Prof. Responsable: Dra. Irma Gladis Rezza de Acosta

Prof. Colaborador: Dra. Ana Cecilia Anzulovich

Responsable de los Trabajos Prácticos: Dra. Alicia susana Molina

Colaborador de TP: Dra. Mariela Coria y Dra. Lorena Navigatore

QUIMICA BIOLOGICA

Objetivos:I. Comprender las transformaciones

energéticas celularesII.Establecer los principios de la

bioenergéticaIII.Discriminar las rutas metabólicas de

biosíntesis

Moléculas Biológicas - Estructura química

Interacciones entre moléculas Degradación y síntesis celular de las

moléculas Conservación y utilización de la energía

en las células Mecanismos regulatorios

ENZIMAS: Naturaleza Química- Propiedades Generales- Evolución.

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: [Enzima]- pH –

T- [S] actividad de agua.

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)- Zimógenos- Modulación Covalente

Isoenzimas: Propiedades e importancia.

Homologos de enzimas

Jacob Berzelius, 1835(diastasa) Eduard Buchner 1897 (levaduras) James Sumner 1926 (ureasa) John Northrop y Moses Kunitz-1930

(pepsina,trip.y quimot) Ultimos 50 años (estructura y función) 1963- 1º Secuencia de aminoácidos ribonucleasa

pancreatica bovina A 1965, 1º estructura Rx- Lisozima de clara de

huevo de gallina 1983.Sidney Altman y Col El RNA de la

ribonucleasa P tiene actividad catalítica.

UN POCO DE HISTORIA

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 deben ser sintetizadas correctamente, con las estructuras proteicas: primaria, secundaria, terciaria y cuaternaria si la tuviera

Cualquier alteración de la síntesis de estas proteínas puede llevar a una patología

Transformación de nutrientes simples en moléculas complejas y viceversa

Extracción de energía desde combustibles por oxidación

Polimerización de subunidades para formar macromoléculas, etc

Transformación de moléculas complejas en moléculas simples y viceversa

PAN

PAPAS

ARROZ

ALMIDON

GLUCOGENO (GLUCOSA)n

n (GLUCOSA)

ENZIMAS

ENZIMAS

PANCETA

CHIZITOS

CHORIZOS

GRASAS

TRIGLICERIDOS

MONOTRIGLICERIDOS

ENZIMAS

ENZIMAS

GLICEROL+3 AC.GRASOS

La mayoría de las ENZIMAS (E) son PROTEINAS (excepción: la ribozima)

Las ENZIMAS tienen la capacidad de AUMENTAR LA VELOCIDAD de las reacciones, por ello se denominan CATALIZADORES BIOLOGICOS

La sustancia sobre las cuales actúan se denominan SUSTRATO (S)

COMPARTIMENTALIZACION: Diferentes localización dentro de la célula.

SISTEMAS MULTIENZIMATICOS: Enzimas relacionadas agrupadas formando verdaderos complejos

ENZIMAS MULTIFUNCIONALES: Una enzima que presenta distintos sitios catalíticos

ESTRUCTURA TERCIARIA Y CUATERNARIA

SITIO DE UNION AL SUSTRATO (Sitio Activo) Uniones no Covalentes: Puente de hidrógeno

Hidrofóbicas Electrostáticas

NECESITAN DE FACTORES ENZIMATICOS: Inorgánicos (metales) y orgánicos (Coenzimas)

ESPECIFICIDAD DE SUSTRATO: Estereoespecificidad y especificidad geométrica

SON REGULABLES: La síntesis de la proteína, su actividad y degradación.

ALTA ESPECIFICIDAD

Único sustrato

Lactato Deshidrogenasa (LDH) LACTATO

ESPECIFICIDAD RELATIVA Grupo de sustratos

Hexoquinasas HEXOSAS

glucosa, manosa y fructosa

ENZIMA TOTAL

PROTEÍNATERMOLÁBIL

NO PROTEÍNICATERMOESTABLE

HOLOENZIMA APOENZIMA COENZIMA= +

COENZIMAS

Transportadores de grupos funcionales

Transportadores de electrones

Citocromo oxidasa

Catalasa

Peroxidasa

Fe++ ó Fe+++

Anhidrasa carbónica Zn++

Piruvato quinasa K+

Hexoquinasa

Glucosa-6-fosfatasa

Piruvato quinasa

Mg++

NiacinaNiacina NAD, NADPNAD, NADP

Ion Hidruro (:H -)

Ion Hidruro (:H -)

PDH GADPDH GAD

Riboflavina (Vit.B2)Riboflavina (Vit.B2)

FAD, FMNFAD, FMN

ElectronesElectrones

SDHSDH

Tiamina (Vit. B1)Tiamina (Vit. B1)

PP-tiamina

PP-tiamina

AldehídosAldehídos

PDH, TCPDH, TC

Acido fólicoAcido fólico

TH4TH4

Grupos monocarbonados

Grupos monocarbonados

Ser-Treon. Deshidrat.

Ser-Treon. Deshidrat.

Acido lipoicoAcido lipoico

LipoamidaLipoamida

Electrones y grupos acilos.

Electrones y grupos acilos.

PDHPDH

Piridoxina (B6)Piridoxina (B6)

P-piridoxalP-piridoxal

Transferencia grupos aminos

Transferencia grupos aminos

GPT

AAC-DESC

GPT

AAC-DESC

Acido pantoténicoAcido pantoténico

Coenzima ACoenzima A

Grupos aciloGrupos acilo

TiolasaTiolasa

AFINIDAD DE LA ENZIMA POR EL SUSTRATO

COOPERATIVIDAD

POSITIVA

POSITIVA

NEGATIVA

NEGATIVA

HOMOTROPICA

HOMOTROPICA

HETEROTROPICA

HETEROTROPICA

Para una misma enzima que actúa sobre un

grupo de sustrato, la afinidadvaria de acuerdo al

Sustrato

Enzima Producto

E + P

Complejo ES

ES

REACCION NO CATALIZADA

REACCION CATALIZADA

P

(*)

G* cat

∆G* reacción no catalizada

S

Energía Libre (G) Estado de transición

Progreso de la reacción

(*)

ES EP

D-Glucosa

Glucoquinasa

GLUCOSA GLUCOSA-6P

ATP ADP

- P

NOMBRE DEL SUSTRATO O DEL PRODUCTO CON LA TERMINACION ASAASA:

sacarasa, ureasa, amilasa

ALGUNAS TIENEN NOMBRES arbitrarios ptialina salival, pepsina del jugo gástrico CADA ENZIMA TIENE UN NOMBRE ASIGNADO

POR LA COMISION INTERNACIONAL DE ENZIMAS

(EC 1.1.1.27) Clase - subclase - subsubclase - nº de orden

Lactato 1 1 1 27 deshidrogenasa

Oxido-reducción

Rotura y formación de enlaces C-C

Reorganizaciones internas

Transferencia de grupos

Reacciones de condensación

1-OXIDORREDUCTASAS

2. TRANSFERASAS

Alcohol deshidrogenasa (EC 1.1.1.1)

Hexoquinasa

(EC 2.7.1.2)

Clase - subclase - subsubclase - nº de orden

Lactato 1 1 1 27 deshidrogenasa

4. LIASAS

5. ISOMERASAS

6. LIGASAS

Piruvato descarboxilasa

(EC 4.1.1.1)

Fumarasa ó malato isomerasa

(EC 5.2.1.1)

Piruvato carboxilasa

(EC 6.4.1.1)

3. HIDROLASAS

Carboxipeptidasa A

(EC 3.4.17.1)

Unidades Internacionales Cantidad de enzima que cataliza la transformación de 1 umol de S por minuto

Actividad Específica Actividad enzimática por miligramo de

proteína presente en la muestra

Actividad Molecular ó Numero de Recambio Moléculas de S convertibles en P por unidad de tiempo y por molécula de enzima

U.I.E. =mol de S transformados

min1 katal = 6 x 107 U.I.E.

Actividad específica = U.I.E.

mgr de proteína

Actividad molecular = Mol de enzima

mol de S transformados/min

+ +Prot.Tot: ∑ + +Prot.Tot: ∑ +

AB

+Prot.Tot: ∑

Prot.Tot: ∑

D

Actividad específica

U.I.E.

mgr de proteína= =

Activ. Enzimática

Prot. totales

pH

Temperatura

Concentración de Enzima

Concentración de Sustrato

Actividad enzimática

pH

T(ºC)

Actividad enzimática

T. óptima

act

ivid

ad

po

r

de

la

tem

per

atu

ra

de temperatura

provoca

desnaturalización

[E]

v

Concentración saturante de sustrato, pH y temp. constantes

Vo

[S]

Leonor Michaelis y Maud Menten

Pendiente= Km/Vmáx

Intersección c/eje x = - 1/Km

Ordenada al origen = 1/Vmáx.

INHIBICION REVERSIBLE

INHIBICION IRREVERSIBLE

COMPETITIVA

NO COMPETITIVA

ACOMPETITIVA

POR ENLACE COVALENTE

(Análogos del estado de transición)

INHIBIDOR SUICIDA

DIFP Quimotripsina

Alopurinol Xantina oxidasa

Penicilina Transpeptidasa

COO-

(CH2)2

COO-

COO-

CH2

COO-

Succinato + FADH2 Fumarato + FAD+

Succinato deshidrogenasa

Succinato Malonato

- Acetilcolinesterasa

- Quimotripsina

Enzima inactivada

. Por unión covalente del inhibidor

Diisopropilfluorfosfato (DFP)

. Inhibidor suicida

Se une al sitio activo de la enzima y ésta cataliza la modificación

del inhibidor a otro compuesto que permanece unido a la enzima.

El ALOPURINOL es un inhibidor suicida que actúa sobre la enzima xantina oxidasa (degradación de purinas).

Se forma el oxopurinol el cual queda unido a la enzima.

Diferentes formas moleculares de una

misma enzima.

Catalizan la misma reacción, actuando sobre

el mismo sustrato para dar el mismo producto

Son sintetizadas por genes diferentes

Tienen diferente composición aminoacídica

por lo que pueden separarse por electroforesis.

Son utilizadas en clínica para determinar

el origen del tejido dañado

Se encuentran ubicadas en diferentes

compartimentos de la célula ó en diferentes

tejidos.

Dos isoenzimas presentan en general

diferentes valores de Km y Vmáx.

Presenta 5 isoenzimas con distinta composición en cuanto a sus subunidades y c/u es específica de un tejido.

H4 H3M H2M2 HM3 M4

M > Músculo

H > Corazón

Hexoquinasa

Glucoquinasa

Actividadenzimática

Km. hexq Km. glucq [glucosa mmol/l

REGULACION DE LA ACTIVIDAD DE LAS ENZIMAS

REGULACION DE LA SINTESIS

DE LAS ENZIMASENZIMAS INDUCIBLES

ENZIMAS ALOSTERICAS REGULACION COVALENTE

REGULACION POR PROTEINAS

REGULACION POR PROTEOLISIS

MODULADORES POSITIVOS MODULADORES NEGATIVOS

Enzima Enzima Enzima Enzima

1 2 3 4

PROPIEDADES DE LAS ENZIMAS ALOSTERICAS

Poseen un sitio de unión a un metabolito regulador (sitio alostérico)

La unión del metabolito a la enzima es de carácter reversible y no covalente.

Son homotrópicas o heterotrópicas.

En general poseen dos o mas sitios reguladores.

La mayoría posee dos o mas cadenas polipeptídicas o subunidades.

En general tienen un comportamiento cinético sigmoideo

v

Aspartato (mM)

Hexoquinasa, Fosfofructoquinasa y Piruvato Quinasa

Vía glicolítica

AcetilCoA carboxilasa Biosíntesis de lípidos

Aspartato Transcarbamilasa Biosíntesis de nucleó-

tidos pirimidínicos Glutamato Deshidrogenasa Degradación de aminoácidos Citrato sintasa, isocitrato y a-cetoglutarato

deshidrogenasas Ciclo de Krebs

Fosforilacion

ADP-Ribosilación

Enzima

Fosfoadenilacion

Enzima

•POR UNION COVALENTE DE GRUPOS (FOSFATOS , ADENILATOS, ETC.)

•INTERVIENEN ENZIMAS: QUINASAS, FOSFATASAS

•LA UNION DEL GRUPO PUEDE ACTIVAR O INHIBIR LA ENZIMA POR UN CAMBIO CONFORMACIONAL

Fosforilasa fosfatasa

2 Pi

2 H2O

Fosforilasaquinasa

ATP

ADP

Fosforilasa b

P -O-CH2 CH2- O- P

Fosforilasa a

(menos activa)

(Cadena lateral de Ser)

CH2- HOHO-CH2

Por eliminación de una cadena peptídica, enzimas inactivas se convierten en enzimas activas y viceversa.

Las enzimas digestivas: pepsinógeno y quimotripsinógeno se convierten en las enzimas activas pepsina y tripsina.

Suele ocurrir una activación secuencial produciéndose una cascada de activaciones. Ej. Coagulación sanguínea.

ZIMOGENOS

Modifican la actividad de enzimas involucradas en el metabolismo celular. Por ej. Indirectamente activando o inhibiendo la actividad de la glutamina sintetasa.

RNA polimerasa: Asn, Gln, Glu, Lys y Arg forman enlaces hidrógenos con las bases del DNA