TEMA 1 REVISADO

Tema-01INTRODUCCIÓN A LA ENZIMOLOGÍAINTRODUCCIÓN A LA ENZIMOLOGÍA

Enzimología-2011/12

JBP

1. Introducción2. Breve historia de la Enzimología3. Descripción general de las enzimas4. Enzimas monoméricas y enzimas oligoméricas5. Enzimas solubles y enzimas ligadas a membranas

6. Enzimas y cofactores7. Clasificación de enzimas8. Isoenzimas9. Enzimas no convencionales

- Ribozimas - Anticuerpos catalíticos (Abzimas) - Synzimas

Tema-01INTRODUCCIÓN A LA ENZIMOLOGÍAINTRODUCCIÓN A LA ENZIMOLOGÍA


JBP

1. Introducción2. Breve historia de la Enzimología3. Descripción general de las enzimas4. Enzimas monoméricas y enzimas oligoméricas5. Enzimas solubles y enzimas ligadas a membranas

6. Enzimas y cofactores7. Clasificación de enzimas8. Isoenzimas9. Enzimas no convencionales

- Ribozimas - Anticuerpos catalíticos (Abzimas) - Synzimas

1. INTRODUCCIÓNINTRODUCCIÓNLa vida depende de una serie de reacciones

químicas perfectamente organizadas.

Sin embargo, muchas de estas reacciones, por sí mismas, tienen lugar a una velocidad

demasiado lenta como para poder dar respuesta a los diverso procesos vitales.

Para resolver este problema ….la Naturaleza ha diseñado los catalizadores

biológicos, o biocatalizadores.Los biocatalizadores pueden ser de:

- naturaleza proteica:

- naturaleza no-proteica:

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¡¡¡ComentarComentar!!!

De todos ellos, los más abundantes son las enzimas.

Estos biocatalizadores son capaces de acelerar la velocidad de reacción, varios

órdenes de magnitud,

104 – 1018.JBP

- naturaleza proteica: enzimas (proteína), abzymas (anticuerpos catalíticos), o de

- naturaleza no-proteica: ribozimas (RNAs catalíticos)


Este alto poder catalítico de las enzimas es el que hace posible que los diferentes procesos vitales, en todas las formas de vida -desde los virus al

hombre-, tengan lugar de manera eficiente.

Veamos algunos ejemplos:

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1010141411Urea + 2H2O NH4+ + 2CO2

(Ureasa)

1010121211G-1-P G-6-P (Fosfoglucomutasa)

101099112H2O2 2H2O + O2

(Catalasa)

10107711CO2 + H2O HCO3- + H+ (Anhidrasa

carbónica)

Velocidad con

enzima

Velocidad sin enzima

¿Cuáles son las propiedades especialespropiedades especiales de las enzimas que las hacen catalizadores

tan eficientes?


Este es uno de los aspectos, más importantes, de la Enzimología que intentaremos estudiar a lo largo del

curso, …

La respuesta a esta pregunta no es fácil:

…, e intentaremos, siempre cuando sea posible, justificar a nivel molecular.

Pero antes, comencemos fijando ciertas ideas, a nivel formal, tales como

definiciones, símbolos, nomenclaturas, etc.

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Las enzimas como catalizadores biológicosLas enzimas como catalizadores biológicosDefinición:Las enzimas son proteínas, producidas por los seres vivos, que tienen capacidad para catalizar con gran eficiencia procesos muy

específicos.

Esta definición, a parte de concretar la naturaleza proteica de las enzimas, apunta los problemas básicos de la Enzimología, que son, la

explicación en términos físico-químicos:- de su mecanismo catalítico, - de su especificidad y - de su regulación (in vivo)JBP


Las enzimas son pues los agentes de las funciones vitales.

Los seres vivos tienen varios miles de enzimas diferentes, capaces de catalizar

una amplia gama de reacciones. El conjunto de todos estos procesos

celulares catalizados por las enzimas constituye el metabolismo.

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Escherichia coli: 4288 proteínas; 2658 (62%) caracterizadas, de las que 1701 (64%) son Enzimas


No caracterizadasEnzimasProteínas

Las enzimas son capaces de ejercer su poder catalítico en condiciones suaves de temperatura, pH, presión, etc.,

compatibles con la vidacompatibles con la vida. Además, las enzimas son catalizadores

susceptibles de regulación en su actividad, lo que permite armonizar el entramado metabólico de acuerdo con las

necesidades del organismo.

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Ausencia de enzimas NO metabolismo celular NO vida


* Aplicaciones de las enzimas:- Análisis clínico:Análisis clínico:

LDH (determinación de lactato: infarto, daño celular, …)

Glucosa-oxidasa (determinación de glucosa: diabetes,..) Ureasa (determinación de urea: enfermedades renales)- Aplicaciones médicas:Aplicaciones médicas:

Activador-tisular del plasminogeno (infarto)Asparraginasa/Glutaminasa (cáncer)Streptokinasa, Urokinas, … (infarto)

- Aplicaciones industriales:Aplicaciones industriales:* Química orgánica* Química farmacéutica* Alimentación* Detergentes* TextilJBP


Definición de Definición de catalizadorcatalizadorUn catalizador es una sustancias que aumenta la velocidad de una reacción, sin verse alterada sin verse alterada

en el procesoen el proceso global.La mayor parte de los catalizadores biológicos

(aunque no todos ellos) son enzimas.

La sustancia sobre la que actúa una enzima se denomina sustratosustrato de esa enzima.

H2O2 ------- H2O + O2 Gº´= -32kJ/mol

Veamos todo esto en un ejemplo:

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Enzimología-2011/12Las enzimas son biocatalizadores, …

Esta reacción, aunque fuertemente favorecida termodinámicamente (ΔGº´= -32kJ/mol), es muy lenta, a menos que

sea catalizada.

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1091.000.000.000

En presencia de catalasacatalasa1061.000.000En presencia de Hb1031.000Con catalizar químico

(FeCl3)

1001Sin catalizador

Velocidad de reacción

Este ejemplo nos muestra que la velocidad de una reacción termodinámicamente

favorable depende en gran medida de que exista o no un catalizador y de la

naturalezanaturaleza del mismo.

Los catalizadores biológicos, entre ellos las enzimas, se encuentran

entre los más eficaces y específicos que se conocen.

JBP


En este punto, nos conviene resaltar dos hechos importantes:

1.1. Un catalizador verdadero, aunque participa en el proceso de reacción,

no se modifica a lo largo de ella.

22.. Los catalizadores modifican la velocidad de los procesos, pero no afectan la posición de equilibrio de una reacción.

Ya que en el equilibrio:

V1 = V2

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¿ENZIMAS?

2. BREVE HISTORIA DE LA ENZIMOLOGÍA2. BREVE HISTORIA DE LA ENZIMOLOGÍA

ΠΠ-0-01.1. Haga un trabajo de unas 5 hojas (Arial 12)

¡Evite cortar y pegar!

Fecha límite de entrega: 17-octubre-2011


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2. BREVE HISTORIA DE LA ENZIMOLOGÍA2. BREVE HISTORIA DE LA ENZIMOLOGÍA-Las enzimas en la antigüedad

-Los primeros pasos de la Enzimología -Desarrollo de la Enzimología mecanicista -Enzimología estructura

-La explosión de las enzimas en el siglo X -La Enzimología actualmente

JBP

En la era de la Biología Molecular y del “genoma” podría parecer que ha pasado el tiempo de la

Enzimología, pues todos los problemas que pudieran plantearse hace ya algún tiempo que fueron

solucionados.Sin embargo, no podemos olvidar que con la era del

“genoma” ha llegado la era del “proteoma”, ya que, son las proteínas y, entre ellas las enzimas, las que

prestan su carácter funcional a los organismos vivos.


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El enfoque histórico de cómo el saber se ha ido expresando hasta llegar a términos concretos y preciso es muy importante en el estudio de

cualquier ciencia, como lo ha puesto de manifiesto la moderna epistemología.

Desde un punto de vista histórico:Desde un punto de vista histórico:

- Primer enzimólogo, ¡sin saberlo!, fue Noé

En el libro del Génesis se nos narra la historia de Noé que sucumbió a los

efectos de la fermentación de la uva.


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Enzimología empíricaEnzimología empírica Antigüedad clásicaAntigüedad clásica

Grecia: Homero (Ilíada) menciona el uso de estómagos animales en la elaboración de queso 400 a.C.

Egipto: fermentación alcohólica, fermentación

láctica, …


Enzimología científicaEnzimología científica El dato más antiguo que poseemos sobre una acción catalizada por enzimas, (aunque todavía no se había acuñado este nombre), se debe a A. Payen y J.E.

Persoz (1833), cuando comunicaron que un extracto de granos de centeno en germinación era capaz de

transformar el almidon en glucosa. Concentraron el principio activo del extracto, y obtuvieron un polvo blanco al que denominaron

diastasa, sustancia termolábil y que actuando a concentraciones muy pequeñas era capaz de transformar

grandes cantidades de almidón.

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Anticipación de los principios básicos y característicos del mecanismo de acción y

comportamiento de las enzimas: a) Pequeñas cantidades de extracto (enzima) podían hidrolizar grandes cantidades de almidón (sustrato).

b) Termolábil c) La sustancia activa se podía separar del

extracto (precipitación alcoholica) y ser purificada.


En 1876 Friedrich Wilhelm Kühne, profesor de Fisiología en la Universidad de

Heidelberg, presentó una comunicación a la Sociedad de Historia Natural y Medicina de

Alemania sobre los fermentos. F.W. Kühne acuñó el término enzimaenzima (en la en la

levaduralevadura) para designar a aquellas sustancias activas de origen biológico que

tenían capacidad catalítica.

El concepto de catálisiscatálisis lo introduce BerzeliusBerzelius en 1838 …

… cuando profetiza “que en las plantas y animales tenían lugar millares de procesos catalíticos entre los

tejidos y fluidos dando lugar a multitud de compuestos químicos”.

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El término enzima y Enzimología terminó imponiéndose, a pesar de las fuertes críticas de algunos de los más importantes científicos de la

época: Hoppe-SeylerHoppe-Seyler, Pasteur (vitalistas).

En 1882, Mayer publicó en Heidelberg el libro: Die Lehre von den chemischen Fermenten oder

Enzymologie”.En 1897 los hermanos Büchnerhermanos Büchner demostraron que

un extracto de levadura era capaz de llevar a cabo la fermentación alcohólica (Glucosa Etanol) en ausencia de levaduras vivas.

Golpe importante a la Teoría del vitalismo Oposición de Pasteur. El primer gran golpe fue la sintesis in vitro de

urea por F. Wöhler.


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A estas alturas, aun no se conocía la naturaleza de las enzimas.

¿Qué clase de compuestos químicos son las enzimas?

La naturaleza química de las enzimas siguió siendo materia de discusión a comienzos del

siglo XX. En 1906 Harden y Young descubrieron que

cuando se dializaba un extracto de levaduras capaz de efectuar la

fermentación, ésta no tenía lugar.Parecía que ni las macromoléculas no filtrables, ni las moléculas pequeñas

filtrables que acompañan a aquellas (las que hoy conocemos como coenzimascoenzimas) eran por sí

mismas capaces de llevar a cabo la actividad fermentativa.


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Sin embargo, al mezclar el dializado y el retenido, las moléculas no dializadas, se reestablecía la actividad fermentativa.

En esta época no eran pocos los que creían que los responsables de la actividad

fermentativa eran las moléculas filtrables (coenzimas).

La naturaleza proteica de las enzimas no se estableció hasta 1926, cuando SumnerSumner

cristalizó la ureasa de la soja.Esto constituyó el golpe definitivo para derogar la

Teoría del vitalismo.

¿Qué es lo más inanimado que existe? UN CRISTALUN CRISTAL


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Posteriormente se lograron cristalizar muchas otras enzimas, fundamentalmente

enzimas hidrolíticas procedentes de líquidos biológicos, confirmándose la naturaleza

proteica de las mismas.

El paradigma parecía bien establecido: una enzima es una proteína con actividad

catalítica.

A partir de este momento es cuando comienza el desarrollo de la Enzimológia como Enzimológia como Ciencia independienteCiencia independiente y de ello nos ocuparemos con cierto detalle en el

transcurso de este curso.


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En 1986 Athur Zaug y Thomas Cech comunicaban que moléculas de RNA también pueden tener

actividad catalítica.

El dogma: las enzimas son proteínas catalíticas, permaneció hasta los años 19801980.

Nombres relevantes en este periodo:- Herry

- Michaelis y Menten- Briggs y Haldane- King y Altman- Monod, Wyman, Changeux- Koshland, Nemethy,

Filmer - …


3. DESCRIPCIÓN GENERAL DE LAS ENZIMAS3. DESCRIPCIÓN GENERAL DE LAS ENZIMAS

Las principales características de las enzimas son:

1. Las Enzimas son proteínas2. Las Enzimas tienen centro(s) activo(s)3. Las Enzimas son específicas4. Las enzimas “modifican” la velocidad de reacción (incrementándola) pero no el equilibrio químicoJBP


Efectivamente, las enzimas son proteínas pero unas proteínas muy especiales:

1 Las enzimas son proteínas

Proteínas con actividad catalítica

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Así pues, es conveniente tener presente lo siguiente:

Una enzima se caracteriza por lo que hace ....

* Reacción que cataliza *

Especificidad Sustrato/Producto* pH optimo de

acción* Temperatura optima de acción * Mecanismo catalítico* etc.

Una proteína se caracteriza por lo que es ....

PM Composición aminoacídica Secuencia Tamaño y forma etc.Sin embargo, …

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2Las enzimas tienen la característica de poseer una zona específica de su molécula donde tiene lugar la reacción química que

catalizan: el centro activo.

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Las Enzimas tienen centro(s) activo(s)

Región apolar

Región polar

-----Sitio activo-----------------Sitio de reconocimiento------------

Dihidrofolato reductasa


Concepto de centro activoConcepto de centro activo

* Región de la enzima donde se une el sustrato (o sustratos)

NOTA: Este centro activo es, con frecuencia, un bolsillo o cavidad rodeada por cadenas aminoacídicas laterales que facilitan la facilitan la

unión del sustratounión del sustrato y por otras que participan en la catálisisparticipan en la catálisis.

Y este bolsillo o cavidad se caracteriza por:

Active Site Is a Deep Buried Pocket

Why energy required to reach transition stateis lower in the active site?

It is a magic pocketIt is a magic pocket(1) Stabilizes transition

(2) Expels water(3) Reactive groups(4) Coenzyme helps

(2)

(3)(4)

(1)CoE+

-¡Comentar interacciones:

tipo, fortaleza, …!

3 Las enzimas son altamente específicas1) Especificidad enzimática:- Requerimientos estructurales:

* Los sustratos deben poseer los grupos químicos funcionales adecuados para interactuar con la enzima.- Requerimientos quirales:* Las enzimas son sensibles a la quiralidad del sustrato.* Las enzimas mismas son quirales.* Por regla general existen 3 o más puntos de contacto entre la E y el S.

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2.) Especificidad de producto* Solo se libera un tipo de producto.


3. Especificidad de sustrato:• La mayor parte de las enzimas actúan sobre

un número muy reducidos de sustratos.• E incluso algunas actúan sobre un único

sustrato:

Glutamato + Piruvato ----------------------------> GABA + CO2Aspartato + Piruvato ---------------------------> -Alanina + CO2

Glutamato decarboxilasa

Glutamato decarboxilasaX

* En este ejemplo la especificidad viene dada por el grupo “etilen”, (-CH2-CH2-)

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La especificidad llega, en algunos casos, a ser tan alta que la enzima presenta especificidad quiral respecto del sustrato.Algunas enzimas actúan sólo sobre uno de los isómeros

L-Glutamato + Piruvato --------------------------------> GABA + CO2D-Glutamato + Piruvato --------------------------------->

Glutamato decarboxilasaGlutamato decarboxilasaX

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4Las enzimas modifican de igual manera la velocidad

de reacción en ambas direcciones no alteran la cte de equilibrio.

V1 = V2


* Las enzimas son catalizadores, pero unos catalizadores muy especiales, actúan:

i) a temperatura fisiológica, 37ºC ii) a pHs fisiológicos, 6 - 7,5iii) a presión atmosférica, 1 atm.* De acuerdo con las teorías actuales,

las enzimas ejercen su función estabilizando el estado de transición.

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Así pues, …


4. ENZIMAS MONOMÉRICAS Y ENZIMAS 4. ENZIMAS MONOMÉRICAS Y ENZIMAS OLIGOMÉRICASOLIGOMÉRICAS

* Enzimas monoméricas:- constituidas por una sola cadena polipeptídica,- no presentan estructura cuaternaria.

* Sin embargo, la gran mayoría de las enzimas son oligoméricas:JBP


Si están formadas por:-dos subunidades Dímeros-tres subunidades Trímero-cuatro subunidades Tetrámero-cinco subunidades Pentámero-etc.

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Estas subunidades, a su vez, pueden ser iguales o distintas.

- Homo-oligómeros iguales- Hetero-oligómeros distintas

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ΠΠ-02-02.. ¿Se les ocurre algún experimento para averiguar si una enzima es monomérica u

oligomérica?¿Y para averiguar si es homo-oligomérica o

hetero-oligomérica?Fecha límite de entrega: 17-octubre-2011

5. ENZIMAS SOLUBLES Y ENZIMAS LIGADAS A MEMBRANAS5. ENZIMAS SOLUBLES Y ENZIMAS LIGADAS A MEMBRANAS

¿Problemática?JBP


Las enzimas solublesenzimas solubles se miden fácilmente en medios acuosos

Las enzimas unidas a membranasenzimas unidas a membranas necesitan de un medio, generalmente,

hidrófobo para poder medir su actividad.

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Q.Q. ¿Cuáles son los principales problemas que presenta trabajar con enzimas o proteínas de

membrana?

6. ENZIMAS Y COFACTORES6. ENZIMAS Y COFACTORESGeneralidades

Muchas enzimas, son proteínas conjugadas, contienen en su composición algún componente de naturaleza no proteica,

necesario para su acción catalítica, al que se denomina cofactor.

El cofactorcofactor junto con la parte proteica de la enzima, o apoenzima, constituye la

holoenzima.

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- Metales- Molécula orgánica

* Coenzima * Grupo prostético

La naturaleza química de los cofactores es variada. En muchos casos se trata de

un ión metálico (caso de las metaloenzimas), mientras que en otros

casos se trata de una molécula orgánicas , y en este caso se denominan coenzimascoenzimas.

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Los cofactores que están unidos a la enzima de manera tal que para separarlos es necesario

dañar la enzima ( unión fuerte, generalmente covalentecovalente), se denominan grupos grupos

prostéticosprostéticos.


* Algunas enzimas para mostrar su actividad, incluso, precisan de ambos:

ion metálico y coenzima.

* La fuerza con que un cofactor está unido a una enzima varía de unas enzimas a otras,

y así, los hay:

- débilmente unidos,- fuertemente unidos,

- superpuestos.

Pizarra¿Se les ocurre algún experimento?

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Mejor, dializablesdializables y no-no-dializablesdializables.


dializablesdializables

no-no-dializablesdializables

Función y tipos de coenzimas• Son transportadores de grupos funcionales específicos en diversas reacciones químicas.

• Coenzima A and ATP -> cataliza reacciones de transferencia de grupo

• Coenzima Q10 y NAD+ -> cataliza reacciones redox

• Se consumen y reciclan constantemente en el metabolismo, participando un conjunto de enzimas en la adición de grupos químicos al coenzima y otro conjunto eliminándolo. (Ej: ATP-sintasa fosforila ADP convirtiendolo en ATP)

• Ej: Las deshidrogenasas usan NAD como cofactor cientos de enzimas eliminan electrones de sus sustratos a la vez que NAD+ a NADH, este NADH es sustrato de reductasas, con lo que se regenera NAD+.

• Por lo que los coenzimas son reciclados de manera continua durante el metabolismo.

Coenzimas que derivan de las vitaminas

• En algunos casos es la vitamina misma (Vit C o K) si hay en exceso las excretamos, menos las liposolubles, que las almacenamos. Estando sano no se han de tomar vitaminas extra.

Iones metálicosIones metálicos

La presencia de un ion metálico como cofactor, puede ser debida a:

1. …, que sea necesario para mantener la estructura terciaria de la enzimas (papel

estructural), o

2. …, que intervenga directamente en el proceso catalítico (papel catalítico), como ocurre en el caso de la carboxipeptidasa-A

(enzimas activadas por metales).JBP


Los cationes de los emtales que al unirse a varios grupos (restos de aa-> ligandos) de la apoenzima, aumentan la velocidad de reacción, se denominan “cofactores” metálicos.¿Cuáles serán los restos aminoacídicos implicados en estas interacciones?Los que tengan carga negativa o densidad de carga negativa alta.- grupos amino libres (NH3+)- grupos tiol de Cys (-benceno NH.NH)- grupos carboxilo libres (COOH)- grupoos imidazol de His (-SH)- grupos carbonil del enlace peptídico

La interacción del ión metálico M+ con el grupo amino y el grupo carboxilo de la apoenzima forma un complejo estable.¿Por qué son iones metálicos buenos cofactores?Poseen alta concentración de carga positiva y tiene la habilidad de existir en dos o más estados de valencia para interactuar con uno o más ligandos.

Coenzimas débilmente unidos a la enzima:

NAD+

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NAD+ NADP+


http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/0/02/NAD%2B_phys.svg

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/6/65/NADP%2B_phys.svg

El NAD+ es el aceptor electrónico preferente en las vías oxidativas (catabólicas).

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NAD+

Nicotinamide

AdenineRibose

Active site

Estos son los que actúan funcionalmente. El resto de la molécula no interviene, solo actúa para su acoplamiento

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/0/02/NAD%2B_phys.svg

El NADPH es el donador electrónico preferente en las vías reductivas (anabólicas).

* Estas reacciones implican la transferencia directa de un anión hidruro bien al NAD(P)+ o desde el

NAD(P)H.

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Active site

NADP+

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/6/65/NADP%2B_phys.svg

Coenzimas fuertemente unidos a la enzima:* Un ejemplo de coenzima fuertemente unido a la enzima es el flavin adenin dinucleótido (FAD):

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Adenine

Ribose

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/it/9/9c/FAD.jpg

FAD+ FADH2


http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/0/08/FADH2.gif

Principales coenzimas y cofactores, así como el tipo de reacciones en que intervienen:

Coenzima Vitamina Reacciones en las que intervienen

Biotina (Biocitina) Biotina Activación y transferencia de

CO2

Cobalamina: adenosil-cobalamina,

metil-cobalamina)

B12Isomerización y transferencia de grupos metilos

Coenzima A Ac. pantotenico

Activación y transferencia de grupos acilos

Flavin (FAD, FMN)

Riboflavin (B2)

Oxidación-reducción (transferencia de 1 e- o 2 e-)

Ac. Lipoic / Lipoamida

(no requerido en la dieta)

Activación de grupos acilos; oxidación-reducción

Nicotinamida (NAD+, NADP+)

Niacina (ác. nicotínico)

Oxidación-reducción (transferencia de 2 e-, ión hidruro: H-)

Piridoxal fosfato

Piridoxina (B6) Transferencia de grupos amino

Tetrahidrofolate Folate Transferencia de grupos de un-

carbono Tiamina

Pirofosfato Tiamina (B1) Activación y transferencia de aldehidos


7. CLASIFICACIÓN DE ENZIMAS7. CLASIFICACIÓN DE ENZIMAS

Necesidad de un sistema de clasificación

¿Existe alguna relación entre los tomos de la Guía Telefónica y los tomos de la

Clasificación de Enzimas?SI--> ambos “libros” son de una gran

utilidad

* Pero, para utilizarlos bien NO es necesario saberselos de memoria, sino saber usarlos, sacando la información

que nos interesa.JBP


* Intentemos justificar la necesidad de un sistema de clasificación para las enzimas

* Si el nº de enzimas es pequeño --> NO hay problemas

* Los problemas comienzan a aparecer cuando el nº de enzimas crece

Además:

JBP

Muchos nombres eran poco informativos, cuando no engañosos, respecto a la

reacción catalizada, como:- emulsina,

- diaforasa,

- enzima amarilla antigua, - etc.


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Por otra parte, un mismo nombre se aplicaba a enzimas diferentes, como p. ej.,

- “sintetasa”.

En muchos casos se utilizaban varios nombres para una misma enzima, como:

- invertasa,- sacarasa,- invertina y- β-fructofuranosidasa.

Ante este CAOSEn 1956 la Unión Internacional de Bioquímica (IUB) creó la Comisión de Enzimas (EC).


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*La misión de dicha comisión era, según palabras textuales de sus declaración

programática:“Considerar la clasificación y nomenclatura de enzimas y coenzimas, sus unidades de actividad y métodos estándar

de ensayo junto con los símbolos utilizados en la descripción de la cinética enzimática.”

* En 1961 la Comisión publicó las bases para una nomenclatura y clasificación de las

enzimas, y da la primera lista de enzimas, 712 enzimas .

* Posteriormente se disolvió la Comisión y la IUB creó el Comité Permanente de Enzimas que se encargó de la aplicación de la nueva

nomenclatura.


* Finalmente, la IUB formó con la Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (IUPAC), la Comisión de Nomenclatura Bioquímica, dentro de la cual se formó un Comité de Expertos en Enzimas

que actualizaron las normas anteriores e incluyeron el gran número de enzimas descubiertos

en los últimos años.En 1961 se publicó una lista con 712 enzimasEn 1964 se publicó una lista con 875 enzimasEn 1972 se publicó una lista con 1770 enzimas.En 1978 se publicó una lista con 2122 enzimas.En 1984 se publicó una lista con 2477 enzimasEn 1992 se publicó una lista con 3196 enzimas En 2011 ....... ?

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* En 1964 se publica una lista de 875 enzimas clasificadas y nombradas

sistemáticamente.


Clasificación de las enzimas de acuerdo con la Enzyme Commission (EC)

La clasificación sistemática de las enzimas de acuerdo con el sistema propuesto por la EC sigue un criterio funcional según el cual las enzimas se clasifican según el tipo de

reacción catalizada.La EC asigna un nombre sistemático y un código numérico particular a cada enzima

conocido.

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Que para nombrar una enzima debemos dar:

- Su nombre sistemáticonombre sistemático, y- Su código numéricocódigo numérico.


Nombre sistemático:En nombre sistemático consta de tres partes:

a) sustrato sobre el que actúa la enzima,b) acción química que cataliza,c) terminación universal –ase (en inglés) –asa (en español).Ejemplo

: G-6-P F-6-P

Sustrato: Glucosa-6-P

Acción: Isomerización

Nombre: glucosa-6-fosfato isomerasa

* Al ser la reacción reversible, esta enzima también podría haberse nombrado como:fructosa-6-fosfato isomerasa, en

cuyo caso el sustrato sería la Fructosa-6-P

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Algunas normas a tener en cuenta a la hora de escribir el nombre sistemático de una enzima:

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1. Usar para el sustrato(s) nombres triviales, o incluso abreviaciones, cuando éstas sean de uso general y corriente: ATP,

NAD+.2. Usar el verdadero nombre del sustrato, (teniendo en cuenta el pH a que se

encuentra):acetato vs ácido acético ; lactato vs

ácido láctico3. Cuando el nombre del sustrato esté formado por más de una palabra, usar guiones para mantener el nombre formando una unidad.

Glucosa-6-fosfato ; Fructosa-6-fosfato

4. Cuando el sustrato tenga sustituyentes en su molécula,

indique la posición con números: 1,2,3, ... no como alfa, beta,

gamma, etc.


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Excepciones a esta regla son:beta-aspartil y gamma-glutamil;beta-alanina y gamma-lactona.

5. Los compuestos fosforilados que no contengan ningún otro grupo ácido en la molécula, se nombraran de acuerdo con la

forma: xxxxxxxfosfato, Glucosa-6-fosfato.

Sin embargo, aquellos que si contengan otros grupos ácidos en la molécula, se nombraran de acuerdo con la forma: fosfoxxxxxxx, Fosfoglicerato.

6. Dentro del grupo de lo “ceto-ácidos”, usar el prefijo “oxo” cuando el grupo -CO- sustituya a un

grupo -CH2-, y “ceto” cuando el grupo -CO- sustituya a un grupo -CHOH- en un azucar7. Para los radicales nucleotídicos usar “adenilil” en lugar de “adenil”.


En relación con el nombre de la reacción química catalizada:

El nombre debe indicar el tipo de reacción que cataliza la enzima de acuerdo con la siguiente lista:

1. OxidorreductasasOxidorreductasas2. TransferasasTransferasas3. HydrolasasHydrolasas 4. LiasasLiasas 5. IsomerasasIsomerasas

MutasasRacemasas

Epimerasas6. LigasasLigasas

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Código numérico:El código de cada enzima empieza por las letras EC (Enzyme Commission) seguidas de

cuatro números:EC.n1.n2.n3.n4

.El primero, n1, indica la clase de reacción, de acuerdo con el siguiente esquema:1. Oxidoreductasas

2. Transferasas3. Hidrolasas4. Liasas5. Isomerasas6. Ligasas o sintetasas.Las tres primeras clases catalizan

reacciones de transferencia del tipo

Ax + B ------ A + Bx


En el caso de las oxidorreductasas “x” consiste en equivalentes de oxidación-reducción (electrones, hidrógenos).

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Mientras que en las transferasas e hidrolasas son grupos químicos los que se

transfieren.* Las transferasas transfieren grupos

químicos de un sustrato a otro sustrato, siendo el segundo sustrato distinto del agua


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* Las hidrolasas se caracterizan porque el aceptor, B, es el agua el agua participa

directamente en la reacción.


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Las liasas catalizan la eliminación de grupos del susutrato mediante la ruptura de enlaces por mecanismos no hidrolítico que, en algunos casos, lleva consigo la creación de dobles

enlaces:

HZ-Y-X Z=Y + XH

Grupo saliente

En sentido contrario catalizan la formación del enlace Y-E mediante adición al doble enlace, Z=Y.


Las isomerasas catalizan reacciones de isomerización.

De acuerdo con el tipo de isomerización en concreto, las isomerasas podrán ser:

- Racemasa- Mutasas- Epimerasas

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Las ligasas o sintetasas catalizan la formación de enlaces acoplada a la

hidrólisis de ATP:XH + YOH + ATP --- X-Y + ADP + Pi (ó AMP

+ PPi)

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¿Hay alguna diferencia entres sintetasa y sintasa?

Frecuentemente nos encontramos con los términos sintetasa y/o sintasa.

Veamos a continuación algunas recomendaciones en relación con la manera manera

de escribir el nombre de una enzimade escribir el nombre de una enzima..

Para lo que tendremos en cuenta las siguientes recomendaciones:

¡¡Opiniones!!


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Las Oxidorreductasas, EC.1 deben nombrarse de acuerdo con el siguiente convenio:

Donador de e- : Aceptor de e- Oxidorreductasa

Ejemplo: Lactato:NAD+ oxidorreductasa

Nota: Si no se conoce el verdadero aceptor

de electrones, usar “(aceptor)”

Ej.: Succinato : (aceptor) Oxidorreductasa.


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Respecto a los nombres trivialesnombres triviales hay que indicar los siguiente:

a) Deshidrogenasas: el aceptor es un coenzima de oxidación-reducción.

b) Oxidasas: el aceptor es el oxígeno molecular.

c) Reductasas: el donador es NADH o NADPH.

d) Oxigenasas: incorporan oxígeno molecular en el donador; (monooxigenasas o dioxigenasas, según incorporen uno o

dos átomos de oxígeno).e) Hidroxilasas: son un tipo de

monooxigenasas.


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f) Desciclantes: dioxigenasas que rompen ciclos aromáticos.

g) Rompedoras de enlace: dioxigenasas que rompen enlaces C-C alifáticos;

h) Peroxidasas: el aceptor es el agua oxigenada.

i) Hidrogenasas: el donador es el hidrógeno molecular.


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Las Transferasas, EC.2 deben nombrarse de acuerdo con el siguiente convenio:

Donador : Aceptor Grupo-transferido-transferasa

Ej.: ATP : acetato fosfotransferasa

Las subclases se establecen según la naturaleza del grupo transferido.

En la nomenclatura trivial se puede sustituir la expresión “ grupo transferasa” por “trans

grupo asa” aminotransferasa por transaminasaLas subclases específican un poco más la

naturaleza del grupo transferidoVeamos algunos nombres

triviales:


a) Transaminasas: transfieren grupos aminos.

b) Fosfotransferasas: transfieren grupos fosfatos.

c) Transcetolasa: transfieren grupos glicoaldehídicos (CH2OH-CO-)

d) Transaldolasas: transfieren grupos dihidroxiacetona (CH2OH-CO-CHOH-).

e) Quinasas: transfieren grupos fosfato con el ATP como donador.

f) Tioforasas: transfieren CoA.g) Fosforilasas: tienen al fosfato como aceptor del grupo transferido.

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Las Hidrolasas, EC.3 deben nombrarse de acuerdo con el siguiente convenio:

Sustrato hidrolasa oSustrato grupo-eliminado-

hidrolasaEj., Adenosina amino-hidrolasa

Las subclases se establecen según la naturaleza del enlace hidrolizado y las subsubclases concretan un poco más la

naturaleza de este enlace.En el caso de las proteasas las subsubclases se establecen según el mecanismo catalítico pues la complejidad del sustrato (proteína) hace inviable una clasificación basada en la

naturaleza del mismo.


a) Fosfatasas: rompen enlaces del tipo monoésteres fosfóricos (R-O-PO3H2).

b) Fosfodiesterasas: rompen enlaces del tipo diésteres fosfóricos (R-O-PO2H-O-R’).

c) Pirofosfatasas: rompen enlaces del tipo monoésteres difosfóricos (R-O-PO2H-

PO3H2).d) Aminopeptidasas: α-aminoacilpéptido hidrolasas, rompen enlaces peptídicos a

partir delextremo N-terminal

e) Carboxipeptidasas: peptidilaminoácido hidrolasa que rompen enlaces peptídicos a

partir delextremo C-terminal.JBP

Los nombre triviales más importantes son:


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Las Liasas, EC.4 deben nombrarse de acuerdo con el siguiente convenio:

Sustrato grupo-eliminado-liasa

Ej., L-malato hidro-liasa- En la reacción:

HZ-Y-X Z=Y + XHSe considera como grupo eliminado, o

saliente, Z=Y o XH según cual de las dos moléculas sea más pequeña.

Las subclases se establecen según el tipo de enlace Y-X que se escinde y las subsubclases

según el grupo eliminado.Los principales nombres

triviales son:


a) Descarboxilasas: carboxil-liasas, eliminan grupos carboxilos.

b) Aldolasas: aldehido liasas, eliminan grupos aldehídicos.

c) Dehidratasas: hidroliasas, eliminan agua.

d) Deaminasas: aminoliasas, eliminan grups aminos.

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Las Isomerasas, EC.5, se clasifican y nombran según el tipo de isomerización que catalizan, nombrandose de acuerdo con los

siguientes convenios:i) Sustrato tipo-de-isomerización-

isomerasaEj.: Maleato cis-tras-isomerasa

ii) Sustrate racemase (convierte formas D & L)

Ej.: Alanina racemasa

iii) Sustrato epimerasa (invierte un centro optico sencillo en una molécula

con más de uno de dichos centros)

Ej.: Glucosa epimerasa


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iv) Sustrato mutasa (transferencia intramolecular de grupo)

Ej.: Metil-malonil-CoA mutasa


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Las Ligasas o sintetasas, EC.6, se clasifican según el tipo de enlace que forman entre los sustratos, y deben nombrarse de acuerdo con el siguiente

convenio:Molécula-1 : Molécula-2 ligasa (nucleótido

producido)

Ej., Alanil : tRNA ligasa (AMP)

La denominación sintetasa se ha aplicado frecuentemente a enzimas que determinan la

formación de un enlace por mecanismos distintos a los de las verdaderas sintetasas, como por ejemplo a muchas transferasas y a liasas consideradas en sentido inverso.


La CE reserva el término “sintetasa” para la formación de enlaces acopladas a la

hidrólisis de ATP, utilizando en los otros casos, siempre que se quiera recalcar el aspecto sintético, la denominación de

“sintasa”.


SINTETASA: siempre consume ATPSINTASA: se forma enlace pero NO consume energía.

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Veamos a continuación la adjudicación de los cuatro números del código EC:

Direcciones de InterNet:

http://www.expasy.ch/enzyme/

n1 --> tipo de reacción (1 a 6)n2 --> tipo de enlace que se rompe o forma (1 a n)

n3 --> subtipo de enlace que se rompe o forma ( 1 a n)n4 --> número de orden o catálogo

http://www.chem.gmul.ac.uk/iubmb/enzymes/



Π-03Adjudique a cada una de las siguientes reacciones el nombre sistemático y el código EC de las enzimas que las catalizan.

a) Fosfatidil colina + Agua 1-Acilglicerolfosfocolina + Ion

Ac. Grasob) Succinil-CoA + Agua CoA + Succinatoc) L-O-Fosfoserina + Agua L-Serina +

Fosfatod) Glutamina Glutamico + amoniaco

Fecha límite de entrega: 17-octubre-2011


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Ejemplos:

Fosfatidil-colina + H2O 1-Acilglicerol-fosfocolina + Ac. Graso

Nombre sistemático:

Fosfatidil-colina-2-acil-hidrolasa

+ 2R-COOH

R1

P Colina

HO

R1

2R

P Colina

+ H2O


EC. __.__.__.__

33 Hidrolasa3.1 Rompe o hidroliza un enlace de tipo ester

1

3.1.1 el enlace ester es del subtipo ester carboxílico

1

3.1.1.X Nº orden

X

JBPhttp://www.chem.qmw.ac.uk/iubmb/enzyme/


http://www.chem.qmw.ac.uk/iubmb/enzyme/

http://www.chem.qmw.ac.uk/iubmb/enzyme/

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EC. __.__.__.__

33 Hidrolasa3.1 Rompe o hidroliza un enlace de tipo ester

1

3.1.1 el enlace ester es del subtipo ester carboxílico

1

3.1.1.4 Nº orden

4Enzimología-

2011/12

8. 8. Formas múltiples de una enzima: ISOENZIMASDefinición: según el Diccionario de

Oxford de Bioquímica y Biología Molecular

Isoenzimas o Isozimas son “cualquiera de las múltiples formas de una enzima, proveniente de diferencias determinadas genéticamente en la

estructura primaria”.

El término Isoenzima es un término operacional, que hace referencias a un conjunto de enzimas

(con el mismos código EC) que catalizan la misma reacción en la misma célula o en el mismo

organismo.* El término Isoenzima abarca también a las alelozimas, que se definen “como cualquiera de dos o más variantes de una enzima

particular (con propiedades catalíticas semejantes) cuyas secuencias de aminoácidos están codificadas en genes alélicos estructurales.


1. En la misma célula y en el mismo compartimento, como ocurre con las isoenzimas

de la enzima Lactato deshidrogenasa (EC 1.1.1.27) que se encuentran todas en el

citosol.2. En la misma célula pero en diferentes

compartimentos celulares, como es el caso de la Glutamato oxalacetato transaminasa (EC

2.6.1.1) que se encuentra en el citoplasma y en las mitocondrias.

3. En diferentes tejidos de un mismo organismo, como es el caso de la Glutaminasa activada por fosfato (EC. 3.5.1.2) de la que existen dos tipos, tipo riñón (K) y tipo

hígado (L).

Localización de las IsoenzimasLas isoenzimas podemos

encontrarlas:


4. En el mismo individuo y en el mismo tejido, pero en diferentes fases del desarrollo, como

es el caos de la Piruvato quinasa (EC 2.7.1.40), de la que se conocen dos formas la

fetal y la adulta.

Así pues, cada código numérico de la clasificación EC, por ejemplo,

EC.3.2.1.21, no representa una sola especie de proteína enzimática sino a un grupo de proteínas con la misma

propiedad catalítica, pero difiriendo en mayor o menor grado en la

especificidad de sustrato y otras propiedades cinéticas, así como en la

estructura proteica.


¿De dónde procede esta multiplicidad o diversidad?Una primera fuente de multiplicidad es la

especie (animal, vegetal o microbiana) de la cual procede la enzima.

Pero esto está ya contemplado por el cuarto número del código EC.

Dentro de una misma especie pueden existir también formas múltiples de una enzima.

Cuando esta multiplicidad intra-especie se debe a una multiplicidad en los genes que controlan la estructura primaria de la proteína, las distintas formas se denominan isoenzimas.


Hay tres tipos de isoenzimas:a) Los codificados por genes distintos,

como las dos formas de la malato-DH existentes en el citoplasma y en la

mitocondria de las células eucarioticas.

b) Los procedentes de variantes alélicos de un mismo gen, como ocurre con las

isoenzimas de la glucosa-6-P-DH humana.

c)Los procedentes de heteropolímeros de dos o más cadenas polipeptídicas, cada una de las cuales es codificada por un gen distinto. Así la Lactato-DH humana

es un tetrámero con dos tipos de subunidades distintas, H y M, que están codificadas por dos genes distintos.

Pueden existir cinco tipos de isoenzimas: M4, M3H, M2H2, MH3, H4.


c)c) continuación


Otro tipo de multiplicidad enzimática es el debido a modificaciones post-

traducionales de las enzimas, que pueden ser de varios tipos:

a) Conjugación con grupos no prostéticos, como ocurre con las enzimas llamadas

“interconvertibles” porque pueden existir en dos estados según estén o no conjugadas a un grupo no prostético. Así, la forma “a” de la fosforilasa difiere de la forma “b” en su

contenido en grupos fosfato.b) Distintas conformaciones de una proteína.


c) Distinto grado de polimerización de una subunidad común. Así la glutamato-DH puede existir como polímero de 6 o 24

subunidades idénticas.d) La familia de proteínas ligeramente distintas que derivan de la proteolisis

de un precursor, como p. ej., las distintas quimotripsinas. En estos casos el precursor se nombra con el prefijo

“pre-“ o el sufijo “-ógeno” (quimotripsinógeno, protrombina).* Vemos por tanto que para especificar

claramente a una proteína enzimática hay que indicar no sólo su nombre sistemático y código numérico, sino también la especie de

que procede y el tipo de isoenzima o modificación post-traduccional a que

corresponde.


Las isoenzimas suelen caracterizarse por su movilidad electroforética, ya que un cambio de aminoácidos o una modificación, puede afectar la

carga de la molécula.Cuando en una electroforesis se separan varias bandas con la misma actividad enzimática, las isoenzimas se suelen

numerar a partir del ánodo (isoenzima-1, isoenzima-2, ....).-

+ Ánodo


1122334455

El descubrimiento de la acción catalítica del RNA ha cambiado, no sólo nuestra

concepción sobre la naturaleza química de los biocatalizadores, sino que ha abierto nuevos caminos para explicar el origen evolutivo de las primeras moléculas con capacidad catalítica, las ribozimas.

9. 9. Enzimas no convencionales

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RibozimasRibozimas* A mediados de los años 80, Arthur Zaug y Thomas

Cech comunicaban, el descubrimiento de que moléculas de RNA también pueden tener capacidad catalítica y comportarse como biocatalizadores

muy activos.Thomas Cech descubrió que el RNA L-19

cataliza la hidrólisis del RNA de manera específica y es capaz de ejercer también acción

polimerasa.


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Ribozimas en cabeza de martillo


* Los estudios sobre el mecanismo de acción de las enzimas, como complementarias del estado de transición de los sustratos, tal como ya había sugerido Pauling en 1948,

llevó a varios investigadores, en la década de los 80, a producir anticuerpos

monoclonales frente a haptenos, análogos estructurales al estado de transición de

algunos sustratos.

AbzimasAbzimas

Estos anticuerpos que tienen propiedades catalíticas reciben el nombre de “abzimas” y son, a su vez, fuertemente inhibidos por

los haptenos

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Tipos de reacciones catalizadasRotura de enlaces éster, adiciones, eliminaciones, condensaciones aldólicas, oxido-reducciones y algunas transformaciones dependientes de cofactor.

bzimas naturalesActividades Dnasa, Rnasa e hidrólisis de polisacáridos en pacientes con enfermedades autoinmunes (lupus, esclerosis múltiple, artritis reumatoide...) y personas infectadas por VIH .

* Por último, gracias a los avances de la B.M. y la I.G, hoy somos capaces de

“fabricar” enzimás casi a la medida, estas enzimas artificiales reciben el nombre de

“sinzimas”, y puede que en el futuro sean la solución a algunos de los problemas que

actualmente presenta el uso de las enzimas a nivel médico-farmacéutico e industrial.

SinzimasSinzimas

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Ejemplos:Proteínas derivatizadas [Ru(NH3)5]3+ unido a Histidina

Mioglobina (transportador pasivo de oxiogeno) se convierte en una oxidasa Ácido ascorbico es oxidado con oxigeno molecular.Synzymes from organic molecules: Ciclodextrinas estructuras con un exterior hidrofílico y un interior hidrofóbico. Piridoxal es anclado en el interior muestra actividad transaminasa.

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