ENZIMASSon biomolculas cuya funcin es aumentar la velocidad de las reacciones bioqumicas, actan por lo tanto como catalizadores biolgicos. M. Sc. Liliana Sumarriva

Cul es su naturaleza qumica?La gran mayora de las enzimas son protenas.Sin embargo existen algunos ARN que pueden actuar como enzimas (ribozimas)

Cul es la estructura de una protena?Las protenas son macromolculas, polmeros de aminocidosAnalizando estas palabrasMakrs: grandePolymers: compuesto de varias partes

Son cadenas simples, no ramificadas, de aminocidos unidos unos a otros.

Cul es la estructura de un aminocido?Todos los aminocidos estn formados por un grupo amino y un grupo carboxilo.

AminoCarboxilo

Cmo actan las enzimas?Las enzimas son catalizadores y como tales aumentan la velocidad de la reaccin qumica, sin modificar su resultado.No modifican la energa de los reactivos ni de los productos pero s disminuyen la energa de activacin, una especie de barrera energtica que deben pasar los reactivos para convertirse en productos.

Una misma enzima cataliza las distintas reacciones? No, las enzimas son especficas, cada una cataliza una determinada reaccin.

La alta especificidad se debe a que su estructura terciaria le permite formar cavidades llamadas sitios activos, lugar donde se ubica el sustrato durante el proceso de catlisis.

La enzima se une especficamente a las molculas denominadas sustratos, formando un complejo enzima-sustrato y favoreciendo su transformacin en productos

sustratoComplejo enzima-sustratoproductos

Una Reaccin Enzimtica:

La velocidad de una reaccin catalizada por una enzima es siempre la misma?No, depende de muchos factores entre los que se cuentan:

Concentracin del sustratoTemperaturapH

Concentracin de sustratoA mayor concentracin de sustrato es mayor la velocidad. Pero no aumenta indefinidamente, cuando no hay ms enzima para unirse al sustrato se alcanza la velocidad mxima

pHCada enzima tiene un pH ptimo en el cual la actividad enzimtica es mxima

TemperaturaCada enzima tiene una temperatura ptima en la cual su actividad es mxima

De modo que si variamos el pH o la temperatura, la velocidad de la reaccin catalizada por una enzima tambin vara.Los valores de pH y temperatura ptima son aquellos a los cuales se alcanza la mxima actividad enzimtica o la mayor velocidad de reaccin

Estado NativoEstado DesnaturalizadoDesnaturalizacin de una ProtenaSe llama desnaturalizacin de las protenas a la prdida de las estructuras de orden superior (secundaria, terciaria y cuaternaria), quedando la cadena polipeptdica reducida a un polmero estadstico sin ninguna estructura tridimensional fija

Desnaturalizacin de la ribonucleasa. En general, la desnaturalizacin fuerte produce una destruccin permanente de la molculaAgentes desnaturalizantes: Se distinguen agentes fsicos (calor) y qumicos (detergentes, disolventes orgnicos, pH, fuerza inica).

Cofactor (Coenzima): tomo, ion o molcula que participa en el proceso cataltico sin ser enzima ni substrato.Los cofactores participan de dos maneras distintas:1. A travs de una fijacin muy fuerte a la protena y salensin ser modificados del ciclo cataltico

2. Como un segundo substrato; salen modificados del ciclocataltico y por lo general requieren otra enzima para volveral estado original.Cofactores Enzimticos

LAO: L-aminocido oxidasa: es una flavoprotenaLas flavoprotenas tienen un grupo prosttico flavnico, que interviene en el proceso cataltico sin salir modificadodel mismo

Los cofactores enzimticos suelen ser molculas complejas,que nuestro organismo no puede sintetizar, por lo general.

Por esa razn muchos cofactores enzimticos deben ser, entodo en parte, ingresados con la dieta; muchos de ellos son, porlo tanto, vitaminas.Ni todos los cofactores son vitamnicos ni todas las vitaminasson cofactores enzimticos

Cofactores de naturaleza vitamnica; ejemplos

1. HidrosolublesTiaminaTiamina pirofosfatoB1RiboflavinaFlavinas: FAD, FMNB2PiridoxalPiridoxal fosfatoB6CobalaminaCoenzimas cobamdicosB12c.AscrbicoAc. AscrbicoCNicotinamidaNAD+, NADP+PPc.LipoicoLipoamidac.FlicoCoenzimas folnicosc.PantotnicoPantetenas (CoA, p.e.)

2. LiposolublesNaftoquinonasg-CarboxilacinK

Cofactores de naturaleza no vitamnica: ejemplos

HemoHemoenzimas, citocromosComplejos Fe-SFerredoxinasQuinonasTr.electrnico mitocondrial y fotosintticoGlutatinRedox; transporte de aminocidosATPTransf.de fosfato y/o de energaUTPTransf.de grupos glicosdicosPAPSTransf.de grupos sulfatoS-AMTransf.de grupos metiloCarnitinaTransportador de grupos acil-

Vitaminas que no forman parte de cofactores enzimticos

Liposolubles

Retinoidesvit. ACalciferolesvit. DTocoferolesvit. E

Modelo de Llave y Cerradura (Emil Fischer)Substrato y enzima se acoplan de forma estereospecfica,de la misma manera que una llave se ajusta a su cerradura.Modelo aceptado durante mucho tiempo; hoy se considerainsuficiente al no explicar algunos fenmenos de la inhibi-cin enzimtica.Teoras de la Accin Enzimtica

Modelo de Ajuste Inducido (Koshland)Tanto la enzima como el substrato sufren una alteracin en su estructura por el hecho fsico de la unin.

Est mucho ms de acuerdo con todos los datos experimentales conocidos hasta el momento.

La teora del Ajuste Inducido se ampla en la actualidaddefiniendo la accin enzimtica comoEstabilizacin del Estado de TransicinSegn lo cual, el Centro Activo enzimtico es en realidadcomplementario no al substrato o al producto, sino alestado de transicin entre ambos.

Substrato: un sterEstado de transicin:intermediario tetradrico,inestableProductos

Clasificacin y Nomenclatura de Enzimas

ATP: hexosa fosfotransferasaNombre sistemtico: DonadorAceptorGrupo transferidoEC 2.7.1.1Nmero sistemticoEnzymeComissionGrupoSubgrupoSub-subgrupoEnzimaNombre comn: Hexokinasa

1. Oxidorreductasas

2. Transferasasgrupos aldehidos gupos acilos grupos glucosilos grupos fosfatos (kinasas)

3. HidrolasasTransforman polmeros en monmeros. Actuan sobre: enlace ster enlace glucosdico enlace peptdico enlace C-N

Clasificacin de enzimas: Grupos

4. Liasas(Adicin a los dobles enlaces)Entre C y C Entre C y O Entre C y N

5. Isomerasas(Reacciones de isomerizacin)

6. Ligasas(Formacin de enlaces, con aporte de ATP)Entre C y O Entre C y S Entre C y N Entre C y C

Inhibidor:

Efector que hace disminuir la actividad enzimtica, a travs deinteracciones con el centro activo u otros centros especficos(alostricos).

Esta definicin excluye todos aquellos agentes que inactivan ala enzima a travs de desnaturalizacin de la molcula enzimtica

Inhibicin Enzimtica

De esta forma, habr dos tipos de inhibidores:Isostricos: ejercen su accin sobre el centro activo II. Alostricos: ejercen su accin sobre otra parte de la molcula, causando un cambio conformacional con repercusin negativa en la actividad enzimtica.Activador alostrico: favorece la unin del sustratoInhibidor alostrico: impide la unin del sustrato

Los inhibidores isostricos pueden ser de dos tipos:1. Inhibidor reversible: establece un equilibrio con la enzima libre, con el complejo enzima-substrato o con ambos:E + IEI2. Inhibidor irreversible: modifica qumicamente a la enzima:E + IEES + IESI

Inhibicin reversible(a) El inhibidor se fija al centro activo de la enzima libre, impidiendo la fijacin del substrato: Inhibicin Competitiva

(c) El inhibidor se fija nicamente al complejo enzima-substrato una vez formado, impidiendo la accin cataltica; este tipo se conoce como Inhibicin Anticompetitiva(b) El inhibidor se fija a la enzima independientemente de que lo haga o no el substrato; el inhibidor, por tanto, no impide la fijacin del substrato a la enzima, pero s impide la accin cataltica: Inhibicin No Competitiva

Las fijaciones de substrato e inhibidor sonmutuamente exclusivas; el complejo EI no es productivo

El inhibidor se fija indistintamente a la enzima libre E y al complejo enzima-substrato ES; ni el complejo EI ni el complejo ESI son productivos

InhibicinAnticompetitivaEl inhibidor slo puede fijarse al complejo ES;el complejo ESI no es productivo

EESEIISE + PCaractersticas:- Las fijaciones de substrato e inhibidor son mutuamente exclusivas- A muy altas concentraciones de substrato desaparece la inhibicin- Por lo general, el inhibidor competitivo es un anlogo qumico del substrato.- El inhibidor es tan especfico como el substratoSe define una constante deequilibrio de disociacin delinhibidor:Ki = [E] [I][EI]Inhibicin Competitiva

4-aminobencenosulfonamida4-aminobenzoato

c. FlicoMethotrexate

Timina5-BromouraciloAnlogos de base

CitidinaCitosina arabinsidoAnlogos denuclesido

Inhibicin Irreversible- Los inhibidores irreversibles reaccionan con un grupo qumico de la enzima, modificndola covalentemente

- Su accin no se describe por una constante de equilibrio Ki, sino por una constante de velocidad ki:E + I E- A diferencia de la inhibicin reversible, el efecto de los inhibidores irreversibles depende del tiempo de actuacin del inhibidor.

- Los inhibidores irreversibles son, por lo general, altamente txicos.

Algunos tipos de inhibidores irreversibles1. Reactivos de grupos -SH

2. Organofosfricos

3. Ligandos de metales

4. Metales pesados

Regulacin de la Actividad Enzimtica

Regulacin alostricaProcesos a nivel celular; regulacin de ajuste finode la actividad enzimtica, a travs de efectos deretroalimentacin (negativa o positiva)Regulacin por modificacin covalenteProcesos a nivel supracelular (orgnico); regulacina gran escala de actividades enzimticas, a travs demodificacin covalente de enzimas, provocadas porseales (transduccin de seales)

Retroalimentacin negativa en vas metablicas, 1Thra-cetobutiratoIleTreoninadesaminasaSntesis de IsoleucinaEl producto final de la ruta, Isoleucina, inhibe a la primeraenzima de la misma, Treonina desaminasaRegulacin alostrica

Suele haber fenmenos de modificacin covalente deenzimas en la respuesta celular a seales qumicas:

1. Neurotransmisores2. Hormonas3. Factores de crecimiento4. Estmulos morfogenticos y de diferenciacin5. Muerte celular programada (apoptosis)6. Estmulos antignicos7. Luz y otros agentes fsico-qumicosRegulacin por modificacin covalente

EFECTO DE LA MODIFICACIN COVALENTE SOBRE LA ACTIVIDAD ENZIMTICA Elementos de la reaccinLa Enzima no fosforilada es inactivaLa enzima fosforilada es activa