Enzimas. Proteínas de forma globular. Catalizadores biológicos. Específicas para un substrato particular (Estéreo especificidad)

Transcripción

1 Enzimas

2 Enzimas Proteínas de forma globular. Catalizadores biológicos. Específicas para un substrato particular (Estéreo especificidad)

3 COO - C-H H-C COO - Fumarato (=,trans) COO - C-H C-H COO - Maleato (=,cis) + N H 3 + Aspartasa COO - H 3 + N-C-H COO - H-C- NH 3 + C-H 2 COO - C-H 2 COO - L-Aspartato D-Aspartato

4 Enzimas Proteínas de forma globular. Catalizadores biológicos. Específicas para un substrato particular (Estéreo especificidad) Aceleran reacciones químicas específicas ( ) Actúan en disolución acuosa, a ph y temp. óptimos

5 Enzima Temp. Ópt. ( o C) Mamíferos 37 Bacterias y algas aprox. 100 Bacterias Árticas aprox. 0 Bacterias en muestra de hielo antigua

6 Enzima ph óptimo Pepsina 1.5 Tripsina 7.7 Catalasa 7.6 Arginasa 9.7 Fumarasa 7.8 Ribonucleasa 7.8

7 Enzimas Proteínas de forma globular. Catalizadores biológicos. Específicas para un substrato particular (Estéreo especificidad) Aceleran reacciones químicas específicas ( ) Actúan en disolución acuosa, a ph y temp. óptimos Son las unidades funcionales del metabolismo celular

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9 Enzimas Proteínas de forma globular. Catalizadores biológicos. Específicas para un substrato particular (Estéreo especificidad) Aceleran reacciones químicas específicas ( ) Actúan en disolución acuosa, a ph y temp. Óptimos Son las unidades funcionales del metabolismo celular Reacciones acopladas (catabolismo anabolismo)

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11 Enzimas Proteínas de forma globular. Catalizadores biológicos. Específicas para un substrato particular (Estéreo especificidad) Aceleran reacciones químicas específicas ( ) Actúan en disolución acuosa, a ph y temp. Óptimos Son las unidades funcionales del metabolismo celular Reacciones acopladas (catabolismo anabolismo) Reguladoras de rutas metabólicas (Oligoméricas)

12 Enzima (gr). : fermento 1800 s fermentación del azúcar por levaduras Vitalistas Mecanicistas Eduard Buchner 1897 extracto de levadura 1926, James B. Summer Ureasa 1930 s John Howard Northrop Pepsina Tripsina Quimotripsina Carboxipeptidasa Enzima Amarillo viejo (flavoproteína NADPH)

13 Ribonucleasa Descubierta, bacteriólogo René Jules Dubo 1938 Aislada, químico Moses Kunitzen 1946 Sintetizada en residuos

14 Medicina Transaminasas Industria Química Penicilina Transformación de Alimentos Fermentaciones Quesos Vinos Agricultura Rhyzobium

15 Estructura globular Funcionalidad Hervir con HCl Tripsina Temperatura elevada ph extremo Inactiva

16 S: PM 250, 0.8 nm Ø E: PM , 7 nm Ø Cofactor Inorgánico: Fe 2+, Mn 2+, Zn 2+,etc. Grupo Prostético Orgánico: Coenzimas NAD, FAD, CoASH.

17 Apoenzima Holoenzima

18 Enzimas que requieren elementos inorgánicos Citocromo oxidasa Catalasa, peroxidasa Fe 2+, Fe +, Citocromo oxidasa Cu 2+ DNA polimerasa Anhídrasa carbónica Alcohol deshidrogensa Hexoquinasa Glucosa 6-fosfatasa Zn 2+ Mg 2+ Arginasa Mn 2+ Piruvato quinasa K +, Mg 2+ Ureasa Ni 2+ Nitrato reductasa Mo 2+

19 Coenzimas: Actúan como transportadores eventuales de átomos específicos o de grupos funcionales Coenzimas Pirofosfato de tiamina. Dinucleótido de flavina y adenina. Dinucleótido de nicotinamida y de adenina Coenzima A. Fosfato de Piridoxal. 5 -Desoxicobalamina (Coenzima B12) Biocitina. Tetrahidrofolato. Entidad transferida Aldehídos Átomos de hidrógeno Ion hidruro (H - ) Grupos acilo Grupos amino Átomos de H y grupos alquilo CO 2 Otros grupos monocarbonados

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21 Coenzimas Adenosine Triphosphate (ATP) Coenzyme A (CoA) Nicotinamide Adenine Dinucleotide (NAD + ) Nicotinamide Adenine Dinucleotide Phosphate (NADP + ) Flavin Adenine Dinucleotide (FAD)

22 VITAMINAS C (ácido ascórbico) B1 (tiamina) B2 (riboflavina) B3 (ácido pantoténico) B5 (niacina) B6 (piridoxina) B12 (cobalamina) Biotina FUNCIONES Coenzima de algunas peptidasas. Interviene en la síntesis de colágeno Coenzima de las descarboxilasas y de las enzima que transfieren grupos aldehídos Constituyente de los coenzimas FAD y FMN Constituyente de la CoA Constituyente de las coenzimas NAD y NADP Interviene en las reacciones de transferencia de grupos aminos. Coenzima en la transferencia de grupos metilo. Coenzima de las enzimas que transfieren grupos carboxilo, en metabolismo de aminoácidos. Enfermedades carenciales Escorbuto Beriberi Dermatitis y lesiones en las mucosas Fatiga y trastornos del sueño Pelagra Depresión, anemia Anemia perniciosa Fatiga, dermatitis

23 Substrato Urea Arginina Enzima Ureasa Arginasa Pepsina Lis, Arg Tripsina Amilasa Rec A rec A gen HSP70 Proteína de choque térmico Caract. Comité de la Unión Internacional de Bioq. y Biol. Mol. (IUBMB)

24 Accepted name: EC alcohol dehydrogenase (NADP + ) Reaction: an alcohol + NADP + = an aldehyde + NADPH + H + Other na me(s): aldehyde reductase (NADPH2); NADP-alcohol dehydrogenase; NADP + - aldehyde reductase; NADP + -dependent aldehyde reductase; NADPHaldehyde reductase; NADPH-dependent aldehyde reductase; nonspecific succinic semialdehyde reductase; ALR 1; low-km aldehyde reductase; high-km aldehyde reductase; alcohol dehydrogenase (NADP + ) Systematic name: alcohol:nadp + oxidoreductase Comments: A zinc protein. Some members of this group oxidize only primary alcohols; others act also on secondary alcohols. May be identical with EC (L-glucuronate reductase), EC [mevaldate reductase (NADPH)] and EC [lactaldehyde reductase (NADPH)]. A-specific with respect to NADPH. Links to other da tabases: BRENDA, ERGO, EXPASY, IUBMB, KEGG, PDB, CAS registry number:

25 Clases de Enzimas: 1. Oxidorreductasas 2. Transferasas 3. Hidrolasas 4. Liasas 5. Isomerasas 6. Ligasas

26 EC 1.1 Acting on the CH-OH group of donors EC With NAD+ or NADP+ as acceptor EC alcohol dehydrogenase EC alcohol dehydrogenase (NADP+) EC homoserine dehydrogenase EC (R,R)-butanediol dehydrogenase EC acetoin dehydrogenase EC glycerol dehydrogenase EC With a cytochrome as acceptor EC now EC EC mannitol dehydrogenase (cytochrome) El segundo no. OH 1 Aldehído 2 CH-CH 3 Amino 4 EC With oxygen as acceptor EC deleted, included in EC EC now EC EC malate oxidase EC glucose oxidase EC With a disulfide as acceptor EC vitamin-k-epoxide reductase (warfarin-sensitive) EC With a quinone or similar compound as acceptor EC Deleted, see EC cellobiose dehydrogenase (acceptor) EC With other acceptors EC choline dehydrogenase EC hydroxyglutarate dehydrogenase

27 EC 1.2 Acting on the aldehyde or oxo group of donors EC With NAD+ or NADP+ as acceptor EC deleted, replaced by EC and EC EC formate dehydrogenase EC With a cytochrome as acceptor EC formate dehydrogenase (cytochrome) EC pyruvate dehydrogenase (cytochrome) EC With oxygen as acceptor EC aldehyde oxidase EC 1.3 Acting on the CH-CH group of donors EC With NAD+ or NADP+ as acceptor EC dihydrouracil dehydrogenase (NAD+) EC With a cytochrome as acceptor EC now EC EC now EC EC With oxygen as acceptor EC dihydroorotate oxidase EC now EC

28 Hexoquinasa Nombre formal: ATP, glucosa fosfotransferasa Nombre de la clase: Transferasa 7. Subclase ; Fosfotransferasa 1. Sub subclase: fosfotransferasas con un grupo OH como aceptor 1. Para la D-Glucosa como aceptor del grupo fosfato.

29 Clases de Enzimas: 1. Oxidorreductasas 2. Transferasas 3. Hidrolasas 4. Liasas 5. Isomerasas 6. Ligasas

30 Enzimas: No. Clase Tipo de reacción que catalizan Ejemplo 1 Oxidorreductasas De óxido reducción (transferencia de e-) Deshidrogenasas Peroxidasa Oxidasas Oxigenasas Reductasas Reducción: ganancia de electrones (hidrógeno o pérdida de oxígeno) Oxidación: pérdida de electrones (hidrógeno o ganancia de oxígeno). La Oxidación y la Reducción son reacciones acopladas (REDOX)

31 1. Oxido-reductasas ( Reacciones de oxido-reducción). Si una molécula se reduce, tiene que haber otra que se oxide Succinato Deshidrogenasa Citocromo c oxidasa.

32 Enzimas: No. Clase Tipo de reacción que catalizan 1 Oxidorreductasas De óxido reducción (transferencia de e-) Ejemplo Deshidrogenasas Peroxidasa Oxidasas Oxigenasas Reductasas 2 Transferasas Transferencia de grupos Kinasas Transaminasas

33 2. Transferasas (Transferencia de grupos funcionales) grupo aldehído grupo acilo grupo glucosilo grupo fosfato (kinasas)

34 Enzimas: No. Clase Tipo de reacción que catalizan 1 Oxidorreductasas De óxido reducción (transferencia de e-) Ejemplo Deshidrogenasas Peroxidasa Oxidasas Oxigenasas Reductasas 2 Transferasas Transferencia de grupos Kinasas Transaminasas 3 Hidrolasas Hidrólisis, con transferencia de grupos funcionales del agua Pirofosfatasa Tripsina Aldolasa

35 3. Hidrolasas (Reacciones de hidrólisis) Transforman polímeros en monómeros. Actúan sobre: enlace éster enlace glucosídico enlace peptídico enlace C-N

36 Enzimas: No. Clase Tipo de reacción que catalizan Ejemplo 1 Oxidorreductasas De óxido reducción (transferencia de e-) Deshidrogenasas Peroxidasa Oxidasas Oxigenasas Reductasas 2 Transferasas Transferencia de grupos Kinasas Transaminasas 3 Hidrolasas Hidrólisis, con transferencia de grupos funcionales del agua 4 Liasas Lisis de un substrato, generando un doble enlace, o Adición de un substrato a un doble enlace de un 2o. substrato Pirofosfatasa Tripsina Aldolasa (Sintasas) Descarboxilasa pirúvica

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

38 Enzimas: No. Clase Tipo de reacción que catalizan 1 Oxidorreductasas De óxido reducción (transferencia de e-) Ejemplo Deshidrogenasas Peroxidasa Oxidasas Oxigenasas Reductasas 2 Transferasas Transferencia de grupos Kinasas Transaminasas 3 Hidrolasas Hidrólisis, con transferencia de grupos funcionales del agua 4 Liasas Lisis de un substrato, generando un doble enlace, o Adición de un substrato a un doble enlace de un 2o. substrato (Sintasa) Pirofosfatasa Tripsina Aldolasa (Sintasas) Descarboxilasa pirúvica 5 Isomerasas Transferencia de grupos en el interior de las moléculas para dar formas isómeras Mutasas Epimerasas Racemasas

39 5. Isomerasas (Reacciones de isomerización)

40 Enzimas: No. Clase Tipo de reacción que catalizan 1 Oxidorreductasas De óxido reducción (transferencia de e-) Ejemplo Deshidrogenasas Peroxidasa Oxidasas Oxigenasas Reductasas 2 Transferasas Transferencia de grupos Kinasas Transaminasas 3 Hidrolasas Hidrólisis, con transferencia de grupos funcionales del agua 4 Liasas Lisis de un substrato, generando un doble enlace, o Adición de un substrato a un doble enlace de un 2o. substrato (Sintasa) 5 Isomerasas Transferencia de grupos en el interior de las moléculas para dar formas isómeras 6 Ligasas Formación de enlaces C-C, C-S, C-O y C-N. Mediante reacciones de condensación, acopladas a la ruptura del ATP Pirofosfatasa Tripsina Aldolasa (Sintasas) Descarboxilasa pirúvica Mutasas Epimerasas Racemasas Sintetasas

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

42 E + S SE E + P

43 Cómo detectar una enzima? 1. Actuación global de la reacción catalizada. 2. Utilizar un procedimiento analítico para la determinación de S que desaparece o los productos de la reacción que aparecen. 3. Si la enzima requiere cofactores (iónes metálicos o coenzimas). 4. La dependencia de la actividad enzimática con la [S] o sea K M del S. 5. El ph óptimo. 6. Un intervalo de temperatura en la que la enzima es estable y muestra actividad elevada.

44 1.0 Unidad de Actividad Enzimática Es la cantidad que transforma 1.0 mm (10-6 M) de S /min a 25 o C, en las condiciones de medida óptima. La Actividad Específica Es el no. de U de enzima / mg de proteína. Es una medida de la pureza de la enzima. Catalasa de Aspergillius niger U/mg de prot U U Catalasa de Hígado de bisonte U/mg de prot. 100 mg $ USD. 1 g $ USD.

45 El Número de Recambio de una Enzima Es el no. de moléculas de S transformadas / unidad de tiempo, por una molécula de enzima (o por un sólo sitio catalítico, cuando la E, es el limitante). Enzima. Anhidrasa carbónica b-amilasa b-galactosidasa Fosfoglucomutasa Moles de S, transf./ min. a o C

46 Ribozimas Moléculas de ARN que tienen la capacidad de actuar como catalizadores, (aceleran reacciones químicas específicas). Poseen un centro activo que se une específicamente a un sustrato y facilita su conversión en un producto. Menos versátiles que las enzimas proteicas. Implicadas en: Procesamiento o maduración del ARN y Síntesis de proteínas (ARNr, componentes del ribosoma cataliza la reacción de transpeptidación, o unión de los aminoácidos).

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48 CINÉTICA ENZIMÁTICA

49 E + S SE E + P

50 PROPIEDADES GENERALES AUMENTAN LA VELOCIDAD DE REACCIÓN De 10 6 to veces vs sin enzima. Aún más rápido que los catalizadores químicos. CONDICIONES DE REACCIÓN Temperatura o C (algunas hasta 75 o C) ph neutro (5-9), la mayoría Presión atmosférica normal CAPACIDAD DE REGULACIÓN Por concentración de sustrato Por concentración de enzima Por inhibidores competitivos (semejantes al sustrato) Por inhibidores no competitivos (modificación covalente de la enzima) Por regulación alostérica ALTA ESPECIFICIDAD DE REACCIÓN Interacción estereoespecífica con el sustrato No hay productos colaterales

51 ALTA ESPECIFICIDAD DE REACCIÓN INTERACCIÓN ESTEREO ESPECÍFICA CON SU SUSTRATO

52 Los reactivos interaccionan con la enzima (sitio activo)

53 Cambia la configuración de la enzima

54 Substrato de glucosa Sitio de enlace La unión del sustrato produce un cambio conformacional de la enzima hexoquinasa (cinasa), la cual es monomérica.

55 Se realiza la reacción catalítica

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57 Cinética enzimática V max K M K

58 K m de algunas enzimas ENZIMA SUSTRATO K m (mm) Catalasa H 2 O Hexoquinasa ATP 0.4 D-Glucosa 0.05 D-Fructosa 1.5 Anhidrasa carbónica HCO Quimotripsina Gliciltirosinilglicina N-Benzoiltirosinamida 2.5 b-galactosidasa D-Lactosa 4.0 Treonina deshidrogenasa L-Treonina 5.0

59 La K M es un parámetro de Actividad Enzimática La K M es inversamente proporcional con la actividad de la enzima. Valor de K M grande, baja actividad Valor de K M pequeño, alta actividad

60 Determinación Cuantitativa de la Cinética Enzimática 1. La reacción global 2. Procedimeinto analítico para determinar els que desaparece o el P que aparece 3. Sí el E requiere Cofactores (iónes o coenzimas) 4. La dependencia de la actividad enzimática con la [S] o se la K M del S. 5. El ph óptimo 6. Un intervalo de temperatura en la que la E es estable y muestra actividad elevada.

61 Actividad enzimática y variación del ph

62 Vo ph Enzima ph óptimo Pepsina 1.5 Tripsina 7.7 Catalasa 7.6 Arginasa 9.7 Fumarasa 7.8 Ribonucleasa 7.8 Vo Vo Vo Temperatura o C) Coenzima Tiempo (min)

63 1.0 Unidad de Actividad Enzimática (U): La cantidad que transforma 1.0 mmol (10-6 M) de S /min, a 25 0 C, en las condiciones de medida óptima. Actividad específica: Es el no. de U de una E / mg de proteína. Es decir: una medida de la pureza de la E. Al purificarla, el valor llega a un máximo y es estable. Número de recambio No. de moléculas de S transformadas /unidad de tiempo, por una molécula de E ( o por un solo sitio catalítico) Enzima No. de Recambio Anhidrasa carbónica B-Amilasa B-Galactosidasa Fosfoglucomutasa 1 240

64 Cuando: V o = Vmax Todos los sitios activos están ocupados y no hay moléculas de E libre. K M = [S] Sí... ½ Vmax K M representa la cantidad de sustrato necesaria para fijarse a la mitad de la E disponible y producir la mitad de la Vmax K M representa la concentración del sustrato en una célula

65 Inhibidores Reactivos químicos específicos que pueden inhibir a la mayor parte de las enzimas. Irreversibles INHIBIDORES Reversibles

66 Inhibidor Irreversible Fluorofosfato de diisopropilo (DFP) Acetilcolina Acetilcolinesterasa Acetato + Colina

67 Inhibidor Irreversible Acetilcolinesterasa Tripsina Elastasa Fosfoglucomutasa Cocoonasa (larvas de gusanos de seda Fluorofosfato de diisopropilo (DFP) Malatión

68 Fluorofosfato de diisopropilo (DFP) Serina Iodoacetamida Cisteína Histidina

69 Inhibidor Reversible La unión del inhibidor y la enzima es reversible. Al quitar el inhibidor del medio, se recupera la actividad. Hay 3 tipos: Competitiva No Competitiva Acompetitiva (Alostérica)

70 Antibióticos Insecticidas Hervicidas Venenos Diferentes Medicamentos Inhibición enzimática Dolor Inflamación Infecciones virales Cáncer

71 Inhibidores Competitivos Malonato Sulfas Deshidrogenasa del ácido succínico Infecciones microbianas Antihipertensores: Captopril y Enalopril Alopurinol Fluoruracilo Controla la gota Cáncer

72 Cinéticas de Inhibición Competitivo V max igual K M diferente 1 V No competitivo V max diferente K M igual No inhibitor 0 1/[S]

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