enzimología 2012
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P. Lezama - UPAO
UNIVERSIDAD PRIVADA ANTENOR ORREGO
FACULTAD DE MEDICINA HUMANABIOQUIMICA
ENZIMOLOGÍA
Pedro [email protected]@.yahoo.com
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ENZIMAS•Definición– Catalizadores biológicos
•Función–Viabilizar la actividad de las células por
su participación en todas las reacciones biológicas
•Naturaleza química: proteínas globulares principalmente, excepto las RIBOZIMAS (RNA con propiedades catalíticas)
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ESTRUCTURA ENZIMATICA
Ribozimas
Estructura básica
RNA
- Nucleotidos- Comp. Vit. B
Apoenzima oApoproteína
Grupo Prostético
Holoenzima
CofactorProteína
Coenzima
AnticuerposAbzimas
Actividad citotóxica(apoptosis)
Granzimas
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Estructura enzimática básicaS
E [ES]P
S
Apoenzima
Cofactor
[ES] P
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Enzima(sacarasa
)
Sitiocatalítico
1
2
3
Sustrato(sacarosa)
Enzima disponible con sitio catalítico vacío
Sustrato se une a la enzima por encaje inducido
Sustrato es convertido a productos
4 Productos son liberados
Glucosa Fructosa
E+S [ES] [EP] P+E
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Diferencia entrela energia libre
de S y P
Camino de la Reacción
Energia de activación con enzimaEn
ergi
aEnergia de activación sin enzima
SP
Modelo de Acción enzimática
Establecer las
diferencias
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MODELOS DE ACCION ENZIMATICA
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Modelo llave-cerradura
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Modelo del encaje (acoplamiento) inducido
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CLASIFICACION DE ENZIMAS1. Oxidoreductasas transferencia de electrones 2. Transferasas reacciones de transferencia de grupo (no agua) 3. Hidrolasas reacciones de hidrólisis (participa agua) 4. Liasas catalizan reacciones reversibles de adición de un grupo funcional a un doble enlace 5. Isomerasas transferencia de grupos dentro de la misma molécula para dar isómeros 6. Ligasas Formación de enlaces C-C, C-S, C-O y C-N por reacciones de condensación acopladas a hidrólisis de ATP
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Factores que afectan la actividad enzimática
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Factores Básicos
1. Temperatura2. pH3. Concentraciones de:
– A. Enzima– B. Sustrato– C. Producto
(retroalimentación negativa)
4. Activadores– Cofactores– Modificaciones
covalentes5. Inhibidores
– Competitivos– No competitivos– Enzimas
alostéricas6. Localización
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Incremento en concentración de S
21 3 4 5 6 7 80
0 2 4 6 8
Sustrato (mmol)
Producto
80
60
40
20
0
S+E↓P
(en un periodo de tiempo
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Concentración constante ES en estado de transición
S P
EES
Tiempo de Reacción
Concentración
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EFECTO DE LA TEMPERATURA
Temperatura óptima para enzima de termófila
Act
ivid
ad
0 20 40 80 100Temperatura (Cº)
Temperatura óptima para dos enzimas
Temperatura óptima para unatípica enzima humana
(Bacteria termo-tolerante)
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Efecto del pH ENZIMA pH
Fosfatasa alcalina 9.5Lipasa pancreática 8.0Quimotripsina 8.0Tripsina 7.9Catalasa 7.6Carboxipeptidasa 7.5Amilasa salival 6.8Fosfatasa ácida 5.0Pepsina 1.5
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CINÉTICA ENZIMÁTICA
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Efecto de Svo
[S]
Vmax
[S]
v
Vmax2
v = Vmax
v = Vmax [S]Km
Km
1
2
3
¿Cuando se alcanza la velocidad máxima?
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Linewever - Burk
Intercepto x
INHIBICION ENZIMATICA
Tipos
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Tipo de inhibidores
COMPETITIVO
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Tipo de inhibidores
NO COMPETITIVO
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INHIBICION
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Km
Inhibición enzimática (Resumen)
I II Competitiva No-competitiva Acompetitiva
Plo
teo
dire
cto
Dob
le R
ecip
roco
Vmax Vmax
Km Km’ [S], mM
vo
[S], mM
vo
I I
Km [S], mM
Vmax
I
Km’
Vmax’Vmax’
Vmax no se alteraKm se incrementa
Vmax disminuyeKm no se altera
Vmax & Km disminuye
I
1/[S]1/Km
1/vo
1/ Vmax
II1/vo
1/ Vmax
1/[S]1/Km 1/[S]1/Km
1/ Vmax
1/vo
= Km’
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ALGUNOS EJEMPLOS DE INHIBIDORES
COMPETITIVA NO COMPETITIVA ACOMPETITIVAAINEsΒ lactámicos (penicilina)Sulfas (~PABA)IECAs (Captopril, enalapril)AlopurinolFluorouracilo
Organofosforados
REVISAR EN LA LITERATURA OTROS EJEMPLOS
PlomoEDTA
REVISAR EN LA LITERATURA OTROS EJEMPLOS
Fen (- a Fosfatasa alcalina intestinal)
REVISAR EN LA LITERATURA OTROS EJEMPLOS
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Angiotensinógeno
Angiotensina I
Angiotensina II
Renina
Enzima convertidorade Angiotensina, ECA
Hipotensión,hipovolemia
Aumento de la presión arterial
IECACaptoprilAnálogo del estado de transicion
Ejemplo de inhibición competitiva
X
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CONTROL Y REGULACION ENZIMATICA
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MECANISMOS DE REGULACIÓN ENZIMÁTICA
• Cantidad de enzima sintetizada por las células
• Degradación por proteasas citosólicas o lisosomales
• Inhibición reversible por productos• Interacción con proteínas
moduladoras
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MECANISMOS DE REGULACIÓN ENZIMÁTICA
• Activación/inhibición alostérica– El modulador alostérico se une a un sitio diferente al activo– La unión del modulador es reversible e implica cambio
conformacional– Generalmente son enzimas multiméricas– Presentan cinética sigmoide
• Modificación covalente– Fosforilación– ADP-ribosilación– Metilación
• Activación proteolítica de proenzimas– Zimógenos– Activación en cascada
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Modificaciones covalentes
Fosforilación (adición de un grupo fosfato) puede activar o inactivar una enzima
Muchos procesos en la célula se controlan mediante la activación y desactivación de las enzimas
Revisar la bilbiografia y plantear ejemplos
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Modulacion de enzimas alostéricas
• Moduladores positivos o activadores: Ej. El sustrato. Estas moléculas se enlazan a una región de la enzima distinta al sitio activo. Estabiliza la forma activa
• Moduladores negativos: se llaman inhibidores alostéricos si actúan en lugares distintos del sitio activo de la enzima. Estabiliza la forma inactiva
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Proenzimas (cimógenos)
Sitio de síntesis
Zimógeno Enzima activa
Estómago
Pepsinógeno Pepsina
Páncreas
Quimotripsinógeno
Quimotripsina
Páncreas
Tripsinógeno Tripsina
Páncreas
Procarboxipeptidasa
Carboxipeptidasa
Páncreas
Proelastasa Elastasa
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ENZIMAS ESPECIALES
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TELOMERASAEsta enzima repara los telómeros de los cromosomas mediante la adición de secuencias TTAGGG
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Ciclo celular normal y el de las células tumorales
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Ribozimas
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Abzimas
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Granzima B
Granzima B
Granzima B y perforina, son proteínas liberadas por células efectoras (LT citotoxicos), pueden inducir apoptosis en células blanco formando poros transmembrana y el clivaje de efectores de caspasas, tal como caspasa-3, aunque la apoptosis puede lograrse independiente de granzima B.
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Granzima A
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APLICACIONES DE LAS ENZIMAS EN LA MEDICINA
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Generalidades• Por su alta especificidad y eficacia catalítica
son muy apreciadas para su aplicación como agentes terapéuticos. Así mismo tienen valor diagnóstico y/o pronóstico, y como reactivos de laboratorio
• Pare ello requieren:– un alto grado de pureza, alta estabilidad a
las condiciones de temperatura y pH fisiológicos
–Baja antigenicidad y accesibilidad al sitio corporal de destino
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APLICACIONES TERAPEUTICAS CONVENCIONALES
ENZIMA ORIGEN FUNCION• Pancreatina páncreas bovino ayuda-digestivo• Pepsina mucosa estomacal porcina ayuda-digestivo• Amilasa Aspergillus sp ayuda-digestivo• Papaina Carica papaya ayuda-digestivo• Celulasa Aspergillus sp ayuda-digestivo• Lipasa páncreas porcino ayuda-digestivo• Bromelina Ananas comosus (piña) antiinflamatorio• Peptidasa Serratia sp. antiinflamatorio• Dextranasa Penicillium funicolosum tratamiento de
caries• Estreptoquinasa Streptococcus sp. agente
trombolítico• Uroquinasa orina agente
trombolítico• Colagenasa Clostridium hystolyticum
tratamiento dequemaduras
cutáneas• Lisozima clara de huevo oftalmología:
potenciador de
antibióticos
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Actuales• Tratamiento de deficiencias metabólicas congénitas:
catalasa, para el tratamiento de acatalasemia; fenilalanina hidroxilasa y fenilalanina amoniaco liasa (Fenilcetonuria), Galactosa, 1- P uridil transferasa (Galactosemia)
• Eliminación de metabolitos tóxicos por malfuncionamiento de órganos: ureasa y uricasa en caso de mal funcionamiento renal (para eliminar urea y ácido úrico); UDP glucoronil transferasa y bilirrubina oxidasa (eliminación de bilirrubina) en casos de ictericia; anhidrasa carbónica y catalasa en intercambio gaseoso de O2 y CO2 en respiradores artificiales
• Eliminación selectiva de nutrientes específicos de células malignas: asparaginasa y glutaminasa en la eliminación de L-asparagina y L-glutamina en el tratamiento de leucemia; carboxipeptidasa; fenilalanina y tirosina en el control del crecimiento de tumores.
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ALGUNAS ENZIMAS CON VALOR DIAGNOSTICO COMPROBADO
NOMBRE ALTERADO EN•Lactato deshidrogenasa (LDH) Isquemia miocárdica,
anemia perniciosa•Glutamato deshidrogenasa (GLDH) Ictericia obstructiva,
Tumores hepáticos•ϒ-Glutamiltransferasa (ϒ GT) Cirrosis alcohólica,
tumores hepáticos•Aspartato aminotransferasa (AST) Enfermedades
hepáticas, isquemia miocardica Glutamato oxalacetato transaminasa (GOT)
•Alanina aminotransferasa (ALT) Enfermedades hepáticas, isquemia miocardica
Glutamato piruvato transaminasa (GPT)•Creatin quinasa (CPK) Isquemia miocárdica,
lesiones del Músculoesquelético
•Lipasa pancreática Pancreatitis aguda•Colinesterasa (CHE) Hígado graso,
intoxicación alcohólica aguda•Fosfatasa alcalina (AP) Ictericia obstructiva,
tumores•Fosfatasa ácida (ACP) Carcinoma de próstata•α-Amilasa Pancreatitis aguda•Fructosa, 1,6 bifosfato aldolasa (ALD) Trastornos musculares•Glutamato descarboxilasa (GAD) Trastornos de páncreas
endocrino
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MARCADORES ENZIMATICOS
• Auxiliares para el diagnóstico de enfermedades agudas o crónicas
• Se puede trabajar en fluidos: suero, plasma, saliva, semen, LCR, orina
• Relaciona la actividad enzimática con alteraciones que afectan órganos
Usar la literatura adecuada e identificar marcadores para: hígado, corazón,
músculo, páncreas (exocrino y endocrino), huesos, próstata, riñón
Revisar: Bioquímica de Hicks (Cap. 7)
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INFARTO AL MIOCARDIOLDHAST(GOT)CK
HEPATITISALT(GPT)AST (GOT) γ GT