
entre dos pré-existentes, siempre con gasto de energía)
6.1. C-O
6.2. C-S
6.3. C-N
6.4. C-C
ENZIMAS – CLASIFICACIÓN
8 Subclases
Ejemplos de Tipo de reacción catalizada
Clase
Subclases
Adicionan H2 O a enlaces dobles
Hidratasas
Liasas
Quinasas
Transfieren fosfato del ATP Transferasas
Mutasas
Mueven fosfatos dentro de la Isomerasas
misma molécula
Sintasas
Síntesis independente de ATP Transferasas
Sintetasas
Síntesis dependiente de ATP Ligasas
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Clasificación internacional de enzimas (resumen)
Nomenclatura
1. Oxidorreductasas: transferencia de electrones
• Muchos se denominan utilizando el sufijo “asa” a continuación del
nombre del sustrato
2. Transferasas: reacciones de transferencia de grupo (no
agua)
Ej: Ureasa (para catalisis de urea)
DNA polimerasa (síntesis de DNA)
3. Hidrolasas: reacciones de hidrólisis (transferencia al agua)
• Existen también nombres que no se refieren al sustrato
4. Liasas: adición de grupos a dobles enlaces o formación
Ej: pepsina; tripsina.
de dobles enlaces por eliminación de grupos
• Un mismo enzima puede tener dos nombres distintos
5. Isomerasas: transferencia de grupos dentro de la misma
molécula para dar isómeros
• Dos enzimas distintos presentan el mismo nombre
Acuerdo Internacional
6. Ligasas: Formación de enlaces C-C, C-S, C-O y C-N por
reacciones de condensación acopladas a hidrólisis de ATP
NOMENCLATURA
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(4 dígitos)
CLASIFICACIÓN
( 6 clases)
20
5
Número de Clasificación y Nomenclatura
NOMENCLATURA: nº clasificativo de 4 dígitos
E.C. 2.7.1.1
SUSTRATO + TIPO DE REACCIÓN + ASA
1955 - Comisión de Enzimas (EC) de la Unión Internacional
de Bioquímica y Biología Molecular (IUBMB) → nombra y
clasifica. Clasificación funcional sistemática.
http://expasy.org/enzyme/
Cada enzima → código con 4 dígitos que la caracteriza o
tipo de reacción catalizada:
1° dígito - clase
2° dígito - subclase
3° dígito - sub-subclase
4° dígito - indica sustrato
2 - clase - Transferasas
7 - subclase - Fosfotransferasas
1 - sub-subclase - Fosfotransferasa que utiliza grupo
hidroxilo como aceptor
1 - indica ser una D-glucosa el aceptor del grupo
fosfato
Nombre trivial: Hexoquinasa
ATP + D-glucosa
ADP + D-glucosa- 6- fosfato
Nombre sistemático:
sistemático ATP: glucosa fosfotransferasa
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Términos relativos a los Enzimas (I)
Sitio activo = Centro activo
Sustrato:
Centro de fijación del sustrato:
Productos de la reacción:
Cofactor:
Biotina
• Componente químico adicional necesario para ejercer la
actividad del enzima
• Puede ser un ión o varios ( Fe++; Mg++; Mn++; Zn++)
• Puede ser un complejo orgánico o metaloorgánico
denominado Coenzima.
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24
6
Términos relativos a los Enzimas (II)
Grupo prostético
Apoenzima = Apoproteina
Holoenzima
Estructura
Enzimática
Holoenzima
apoenzima + grupo prostético
Proteína
Ribozimas
Apoenzima o
Apoproteína
RNA
= holoenzima
Cofator
Grupo Prostético
Puede ser:
• ión inorgánico
• molécula orgánica
Coenzima
Se une covalentemente
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Términos relativos a los Enzimas (III)
Isoenzimas = Isozimas
ƒEj: LDH ( lactato deshidrogenasa) tiene 5 isoformas
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28
7
Términos relativos a los Enzimas (IV)
Zimógeno = proenzimas
Centro alostérico
Zimógeno = proenzimas
• En general son enzimas proteolíticas que de
sintetizarse activas producirían daños a la célula.
ƒ Precursor inactivo que por escisión proteolítica
pierde parte de la cadena peptídica y se origina la
forma activa del enzima
• Se activan una vez fuera de la célula que las produce
Ej:
- enzimas proteolíticas digestivas
- enzimas que desencadenan la cascada para la
coagulación de la sangre
- caspasas en apoptosis, cuando deben llevar a la
muerte celular.
ƒ Ej: Quimotripsinógeno → quimotripsina
Tripsinógeno → tripsina
Estructura por
difracción de rayos X
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31
32
LISOZIMA
Sustrato de
color verde en
el sitio activo
del E
Glu 35 y Asp 52
en color rojo
residuos
catalíticos del E
8
N
Pepsinógeno
C
N
pH < 5
Activación del
pepsinógeno
C
Pepsina
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34
Sustratos
Sitio activo
Complejo Enzima-Sustrato
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Producto
Enzima
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9
CARACTERÍSTICAS DE LAS ENZIMAS
Complejo E-S
B). Especificidad enzimatica (I)
altamente especificas en la selección de las sustancias
reaccionantes (= sustratos)
Complementarieda
d geométrica y
electrónica E-S
depende de fuerzas
no covalentes
• Complementariedad geométrica
• Complementariedad electrónica
Puentes de H
• Las Enzimas son estéreoespecificas
Grupos
hidrofóbos
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38
39
40
Estereoespecificidad en la
fijación del sustrato
Citrato es molécula
proquiral
Sustitución de uno
de sus grupos
–CH2COOCitrato quiral
El sitio activo de la E permite
que ésta diferencie entre los
grupos proquirales
Ej: aconitasa
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B). Especificidad Enzimática (III)
B). Especificidad Enzimática (II)
• “Centro de fijación del sustrato”
• Las cadenas laterales de los aa que conforman este
centro, solo van a permitir el acoplamiento de sustratos
con características estructurales muy concretas y la
disposición mas adecuada del sustrato
Interacción Enzima-Sustrato
Una enzima sea capaz
de catalizar únicamente
la reacción de un solo
sustrato
Una enzima sea capaz
de catalizar únicamente
la reacción de
determinados
sustratos
• Actuación sobre el sustrato de los grupos químicos del
“centro catalítico”
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B). Especificidad Enzimática (IV)
B). Especificidad Enzimática (V)
Especificidad de función:
Especificidad de sustrato:
9 Se refiere a la naturaleza del sustrato
9 La enzima diferencia un isómero de otro
(estereoespecificidad): diferencia la forma L de la forma D
de un aa
9 La enzima diferencia sustratos con características
estructurales muy semejantes
S3
S1
E
P
9 Un mismo sustrato es sometido a la acción de diferentes
enzimas que lo modifican de distintas formas
9 La especificidad no depende de la unión E-S sino de la
propia acción catalítica del enzima, es decir de la
interacción del “sitio catalitico” con el sustrato.
S1
E1
P1
S1
E2
P2
S1
E3
P3
S2
43
44
11
Modelos que explican la especificidad de un sustrato
por los enzimas. (I)
Modelo Llave-Cerradura
Modelos que explican la especificidad de un sustrato
por los enzimas. (Cont.)
Modelo Llave-Cerradura
8 Emil Fischer (1894): considera que la E posee
un sitio activo complementario del sustrato
8 Poco compatible hoy día con la estructura flexible
de las proteínas
8 Valido para comprender la unión secuencial de
mas de un sustrato
8 Valido para comprender la cinética de saturación
del E por el sustrato
8 Enlaces de tipo ionico, puentes de H e
interacciones hidrofóbicas contribuyen a esta
fijación
8 Exige cierta rigidez en el acoplamiento E-S
8 El centro activo del E es complementario a la
forma del sustrato (aunque rara vez se dá)
45
8 Este modelo no puede explicar las interacciones
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alostéricas
Modelo Llave-cerradura
Modelo Llave-Cerradura
47
48
12
Modelos que explican la especificidad de un sustrato
por los enzimas. (II)
Modelo llave-cerradura
Modelo del Acoplamiento o Encaje Inducido
8 Daniel Koshland (1958-1963):enzima y sustrato
sufren un cambio de conformación para el
encaje. El sustrato cambia para realizar la
conformación exacta del estado de transición.
8 Modelo que implica la flexibilidad del sitio catalítico
del E
49
Modelo del Acoplamiento o Encaje Inducido
El S provoca un cambio conformacional en el E
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Modelo del Acoplamiento o Encaje Inducido
Cambio conformacional del E
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Formación de un centro de fijación
mas fuerte y reorganización del
centro activo
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Modelos que explican la especificidad de un sustrato
por los enzimas (III)
Enzima complementaria al Sustrato
Modelo combinado del Encaje Inducido con
la Tensión sobre Sustrato
Se produce un cambio en la conformación
del E y esto obliga a deformarse el S
El S adopta una conformación que se aproxima
al estado de transición
El E mantiene al sustrato en tensión
Está mucho más de acuerdo con todos los datos
experimentales conocidos hasta el momento.
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Modelos que explican la especificidad de un sustrato
por los enzimas
Estabilización del Estado de Transición
La teoría del Ajuste Inducido se amplía en la
actualidad definiendo la acción enzimática como
Estabilización del Estado de Transición
Según lo cual, el centro activo enzimático es en
realidad complementario no al sustrato o al
producto, sino al estado de transición entre ambos.
55
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14
Enzima complementaria al estado de transición E-S
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58
15