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ENZIMAS
Bioquimica y Biologia molecular para ciencias de la salud. José A. Lozano. Pags 133-157
McKee, T. y McKee J. R. (2003). Bioquímica. La base molecular de la vida. 3ª edición. Ed. McGraw-Hill.
GENERALIDADES DE LAS ENZIMAS
Gerardo Sosa García.Oscar Fernando Flores Arrieta.Daniel Alonso Martínez Estrada. Luis Alberto Resendiz Ovalle.Enrique Fernando Ramírez Sáenz.
enzimas
Enzimas
Las enzimas son catalizadores biológicos de naturaleza proteica altamente específicos. Se recuperan al final de la reacción igual a como estaban en el principio (no se consumen en la reacción) de tal manera que una pequeña cantidad de enzimas pueden catalizar una gran cantidad de sustrato.
Palabras clave
Catalizadores.- aceleran o facilitan reacciones químicas.
Biológicas .- cada célula sintetiza su enzima. Proteicas .- se forman en base al código
genético (DNA) y son termolábiles. Especifico.- actúan sobre un solo sustrato.
Generalidades de las enzimas Catalizan reacciones químicas
necesarias para la sobrevivencia celular
Sin las enzimas los procesos biológicos serían tan lentos que las células no podrían existir.
Las enzimas pueden actuar dentro de la célula , fuera de ésta, y en el tubo de ensayo.
E + S ESEP E + P
E E E E
Generalidades de las enzimas Tanto la enzima como el catalizador
aceleran la velocidad de una reacción química.
Una enzima puede transformar 1000 moléculas de sustrato/ segundo.
Las enzimas tienen 3 propiedades que los catalizadores NO tienen Especificidad por el sustrato. Se inactivan por desnaturalización. Pueden ser reguladas.
Generalidades de las enzimas
Generalidades de las enzimas
En las proteínas conjugadas podemos distinguir dos partes:• Apoenzima: Es la parte polipeptídica o
proteica de la enzima.• Cofactor: Es la parte no proteica de la enzima.• La combinación de la apoenzima y el cofactor
forman la holoenzima.
Cofactores
Los cofactores pueden ser: Iones metálicos: Favorecen la actividad
catalítica general de la enzima, si no están presentes, la enzima no actúa. Estos iones metálicos se denominan activadores. Ejemplos: Fe2+, Mg2+, Cu2+, K+, Na+ y Zn2+
Cofactores
Algunas enzimas requieren metales para mejorar su actividad
Coenzima
Las coenzimas son pequeñas moléculas orgánicas, que se unen a la enzima.
Las coenzimas colaboran en la reacción enzimática recibiendo transitoriamente algún grupo químico: H+ , OH, CH3.
La enzima sin la coenzima recibe el nombre de APOENZIMA.
APOENZIMA: Es la parte polipeptídica o proteica de la enzima.
Coenzima
El mecanismo de acción básico de las coenzimas es el siguiente: 1.La coenzima se une a un enzima. 2.La enzima capta su sustrato específico. 3.La enzima ataca a dicho sustrato, arrancándole algunos de
sus átomos. En realidad la unión de sustrato y enzima produce una nueva sustancia. Esta sustancia es inestable, lo que provoca su separación en diferentes partes: enzima, producto, y la forma gastada de la coenzima, que se quedo con algunos atomos por presentar mayor fuerza de atracción molecular.
4.La enzima cede a la coenzima dichos átomos provenientes del sustrato.
5.La coenzima acepta dichos átomos y se desprende de la enzima.
6.La coenzima transporta dichos átomos y acaba cediéndolos, recuperando así su capacidad para aceptar nuevos átomos.
Principales coenzimas
FAD (flavín-adenín dinucleótido): transferencia de electrones y protones. FMN (Flavín mononucleótido): transferencia de electrones y protones. NAD+ Coenzima A
PROPIEDADES FÍSICAS Y QUÍMICAS DE LAS ENZIMASBioquimica y Biologia molecular para ciencias de la salud. José A. Lozano. Pags 133-157
McKee, T. y McKee J. R. (2003). Bioquímica. La base molecular de la vida. 3ª edición. Ed. McGraw-Hill.
Propiedades Físicas y Químicas Son proteínas (secuencias de aminoácidos)
que pueden tener unido un grupo químico orgánico.
Se desnaturaliza por calor al igual que las proteínas.
Se precipitan con la presencia de etanol o de aumento en la concentración de las sales inorgánicas como el sulfato de amoniaco.
No se difunden a través de la membrana semipermeable o selectiva.
Propiedades Físicas y Químicas Son moléculas muy grandes, su peso
molecular oscila entre 10,000 y 1, 000,000 Nano gramos.
Muchas están integradas a una molécula orgánica de menor tamaño llamada coenzima.
A veces el grupo no proteico de una enzima es un metal, ejemplo el Hierro de la Catalasa, requiere de su adición para que se active.
Algunas veces se requiere de un cofactor o coenzima para que actué una enzima.
ESPECIFICIDAD ENZIMÁTICABioquimica y Biologia molecular para ciencias de la salud. José A. Lozano. Pags 133-157
McKee, T. y McKee J. R. (2003). Bioquímica. La base molecular de la vida. 3ª edición. Ed. McGraw-Hill.
Especificidad enzimática
Las enzimas suelen ser muy específicas tanto del tipo de reacción que catalizan como del sustrato involucrado en la reacción.
Algunas de estas enzimas que muestran una elevada especificidad y precisión en su actividad son aquellas involucrados en la replicación y expresión del genoma.
Especificidad enzimática
Este proceso, que tiene lugar en dos pasos:
Da como resultado una media de tasa de error increíblemente baja.
En torno a 1 error cada 100 millones de reacciones en determinadas polimerasas de mamíferos.
Modelos enzimáticos
Modelo de la "llave-cerradura" Las enzimas son muy específicas, como
sugirió Emil Fischer en 1894. Dedujo que ambas moléculas, enzima y
sustrato, poseen complementariedad geométrica.
Modelos enzimáticos
Si bien este modelo explica la especificidad de las enzimas, falla al intentar explicar la estabilización del estado de transición que logran adquirir las enzimas.
Estado De Transición.- Es la velocidad de reacción de reacciones químicas elementales; un tipo especial de equilibrio químico.
Modelos enzimáticos
Modelo del encaje inducido En 1958 Daniel Koshland sugiere una
modificación al modelo de la llave-cerradura.
Las enzimas son estructuras bastante flexibles y así el sitio activo podría cambiar su conformación estructural por la interacción con el sustrato.
Modelos enzimáticos
El sustrato cambia ligeramente de forma para entrar en el sitio activo. El sitio activo continua dicho cambio hasta que el sustrato está completamente unido, momento en el cual queda determinada la forma y la carga final.
Bioquimica y Biologia molecular para ciencias de la salud. José A. Lozano. Pags 133-157
McKee, T. y McKee J. R. (2003). Bioquímica. La base molecular de la vida. 3ª edición. Ed. McGraw-Hill.
NOMENCLATURA DE LAS ENZIMAS
Nomenclatura de las enzimas nombre sugerido
Muchas de las enzimas poseen en su nombre el sufijo “-asa” unido al nombre del substrato de la reacción que cataliza, por ejemplo:
Ureasa: proteína cuyo sustrato es la urea Lactasa: proteína cuyo sustrato es la lactosa.También suele utilizarse este sufijo a la descripción de la
reacción que la enzima cataliza: Lactato deshidrogenasa: deshidrogena (le quita
Hidrógenos) al lactato Adenilato ciclasa: hace un ciclo en la adenina. Algunas enzimas poseen nombres que no representan su
actividad o sustrato: Lisozima Tripsina
SUFIJO = terminación después de la palabra
NOMBRE SISTEMÁTICO
El nombre sistemático de un enzima consta actualmente de 3 partes:
el sustrato preferente el tipo de reacción realizado terminación "asa"
Un ejemplo sería la glucosa fosfato isómerasa que cataliza la isomerización de la glucosa-6-fosfato en fructosa-6-fosfato.
Muchos enzimas catalizan reacciones reversibles. No hay una manera única para fijar cual de los dos sentidos se utiliza para nombrar al enzima. Así, la glucosa fosfato isómeras también podría llamarse fructosa fosfato isómeras.
Cuando la acción típica del enzima es la hidrólisis del sustrato, el segundo componente del nombre se omite y por ejemplo, la lactosa hidrolasa se llama simplemente lactasa.
Hidrólisis: descomposición de sustancias Orgánicas e inorgánicas complejas en otras mas sencillas por acción del agua.
Clasificación de las Enzimas
Clase de enzimas Función
• Oxidorreductasa Catalizan las reacciones Red-Ox, en las cuales cambia el estado de oxidación de uno o demás átomos en una molécula.
• Transferasa Transfiere grupos moleculares de una molécula donadora a una receptora.
• Hidrolasa Catalizan reacciones en las que se produce la rotura en los enlaces C-O, C-N y O-P por la adicción de agua.
• Liasa Catalizan reacciones en la que se eliminan grupos (H20, CO2, NH3) para formar doble enlace o se añade a un doble enlace.
• Isomerasa Catalizan varios tipos de re acordamientos intermoleculares.
• Ligasa Catalizan la formación de enlaces /2 moléculas de sustratos, con energía liberada de la hidrolisis del ATP.
Clasificación de las enzimas
Bioquimica y Biologia molecular para ciencias de la salud. José A. Lozano. Pags 133-157McKee, T. y McKee J. R. (2003). Bioquímica. La base molecular de la vida. 3ª edición. Ed. McGraw-Hill.
Estructura de las enzimas(componentes).
Estructura de las enzimas.
Son proteínas globulares desde 62 aminoácidos hasta los 2.500 (presentes en la sintasa de ácidos grasos).
Todas las enzimas son mucho más grandes que los
sustratos sobre los que actúan.
SINTASA.- es menos restrictiva y se aplica a cualquier sustancia cuya actividad enzimática cataliza una reacción que produce esa sustancia.
Estructura de las enzimas. Sitio activo.- La región que contiene los
productos encargados de catalizar la reacción.
Sustrato.- Molécula sobre la que actúa la enzima.
Producto.- Molécula que se obtiene a partir del sustrato después de la reacción.
INHIBICIÓN ENZIMÁTICA
Bioquimica y Biologia molecular para ciencias de la salud. José A. Lozano. Pags 133-157McKee, T. y McKee J. R. (2003). Bioquímica. La base molecular de la vida. 3ª edición. Ed. McGraw-Hill.
Inhibidor
Efector que hace disminuir la actividad enzimática, a través de interacciones con el centro activo u otros centros específicos(alostéricos).
Esta definición excluye todos aquellos agentes que inactivan ala enzima a través de desnaturalización de la molécula enzimática
De esta forma, habrá dos tipos de inhibidores:
1. I. Isostéricos: ejercen su acción sobre el centro activo
2. II. Alostéricos: ejercen su acción sobre otra parte de la molécula, causando un cambio conformacional con repercusión negativa en la actividad enzimática.
Inhibidor Isosterico
Los inhibidores isostéricos pueden ser de dos tipos: 1. Inhibidor reversible: establece un equilibrio con la enzima
libre, con el complejo enzima-substrato o con ambos:
2. Inhibidor irreversible: modifica químicamente a la enzima:
E + I EIES + I ESI
E + I E’
Inhibición Reversible
(a) El inhibidor se fija al centro activo de la enzima libre, impidiendo la fijación del substrato: Inhibición Competitiva.
(b) El inhibidor se fija a la enzima independientemente de que lo haga o no el substrato; el inhibidor, por tanto, no impide la fijación del substrato a la enzima, pero sí impide la acción catalítica: Inhibición No Competitiva
(c) El inhibidor se fija únicamente al complejo enzima-substrato una vez formado, impidiendo la acción catalítica; este tipo se conoce como Inhibición Acompetitiva
Inhibición competitiva
Compiten con el sustrato por el sitio activo de la enzima
Se une solo a la enzima libre
Inhibición competitivaInhibición competitiva
- Las fijaciones de substrato e inhibidor son mutuamente exclusivas.
- A muy altas concentraciones de substrato desaparece la inhibición.
- Por lo general, el inhibidor competitivo es un análogo químico del substrato.
- El inhibidor es tan específico como el substrato.
Características:Al aumentar la cantidad de SUSTRATO el inhibidor competitivo es desplazado y se forma producto
Inhibición No Competitiva
Se une a un lugar diferente del sitio activo la enzima
Se une a la enzima libre y también al complejo enzima-sustrato
Inhibición No Competitiva
El inhibidor NO competitivo se une a la enzima en un sitio diferente del sitio activo
Inhibición Acompetitiva
En este tipo de inhibición el inhibidor se enlaza al centro activo pero solo después de que el sustrato lo haya hecho y, por tanto, inhibidor y sustrato no compiten.
Como I solo se une a ES estimula la formación de ES y, por tanto, incrementa la unión del sustrato a la enzima.
Inhibidor Acompetitivo
Se une a un lugar diferente del sitio activo de la enzima
Se une sólo al complejo enzima-sustrato
Inhibición Irreversible
- Los inhibidores irreversibles reaccionan con un grupo químico de la enzima, modificándola covalentemente
- A diferencia de la inhibición reversible, el efecto de los inhibidores irreversibles depende del tiempo de actuación del inhibidor.
- Los inhibidores irreversibles son, por lo general, altamente tóxicos.
E + I E’
Inhibición Irreversible
Inhibidores irreversibles Producen inactivación permanente de la
actividad enzimática Se interfiere con el normal desarrollo de
una reacción o vía metabólica
Inhibición Enzimática Alostérica Son enzimas cuya estructura proteica está
formada de varias subunidades No se rigen por la cinética de M - M Además del sitio o centro activo tienen sitios
alostéricos o de regulación. Sitio activo/sustratos; Sitio alostérico/moduladores o reguladores. La relación entre la velocidad de reacción y la
concentración de sustrato sigue cinética sigmoídea.
Inhibición Enzimática Alostérica
TIPOS DE ENZIMAS (DIGESTIVAS Y METABÓLICAS)Murray K. Robert, Granner K. Darly, Rodwell W. Víctor, Mayers A. Peter. Bioquimica de Harper onceaba edición pag. 50-82
Tipos de enzimas
Actividad
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