PROTEINAS COMO CATALIZADORES

ENZIMAS

ENZIMAS  son proteínas que catalizan reacciones químicas en los

seres vivos.  son catalizadores: sustancias que, sin consumirse en una reacción, aumentan notablemente su velocidad.  No hacen factibles las reacciones imposibles, sino que sólamente aceleran las que espontáneamente podrían producirse.  Los enzimas son catalizadores específicos: cada enzima cataliza un solo tipo de reacción, y casi siempre actúa sobre un único sustrato o sobre un grupo muy reducido de ellos.

ENZIMAS En una reacción catalizada por un enzima:  La sustancia sobre la que actúa el enzima se llama sustrato.  El sustrato se une a una región concreta del enzima, llamada centro activo.  Una vez formados los productos la enzima puede comenzar un nuevo ciclo de reacción  Los factores que influyen de manera más directa sobre la actividad de un enzima son: 1. pH 2. Temperatura 3. Cofactores

Efecto del pH  Según el pH del medio, los grupos R

de las enz pueden tener carga eléctrica positiva, negativa o neutra.  Hay un pH en el cual la conformación será la más adecuada para la actividad catalítica. Este es el llamado pH óptimo.  La mayoría de los enzimas son muy sensibles a los cambios de pH. (amortiguadores fisiologicos)

Efecto de la Tº  los aumentos de

temperatura aceleran las reacciones químicas  La temperatura a la cual la actividad catalítica es máxima se llama temperatura óptima

Efecto de los cofactores

 Casi un tercio de los enzimas conocidos requieren cofactores para su

función.  Los cofactores pueden ser iones inorgánicos como el Fe++, Mg++, Mn++, Zn++ etc.  Cuando el cofactor es una molécula orgánica se llama coenzima.  Muchos de estos coenzimas se sintetizan a partir de vitaminas

Función de los Cofactores  Alterar la estructura tridimensional de la enzima  Intervenir como otro sustrato

10Aminoácidos y Proteínas

Coenzimas y sus vitaminas de procedencia COENZIMA

VIT DE PROCEDENCIA

NAD (nicotinamida adenin dinucleotido) CoA

Vit B3 (ac. nicotinico)

FMN (flavin adenin mononucleotido)

Vit B2 (riboflavina)

FAD (flavin adenin dinucleotido)

Vit B2 (riboflavina)

TPP (tiamina pirofosfato)

Vit B1 (tiamina)

Ac. Pantotenico

Clasificación En función de su acción catalítica específica, los enzimas se clasifican en 6 grandes grupos o clases:  Clase 1: OXIDORREDUCTASAS  Clase 2: TRANSFERASAS  Clase 3: HIDROLASAS  Clase 4: LIASAS  Clase 5: ISOMERASAS  Clase 6: LIGASAS

Clase 1: OXIDORREDUCTASAS  Reacciones de oxidación- reducción . Ejm: oxidasas

Clase 2: TRANSFERASAS  Catalizan la transferencia de un grupo químico (distinto del

hidrógeno) de un sustrato a otro. Ejm: Quinasas

Clase 3: HIDROLASAS  Catalizan las reacciones de hidrólisis: (rupturas hidroliticas.

Ejm proteinasas lactosa + agua ↔ glucosa + galactosa

Clase 4: LIASAS  Formación de dobles enlaces por eliminación de un grupo qq

o adición de grupos a dobles enlaces. Ejem: aldehido liasas

Clase 5: ISOMERASAS  Catalizan la interconversión de isómeros: rearreglos de

átomos dentro de una molécula. Son ejemplos la fosfotriosa isomerasa y la fosfoglucosa isomerasa

Clase 6: LIGASAS  Reacciones en las que se unen dos moléculas  Formación de enlaces qq, utilizando ATP u otros nucleótidos

como fuente de energía. Ejem: polimerasas

Nomenclatura   1. 2. 3.

nombres particulares nombre sistemático: consta actualmente de 3 partes: el sustrato preferente el tipo de reacción realizado terminación "asa“

Ejm: glucosa fosfato isomerasa -

Nomenclatura

Cuando la acción típica del enzima es la hidrólisis del sustrato, el segundo componente del nombre se omite y por ejemplo: lactasa código de la comisión enzimática: El nombre de cada enzima puede ser identificado por un código numérico, encabezado por las letras EC (enzyme commission), seguidas de 4 números separados por puntos. El 1º número indica a cual de las seis clases pertenece el enzima, el 2º se refiere a distintas subclases dentro de cada grupo, el 3º y el 4º se refieren a los grupos químicos específicos que intervienen en la reacción. . Ejem:

Regulación de la actividad enzimática  1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

Homeostasis: eq dinámico del medio interno. Modificación de la [S] Modificación de la [E] Adicion covalente Regulación alosterica Activación por proteolisis (zimógeno) Cambios en el pH Cambios en la temperatura

Modificación de la [S]  Es la menos compleja.

 Ocurre al ↑ o ↓ la [S]  Bajas [S] es indicador de

disminución de la actividad enzimática  Fig sup: velocidad de rx enzimatica a 6 diferentes [S]

Modificación de la [E]  Es mas compleja: requiere la síntesis de novo de enzimas

(inducción enzimática)  La síntesis proteica requiere tiempo y mucha energía  Cuando la [S] aumenta por encima de ciertos valores y si aparecen nuevos sustratos (antes ausentes) se deben sintetizar nuevas enzimas.  La inducción enzimática es estimulada por hormonas (larga duración)  Represión enzimática: disminución de la síntesis de enzimas ** de acuerdo a las necesidades celulares

Regulación enzimática  Mantenimiento de un estado ordenado  Conservación de energía  Respuesta a las variaciones ambientales

El control se realiza por: 1. 2. 3. 4.

Control genético Modificación covalente Regulación alostérica Activación de zimógenos 24Aminoácidos y Proteínas

1. Control genético La modificacion de la [Enzima]es realizada de acuerdo a las necesidades celulares por medio de 2 mecanismos:

Inducción enzimática:mas compleja: requiere la síntesis de novo de enzimas:

 Requiere tiempo y mucha energía  Cuando la [S] aumenta por encima de ciertos valores y si aparecen

nuevos sustratos (antes ausentes) se deben sintetizar nuevas enzimas.  La inducción enzimática es estimulada por hormonas (larga duración)

Represión enzimática: disminución de la síntesis de enzimas

oácidos y Proteínas

2. Adición covalente  la actividad enz puede ↑ o ↓ por a adición covalente de un grupo químico a la

enzima  Es transitoria y reversible  Con mayor frecuencia: g. fosfatos, g. metilo y la adenosina  Adición o remoción de g. qq funcionan como mxs de control

Elementos de la reacción

Enzima no fosforilada es inactiva

Enzima fosforilada es activa

3. Regulación alosterica 

1. 2.  1. 2. 



Las enz reguladas por alosterismo existen en dos estados: T o tenso L o laxo Hay 2 tipos de reguladores alostericos: Efectores o activadores alostericos Inhibidores alostericos Ciertas sust se unen en sitios diferentes del sitio activo (sitio alosterico) Ejm: ATP, NADH, citrato, etc.

4. Activación de zimógenos  Las enz son sintetizadas como moléculas inactivas llamadas zimógenos

o proenzimas.  Para activarse, los zimógenos sufren un ataque hidrolítico que origina la liberación de uno o varios péptidos  Si estas enzimas se sintetizan directamente en forma activa destruirían la propia célula que las produce EJ: enzimas digestivas:

28Aminoácidos y Proteínas

INHIBICIÓN ENZIMATICA  Medio importante para regular las rutas metabólicas  Tx clínicos se fundamentan en la inhibición enzimática  Permite diseñar técnicas bioquímicas

29Aminoácidos y Proteínas

Clases de inhibidores 

Inhibición reversible:

1. 3.

Competitivos Acompetitivos No competitivos



Inhibición Irreversible: venenos enzimáticos

2.

30Aminoácidos y Proteínas

Inhibidores competitivos  Se unen de forma reversible a la enzima libre para formar complejo EI  El S y el I compiten por el mismo lugar en la enzima  La actividad de la enzima ↓  El efecto puede invertirse: ↑ la [ S ]  Reducen la afinidad de la enzima por el S  Tienen una estructura semejante al S

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Inhibidores competitivo Succinato deshidrogenasa

32Aminoácidos y Proteínas

Inhibidores acompetitivos  Se unen al complejo ES  La adición de mas S a la rx= ↑ a la velocidad de rx  Se observa en las rxs en las que se unen mas de un sustrato

33Aminoácidos y Proteínas

Inhibidores No competitivos  Se unen tanto a la E como al complejo ES  Se unen a un sitio diferente del lugar activo de la E  Modificación de la conformación de la E (impide la formación

del producto)  No afectan a la unión del sustrato  Se invierte parcialmente= ↑ la [ S ]

34Aminoácidos y Proteínas

Inhibición no competitiva

35Aminoácidos y Proteínas

Inhibición irreversible  Se unen covalentemente a la

enzima  Inhibición con metales pesados como Hg y Pb  Anemia por envenenamiento por Pb: unión del Pb a los grupos –SH de la ferroquelatasa (inserción de Fe+2 en el hemo)

36Aminoácidos y Proteínas

Inhibición irreversible

37Aminoácidos y Proteínas

Modo de acción de las enzimas: conceptos importantes  Energía libre de Gibbs (ΔG): cantidad de energia capaz

de realizar un trabajo durante una reaccion a T` y P` cte.  Energía de activación (Ea): barrera energética por encima de la cual una molécula de un producto intermedio debe pasar para que se lleve a cabo una reacción.  Estado de transición: es un estado que posee mayor cantidad de E libre que los reactantes y que los productos.

Perfil energético de una reacción espontánea

Perfil energético de una reacción catalizada

•

La accion de los catalizadores consiste en disminuir la Ea

•

Las enzimas disminuyen la Ea aun mas que los catalizadores inorganicos.

•

El aumento en la velocidad de rx se debe a que las enzimas favorecen la interaccion de los reactantes

•

Para que una reacción química tenga lugar, las moléculas de los reactantes deben chocar con una energía y una orientación adecuadas

•

La actuación de la enzima permite:

1. que los sustratos se unan a su centro activo con una orientación óptima para que la reacción se produzca. 2. modifica las propiedades químicas del sustrato unido a su centro activo, debilitando los enlaces existentes y facilitando la formación de otros nuevos

Sitio o centro activo de una enzima 

  1. 2.

Lugar de la estructura proteica donde se da la interaccion con el sustrato (3 lugares). Es una estructura dinamica y transitoria. Hay dos modelos sobre la forma en que el sustrato se une al centro activo de la enzima: Modelo llave – cerradura Modelo del ajuste inducido

Modelo llave cerradura  Propuesto por el bioqq alemán

E. Fisher 1884  Plantea una interacción relativamente rígida entre los 2 componentes.  La enzima permanece sin transformaciones estructurales ni funcionales  Supone que la estructura del sustrato y la del sitio activo son complementarias

Modelo del ajuste inducido  Propuesto por D. Koschland en 1958  La enzima sufre un cambio

 

 

conformacional (al interactuar con el S) que permite una relación mas estrecha entre ambos Es el mas aceptado actualmente Cuando se logra la interacción E-S en por lo menos 3 puntos se ve favorecida la rx La E y el S sufren cambios conformacionales Al final de la rx la E recupera su estructura original

Cinética enzimática

Cinética enzimática  Los principios generales de las reacciones químicas se

aplican también a las reacciones enzimáticas  En una reacción de orden cero, la velocidad de formación del producto es independiente de la concentración de sustrato.  En una reacción de primer orden la velocidad de formación de los productos es directamente proporcional a la concentración del sustrato.  Una reacción de segundo orden es aquella en la que la velocidad de formación del producto depende: 1. de la concentración de dos sustratos (como en una reacción de condensación) 2. del cuadrado de la concentración de un único sustrato (reacción de dimerización)

Cinetica enzimatica  Estudio cuantitativo de la catálisis

enzimática parte de la bioqq que se encarga de estudiar las velocidades de rx de las enzimas y como estas se modifican al variar ciertas condiciones  Velocidad de reacción: cambio en la concentración de sustratos o productos por unidad de tiempo.

Cinetica enzimatica  Las enzimas son catalizadores biológicos , Cinética

enzimática:.  Teoría general de la acción enzimática: la E se combina con su S para formar el complejo E-S (unión reversible) luego este se rompe: por un lado se libera la E y por el otro se origina el Producto

Factor limitante

Enzimas alostéricas  Son proteínas con varias subunidades  Su actividad es afectada por moléculas efectoras que se unen a

otros lugares alostéricos o reguladores  Catalizan pasos reguladores claves de las rutas bioquímicas  Representación de la velocidad de rx son sigmoideas

47Aminoácidos y Proteínas

Catálisis  Efectos de proximidad y

tensión  Efectos electrostáticos  Catálisis acidobásica  Catálisis covalente

La actividad optima de la enzima depende de:  Temperatura  pH

 Presencia de cofactores  [S]  [E]

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