ENZIMAS

Mecanismos de Acción

y

Cinética Enzimática

ENZIMAS

Importancia BiomédicaDegradación de nutrientes

Generación de energía y elementos de construcción celulares

Ensamble de elementos de construcciónProteínas, membranas, ácidos nucleicos, etc.

Ribozimas (RNA catalítico)

Deficiencias en calidad y cantidad de actividad enzimáticaDefectos genéticosDéficits nutricionalesToxinasFármacos (inhibición de enzimas)Terapia génica (remediar déficits)

Proteínas: Catalizan las reaccionesquímicas que hacen posible la vida.

ENZIMASImportancia BiomédicaEl análisis de ciertas enzimas ayuda al diagnóstico de enfermedades.

Principales enzimas séricas usadas en diagnóstico clínicoAminotransferasas (AT)

AspAT

AlaAT

Amilasa

Creatíncinasa

-Glutamiltranspeptidasa

Lactato deshidrogenasa

Lipasa

Fosfatasa ácida

Fosfatasa alcalina

Infarto al miocardio

Hepatitis viral

Pancreatitis aguda

Desórdenes musculares e infarto al miocardio

Enfermedades del hígado

Infarto al miocardio

Pancreatitis aguda

Carcinoma metastásico de próstata

Desórdenes de huesos,

enfermedades obstructivas del hígado.

ENZIMASQué son y qué hacen?

Catalizadores altamente efectivos y específicos

Catalizan conversión de sustrato(s) en producto(s)

Aumentan velocidad de reacción al menos 1;000,000 de veces

Catalizadores: No son consumidos ni alterados en la reacción

Selectividad

Tipo de reacción catalizada (no cualquiera)

Un solo sustrato o grupo de sustratos

Estereoespecificidad (D-azúcares, no L)

Por lo menos tres puntos de unión al sustrato

Regulación

Estereoespecificidad de las Enzimas

Nomenclatura de EnzimasNomenclatura trivial: Tipo de reacción o sustrato + sufijo “asa”

Deshidrogenasa: Elimina hidrógenos del sustratoProteasa: Hidrólisis de proteínasIsomerasa: Rearreglo de configuración

Desventaja: Se presta a confusiones, ambigüedades, nombres raros, etc.

Nomenclatura sistemática: Unión Internacional de Bioquímica yBiología Molecular (International Union of Biochemistryand Molecular Biology, IUBMB)

Nombre y número de código: Reflejan el tipo de reaccióncatalizada y los sustratosinvolucrados

Ejemplo: Hexocinasa ATP:D-hexosa-6-fosfotransferasa E.C. 2.7.1.1.

Nomenclatura de Enzimas

Nomenclatura sistemática:Ejemplo: Hexocinasa

ATP:D-hexosa-6-fosfotransferasa E.C. 2.7.1.1.

E.C.: Enzyme Commission

Clase 2: Transferasas

Suclase 7: Transferencia de un grupo fosforilo

Sub-subclase 1: Un grupo alcohol es el aceptor del fosforilo

Número 1: Designa a la hexocinasa propiamente dicha.

ATP: Donador del grupo fosforilo

D-hexosa-6-: Sólo el hidroxilo del carbono 6 de D-hexosas acepta el fosforilo

Clasificación de Enzimas

Clases1. Oxidorreductasas: Catalizan reacciones de oxidación-reducción

2. Transferasas: Transferencia de grupos de una molécula donadora a una aceptora

3. Hidrolasas: Ruptura hidrolítica de enlaces C-C, C-O, C-N y otrosenlaces con adición de una molécula de agua

4. Liasas: Catalizan ruptura de enlaces por eliminación (formando dobles enlaces). También añaden grupos a dobles enlaces.

5. Isomerasas: Catalizan cambios geométricos o estructurales a lasmoléculas sustrato.

6. Ligasas: Catalizan unión de dos moléculas acoplada a hidrólisis de ATP o moléculas de alta energía similares.

Estructura de Enzimas

Holoenzima =

Apoenzima+

Cofactor enzimático

Sitio activo: Bolsa o ranuradonde se lleva a cabo lareacción enzimática(catálisis).Ambiente adecuadopara la reacción.

Sitio alostérico: Sitio deunión de factor regulatorio.La unión modifica laestructura proteica y porlo tanto la funcionalidad.

Estructura de EnzimasCofactores Enzimáticos

Grupos prostéticosUnión covalente al polipéptido. Ejem.: Hemo de la hemoglobina

CoenzimasAcarreadores reciclables (shuttles)Transportan sustrato de A a BUnión transitoria a la enzima (disociable, enlaces débiles).Ejem.: Flavín-mononucleótido (FMN)

Flavín –adenín-dinucleótido (FAD)Nicotín-adenín-dinucleótido (NAD)Pirofosfato de tiamina (vit. B1)

Ácido fólico, vit. B2, vit. B6, etc.

Iones metálicosUnión iónica y de coordinación (fuerte, estable)Metaloenzimas

Óxidorreductasas

Transferasas

Grupo Prostético Común: Grupo Hemo

Hemo:Protoporfirina + Fe

Coenzimas Comunes

Coenzima

Biocitina

Cobalamina

Coenzimas de flavina

Coenz. de nicotinamida

Fosfato de piridoxal

Tetrahidrofolato

Pirofosfato de tiamina

Vitamina

Biotina

Vit. B12

Vit. B2 (riboflavina)

Niacina

Vit. B6 (piridoxina)

Ácido fólico

Vit. B1 (tiamina)

Reacción

Carboxilación

Alquilación

Óxido-reducción

Óxido-reducción

Transf. de aminos

Transf. de 1 C

Transf. de aldehído

Deficiencia

**

Anemia perniciosa

**

Pelagra

**

Anemia, y otras

Beriberi

** No hay nombre específico, o la deficiencia es rara o no observada en humanos

Elemento inorgánico

Fe (II) ó Fe (III)

Cu (II)

Zn (II)

Mg (II)

Mn (II)

K (I)

Ni (II)

Mo

Se

Enzimas

Citocromo oxidasa, catalasa, peroxidasa.

Citocromo oxidasa

DNA polimerasa, anhidrasa carbónica, alcohol deshidrogenasa

Hexocinasa, glucosa-6-fosfatasa

Arginasa

Piruvato cinasa [también requiere Mg (II)]

Ureasa

Nitrato reductasa

Glutatión peroxidasa

Algunas Enzimas que RequierenElementos Inorgánicos como Cofactores

Actividad Enzimática

Las enzimas soncatalizadores.

Aumentan la velocidadde la reacciónrespecto a la reacciónno catalizada.

Actividad Enzimática

Catalizadores:Disminuyen la barrerade energía de activaciónde la reacción.

Energía de activación:Cantidad de energía(calorías ó Joules)necesaria para llevar atodas las moléculasal estado de transición.

Estado de transición

Estado de transición

Catalizadores:Disminuyen la barrerade energía de activaciónde la reacción.

Energía de activación:Cantidad de energía(calorías ó Joules)necesaria para llevar atodas las moléculasal estado de transición.

Actividad Enzimática

Actividad EnzimáticaUnidades para medirla

1 Katal Cantidad de enzima que cataliza la transformaciónde 1 mol de sustrato por segundo en condicionesestándar.

1 Unidad Cantidad de enzima que causa la transformaciónde 1 micromol de sustrato por minuto a 25 °C bajocondiciones óptimas de medición.

Actividad Número de unidades de actividad enzimática por Específica miligramo de proteína. Medida de la pureza de la enzima.

Número de Número de moléculas de sustrato transformadas por recambio unidad de tiempo por una sola molécula de enzima.

-galactosidasa (intestino, lactasa) 12,500 / seg-amilasa (malta): 1;100,000 / seganhidrasa carbónica (eritrocitos) 36;000,000 / seg

E + S ES E + Pk1

k2

kcat

Cinética Enzimática

V = Vmax[S]

[S] + Km

Ecuación de Michaelis-Menten

V= Velocidad de reacción

Vmax = Velocidad máxima

[S] = Conc. de sustrato

Km = Constante de Michaelis Medida de la afinidad de la enzima por el sustrato.