ENZIMAS Las enzimas son proteínas

Transcripción

1 ENZIMAS Las enzimas son proteínas Actúan como catalizadores de las reacciones químicas necesarias para la supervivencia celular Que es un catalizador??? Es una sustancia que acelera la velocidad de la reacción conservándose inalterada al final de la reacción 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. 1

2 ENZIMAS: Energía de activación Un catalizador reduce la energía de activación, con lo que aumenta la fracción de moléculas que tienen la energía suficiente para alcanzar un estado de transición y promueve que la reacción ocurra mas rápido. Cualquier agente capaz de lesionar la estructura de una proteína, afectará la actividad de la enzima. Los siguientes hechos: ENZIMAS: Caracteríticas Especificidad de la reacción enzimática Carácter heterogéneo de la catálisis enzimática Nos llevan a postular la existencia de un Centro Activo en la molécula de enzima, capaz de: Fijar específicamente al substrato Transformarlo catalíticamente. Enzima Sitio activo Sustrato 2

3 ENZIMAS: Caracteríticas Sensibilidad a la Temperatura Las enzimas, presentan una temperatura óptima de acción, a la cual manifiestan su máxima actividad. La temperatura óptima para la acción de una enzima, tiene que ver con las condiciones en que ella debe actuar normalmente en el organismo al cual pertenecen. Sensibilidad al ph ENZIMAS: Nomenclatura Las enzimas se nombran con el sufijo asa, precedido de un prefijo que indica el tipo de reacción que cataliza, y en caso particular, el nombre del sustrato sobre el que actúa. Ejemplo: Sustrato= maleato Reacción= isomerización cis-trans Nombre= maleato cis-trans isomerasa 3

4 ENZIMAS: Sitio activo El sitio activo de una enzima (al ser la región que se une al sustrato) contiene los residuos que participan directamente en la producción y ruptura de enlaces. 1. Es de tamaño pequeño, constituido por una región de pocos aminoácidos. 2. Es una entidad tridimensional: algunos aminoácidos interactúan mas frecuentemente que otros con el sustrato debido a la carga o característica de sus grupos funcionales libres de la cadena polipeptidica. 3. La unión E+S se da por numerosos fuerzas débiles. 4. Los sitios activos son hoyos o hendiduras: formación de un complejo muy compacto. 5. Especificidad: un sustrato debe de tener la forma adecuada para introducirse en el centro. Proceso de reconocimiento dinámico. ENZIMAS: Mecanismo de acción 4

5 ENZIMAS: Clasificación Las enzimas se clasifican según el tipo de reacción que catalizan. Clase Tipo de reacción que catalizan Ejemplo Oxidorreductasas De óxido reducción (transferencia de e-) Deshidrogenasas Peroxidasa Oxidasas Oxigenasas Reductasas Transferasas Transferencia de grupos Kinasas Transaminasas Hidrolasas Liasas Hidrólisis, con transferencia de grupos funcionales del agua 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 Isomerasas Ligasas Transferencia de grupos en el interior de las moléculas para dar formas isómeras Formación de enlaces C-C, C-S, C-O y C-N. Mediante reacciones de condensación, acopladas a la ruptura del ATP Mutasas Epimerasas Racemasas Sintetasas ENZIMAS: Clasificación No. Clase Tipo de reacción que catalizan 1 Oxidorreductasas De óxido reducción (transferencia de e-) Ejemplo Deshidrogenasas Peroxidasa Oxidasas Oxigenasas Reductasas Si una molécula se reduce, tiene que haber otra que se oxide 5

6 ENZIMAS: Clasificación No. Clase Tipo de reacción que catalizan Ejemplo 2 Transferasas Transferencia de grupos Kinasas Transaminasas grupos aldehídos gupos acilos grupos glucosilos grupos fosfatos (kinasas) ENZIMAS: Clasificación No. Clase 3 Hidrolasas Tipo de reacción que catalizan Hidrólisis, con transferencia de grupos funcionales del agua Ejemplo Pirofosfatasa Tripsina Aldolasa Transforman polímeros en monómeros. 6

7 ENZIMAS: Clasificación No. Clase Tipo de reacción que catalizan 4 Liasas Lisis de un substrato, generando un doble enlace, o Adición de un substrato a un doble enlace de un 2o. substrato Ejemplo (Sintasas) Descarboxilasa pirúvica Entre C y C Entre C y O Entre C y N ENZIMAS: Clasificación No. Clase Tipo de reacción que catalizan Ejemplo 5 Isomerasas Transferencia de grupos en el interior de las moléculas para dar formas isómeras Mutasas Epimerasas Racemasas 7

8 ENZIMAS: Clasificación No. Clase Tipo de reacción que catalizan 6 Ligasas Formación de enlaces C-C, C-S, C-O y C-N. Mediante reacciones de condensación, acopladas a la ruptura del ATP Ejemplo Sintetasas Entre C y O Entre C y S Entre C y N Entre C y C ENZIMAS: 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, CH 3. El coenzima, puede ser un ion o una molécula orgánica de baja masa molecular. Cuando la coenzima no puede ser sintetizada por el organismo, debe ingerirse en pequeñas cantidades y se denomina Vitamina. La enzima sin la coenzima recibe el nombre de APOENZIMA Sustrato oxidado 8

9 ENZIMAS: Isoenzimas Son formas moleculares diferentes de una misma enzima Catalizan la misma reacción Ejemplo: Lactato deshidrogenasa Lactato + NAD ==== Piruvato + NADH M 4, M 3 H 1, M 2 H 2, M 1 H 3 y H 4 Se diferencian por su movilidad electroforética Usadas en clínica: sueros normales y sueros con alguna patología ENZIMAS: Isoenzimas Lactato deshidrogeneasa (LDH) Los niveles séricos aumentados de LDH se observan en muchas circunstancias como ser anemias megaloblásticas, infarto de miocardio y pulmonar, etc. El gran número de situaciones que aumenta la actividad de LDH hace relativa su utilidad diagnóstica. 9

10 ENZIMAS: Isoenzimas Otro ejemplo: -Glucoquinasa y hexoquinasa 10

11 ENZIMAS: CINETICA Estudia la velocidad de las reacciones catalizadas enzimáticamente Los principios generales de las reacciones químicas se aplican también a las reacciones enzimáticas Factores que afectan la velocidad de una reacción enzimática 1. Concentración de Enzima 2. Concentración de sustrato 3. ph 4. Temperatura ENZIMAS: CINETICA Estudia la velocidad de las reacciones catalizadas enzimáticamente Los principios generales de las reacciones químicas se aplican también a las reacciones enzimáticas Factores que afectan la velocidad de una reacción enzimática 1. ph 2. Temperatura 3. Concentración de Enzima 4. Concentración de sustrato 11

12 ENZIMAS: CINETICA 1. ph El sitio activo de la enzima esta compuesto de grupos ionizables que deben estar en la forma iónica adecuada para mantener la conformación, unir los sustratos o catalizar la reacción. 2. Temperatura A medida que aumenta la temperatura por lo general aumenta la actividad catalitica dentro del margen de estabilidad de la enzima ENZIMAS: CINETICA 3. Concentración de Enzima 12

13 ENZIMAS: CINETICA 4. Concentración de sustrato ENZIMAS: Modelo Cinético de Michaelis - Menten La velocidad V indica el número de reacciones por segundo que son catalizadas por una enzima. Con concentraciones crecientes de sustrato [S], la enzima va acercándose asintóticamente su velocidad máxima Vmax, pero nunca la alcanza. Entonces, aunque la concentración de sustrato a Vmax no puede ser medida exactamente, las enzimas pueden ser caracterizadas por la concentración de sustrato a la cual la velocidad de reacción es la mitad de la velocidad máxima. 13

14 ENZIMAS: Modelo Cinético de Michaelis - Menten Esta concentración de sustrato se conoce como constante de Michaelis- Menten (KM). Esta constante representa la constante de disociación (la afinidad del complejo enzima-sustrato (ES) por el sustrato). Esta relacionada de manera inversa con la afinidad de la enzima por el sustrato. Cuanto mayor sea el KM menor será la afinidad de la enzima por el sustrato ENZIMAS: Representación de Lineweaver-Burk La ecuación de la recta es: y = a * x + b 1 Km 1 1 v V s V mx mx donde: y = 1 Vo x = 1 [S] El valor de Km puede ser hallado a partir de la gráfica de Lineweaver-Burk o del doble reciproco usando la pendiente y la intersección negativa de x. 14

15 ENZIMAS: INHIBICION INHIBICIÓN ENZIMÁTICA: Reducción total o parcial de la actividad catalítica de una enzima por unión de moléculas diferentes del sustrato. Estas moléculas recien el nombre de inhibidores. ENZIMAS: INHIBICION CLASIFICACIÓN: INHIBIDORES IRREVERSIBLES COMPETITIVO INHIBIDORES REVERSIBLES NO COMPETITIVO INHIBIDORES IRREVERSIBLES Cambian de manera permanente a la enzima deteriorando su actividad catalítica. Dentro de ellos están los inhibidores suicidas. E + I E Ej: organofosforados 15

16 ENZIMAS: INHIBICION INHIBIDORES REVERSIBLES Establece un equilibrio con la enzima libre, con el complejo enzima-substrato o con ambos E + I EI ES + I ESI Inhibición Competitiva El inhibidor se fija al centro activo de la enzima libre, IMPIDIENDO LA FIJACIÓN DEL SUSTRATO Inhibición No Competitiva 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 SUSTRATO a la enzima, pero sí impide la acción catalítica ENZIMAS: INHIBICION E S ES Inhibición Competitiva E + P El inhibidor se fija al centro activo de la enzima libre, IMPIDIENDO LA FIJACIÓN DEL SUSTRATO I EI Se define una constante de equilibrio de disociación del inhibidor: K i = [E] [I] [EI] Características: - 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 16

17 ENZIMAS: INHIBICION Succinato deshidrogenasa Inhibición Competitiva Inhibidores competitivos COO - CH 2 FAD FADH 2 COO - CH COO - CH 2 COO - CH 2 COO - SDH CH COO - Malonato Succinato Fumarato COO - C O CH 2 COO - Oxalacetato ENZIMAS: INHIBICION Inhibición No Competitiva I E S I ES E + P 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 SUSTRATO a la enzima, pero sí impide la acción catalítica S EI ESI 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 17

18 ENZIMAS: INHIBICION Inhibición No Competitiva Se unen a la enzima en un lugar de la molécula diferente del sitio activo y disminuyen a velocidad máxima sin modificar el Km E+S ES E+P + + I I EI + S ESI ENZIMAS: INHIBICION Inhibición No Competitiva El agente quelante EDTA se une reversiblemente al Mg2+ y a otros cationes divalentes, e inhibe así de modo no competitivo a algunas enzimas que precisan esos iones para su actividad. 18

19 ENZIMAS: INHIBICION ENZIMAS: MODULACION ALOSTÉRICA 19

20 ENZIMAS: MODULACION ALOSTÉRICA ENZIMAS: MODULACION ALOSTÉRICA Enzimas alostéricas: Pueden ser moduladas (inhibidas o estimuladas). Presentan un cinética distinta a la michaeliana. La misma puede ser modificada por la presencia de moduladores alostéricos 20

21 REGULACIÓN ENZIMÁTICA Los seres vivos han generado mecanismos para regular las rutas bioquímicas. La regulación es esencial por las siguientes razones: Mantenimiento de un estado ordenado no hay desperdicio de recursos. Conservación de la energía utilización de la En suficiente en las células, para consumir los nutrientes según sus necesidades energéticas. Respuesta a variaciones ambientales son los ajustes rápidos que deben realizar las células (ph, [S], T C), por su capacidad de aumentar o disminuir la velocidad de las reacciones específicas. 21

22 REGULACIÓN ENZIMÁTICA ENZIMAS: REGULACION ALOSTÉRICA modificación enzimática inmediata o minutos Tanto la inhibición como la activación son reversibles El agente modificador actúa uniéndose a la E en un sitio diferente al sitio catalítico Procesos a nivel celular; regulación de ajuste fino de la actividad enzimática. Pueden ser moduladas (inhibidas o estimuladas). 22

23 REGULACIÓN COVALENTE modificación enzimática inmediata o minutos Algunas modificaciones son reversibles y otras no. Adición o remoción de grupos fosfato sobre residuos de Serina, Treonina o Tirosina específicos de la enzima. ATP QUINASA DE PROTEÍNAS ADP Quinasas de proteínas familia de enzimas que catalizan reacciones de fosforilación utilizan como dador del grupo fosfato al ATP. ENZIMA OH ENZIMA OPO 3 = Fosfatasas de proteínas separan los grupos fosfatos de las enzimas fosforiladas HPO 4 = FOSFATASA DE PROTEÍNAS H 2 O REGULACIÓN COVALENTE Suele haber fenómenos de modificación covalente de enzimas en la respuesta celular a señales químicas: 1. Neurotransmisores 2. Hormonas 3. Factores de crecimiento 4. Estímulos morfogenéticos y de diferenciación 5. Muerte celular programada (apoptosis) 6. Estímulos antigénicos 7. Luz y otros agentes físico-químicos 23

24 REGULACIÓN POR PROTEÓLISIS REGULACIÓN GÉNICA modificación enzimática en horas o días INDUCCIÓN síntesis enzimática aumentada REPRESIÓN síntesis enzimática disminuida CONSECUENCIA cambios en la población total de sitios activos. Una enzima puede responder a más de un tipo de regulación 24