prof. responsables: - dra. alicia molina (lic. en ciencias biológicas) - dra. ana anzulovich (prof....
TRANSCRIPT
Prof. Responsables: - Dra. Alicia Molina (Lic. en Ciencias
Biológicas)- Dra. Ana Anzulovich (Prof. en Cs.
Biológicas y Lic. en Biotecnología)
Jefes de Trabajos Prácticos: - Dra. Mariela Coria (Lic. y Prof. en
Ciencias Biológicas y Lic. en Biotecnología)
- Lic. Nuria Mitjans (Lic. en Biotecnología)
QUIMCA BIOLOGICA- EQUIPO DOCENTE
QUIMICA BIOLOGICA
Objetivos:I. Comprender las transformaciones
energéticas celularesII. Establecer los principios de la
bioenergéticaIII. Estudiar el metabolismo
Moléculas Biológicas - Estructura químicaInteracciones entre moléculasDegradación y síntesis celular de las moléculas
Conservación y utilización de la energía en las células
Mecanismos regulatorios
En particular, los OBJETIVOS de este curso para las carreras de Lic. y Prof. en Ciencias Biológicas y Lic. en Biotecnología, son:
- Analizar los procesos de degradación y biosíntesis de los compuestos biológicos, teniendo en cuenta su interrelación y mecanismos de regulación.
- Estudiar las enzimas como herramientas de regulación, transformación y generación de energía celular.
- Integrar las distintas vías metabólicas y su relación con los mecanismos de producción y utilización de energía por parte de los seres vivos.
METABOLISMO. Principales nutrientes de autótrofos y
heterótrofos. Catabolismo. Anabolismo. ENZIMAS: Naturaleza
Química. Propiedades Generales. Nomenclatura y Clasificación.
Coenzimas y Grupos Prostéticos. Actividad Enzimática: Unidad
de enzima- Actividad específica- Actividad molecular. Conceptos
de afinidad y cooperatividad enzimática. Factores que
afectan la actividad enzimatica: pH, T, [S], [Enzima].
Inhibidores naturales de la actividad enzimática.
Mecanismo de regulación metabólica: Inhibición y activación
por sustrato, niveles enzimáticos, modulación de la actividad de
enzimas. Regulación Enzimática: Enzimas alostéricas
(propiedades y cinética). Modulación Covalente. Zimógenos.
Isoenzimas: Propiedades e importancia.
BOLILLA 1
AutótrofosFotosintéticos
Heterótrofos¿Cómo?¿Cómo?
M E T A B O L I S M O
H2O
Energía para la vida
H2O
ME
TA
BO
LIS
MO
IN
TE
RM
ED
IO
Conjunto de reacciones químicas que tienen lugar en las células y tejidos.
Sentido biológico del metabolismo
1- Obtener energía y poder reductor a partir de los nutrientes.
2- Degradar los compuestos ingeridos con los alimentos, o los de reserva, en productos más simples, utilizables como precursores para la síntesis de moléculas constituyentes de órganos y tejidos y otras sustancias necesarias para su funcionamiento.
Nutrientes
Au
tótr
ofo
s - CO2
- H2O- Iones de nitrógeno- Elementos Minerales
He
teró
tro
fos
Nutrientes
- Carbohidratos- Lípidos- Proteínas- Vitaminas- Minerales
Sentido biológico del metabolismo
DEGRADACION SINTESIS
1- Obtener energía y poder reductor a partir de los nutrientes.
2- Degradar compuestos ingeridos con los alimentos, o los de reserva, en productos más simples, utilizables como precursores para la síntesis de moléculas constituyentes de órganos y tejidos y otras sustancias necesarias para su funcionamiento.
Catabolismo Anabolismo
Metabolismo
Estructuras complejas
Estructuras simples
DG
DE
GR
AD
AC
ION
SIN
TE
SIS
Nutrientes Contenedores
de Energía
CarbohidratosLípidosProteínas
VIAS CATABOLICAS (Degradación oxidativa)
Productos finales carentes de Energía
CO2
H2ONH3
NAD+
NADP+
FADADP+HPO4
2-
NADHNADPHFADH2
ATP
Energía Química
Moléculas Precursoras
MonosacáridosÁcidos grasosAminoácidosBases nitrogenadas
VIAS ANABOLICAS(Síntesis reductora)
Macromoléculas Celulares
PolisacáridosLípidosProteínasÁcidos Nucleicos
Equilibrio dinámico
AnabolismoCatabolismo
Anabolismo
Catabolismo
Crecimiento
Envejecimiento
Anabolismo
Catabolismo
ME
TA
BO
LIS
MO
IN
TE
RM
ED
IO
Conjunto de reacciones químicas que tienen lugar en las células y tejidos.
Esquemas de distintos tipos de secuencias metabólicas
A B C D E
P Q
A B C D E
A
B
C
S
D
PA B
M N
YX
S
Vías
Ciclos Cascadas
Vías anabólicasdivergentes
Vías catabólicas
convergentes
Esquemas de distintos tipos de secuencias metabólicas
A Ba
Cb
D Ec d
P Qp
A B C D Ea b c d
A
B
C b
a
S
D
c
d
PA B
a
M N
YX
Sef
Vías
Ciclos Cascadas
1926, James Sumner (ureasa, estructura proteica).
1930, John Northrop y Moses Kunitz- (pepsina,tripsina y quimotripsina).
CONTINUA LA HISTORIA…
Ultimos 50 años (estructura y función).
1963- 1º Secuencia de aminoácidos ribonucleasa pancreática bovina A.
CONTINUA LA HISTORIA…
1983.Sidney Altman y colaboradores. El ARN de la ribonucleasa P tiene actividad catalítica.
Energía de activación de una reacción
Energia libre (G)
Progreso de la reaccion
Estado deactivación
Energia de Activacion (Ea)
ΔG (-) de reaccion
G1 de Reactivos A+B
G2 de Productos C+D
A + B C + D
Ea de la reaccioncatalizada
Catalizador
La velocidad a la cual se produce el intermediario de transición depende de:1- la Ea,2- la frecuencia de choques entre las moléculas.3- orientación adecuada de las moléculas.
Catalizador: agente capaz de acelerar una reacción química, sin formar parte de los productos formados, ni desgastarse en el proceso.Las ENZIMAS son macromoléculas que funcionan como catalizadores biológicos, ya que disminuyen la Ea y favorecen la orientación de las moléculas reaccionantes.
SACARASA
La/s sustancia/s sobre la/s cual/es actúa/n se denomina/n SUSTRATO (S).
SITIO DE UNION AL SUSTRATO (Sitio Activo) Uniones no Covalentes: Puente de hidrógeno
Hidrofóbicas Electrostáticas
ESPECIFICIDAD DE SUSTRATO. Estereoespecificidad y especificidad geométrica.
NECESITAN DE FACTORES NO ENZIMATICOS (cofactores): inorgánicos (metales) u orgánicos (Coenzimas)
La síntesis de la proteína-enzima, su actividad y degradación SON REGULABLES:.
CARACTERISTICAS DE LAS ENZIMAS
REACCION ENZIMATICA
Enzima ProductoSustratoEnzima
E + S E + P
Complejo ES
ES
ALTA ESPECIFICIDAD
Único sustrato
Glucoquinasa Glucosa
ESPECIFICIDAD RELATIVA Grupo de sustratos
Hexoquinasas HEXOSAS
glucosa, manosa y fructosa
ESPECIFICIDAD DE LAS ENZIMAS
D-Glucosa
Glucoquinasa
GLUCOSA GLUCOSA-6P
ATP ADP
- P
Enzimas que requieren iones metálicos como cofactores
Citocromo oxidasa
Catalasa
Peroxidasa
Fe++ ó Fe+++
Anhidrasa carbónica Zn++
Piruvato quinasa K+
Hexoquinasa
Glucosa-6-fosfatasa
Piruvato quinasaMg++
ENZIMA TOTAL
PROTEÍNA(termolábil)
NO PROTEICA(termoestable)
HOLOENZIMA APOENZIMA COENZIMA= +
COENZIMAS
Transportadores de grupos funcionales
Transportadores de electrones
VITAMINAS-COENZIMAS
Niacina NAD, NADP
Ion Hidruro (:H -)
PDH GAD
Riboflavina (Vit.B2)
FAD, FMN
Electrones
SDH
Tiamina (Vit. B1)
PP-tiamina
Aldehídos
PDH, TC
Acido fólico
TH4
Grupos monocarbonados
Ser-Tre Deshidra
t.
Acido lipoico
Lipoamida
Electrones y grupos acilos.
PDH
Piridoxina (B6)
P-piridoxal
Transferencia grupos aminos
Transaminasas
Acido pantoténico
Coenzima A
Grupos acilo
Tiolasa
Grupo/s transportado/s ENZIMAS
ME
TA
BO
LIS
MO
IN
TE
RM
ED
IO
Conjunto de reacciones químicas que tienen lugar en las células y tejidos.
Ningún organismo puede vivir sin ENZIMAS
La mayoría de las reacciones deben ser catalizadas para que ocurran en el tiempo y el momento que la célula lo requiere.
Las enzimas en general son proteínas que deben ser sintetizadas correctamente, con la estructura primaria, secundaria, terciaria y cuaternaria, si la tuvieran, de toda proteína.
Cualquier alteración de la síntesis de estas proteínas puede llevar a una patología.
Transformación de moléculas de nutrientes simples en moléculas mas complejas, y viceversa.
Extracción de energía desde metabolitos combustibles o compuestos degradables por oxidación.
Polimerización de subunidades para formar macromoléculas, etc.
FUNCION DE LAS ENZIMAS
Transformación de moléculas complejas en moléculas simples y viceversa
Ejemplos de transformaciones mediadas por enzimas
PAN
PAPAS
ARROZ
ALMIDON
GLUCOGENO
nGLUCOSA
ENZIMAS
ENZIMAS
PANCETA
CHIZITOS
CHORIZOS
GRASAS(TG)
TRIGLICERIDOS
MONOGLICERIDOS
ENZIMAS
ENZIMAS
GLICEROL+3 AC.GRASOS
ENZIMAS
Oxido-reducción
Rotura y formación de enlaces C-C
Reorganización interna
Transferencia de grupos
Reacciones de condensación
Tipos de reacciones catalizadas por enzimas
Al nombre del sustrato o del producto, se le agrega la terminación ASA. Por ejemplo:
sacarasa, ureasa, amilasa, etc. O a la reaccion que catalizan, por ej.:
oxidoreductasa, deshidrogenasa, descarboxilasa, etc.
Otras tienen nombres arbitrarios, como: ptialina salival, pepsina del jugo gástrico,
tripsina, etc. Cada enzima tiene un nombre y un numero
asignado por la Comisión Internacional de Enzimas. Por ej.: Lactato deshidrogenasa (EC 1.1.1.27)
DENOMINACION DE LAS ENZIMAS
Clase - subclase - subsubclase - nº de orden
1 1 1 27
Cómo se clasifican las enzimas???
1-OXIDORREDUCTASAS
2. TRANSFERASAS
Lactato deshidrogenasa (EC 1.1.1.27)
Hexoquinasa
(EC 2.7.1.2)
4. LIASAS
5. ISOMERASAS
6. LIGASAS
Piruvato descarboxilasa
(EC 4.1.1.1)
Fumarasa ó malato isomerasa
(EC 5.2.1.1)
Piruvato carboxilasa
(EC 6.4.1.1)
3. HIDROLASAS
Carboxipeptidasa A
(EC 3.4.17.1)
COMPARTIMENTALIZACION: Diferente localización dentro de la célula.
SISTEMAS MULTIENZIMATICOS: Enzimas relacionadas agrupadas formando verdaderos complejos macromoleculares.
ENZIMAS MULTIFUNCIONALES: Una enzima que presenta distintos sitios catalíticos
DISTRIBUCION DE LAS ENZIMAS
Unidades Internacionales (UI) (medida de velocidad)
Actividad Específica Actividad enzimática (UI) por miligramo de
proteína presente en la muestra
Actividad Molar ó Numero de Recambio Moléculas de S convertidas en P por unidad de tiempo y por molécula de enzima
ACTIVIDAD ENZIMATICA
UI =-moles de S transformados
min
AE =
UI
mg de proteína
Actividad molar = mol de enzima
mmol de S transformados/min
ACTIVIDAD ESPECIFICA
+ +Prot.Tot: ∑ + +Prot.Tot: ∑ +
AB
+Prot.Tot: ∑
Prot.Tot: ∑
C
Actividad específica
U.I.E.
mgr de proteína= =
Activ. Enzimática
Prot. totales
A, B y C: pasos de purificación
Factores que afectan la actividad enzimática
Factores que afectan la actividad enzimática
pH
Temperatura
Concentración de Enzima
Concentración de Sustrato
Influencia del pH sobre la actividad enzimática
Actividad enzimática
pHpH óptimo
act
ivid
ad p
or
d
e p
H h
asta
el p
H
op
tim
o.
de pH provoca
desnaturalización
Ejemplos de enzimas con diferentes pH óptimos
Influencia de la Temperatura sobre la actividad enzimática
T(ºC)
Actividad enzimática
T. óptima
act
ivid
ad p
or
d
e la
te
mp
erat
ura
de temperatura
provoca
desnaturalización
Efecto de la concentración de enzima sobre la actividad
[E]
Act. Enz. o Vo
Concentración saturante de sustrato, y a pH yT constantes
Vo
[S]
Leonor Michaelis y Maud Menten
Vo (= Act. Enz.)
[S]
VARIACION DE LA VELOCIDAD DE REACCION CON LA CONCENTRACION DE SUSTRATO
GRÁFICA DOBLE RECÍPROCA O DE LINEWEAVER-BURK
Pendiente= Km/Vmáx
Intersección c/eje x = - 1/Km
Ordenada al origen = 1/Vmáx.