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ENZIMOLOGÍA CLÍNICA
DRA. ALICIA FERNÁNDEZ GIUSTI
AGOSTO 2012
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Las enzimas son biocatalizadores de naturaleza proteica
Todas las reacciones químicas del metabolismo celular se realizan gracias a la acción de catalizadores o enzimas
La sustancia sobre la que actúa una enzima se denomina sustrato
No todas las enzimas son proteínas; existen moléculas de RNA con actividad catalítica, las llamadas ribozimas
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DEFINICIÓN
IMPORTANCIA BIOMÉDICA DE LAS ENZIMAS
Son indispensables para la desintegración de los nutrientes con el fin de proporcionar energía para la contracción muscular y la unión de las unidades de construcción en proteínas, DNA, membranas, células y tejidos
La deficiencia en la cantidad o de la actividad catalítica de las enzimas se debe a defectos genéticos, deficiencia de nutrientes o toxinas
La sustancia sobre la que actúa la enzima se llama sustrato.
El sustrato se une a una región concreta del enzima, llamada centro activo.
El centro activo comprende :(1) un sitio de unión formado por los aminoácidos que están en contacto directo con el sustrato y (2) un sitio catalítico, formado por los aminoácidos directamente implicados en el mecanismo de la reacción .
Una vez formados el producto la enzima puede comenzar un nuevo ciclo de reacción
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MECANISMO DE ACCIÓN
Holoenzima = Apoenzima + Cofactor
1.- El enzima y su sustrato
2.- Unión al centro activo
3.- Formación del producto
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Hexokinasa (Glucokinasa en hígado y células B del páncreas)
Las enzimas eran nombradas atendiendo al sustrato sobre el que actuaban, añadiéndole el sufijo -asa o haciendo referencia a la reacción catalizada
Unión Internacional de Bioquímica (IUB) ha elaborado un sistema en el que cada enzima tiene un nombre único y un número de código
Las enzimas se agrupan en seis clases, cada una con varias subclases.
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NOMENCLATURA
CLASIFICACIÓN
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ATP: hexosa fosfotransferasa
Nombre sistemático:
Donador Aceptor
Grupo transferido
EC 2.7.1.1
Número sistemático
EnzymeComission
GrupoSubgrupo
Sub-subgrupo
Enzima
Nombre común: Hexokinasa
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1. Oxido-reductasas(Catalizan reacciones de oxidorreducción)
Ared + Box Aox + Bred
A : es el reductor o dador electrónico; en el curso de la reacción se oxida (pierde electrones o hidrógenos)
B : es el oxidante o aceptor electrónico; en el curso de la reacción se reduce (gana electrones o hidrógenos)
Glucosa : O2 oxidorreductasa
Dador Aceptor
EC 1.1.3.4
Nombre común:Glucosa oxidasa
1.- Deshidrogenasas u oxidoreductasas
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2: Transferasas (mutasas) Catalizan reacciones de transferencia de grupo :
2.1.-.- Grupos monocarbonados 2.2.-.- Grupos aldehido o ceto 2.3.-.- Aciltransferasas 2.4.-.- Glicosiltransferasas 2.5.-.- Alquil- o Ariltransferasas 2.6.-.- Grupos nitrogenados 2.7.-.- Grupos fosfato 2.8.-.- Grupos sulfato
Dador: Aceptor - Grupo transferido - transferasa
ATP: D-Hexosa Fosfotransferasa
Ejemplo:EC 2.7.1.1
Nombre común: hexokinasa
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3: HidrolasasCatalizan reacciones de hidrólisis
A-B + H2O A-OH + H-B
Clasificación de las hidrolasas :3.1.-.- Esterasas (carboxilesterasas, fosfoesterasas, sulfoesterasas) fosfatasas3.2.-.- Glicosidasas: amilasa3.3.-.- Éter hidrolasas3.4.-.- Péptido hidrolasas3.5.-.- Acil anhídrido hidrolasas,etc
.-No se suelen utilizar nombres sistemáticos en las hidrolasas .-Muchas de ellas conservan el nombre primitivo: Tripsina, Pepsina, Papaína,
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4: Liasas
Catalizan reacciones reversibles de adición de un grupo aun doble enlace:Entre C y C ;C y O ;C y N
A=B + X AXB
COO-
CH
CH
COO-
H2O COO-
CH
CH2
COO-
HO
Fumarato(trans-)
L-Malato
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5: IsomerasasCatalizan reacciones de isomerización
Algunas reacciones isomerásicas:
- Racemasas- Oxidorreductasas intramoleculares- Mutasas o transferasas intramoleculares
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6: LigasasCatalizan la unión de dos grupos químicos a expensas
de la hidrólisis de un enlace de alta energía :ATP
A + B + ATP A-B + ADP + PiO bien
C + D + ATP C-D + AMP + PPi
Tienen distinta estructura molecular aunque su función es similar. Se llaman isozimas o isoenzimas, podemos observar la existencia de isoenzimas en función de:
tipo de tejido: Por ejm., la LDH presenta isozimas distintos en músculo y corazón
el compartimento celular donde actúan por ejemplo, la malato deshidrogenasa del citoplasma es distinta a la de mitocondria
el momento concreto del desarrollo del individuo: Por ejemplo, algunos enzimas de la glicólisis del feto son diferentes de los mismos enzimas en el adulto. Un ejemplo de isoenzima la hexokinasa: presenta, al menos, cuatro formas distintas : Hepática, Cerebral, Muscular, Eritrocitaria
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ISOENZIMAS
Renovación tisular Actividad
muscular
Enzimas plasmáticas Órganos secretores
específicas
Actividad enzimática fisiológica
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Enzimas plasmáticas funcionales
Es la aplicación del conocimiento de las enzimas en el diagnóstico, tratamiento, evolución y pronóstico de las enfermedades.
Se utilizan como marcadores de ciertas patologías
En el diagnóstico de enfermedades genéticas
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ENZIMOLOGÍA CLÍNICA
Las enzimas cumplen su actividad en el interior celular, pero también se les puede encontrar en los líquidos biológicos
Algunas enzimas ejercen su función en el plasma o suero, ej. LCAT, o los factores de coagulación
Las enzimas plasmáticas, del LCR., líquido ascítico o pleural se encuentran en bajos niveles de concentración
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LAS ENZIMAS COMO MARCADORES DE LESIÓN TISULAR
ENZIMAS PLASMÁTICAS
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Alteraciones de la concentración enzimática en suero :
1. Aumento de la actividad enzimática
(a). Incremento patológico de la permeabilidad de membrana
(b). Muerte y destrucción celular
(c). Inducción enzimática
(d). Proliferación celular
2. Disminución de la actividad enzimática:
(a). Intoxicaciones(b). Enfermedades crónicas(c). Alteraciones del estado nutritivo(d) Falta de cofactores
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Enzimas con interés diagnóstico
1. Aminotransferasas2. Creatin kinasa3. Fosfatasa alcalina4. α-Amilasa5. Fosfatasa ácida6. Lactato deshidrogenasa (LDH)7. γ-Glutamil transferasa (GGT)8. Lipasa
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COOH
CHH2N
R1
+
COOH
C O
R2
COOH
CHH2N
R2
COOH
C O
R1
+
Aminotransferasas (Transaminasas)
Catalizan la interconversión reversible de aminoácidosy cetoácidos. Utilizan piridoxal fosfato como cofactor
Su papel es importantísimo en el metabolismo deaminoácidos. En clínica se determinan las siguientes:
EC 2.6.1.1, Aspartato aminotransferasa (AST, TGO)EC 2.6.1.2, Alanina aminotransferasa ( ALT, TGP)
B6
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COO-
CH+H3N
CH2
COO-
+
COO-
C O
CH2
CH2
COO-
COO-
C
CH2
COO-
O
COO-
CH
CH2
CH2
COO-
+H3N
+
Aspartato -Cetoglutarato Oxalacetato Glutamato
Aspartato aminotransferasa EC 2.6.1.1 (AST, TGO)
Aparece en citosol y mitocondrias de tejidos metabólicamente muy activos La TGO se libera de células enfermas en el suero. Su nivel se eleva en el suero
ante afecciones hepáticas y después del infarto al miocardio.
B6
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Alanina aminotransferasa EC 2.6.1.2 (ALT, TGP)
Enzima citosólica, de elevada concentración en el parénquima hepático. La TGP también puede estar elevada después del infarto al miocardio.Se considera casi específica de lesión hepática.
B6
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CH3
N CH2 COOHCHN
NH2
ATP ADP CH3
N CH2 COCHN
NH2
O P O-
O-
O
Creatina Creatin fosfato
Creatino kinasa, EC 2.7.3.2 (CK, CPK)
Creatin fosfato es una transferasa que cataliza la formación de ATP requerido por los sistemas contráctiles o de transporte. Es el prototipo de los compuestos conocidos como fosfágenos.La CPK es importante en el metabolismo energético, se encuentra en el corazón, el músculo esquelético y el cerebro.
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+
-
MM
MB
BB
La CK se presenta en forma de tres isoenzimasespecíficas de tejido:
- Forma MM (músculo esquelético)- Forma MB (músculo miocárdico)- Forma BB (cerebro)Las isoenzimas se distinguen electroforéticamenteo por métodos inmunológicosLa isoenzima MB es un marcador precoz deinfarto de miocardio. En el infarto al miocardio, puede ocurrir elevaciones de STGO ,LDH y beta hidroxibutirato dehidrogenasa y de CPK., en el infarto pulmonar sólo de las tres primeras.
Isoenzimas de la CPK
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R O P
O
O-
O-
+ H2O R OH + HO P O-
O
O-
Fosfatasa alcalina, EC 3.1.3.1
Hidroliza con baja especificidad fosfomonoésteres, a un pHalto (8 -9 de ahí el nombre) Aparece en gran cantidad de tejidos como óseo, hígado, intestino y placenta
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La fosfatasa alcalina presenta varias isoenzimas:
- Ósea- Hepática- Intestinal- Placentaria
Las más importantes son las dos primeras. Se pueden distinguirpor su termoestabilidad, siendo la ósea más termolábil.
Ósea: Propia del tejido óseo en crecimiento: elevación fisiológica en la adolescencia.Se encuentra elevada en muchas enfermedades óseas, como osteomalacia o por invasión ósea por cáncer localizado en mamas, pulmones o próstata.Hepática: Propia de las células del árbol biliar: se eleva en lascolestasis (obstrucciones biliares)
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Fosfatasa ácida, EC 3.1.3.2
R O P
O
O-
O-
+ H2O R OH + HO P O-
O
O-
Hidroliza fosfomonoésteres con baja especificidad. Presentavarias isoenzimas, una de las cuales (Fosfatasa ácida prostática)es un marcador muy fiable del cáncer de próstata y se empleaen el diagnóstico precoz
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Alfa-Amilasa, EC 3.2.1.1
Enzimas digestivas producidas por las glándulas salivales, el páncreas y la pared intestinal para facilitar la digestión del almidón, rompen las uniones de polisacáridos alfa 1-4, dando lugar a dextrano, maltosa y algunas moléculas de glucosa
Es un marcador muy importante de afecciones pancreáticas agudas (pancreatitis). Puede incluso aparecer en la orina, debido a su bajo peso molecular (amilasuria)
Lipasa EC 3.2.1.2
Hidrolasa que actúa sobre los TAG hasta sus constituyentes ácidos grasos y glicerol, lipólisis que se efectúa en el tejido adiposo con producción de ácidos grasos libres en el plasma.
La lipasa pancreática, permite la digestión y absorción de los lípidos
Aumenta en el suero en pancreatitis aguda
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Cataliza la reacción reversible de lactato a piruvato
La LDH está constituida por cuatros subunidades.
Existen dos tipos de subunidades diferentes, lo que explica la existencia de 5 isoformas distintas que poseen una movilidad electroforética diferente que permite distinguirlas.
Puede estar elevada después de infarto al miocardio y durante muchas enfermedades del hígado.
También puede estar elevada en anemia hemolítica.
Deshidrogenasa láctica LDH(EC 1.1.1.27)
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LDH5
LDH 1
Patrón isoenzimático de la LDH de suero en infarto de miocardio y en hepatitis aguda
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g-Glutamil transferasa, EC 2.3.2.2 (GGT)
GSH + aa -Glu-aa + Cys-Gly
Cataliza una reacción entre un tripéptido: el glutation y un aminoácido para formar un gama-glutamil aminoácido y cisteinil glicina.Tiene un importante papel en el transporte de aminoácidos a través de membranas. Es un indicador sensible de enfermedades del hígado.Es una enzima inducible, y su concentración en suero aumentacon xenobióticos (alcohol, drogas, etc.)
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•Aspartato aminotransferasa (AST/TGO) •Valores normales: < 40U/ml •Aumento importante: Infarto de miocardio, hepatitis, traumatismos •Alanina aminotransferasa (ALT/TGP) •Valores normales: < 50 U/ml •Aumento importante: Hepatitis
• Alfa-amilasa • Valores normales: <50U/ml
•Aumento importante: pancreatitis aguda, cáncer de páncreas
Lipasa Valores normales: 20-140 U/ml Aumento importante: pancreatitis aguda y en el cáncer de
páncreas
Enzimas séricas de importancia clínica
Gamaglutamil transpeptidasa (GGT)
•Valores normales: < 35U/ml en varones y <25U/ml en mujeres •Aumento importante: Hepatitis vírica, obstrucción biliar, metástasis hepáticas, enf. alcohólica
Deshidrogenasa láctica (LDH)
• Valores normales: < 120-230 U/ml • Aumento importante: infarto de miocardio (LDH1), hepatitis víricas (LDH4, LDH5)
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Enzimas séricas de importancia clínica
Causas mas frecuentes de elevación de transaminasas
Causas hepáticas Causas extrahepáticas
Consumo excesivo de alcohol Enfermedad celiaca
Medicamentos Miopatías hereditarias o adquiridas
Hepatitis viral Ejercicio intenso
Hígado graso Sarcoidosis
Hepatitis autoinmune Patología de vías biliares
Hemocromatosis Neoplasias con metástasis
Enzimas séricos en la enfermedad cardiaca
Creatín fosfoquinasa (CPK) < 160 U/L (isoenzima “mb”)
Láctico deshidrogenasa (LDH)< 120-230 U/L; isoenzima1 (15-25%)
Aspartato aminotransferasa (AST;TGO) < 40 U/L
Tras el infarto, hay una liberación de proteínas
intracelulares de las células dañadas.
La primera en ser detectada es la troponina (5-10 h post infarto), seguida de la CPK-MB (pico a 1 día), y finalmente la LDH 1, cuyo máximo se alcanza a los 2-3 días post infarto
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CPK-MB
LDH 1
TGO
Troponinas en IMA
ENZIMA SÉRICA PRINCIPAL USO DIAGNÓSTICO
Aminotransferasas Aspartato aminotransferasa (TGO)
Alanina aminotransferasa (TGP)
Infarto de miocardio
Hepatitis viral
Amilasa y lipasa Pancreatitis aguda
Creatina kinasa (CPK) Trastornos musculares e infarto de miocardio
Gama glutamil transpeptidasa (GGT) Enfermedades hepáticasAlcoholismo
Deshidrogenasa láctica (LDH) (isoenzimas)
Infarto de miocardio
Fosfatasa ácida Carcinoma metastásico de próstata
Fosfatasa alcalina (isoenzimas)
Trastornos óseos y enfermedades hepáticas obstructivas
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PRINCIPALES ENZIMAS SÉRICAS EN EL DIAGNÓSTICO CLÍNICO
ENZIMAS EN EL DIAGNÓSTICO DE ENFERMEDADES GENÉTICAS
Gracias a técnicas basadas en el rendimiento catalítico y la especificidad de la catálisis enzimática, se pueden detectar las mutaciones genéticas:
PCR (reacción en cadena de la polimerasa), analiza el DNA en muestras biológicas y forenses
RFLP (polimorfismo de longitud del fragmento de restricción), facilita la detección prenatal de trastornos hereditarios como rasgo drepanocítico, talasemia B, fenilcetonuria infantil y enfermedad de Huntington
ENZIMAS EN EL DIAGNÓSTICO DE ENFERMEDADESINFECCIOSAS
Ensayo inmunoenzimático (ELISA, Enzyme-Linked ImmunoSorbent Assay).
Esta técnica detecta una amplia variedad de agentes infecciosos. El método se utiliza en la detección de virus sincial respiratorio. Chlamydia trachomatis, Neisseria gonorrhoeae, rotavirus, adenovirus, virus hepatitis, virus varicela-zoster y HIV (Virus de Inmunodeficiencia Humana).
CONCLUSIONES
Las enzimas son catalizadores biológicos eficaces y altamente específicos
El análisis de las enzimas plasmáticas ayudan al diagnóstico, pronóstico y evolución de las enfermedades
A través de la terapia génica se logra subsanar las deficiencias o los defectos en la función de las enzimas
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FIN