EnzimasGeneralidades de las enzimas:

Las enzimas son consideradas siempre proteinas, con excepcion de un pequeno grupo de moleculas de

ARN. Todo lo que sabemos de las proteinas se aplicara tambien para las enzimas. Son conocidas por tener

actividad catalitica. Eso significa que aceleran las reacciones quimicas disminuyendo la energia de activacion.

Que es la energia de activacion? Es la energia necesitada para llegar al estado de transicion para llegar

a dar la reaccion. La enzima disminuye la energia de activacion. Para llegar al estado de transicion, la enzima

eleva estados energeticos de los compuestos.

Cuando hablamos de velocidad de reaccion siempre hablamos de cuanto sustrato se esta degradando

por unidad de tiempo o cuanta cantidad de producto estamos formando. Otra deficinicion es el cambio en la

concentracion de sustratos o productos por unidad de tiempo. La unidad de tiempo puede ser segundo, minutos,

horas, dias, meses pero generalemente para las enzimas se usa el Micromoles/minuto.

E+SESE+P

Las enzimas sufren cambio conformacional en la reaccion. Esto significa que no dona o acepta electrones del

sustrato. La afinidad de la enzima por el sustrato determina la eficiencia en que se forma el complejo ES.

Muchas enzimas tambien necesitan de un cofactor o grupo prostetico para su funcionamiento. Algunas

enzimas tambien tienen la funcion de ser grupos prosteticos, la diferencia siendo que tienen enlaces covalentes

que las mantiene siempre pegadas a la enzima. Los cofactores no siguen unidas a la enzima sino pueden migrar

y ayudar a varias enzimas pero en ciertas cofactores si siguen unidas a la enzima. Si una cierta enzima necesita

de una coenzima para su funcionamiento tiene que estar presente ese cofactor para que ese tal enzima

reaccione y esto es porque la enzima no puede recibir o donar electrones y los cofactores si hacen esto.

Otra caracteristica de la enzimas es su especifidad de accion la cual esta situada en el sitio de union al

sustrato. Ese sitio de union es un sitio activo. Un sitio activo es un sitio donde algo va a reaccionar con la enzima

ya sea un sustrato o cualquier otro compuesto. Mientras que el sitio catalitico es donde se une el sustrato

especificamente. Es en este lugar donde se sabe si es la enzima apropiada para que se de un cambio

conformacional del sustrato para que se de su reaccion. Ese cambio conformacional tiene que ser el ideal para

que se de la reaccion. Es en este sitio que se da la afinidad a tal sustrato.

La actividad enzimatica es regulable. Hay que recalcar que no todas las enzimas son enzimas

reguladoras.

Que son las isoenzimas? Son enzimas que catalizan la misma reaccion pero estructuralmente son

diferentes, en uno o mas aminoacidos de su estructura primaria. Se sabe que son diferentes ya que se pueden

separar por electroforesis ya que migran diferente por sus diferencial de cantidad de aminoacidos que

contengan. Se encuentran en organos diferentes o en compartimentos diferentes unas pueden estar en

citoplasma u otras en mitocondria. Otras pueden estar en musculo y otra en corazon.

Lo que es en rojo es el sustrato. Es pequena comparada con la enzima. Este dibujo ensena que existe un cambio

conformacional cuando el sustrato se une al sitio catalitico.

Este grafico explica porque las enzimas

aceleran las reacciones quimicas. La

linea roja es la reaccion con enzima y la

azul sin enzima. La enzima solo

modifica la parte intermedia. El sitio A y

el B son los mismos. Como se

disminuye la enegia de activacion se

llega al estado de transicion mucho mas

rapido por lo que se da mas rapida la

reaccion.

La nomenclatura de las

enzimas terminan en asa con pocas

excepciones como la pepsina que no

termina con asa pero igual es una enzima. Se les asigna el nombre ya sea por el sustrato en que actuan o por la

reaccion que catalizan. Eje: todas las quinasas

fosforilan. Las fosfatasas desfosforilan. Carboxilasa

carbolixan. Sintetasas sintetisan para compuestos

grandes. Ureasas son enzimas que actuan sobre ureas

o arginasas que actuan sobre arginina.

El codigo de nomenclatura de una enzima es como lo

indica el cuadro verde. Este codigo se usa para las seis clases de enzimas.

Clasificacion de las enzimas:

1. oxido-reductasas

2. transferasas

3. hidrolasas

4. liasas

5. isomerasas

6. ligasas

1. Oxido-reductasas: catalizan reaccion de oxido-reduccion.

- oxidacion: pierde electrones

- reduccion: cuando se gana electrones

- siempre tienen por coenzimas al NAD NADH+H y al FAD FADH2. Estas son deshidrogenasas

- Tienen como apellido

deshidrogenasas.

- Como son reacciones de oxidacion y

reduccion necesitan transportar

electrones por lo que necesitan de

coenzimas.

- en este dibujo esta ocurriendo una oxidacion . Pasa de lactato a piruvato. Se esta ganando un

electron. La enzima se llama lactato deshidrogenasa.

2. Tranferasas:transfieren grupos enteros

- eje: grupos como el fosfato del ATP.

- Siempre hay alguien que dona

el grupo y otro que lo acepta.

Receptor y donador

3. Hidrolasa: catalizan reacciones de hidrolisis

- hidrolisis: se rompe un enlace perdiendo una molecula de agua. Es importante en la digestion Se da

en carbohidratos y en proteinas (enlaces peptidicos).

- Son importantes en la digestion

ya que rompen enlaces

glicosidicos, peptidicos y uniones

ester.

- Un compuesto A termina en A+B.

4. Liasas: rompen enlaces que no sean por hidrolisis o oxidacion

- Descarboxilaciones. Las descarboxilasas

- Rompen enlaces C-C, C-O, C-N.

5. Isomerasas: interconvercion de isomeros.

- Eje: de L a D. De aldehido a ceto

- Eje: en glicolisis de G6p

a F6p. De aldehido a

ceto.

6. Ligasas: condensacion de dos sustancias diferentes, y la energia se obtiene del ATP.

- siempre son sintetasas. Siempre requieren de energia la cual la obtienen de ATP o GTP.

- Forman compuestos grandes

- Eje: ciclo de la urea.

- Tambien existen las

sintasas. Estas tambien

unen compuestos pero la

energia que necesitan viene de rompimiento de enlaces y no de ATP o de GTP/ Estos se clasifican

como liasas envez de ligasas.

Actividad optima de enzimas:

Para que se de union de enzima-sustrato ademas de afinidad al sustrato se necesita un ambiente

apropiado para la union.

1. Tambien se necesita de coenzimas o cofactores.

2. Se necesita un Ph apropiado ya que en pHs extremos se pueden desnaturalizar.

3. Se necesita una temperatura adecuada.

4. Una concentracion adecuada de sustrato.

5. Una concentracion adecuada de enzima.

1. Coenzimas o cofactores:

La parte proteica de una enzima es la parte donde se encuentra los aminoacidos. No siempre esta

activa ya que si es una enzima que necesita de un cofactor el cofactor tiene que estar presente para que se

active. Esta parte proteica se llama apoenzima.

Los cofactores pueden ser organicos y estas son llamadas coenzimas. Los cofactores pueden ser

inorganicos como son los iones como el manganesio, selenio.

La union de la proteina con el

cofactor que si tiene actividad

enzimatica se llama holoenzima.

Holo significa todo y holoenzima

seria todo el conjunto de la enzima

que tiene actividad biologica.

Apoenzima+cofactor=holoenzima.

Las coenzimas vienen a ser grupos activos de algunos precursores dieteticos de ciertas vitaminas. Eje:

- las niacinas con NAD, NADP.

- De la riboflavina esta en FAD, FMN.

Estos dos estan involucrados en reacciones oxido-reduccion. Niacina y la riboflavina.

- Tiamina participa en reacciones de descarboxilacion

- Biocitina en reacciones de carboxilacion. Su forma activa es la biocitina.

- Piridoxina en procesos de transaminacion. Su forma activa es el piridoxal fosfato y piridoxamina

fosfato.

Que hace el cofactor? Altera la estructura tridimensional de la enzima. Altera para facilitar union sustrato-enzima.

El cofactor se puede mover de una enzima a otra. Interviene como otro sustrato.

2. Temperatura. Que pasa cuando hay una temp muy baja en la interaccion enzima-sustrato? La cinetica

de las moleculas es poca y no se unen las moleculas. No se daria la union enzimas-sustrato entonces lo

que ocurre es una inactivacion. Cuando se aumenta la temp hay mas cinetica y mas probabilidad de

choque y se aumenta la velocidad de formacion de producto. Se llega a un punto donde la velocidad de

formacion de producto es un maximo y se le llama temperatura optima. Esta temp optima no es un punto

exacta pero un ambito. Si se sigue subiendo la

temp despues de la tmp optima se va

dismuyendo la velocidad de reaccion hasta llegar

a un punto de desnaturalizacion en temp altas.

En inactivacion y desnaturalizacion no hay

actividad enzimatica. Obviamente estos ambitos

difieren con el tipo de enzimas.

En la grafica el punto azul es inactivacion y la roja

desnaturalizacion. Estos graficos son siempre curvas

3. Ph.

Como el pH afecta la estructura tridimensional de la enzima? Por las cargas. Eje: en proteinas si

aumenta el pH los grupos amino y los grupos carboxilo cambian de polaridad. Los amino se desprotonan. Si

disminuyo el pH los carboxilos se pueden protonar. Esto es importante ya que la union enzima-sustrato

depende tambien de las cargas. Depende de la carga que

tenga ese sustrato o el sitio catalitico. A pHs extremos las

enzimas se desnaturalizan. Depdende de cuanto acido o

basico sean los aminoacidos de la enzima lo que termina

su pH optimo y sus puntos extremos. Estos graficos son

siempre curvas.

En este grafico los puntos rojos son los pH extremos en

donde se desnaturalizan las enzimas. Los puntos azules

son el pH optimo de las dos enzimas ya sea 4 y 10

respectivamente.. Hay dos enzimas diferentes en la

grafica y recordemos que siempre son curvas.

Cinetica enzimatica: Estudio de las velocidades de las reacciones catalizadas por enzimas.

Cuando un compuesto A se convierte en compuestos B y C existe una constante de velocidad. Estas

constantes son propocionales. El desplazamiento de B +C depende de las concentraciones de cada una. La

velocidad de B+CA seria multiplicando K2[B][C] y la velocidad de AB+C es K1[A]. Los K1 y el K2 son

constantes de velocidad.

1. Efecto de concentracion de enzima [E].

Es parecido a lo que hacemos en laboratorio. Tenemos varios tubos de ensayo con una cantidad

constante de sustrato y diferentes cantidades de enzima. Vamos aumentando la cantidad de enzima en cada

uno de los tubos. A estos tubos se le estabiliza en temperatura optima y pH optimo, si necesitan una

coenzima se les agrega. Se les incuba por cierto tiempo y se detiene la reaccion usando inhibidor (en lab se

usa cloruro de mercurio) o lo ponemos en temp alta rapidamente para desnaturalizarla o ponerle pHs

extremos. Recogemos el sobrenadante para determinar cuando producto se produjo en cada no de los

tubos. La cantidad de producto se divide entre los minutos incubados y tenemos la velocidad de reaccion.

Mientras se aumenta la concentracion de enzima aumenta la velocidad de reaccion. Se llega a un punto

donde no importa si aumento cantidad de enzima, se mantiene la velocidad queda en constante porque ya

no hay sustrato o si se agrega demasiado enzima hasta se hace mas lenta la velocidad de reaccion porque

con demasiado producto se devuelve la reaccion hacia el sustrato.

La grafica es una linea recta

siendo la velocidad directamente

proporcional a la concentracion de

enzima siempre y cuando no se

acabe el sustrato. Cuando el sustrato

de acaba deja de ser directamente

proporcional.

1. Concentracion de sustrato.

Mediendo la velocidad de reaccion dependiente de la concentracion de sustrato nos permite ver lo que

mas acerca a la cinetica enzimatica de las diferentes enzimas. Michaelis-Menten disenaron este estudio en

1913.

Se usa cantidades constantes de enzima y cantidades variadas de sustrato. Se mide la cantidad de

producto que se forma. En cada tubo se le agrega cada vez mas y mas sustrato.

La formacion del complejo ES es lo que nos da la afinidad de la enzima al sustrato. Ese complejo puede

formar producto+enzima por una constante de velocida k3 o devolverse a formar enzima+sustrato por K2.

Las constantes k2 y

k3 nos dice con que

velocidad el

complejo ES

desaperace mientras que el K1 nos dice que rapido se nos forma.

La grafica que nos forma es una curva. Conforme se va aumentando la concentracion de sustrato va

aumentando la velocidad de reaccion. No es lineal, es una hiperbole. Se llega a un punto donde no importa

que cantidad de sustrato la misma cantidad de producto se producira. Esta velocidad es por unidad de

tiempo (minutos). A ese punto donde la produccion de

producto es contante se le llama velocidad maxima

(Vmax). Esta velocidad maxima nos dice que tan

eficiente una enzima es con ese sustrato. Por unidad de

tiempo cuanto es la cantidad maxima de sustrato que

puede transformar. Aqui estamos hablando de eficiencia

de la enzima. Para medir la eficiencia se necesita

sustrato en abundancia o hasta en exceso.

Km: es la constante de Michaelis-Menten. La cantidad de sustrato con la cual se alcanza la mitad de la

velocidad maxima. La Km tiene unidades de presentacion. Decir que Km=Vmax/2 NO ES CORRECTO!!! No

podemos decir que si la Vmax es 4mM/minuto que la km es 2Mm/minuto.

Michaelis-Menten crearon la km segun las constantes de velocidad. Si

la k1 es mayor que k2 o k3 entonces la km va ser un numero pequeno lo

que indica alta afinidad ya que se favorece la formacion del complejo ES.

Con una km alta significa que k2 o k3 es mas grande que k1 lo que indica baja afinidad.

Eje: Km S1= 2mM este es el mas afin al sustrato; se necesita poco para llegar a Vmax/2

Km S2= 50mM

Km S3= 100mM

En velocidad maxima se dice que la enzima esta 100% saturada. Esto es porque hay sustrato en

abundancia. Si la velocidad maxima es 100% saturada podemos decir que la Vmax/2 es 50% saturada.

Michaelis-Menten tambien dijeron que la Vmax y la km eran constantes para las diferentes enzimas,

osea cada enzima tiene una vmax y km diferente a otras enzimas pero son

constantes para esa enzima. Si sabemos la vmax de una enzima podemos

obtener la V0 (velocidad en cierto punto de la grafica).

Como vieron que aveces es muy dificil

llegar a la vmax idearon otra formula usando

los inversos de la velocidad

maxima(1/vmax) y la inversa de km

(1/km). La grafica Lineweaver-Burk (Doble

reciproca) es una linea recta. El punto donde

la linea intercepta el eje Y es la 1/vmax y el

punto donde toca el eje X es el -1/km.

Eje: si la linea intercepta el eje Y en 2 su inversa sera 1/2=0.5 lo cual es su vmax. Y si la linea intercepta el

eje X en -2 su km sera -1/-2=0.5. Ya que el valor de km esta en otro cuadrante (cuadrante negativo) se dice

que se tiene que extrapolar.

Lineweaver-Burk simplificaron esta formula

En:

Correlaciones clinicas:

10.1: PRPP sintetasa: en metabolismo de nucleotidos puricos.

Tienen Km y pH optimo normal pero su vmax es 3 veces la normal (defecto) lo que la hace demasiado

eficiente para nuestro bienestar. Esto significa que estamos sintetisando 3 veces mas PRPP que lo normal.

Esto causa produccion excesiva de nucleotidos puricos lo que provoca degradacion de estos nucleotidos ya

que no la estamos utilizando y se produce gota.

10.2: aldehido deshidrogenasa:

Cuando nosotros ingerimos alcohol(etanol) nosotros lo podemos degradarlo y podrucimos aldehidos.

Unas de la enzimas que utilizamos para degradar etanol es la aldehido desidrogenasa. Tenemos esta

enzima en mitocondria (ADHasa mitocondrial) y en citosol y son isoenzimas. Esta enzima mitocondrial es la

que funcion mas importante de las dos en la degradacion del etanol. En asiaticos nos hace falta actividad de

esta enzima en la mitocondria pero la citosolica esta normal. Por eso los asiaticos no pueden tomar mucho

etanol ya que no lo degradan rapidamente. Esto se debe

que la ADHasa mitocondrial defectuosa tiene el km

diferente de lo que deberia ser.

Mecanismo ping-pong:

Se da cuando una enzima puede reaccionar con un

sustrato y despues con otro. Eje: entra un sustrato y la

enzima le quita un grupo y se lo lleva a otro sustrato y se

forma un compuesto nuevo. Este ejemplo es de la

reaccion de transaminacion en el metabolismo de

aminoacidos. La enzima comienza con una coenzima que

esta en verde (piridoxal fosfato). Entre el primer

aminoacido (diamante rojo) en uno los los sitios

cataliticos. Le quitamos el grupo amino del aminoacido y

se lo damos a la coenzima. El aminoacido sale de la

enzima como cetoacido 9perdio gurpo amino). Ahora la

coenzima se llama piridoxamina fosfato. Ahora entra el segundo aminoacido en otro sitio catalitico. La

piridoxamina fosfato ahora le da el grupo amino a esta segunda aminoacido. Este aminoaciado tambien sale

de la enzima y queda la enzima original con su coenzima original.

Mecanismo secuencial:

Los dos sustratos tienen que estar en el mismo sitio. Se puede entrar cualquier de los dos primero o

segundo lo que la hace al azar. Tambien puede ser ordenado en dos un sustrato A tiene que entrar primero

y despues otro sustrato B en el mismo sitio catalitico pero en orden.

Inhibicion:

- Reversibles: un inhibidor hace su efecto inhibidor y puede salir para que la enzima vuelva ser util denuevo.

- Irreversibles: son aquellos inhibidores que se unen covalentemente a la enzima y la enzima no puede

volver a actuar nunca mas. Eje: cloruro de mercurio.

Reversibles:

1. Competitiva

- Existe semejanze estructural entre sustrato y inhibidor. Esto significa que el inihibidor puede unirse a

la enzima en el sitio catalitico (lugar en donde se une el sustrato).

- En un mismo tiempo solo se puede tener ES o EI y no los dos al

mismo tiempo.

- La competencia por el sitio catalitico depende de la concentracion

ya sea de sustrato o de inhibidor. Es la unica inhibicion donde el

inhibidor se une al sitio catalitico

- Eje: succinato deshidrogenasa. El sustrato succinato se parece

estructuralemte al inhibidor malonato.

- Se hace la prueba con cantidad constante de inhibidor pero con

diferentes concentraciones de sustrato. Muy similar a la prueba de

[S]. En concentraciones muy altas de sustrato la vmax no se ve

afectada y es como no hubiera inhibidor. En concentraciones muy

bajas de sustrato

- La vmax sin o con inhibidor es igual tomando en

cuenta que haya suficiente sustrato en exceso.

Siempre hay sustrato con que unirse

- Km aumenta con inhibidor lo que significa que

necesita mas sustrato para llegar a vmax/2. Eje:

normalmente necesite 4mM para llegar a vmax/2 y

con inhibidor necesite 6mM para llegar a vmax/2.

Recordemos en el grafico de linewear, la km es

inversa y negativa y se tiene que extrapolar. La km

mientras mas cerca a la coordenada (0,0) mas grande

es.

2. no competitiva

- no existe semejanza estructural entre inhibidor y sustrato .

- por esto se unen en diferentes sitios y no en el mismo sitio catalitico. El sitio donde se une el

inhibidor se le llama sitio activo. Sitio activo es solo es sitio donde se une a sustrato

exclusivamente.

- Cuando el inhibidor se une a la enzima esto no afecta la

afinidad de la enzima al sustrato. A esto se le llama

inhibicion no competitiva pura. Esto significa que el

inhibidor y el sustrato pueden estar unidos a la enzima al

mismo tiempo pero no es activa hasta que el inhibidor se

descople de la enzima. Se forma un comple EIS la cual no

es activa.

- Aunque le agregue mas sustrato igual la inhibicion no

va ser afecatada.

- La km(afinidad por el sustrato) no cambia con o sin

inhibidor

- Vmax disminuye

- En el dibujo se puede ver que aunque el inhibidor se

una a la enzima igual se puede unir tambien el

sustrato y si es el sustrato el primero que se une a la

enzima igual el inhibidor puede unirse sin ningun

problema. Se forma complejo EIS inactiva

- En el grafico se muestra lo anterior. Vmax disminuye

con inhibidor y km permanece igual.

3. acompetitiva

- El inhibidor solo se une si existe el complejo ES y se une a ese

complejo. Osea el inhibidor solo se une a la enzima que tenga

sustrato (obvio).

- Inhibidor se une a otro sitio que no sea el sitio catalitico

- La Vmax disminuye.

- Km disminuye. Esto es aparentemento pero no real. Es asi

porque el inhibidor escoge a su poblacion la cual es muy

especifica y es aquella enzima que contenga el sustrato entonces

aparenta tener una mejor afinidad.

- En grafico se ve que disminuye Vmax y km. Con

mas inhibidor se disminuye mas Vmax y km

(aparente)

Irreversibles;

1. venenos enzimaticos: la enzima no se puede volver a utilizar y se tiene que degradar.