Clases de Enzimas

ENZIMAS CONTENIDO 

Definición



Estructura



Modos de acción enzimática

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Cofactores enzimáticos

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Clasificación internacional



Factores que afectan la velocidad de las reacciones enzimáticas



Mecanismos de regulación de la actividad enzimática Prof. Yadidla de Muñoz. UNELLEZ, 2012.

Definición Las enzimas son moléculas de naturaleza proteica, con especificidad de acción, que catalizan reacciones bioquímicas, termodinámicamente posibles

Naturaleza proteica

La cadena aminoácida de los enzimas está genéticamente codificada y al igual que toda proteína se desnaturaliza

Especificidad de acción

Cada enzima actúa sobre una molécula o grupo de moléculas semejantes y participa en un tipo de reacción química

Poder catalizador

•Intervienen en reacciones energéticamente favorables •Actúan en pequeña cantidad y se recuperan indefinidamente •No modifican el sentido de una reacción, sino que aceleran su consecución •Disminuyen la energía de activación (ΔG±)

Ejemplos de especificidad Especificidad absoluta Algunas enzimas muestran especificidad absoluta, como la aspartasa que cataliza la adición reversible del amoníaco al doble enlace del ácido fumárico, pero no al de otros ácidos insaturados

Fumarato (isómero trans) + amoníaco HOOC – CH = CH – COO- + NH4 + aspartasa HOOC – CH2 - CHNH2 - COO- + H +

L- aspartato

+

hidrógeno

Especificidad relativa La quimotripsina hidroliza enlaces éster independientemente de la naturaleza aromática o alifática de los grupos adyacentes a este enlace

Poder catalizador Gráfica que representa la energía de activación (ΔG±) requerida para una reacción química en presencia y ausencia de una enzima Estado de transición o cima de la barrera de energía

Energía de activación sin la enzima

Energía de activación

(ΔG ±)

Energía de activación con la enzima

Curso de la reacción La energía de activación es la energía necesaria para que un compuesto alcance el estado de transición

Estructura Las enzimas son proteínas globulares, de tamaños muy variados cuya actividad catalítica viene determinada por su estructura tridimencional.

Sustrato Centroactivo

Sustrato es la molécula sobre la cual actúa el enzima Centro activo es el lugar de unión entre la enzima y su sustrato, comprende los aminoácidos que hacen contacto directo con el sustrato y un sitio catalítico, directamente implicado en el mecanismo de la reacción.

Modos de Acción Enzimática

Enzima y sustrato forman un complejo “enzima –sustrato” (E-S) que representa el estado de transición.

El sustrato modificado recibe el nombre de producto.

Ejemplo de modo de acción enzimática Hidrólisis de la molécula de sacarosa a)

Sacarosa (S)

glucosa

fructosa

c) Complejo E-S enlace

d) Productos

Centro activo

b) Invertasa (E)

a) El sustrato (S) de esta reacción enzimática es la sacarosa b) La enzima (E) se conoce como invertasa c) La sacarosa se une al centro activo de la invertasa formando el complejo enzima-sustrato (E-S) d) Los productos de esta reacción hidrolítica son la glucosa y la fructosa

Modelos de interacciĂłn enzima-sustrato sustrato

Complejo enzima-sustrato

Modelo de Fisher o TeorĂ­a de La llave y la Cerradura

enzima

Modelo de Koshland-Neet o TeorĂ­a del Ajuste Inducido

sustrato Complejo enzima-sustrato

enzima

Cofactores enzimáticos Iones o moléculas orgánicas no proteicas, termoestables, que participan en las reacciones enzimáticas.  Iones: Fe ²+, Mg²+, Mn²+,

Zn²+,Cu²+, K..



Moléculas o coenzimas: Vitaminas, NAD, ATP, FAD…..

Anhidrasa carbónica

Las enzimas que precisan de iones metálicos se llaman metaloenzimas.

Un cofactor enzimático unido covalentemente a su enzima se denomina grupo prostético.

Función de los Cofactores Ión metálico   

Centro catalítico primario Grupo puente para unir sustrato y enzima, formando un complejo de coordinación Agente estabilizante de la conformación catalíticamenteactiva de un enzima

Apoenzima

Coenzima Acepta, transporta y cede átomos o grupos químicos

+ Cofactor = Holoenzima

Clasificación 1.Óxidoreductasas Transferencia de electrones

2.Transferasas Transferencia de grupos: acilo fosfato, aldehidos

3.Hidrolasas Transformación de polímeros en monómeros

4.Liasas Adición a los dobles enlaces

5.Isomerasas Formación de isomeros

6.Ligasas Formación de enlaces covalentes con participación del ATP

C=C C=O C=N

 Concentración del enzima  Concentración del sustrato  Tiempo

Factores que afectan la actividad de las enzimas

 Temperatura  pH  Presencia de inhibidores

Efecto de la concentración de la enzima  Para estudiar el efecto de la

Velocidad de reacción

concentración de la enzima sobre su actividad es necesario exceso de sustrato y condiciones optimas de pH y temperatura.

 La

.

velocidad de reacción enzimatica es proporcional a la cantidad de enzima utilizada.

 Dos

. concentración de la enzima

o tres de los puntos experimentalmente determinados, deben coincidir con el punto cero en una línea más o menos recta.

Efecto de la concentración del sustrato

Velocidad de reacción

 Inicialmente, la velocidad de reacción

es proporcional a la concentración del sustrato. Luego, mayor aumento de concentración del sustrato, provoca el efecto de saturación de la enzima con su sustrato y la velocidad se mantiene más o menos constante.

 La velocidad media de una reacción Km = Vmáx 2

concentración del sustrato (S)

enzimática, en función de la concentración del sustrato, se denomina Km o constante de Michaelis-Menten y se expresa en moles/L. Esta constante permite conocer la afinidad de la enzima por su sustrato.

Efecto del tiempo

Velocidad de reacción

La velocidad de una reacción enzimática decrece con el tiempo debido a:  Inactivación de la enzima

 Agotamiento del sustrato  Acumulación de productos finales

tiempo

 Efecto de la temperatura

Velocidad de reacción

Esta gráfica en forma de campana se interpreta de la siguiente manera: La velocidad de reacción enzimática,a bajas temperaturas es casi nula. 

La

velocidad favorecida al temperatura.

de reacción incrementar

es la

La

temperatura

mayor velocidad de reacción se alcanza para la mayoría de las enzimas, entre 30 y 40°C, y representa su temperatura óptima.

Temperaturas mayor a la óptima desnaturalizan la enzima. 

Esta curva permite inferir que:  Existe un pequeño rango de pH para el cual la velocidad de reacción enzimática es máxima, este valor de pH se denomina pH óptimo.

 El pH óptimo de enzimas es cercano neutralidad (pH 7).

muchas a la

 Valores de pH más bajos o más elevados al óptimo, reducen la velocidad de reacción enzimática.

Velocidad de reacción

 Efecto del pH

Enzimas Inhibidores enzimáticos Son moléculas que disminuyen la actividad enzimática porque se unen al centro activo de la enzima o modifican su estructura.

inhibidor Proteasa del SIDA

Existen dos tipos de inhibidores enzimáticos: 1) Reversibles: El complejo enzima - inhibidor (EI) se disocia E + I

EI

2) Irreversibles: El complejo enzima - inhibidor (EI) no se disocia

E + I

EI

Inhibidores Reversibles Competitivo El inhibidor se une al centro activo de la enzima.

No Competitivo El inhibidor modifica el centro activo, en consecuencia, el sustrato no puede unirse a la enzima.

Altas concentraciones de sustrato desplazan al inhibidor

Regulación de la actividad enzimática Regulación alostérica 

Una molécula efectora se une en el sitio alostérico de la proteína (otro sitio que no sea el sitio activo)

 Los efectores que aumentan la actividad de la enzima se

denominan activadores alostéricos y aquellos que disminuyan dicha actividad se llaman inhibidores alostéricos

Regulación de la actividad enzimática Activación proteolítica  Algunas enzimas no se sintetizan como tales, sino como proteínas

precursoras sin actividad enzimática. Estas proteínas se llaman proenzimas o zimógenos

 Para activarse, los zimógenos sufren un ataque hidrolítico que origina la

liberación de uno o varios péptidos

 El resto de la molécula proteica adopta la conformación y las propiedades

de la enzima activo

Ej.: quimotripsina, que se sintetiza en forma de quimotripsinógeno y en el tubo digestivo se convierte en su forma biológicamente activa

Regulación de la actividad enzimática Isozimas  Algunas enzimas tienen distinta estructura molecular aunque su función

biológica es similar. Se llaman isozimas o isoenzimas.

Así, podemos observar la existencia de isoenzimas en función de:  El tipo de tejido: la enzima lactato deshidrogenasa se presenta diferente en músculo y corazón.  El compartimento celular donde actúa: como ejemplo, señalamos la

malato deshidrogenasa del citoplasma y la mitocondria.

 El momento concreto del desarrollo del individuo: algunas enzimas de

la glicólisis del feto son diferentes en el adulto.

La utilización de las enzimas es amplia, su aplicación es muy extensa, inclusive es útil en diversos campos, como en medicina, farmacia, industrias, alimentos.

La lechosa, por ejemplo, contiene el enzima papaína que a lo largo de los años ha tenido múltiples aplicaciones