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Catalizadores Orgánicos
Objetivos 1. Conocer los efectos que tienen los
catalizadores en las velocidades de reacción.
2. Identificar los factores que afectan la actividad enzimática.
Enzimas Que se actualmente de las enzimas
Que quiero saber
Que aprendí
Catálisis enzimática
• Prácticamente todas las reacciones o procesos celulares son mediados por proteínas (o, en ciertos casos, ARN) catalizadoras llamadas enzimas.
Barreras energéticas
La glucosa aún en condiciones favorables de O2 tardaría mucho tiempo para oxidarse espontáneamente
Los seres vivos no pueden esperar tanto tiempo, por eso intervienen catalizadores biológicos denominados enzimas.
Energía de Activación (EA)
• E de activación (EA) E. mínima que necesita un sistema para poder iniciar un determinado proceso o reacción En donde los reactivos alcanzan un estado de transicion
• Estado de transición, estado químico intermedio que tienen que alcanzar los reactivos en donde la energía libre es mayor que la de los reactivos iniciales.
Espontáneamente, se requiere E inicial (un “empujón”) para comenzar.
Para toda reacción, hay una energía de activación específica (EA).
Los catalizadores superan la barrera de la energía de activación • EA no es sólo importante para el mantener el estado
metaestable, es una barrera que se debe superar, para que las reacciones tengan lugar a velocidades adecuadas.
– Aumentando el contenido medio E de todas las moléculas, o reduciendo el requerimiento de energía de activación.
– Suministrando calor
TIPOS DE CATALIZADORES
Inorgánicos: Fe, Cu, H+
TIPOS DE
CATALIZADORES
Orgánicos: Enzimas
Ribozimas (moleculas de ARN con capacidad catalitica)
CATALIZADORES ORGÁNICOS
• Incrementan la velocidad de la reacción de 107-1014
veces
• Se localizan dentro de los organismos, donde la temperatura, pH y concentración salina son apropiadas para su actividad
• Son muy específicas en relación a los reactantes y la reacción que catalizan
CATALIZADORES ORGÁNICOS
• Los únicos productos de la reacción que catalizan son los que se requieren (no hay subproductos)
• La actividad de estos catalizadores puede ser regulada para satisfacer las necesidades celulares en un momento dado
Características de las Enzimas
Aceleran de cientos a millones de veces la velocidad una reacción que tardaría mucho en darse por sí sola.
Las enzimas no se modifican o se pierden cuando intervienen en una reacción.
El mismo tipo de enzima cataliza hacia la derecha y hacia la izquierda cuando es reversible.
La enzimas tienen sustratos específicos, son selectivas.
• Los aumentos de velocidad de las reacciones catalizadas enzimáticamente están en el rango
– entre 107 y 1014, en comparación con las reacciones no catalizadas
• Son biocatalizadores de naturaleza proteica, que aceleran la velocidad de una reacción química al bajar la energía de activación necesaria para que esta ocurra.
• Todas las reacciones del metabolismo celular se realizan
gracias a la acción de catalizadores o enzimas
Enzimas “Catalizadores Biológicos”
Producto
Reactivo
Producto
Reactivo
Energía de
Activación
En
erg
í
a
lib
era
d
a
En
erg
í
a
ap
lica
da
Sin
Catalizar
Catalizada
Energía de Activación
Enzimas como catalizadores biológicos
propiedades básicas
• 1.Incrementa la velocidad de una reacción sin activación térmica, disminuye la EA , permite que esa reacción sea termodinámicamente factible.
• 2. Funciona formando complejos transitorios con las moléculas de sustrato.
4. Es necesaria solo en pequeñas cantidades
5. No se alteran en forma Irreversible , puede actuar repetidamente en reacciones individuales
6. Altamente especificas
Enzimas como catalizadores biológicos
propiedades básicas
7. No tienen efecto en la termodinámica de una reacción .
Incrementa la velocidad de las reacciones exergónicas, pero no puede servir como motor energético de una reacción endergónica.
Enzimas como catalizadores biológicos
propiedades básicas
– Su selectividad determina cuáles son los procesos químicos que se llevan a cabo en una célula.
– Cada enzima posee una forma tridimensional única, y dicha forma determina la especificidad.
Selectividad de las Enzimas Enzimas son selectivas ???
Amilasa Almidón Lipasa Lípidos
Especificidad enzimática.
Tienen alta especificidad por el sustrato, hábiles para discriminar entre moléculas muy similares.
Algunas no son tan específicas; presentan especificidad por grupos reconocen un número concreto de substratos, o una amplia categoría de sustancias.
Frecuente en enzimas implicadas en síntesis y degradación de polímeros.
Sitio activo
Sitio donde ocurre el evento catalítico
• Surco o bolsillo con propiedades químicas y estructurales, que acomoda adecuada y específicamente a el sustrato
Formado por un grupo característico de aa histidina, aspartato, glutamato serina,
cisteína, y lisina. histidina, el aspartato, y el glutamato,
sirven también como donantes o aceptores de protones.
Toda enzima, independientemente de la reacción o de su estructura tiene un SA.
¿Cómo trabaja una enzima?
• La enzima (E), tiene uno o varios sitios activos, se combinan con el sustrato (S) formando el complejo de transición (reacción reversible), enzima - sustrato (E-S).
• Se forman los productos (P) de la reacción, enzima luego se regenera nuevamente y queda libre para volver a combinarse con otra molécula de sustrato.
• La enzima puede actuar sobre millones de moléculas de sustrato.
Enzima (sacarasa) Sitio
activo
1
2
3
Sustrato “S”
(sacarosa)
Enzima “E” disponible con sitio activo
vacío
Sustrato se une a enzima
Complejo “E-S”
Sustrato Convertido en Productos “P”
4
Productos
liberados
Glucosa Fructosa
son
Grupos prostéticos
Algunas enzimas, además de su estructura proteica pueden portar componentes No proteicos llamados grupos prostéticos.
Pueden ser moléculas orgánicas pequeñas o iones metálicos.
Funcionan como aceptores de electrones.
Se localizan en el sitio activo
Indispensables para la actividad catalítica de la enzima
Ejemplo: hierro de la enzima catalasa,
Diversidad enzimática y Nomenclatura
• La enorme diversidad de enzimas y funciones enzimáticas da una gran variedad combinaciones para nombrarlas.
– Según el sustrato ( ribonucleasa, proteasa y
amilasa.) – Otras, según sus funciones: (succinato
deshidrogenasa y la fosfoglucoisomerasa.) – Otras enzimas no relacionados con sus sustratos o
funciones ( La tripsina, catalasa, y lisozima)
Unión Internacional de Bioquímica
Se dividen en : Seis clases principales basadas en sus funciones generales. Subgrupos para definir sus funciones más precisas.
Las seis clases principales son : oxidoreductasas, transferasas, hidrolasas, liasas, isomerasas y ligasas.
CLASIFICACIÓN INTERNACIONAL DE ENZIMAS
CLASE PRINCIPAL REACCIÓN QUE CATALIZA
1. Oxidorreductasas Reacciones de oxido-reducción
2. Transferasas Transfieren un grupo de átomos de una molécula a otra
3. Hidrolasas Rompimiento hidrolítico
4. Liasas Rompimiento no hidrolítico y formación o eliminación de doble enlace
5. Isomerasas Interconversión de isómeros
6. Ligasas Formación de enlaces (con consumo de ATP)
CLASIFICACIÓN INTERNACIONAL DE ENZIMAS
En la oxidorreducción, una molécula dona un electrón a otra, ésta se oxida y la otra se reduce
OXIDORREDUCTASAS
Transferencia de grupos: aldehidos, acilos, glucosilos, y fosfatos (kinasas), desde una molécula a otra
TRANSFERASAS
CLASIFICACIÓN INTERNACIONAL DE ENZIMAS
HIDROLASAS
Actúan sobre enlaces glucosídicos, éster, peptídicos y C-N, transformando polímeros en monómeros
Rompimiento no hidrolítico entre C y C, entre C y O, entre C y N y entre C y S. Puede formar y eliminar dobles enlaces
LIASAS
CLASIFICACIÓN INTERNACIONAL DE ENZIMAS
Permite transformar un isómero en otro
ISOMERASAS
Formación de enlaces entre: C y O, C y S, C y N, C y C, con aporte de ATP
LIGASAS
• La actividad de la enzima es influenciada por los siguientes factores:
– Temperatura
– pH
– Cofactores o Activadores
– Inhibidores
El ambiente celular que afecta la actividad enzimática
Sensibilidad a Temperatura
• El rango de la temperatura encima del cual una enzima se desnaturaliza varía de una enzima a otra y de un organismo a otro.
• Reacciones ocurren muy lento o se suspenden a bajas temperaturas.
Sensibilidad al PH Acidez o alcalinidad del medio de reacción (pH)
• Un pH alto o bajo se puede producir la desnaturalización de la enzima y en consecuencia su inactivación
• Su máxima actividad esta cerca de la neutralidad en un rango de pH de 6 a 8.
Según el sitio:
• Tripsina en el intestino, pH cerca a 8.
• Pepsina, digiere proteínas en el estómago, pH entre 1 - 2
Cofactores o Activadores
Muchas enzimas requieren cofactores no proteicos para realizar sus actividades:
Muchos cofactores son moléculas orgánicas (ARN) llamadas coenzimas
Otros son sustancias inorgánicas: iones de zinc, hierro, magnesio, manganeso, cobre
Activación del sustrato
El papel del sitio activo no solo es reconocimiento y union al sustrato sino también activarlo.
Los tres mecanismos más comunes: 1. El cambio en conformación enzimática inducida por la unión
sustrato al sitio activo. Deforma uno o más de sus enlaces, debilitando haciéndolos más
susceptible al ataque catalítico.
2. La enzima puede aceptar o donar protones incrementando, la reactividad química del sustrato.
3. Las enzimas puede aceptar o donar electrones, formando enlaces covalentes temporales entre la enzima y su sustrato.
• Hay dos tipos de inhibidores:
– El inhibidor competitivo se asemeja al sustrato normal ý se une en el sitio activo de la enzima
– El inhibidor no competitivo se une a la enzima en un lugar diferente al sitio activo pero modifica la conformación espacial de la enzima
Los inhibidores enzimáticos bloquean la acción enzimática
Sustrat
o
Enzima
Sitio
activ
o
UNION NORMAL DEL
SUSTRATO
Inhibidor
competitiv
o
Inhibidor
no
competitiv
o
INHIBICION
ENZIMÁTICA
Inhibición competitiva Inhibición No competitiva
ISOENZIMAS
• Enzimas que tienen distinta estructura molecular aunque su función biológica es similar
• podemos observar la existencia de isoenzimas en función de:
– el tipo de tejido: Por ejemplo, la lactato deshidrogenasa
• presenta isozimas distintas en músculo y corazón.
– el compartimento celular donde actúa: ejemplo
• la malato deshidrogenasa del citoplasma es distinta de la de la mitocondria.
RIBOZIMAS
El término "ribozima" es una
contracción de las palabras "ácido ribonucleico" y "enzima“
Moléculas de ARN que poseen actividad catalítica
Forman y rompen enlaces covalentes
Participan en los mecanismos de maduración de los diferentes tipos de ARN
LABORATORIO CATALIZADORES ORGANICOS
ACCION DE LA AMILASA SOBRE EL ALMIDON
SC
SH 3ML SALIVA EN CADA
TUBO
LLEVAR A EBULLICIÓN PARA
LOGRAR DESNATURALIZAR
LA ENZIMA
Que es la Amilasa ?
• Las denominadas amilasas son enzimas con función de romper los enlaces glucosídicos entre monosacáridos dejándolos de forma individual para ser asimilados.
• Hay tres tipos de amilasas dependiendo de su lugar de origen.
– son la amilasa salival, amilasa pancreática y amilasa intestinal (del duodeno).
AMILASA SALIVAL
Laboratorio Catalizadores
1
2 3 4
1 ML DE ALMIDON E N CADA TUBO
5 GOTAS SC
5 GOTAS SH
1Y 3 PRUEBA DE LUGOL (2 gotas)
2Y 4 PRUEBA DE BENEDICT (5
gotas) Llevar a ebullicion
LUGOL
• Cuando se agrega sustancia que lleva almidón a una solución de yodo (lugol), se tiñen de color azul intenso, los átomos de yodo se introducen en las espirales (amilosa), dándole esa coloración.
BENEDICT
Algunos azúcares tienen la propiedad de oxidarse en presencia de agentes oxidantes suaves como el ion Fe3+ o Cu2+.
Detecta presencia de azúcares
reductores , contiene cobre se reduce en presencia de azúcares reductores.
Durante esta reacción el azúcar se
oxida, simultáneamente con la reacción de reducción del cobre. (oxidorreduccion)
Hidrólisis Almidón por Amilasa salival
Acción de la Amilasa sobre el almidón
Calidad de la
enzima Lugol Benedict
Saliva cruda Tubo 1
Negativo
Tubo 2
Positiva
Saliva hervida Tubo 3
Positivo
Tubo 4
Negativo
1 2 3 4
ACCION DE LA RENINA SOBRE LA CASEINA DE LA LECHE
• La renina separa la caseína de su fase líquida llamado suero.
• Esto forma el paracaseinato de calcio también conocido como cuajo.