unidad 3 enzimas.pptx
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ENZIMAS
Introducción
Un rasgo especial de la célula es su capacidad para realizar reacciones químicas rápidas y a temperatura ambiente, fuera de la célula estas reacciones serian lentas y la compleja actividad metabólica de la célula no podría realizarse a velocidades tan bajas.
La vida, tal y como la conocemos, no seria posible si no existieran catalizadores para facilitar y controlar los procesos metabólicos. Esos catalizadores son las enzimas.
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Enzimas y CoenzimasProteínas sintetizadas en la célula, catalizan una
reacción, van desde 12,000 hasta 1 millón de tipos y peso molecular es
en kDa
Actividad catalítica a través de Cofactores
(iones inorgánicos como metales).
Complejo metalorgánico llamado Coenzima, que
actúan como transportadores
transitorios de grupos funcionales específicos.
Grupo prostéticoHaloenzimaApoproteína
DESCRIPCION
Elementos inorgánicos que sirven como cofactores para
las Enzimas
Algunos coenzimas actúan como portadores transitorios de átomos o grupos funcionales específicos
Vitaminas, cofactores o precursores de enzimas
Hemoglobina con su
coenzima o grupo HEMO
HALOENZIMA
Clasificación y Nomenclatura
Sufijo asa, clasificación 1961 Comisión de Enzimas de la Unión Internacional de Bioquímica
Descripción de la Clasificación
OXIDORREDUCTASASCantidad en el grupo:
187
Deshidrogenasas O2 actúa como
receptorOxidasas
Oxigenasas
O2 es incorporado
parcialmente a las moléculas
Catalizan reacciones Redox fisiológicas. Peroxidasas
H2O2 sirve como receptor
TRANSFERASASCantidad en el
grupo: 171
Transaminasa
Catalizan la transferencia de
grupos de un substrato a otro
como metilo, amino, alquilo y acilo y de grupos
que contienen fosforo y azufre,
O2 es incorporado parcialmente a las moléculas.
Quinasas
Transcetilasas
HIDROLASASCantidad en el
grupo: 181
Fosfatasas
Hidrolisis de gran variedad
de compuestos
por medio del agua
Peptidasas
Amidasas
Proteasas
Sacarasas
LIASASCantidad en el grupo:
88
Fumarasa
Catalizan la supresión de
grupos químicos sin
hidrolisis. Actúan sobre enlaces C-C, C-O, C-N, C-S
Descarboxilasa
Aldolasa
ISOMERASAS
Cantidad en el grupo: 37,
catalizan reacciones
de isomeración
RacemasasCatalizan la inversión de la configuración alrededor del
átomo de carbono asimétrico en un sustrato con único (racemasas)
o más (epimerasas) centros de asimetríaEpimerasas
Cis-trans isomerasa Transforma un isómero de un
compuesto químico en otro. Puede, por ejemplo, transformar una molécula de glucosa en una
de galactosa.Ceto-isomerasa
intramoleculares
Mutasas o transferasas
intramoleculares
Pueden facilitar el traspaso de grupos acilo, o fosforilo de una
parte a otra de la molécula, como la lisolecitina acil mutasa que
transforma la 2 – lisolecitina en 3 – lisolecitina, etc
LIGASASCantidad en el grupo: 41
C-O
Catalizan la unión entre dos
moléculas, dando lugar a un nuevo enlace químico; generalmente, sucede con la
hidrólisis de un compuesto de alta energía, como el
ATP, con rotura de un enlace
pirofosfato del ATP, generalmente actúa sobre compuestos de alta energía.
C-S
C-N
C-C
Esteres fosfóricos
N-Fe, Zn, Cu, Mg, K, Ni, Mo, Se
Como funcionan las Enzimas
Substrato: es el compuestos o tipo de substancia sobre el cual actúa la enzima.Sitio activo: bolsa enzimática, sobre la cual se acopla el substrato.
Especificidad de las Enzimas
Especificidad (capacidad de un enzima de distinguir entre dos substratos
competitivos)
Especificidad de grupo: una serie de compuestos pueden servir
como sustratos, ejemplo las
aldohexosas, son fosforiladas por la
quinasa
Especificidad absoluta de
grupo: atacan solamente un
sustrato, ejemplo solo pueden atacar al glucosa y no a
los demás monosacáridos
Especificidad relativa de
grupo: puede
atracar a series
homologas de aldohexosas
Estereo - especificidad:
ataca isómeros D y L
Inhibición Enzimática
Son moléculas que se unen a enzimas y disminuyen su actividad.
La unión de un inhibidor puede impedir la entrada del sustrato al sitio activo de la enzima y/u obstaculizar que la enzima catalice su reacción correspondiente, la unión del inhibidor puede ser reversible o irreversible.
1. Irreversibles reaccionan con la enzima de forma covalente y modifican su estructura química a nivel de residuos esenciales de aminoácidos necesarios para la actividad enzimática.
2. Reversibles se unen a la enzima de forma no covalente, dando lugar a diferentes tipos de inhibiciones, dependiendo de si el inhibidor se une a la enzima, al complejo enzima-sustrato o a ambos.
Inhibición de las Enzimas
AUMENTO DE
TEMPERATURA
CAMBIO DE pH
ADICION DE PRECIPITANTES DE PROTEINAS
ADICION DE AGENTE OXIDANTE QUE ATACA
LOS GRUPOS SH
1.Inhibición competitiva
2.Inhibición no competitiva
Inhibición competitiva
COMPITEN DIRECTAMENTE CON
EL SUBSTRATO, POR EL
LUGAR ACTIVO EN
LA SUPERFICI
E EN LA ENZIMA.
Son inhibidores potentes que se combinan, con grupo en el lugar activo
de la enzima y no pueden ser desplazados por un substrato adicional.
Inhibición no competitiva
La velocidad de la reacción catalizada por las enzimas.
El estudio de las velocidades de reacción y la forma en que cambia su respuesta, en cuanto a parámetros experimentales se llama Cinética.
La actividad enzimática se ve afectada por muchos factores, entre ellos se encuentra:
1. Concentración de substrato2. Sitio activo3. Efecto de la enzima4. Efecto del pH 5. Efecto de la temperatura6. Efecto de los productos terminales7. Efecto de los inhibidores
Cinética y Actividad Enzimática
Medición del Cambio químico catalizado por
la enzima
Medición de la Actividad Enzimática
Incubar substrato,
con enzima
Tomar muestras
en intervalos breves del substrato
Se determina
la Actividad Enzimática
La concentración del substrato cambia durante el transcurso de una reacción, a medida que este se convierte en producto.
Medir la (Vo) de la reacción, cuando la (S) es mayor que la concentración de la Enzima
1. Cuando el tiempo de reacción es corto la disminución en la (S) es insignificante
2. A baja (S) la Vo inicial aumenta linealmente con el aumento (S)3. A mayor (S) de substrato, hay incrementos pequeños de Vo, y
pequeños incrementos de (S)4. Finalmente los incrementos de (S), Vo son casi equivalente y es ahí
donde se forma una meseta llamada Vmax
1. Concentración de Substrato (S)
La Vmax se alcanza cuando todos los centrosactivos están ocupados con sustrato
Ecuación de Michaelis-Mente, ecuación de velocidad
catalizada enzimáticamente con un sustrato.
Dependencia de la velocidad inicial con respecto a la
concentración de sustrato en la que se muestran los parámetros cinéticos que definen los limites
de la curva a (S) alta y baja.
A baja (S), Km > (S), por lo que la (S) en la ecuación de Michaelis-Menten es insignificante y la ecuación queda: Vo = Vmax(S)/Km, y Vo tiene una dependencia lineal con respecto a (S).
A alta (S), donde (S) > Km, Km en la ecuación de Michaelis-Menten es insignificante y la ecuación queda: Vo = Vmax, de acuerdo a la meseta formada a (S) elevada.
La ecuación de Michaelis-Menten tienen una dependencia de la Vo con respecto a (S).
2. Sitio Activo
En la especificidad de acción de muchas enzimas, y solo una pequeña porción de la proteína enzimática interviene en su actividad característica. El sitio activo esta formado de una serie de aminoácidos específicos . Por lo cual al llevarse a el complejo enzima-substrato se debe acoplar de manera completa, toda la porción de la proteína enzimática.
3. Efecto de la Enzima
Cuando se emplea una enzima purificada, el ritmo de reacción es proporcional a la concentración de la enzima, por lo cual concentración de substrato debe conservarse constante y hallarse siempre en exceso de la necesaria para combinarse con la enzima.
4. Efecto del pH
La concentración de ion hidrogeno, en la mezcla ejerce una influencia sobre el ritmo de la actividad enzimática. La intensidad máxima ocurre en el pH optimo, si el pH sigue aumentado la velocidad disminuye. El pH optimo representa las condiciones en que las cargas sobre la enzima, y el substrato permiten la acción catalítica mas eficaz. Los grandes cambios de pH, con adición de ácidos o bases pueden desnaturalizar o inactivar por completo la enzima.
5. Efecto de la temperatura
La rapidez de la mayor parte de las reacciones aumenta al doble o al triple por cada 10° C de temperatura., y esta debe ir entre 10 y 50 °C, la temperatura optima de las enzimas en el cuerpo es de 37 °C, arriba de 50 °C se desnaturaliza la enzima, y la proteína enzimática se coagula, y la actividad enzimática desaparece. Q10 es el cambio de intensidad de la actividad enzimática, para la mayoría de las enzimas es 1.5 y 3.0, es por cada 10 °C.
6. Efecto de los productos terminales
Los productos finales de una reacción enzimática tienen un efecto sobre el ritmo de la actividad enzimática, Si se deja aumentar su concentración sin alejarlos, disminuirán el ritmo de la reacción. Ya que algunos productos son de tipo acido o alcalino, y afectan el pH y por lo tanto se disminuye el ritmo de la reacción. Esto se llama retroalimentación química con inhibición o disminución del ritmo denominado retroalimentación negativa.
El producto Z inhibe la reacción de A, B
7. Efecto de los Inhibidores
Ciertas moléculas pueden inhibir la acción catalítica de un enzima: son los inhibidores. Estos inhibidores bien pueden ocupar temporalmente el centro activo por semejanza estructural con el sustrato original (inhibidor competitivo) o bien alteran la conformación espacial del enzima, impidiendo su unión al sustrato (inhibidor no competitivo).
Tienen una actividad catalítica mayor o menor en respuesta a señales enviadas en cada secuencia metabólica, para regulación de la velocidad enzimática, la cual se ajusta constantemente para adaptarse a los cambios en las necesidades de la célula con respecto a la energía y a las biomoléculas requeridas durante el crecimiento celular y e la reparación de lesiones.
1. Enzimas alostéricas2. Enzimas reguladas con modificación covalente
reversible
Enzimas Reguladoras
Alostéricas Enzimas reguladas covalentes reversibles
Unión reversible no covalente de un metabolito regulador denominado modulador.
1. Homotropicas: El sustrato actúa, también como modulador. Estas enzimas contienen dos o más centros de unión para el sustrato. La modulación dependerá de cuántos sean los centros del sustrato que están ocupados.
2. Heterotropicas: Son estimuladas o inhibidas por un modulador diferente a la del sustrato.
Algún aminoácido de la enzima se une covalentemente a algún grupo químico y de esta forma se activa o se inactiva la enzima. El grupo que más frecuentemente interviene en este tipo de regulación es el grupo fosfato (Pi) y los aminoácidos que normalmente intervienen son la serina y la treonina.
Clasificación de Enzimas Reguladoras
Enzima regulador aspartato transcarbamoilasa. Los polipéptidos catáliticos de cada agrupamiento se muestran en tono azul y purpura. Los sitios de fijación de los moduladores alostéricos se encuentran en blanco y rojo. La fijación del modulador produce grandes cambios en la conformación y actividad de enzima.
Obtención y Producción de Enzimas
• Bacterias• Hongos• Plantas• Animales
• Órganos• Tejido• Células
SINTETIZAR ENZIMAS
EN GRANDES FERMENTADORES
• 88% Bacillus • Aspergillus• 4% plantas• 8% animales
• Extermófilos (Termófilos 70 °C)
• Halófilos (0.5 M)
DESNATURALIZACIÓN Y
SALINIDAD ELEVADA
1. HIPEREXPRESIÓN DEL GEN QUE LA
CODIFICA
2. MUTAGENESIS
Purificación de enzimas mediante manipulación y cromatografía de afinidad.
1. Se aísla y se modifica el gen de la proteína.
2. Se expresa el gen recombinante en una bacteria apropiada
3. Se prepara un soporte gelificado con un grupo químico, que se una a la proteína recombinante
4. Se cultiva la bacteria recombinante de forma que exprese la proteína
5. Se aplica un extracto acelular de la bacteria a la columna: la proteína recombinante se une al gel y las demás no
6. Se aplica una solución que contenga un compuesto químico o ion que desplace a la proteína del gel
Inmovilización de Enzimas
Aplicaciones de la Tecnología Enzimática
INDUSTRIA ENZIMA UTILIDAD
CLINICA a Amilasa Elevada en pancreatitis aguda
CLINICA Fosfatasa acida Elevada en cáncer de próstata
FARMACEUTICA Hialuronidasa Infartos de miocardio
FARMACEUTICA Asparraginasa Leucemia y tumores
TEXTIL AmilasasEliminan el almidón usado para reforzar
los hilos
LAVANDERIA Proteasa
Elimina manchas de huevo, sangre, a pH
alcalino y baja temperatura
Aplicaciones de la Tecnología Enzimática
INDUSTRIA ENZIMA UTILIDAD
TENERIAS LipasasHidroliza las grasas,
ahorrando tensoactivos
PAPELERAHemicelulasas,
Celulasas, Oxidorreductasas
Reforzar el blanqueo del papel
ALIMENTOS Endoproteasas
Aumentan el contenido de
aminoácidos, reforzar el sabor de sopas y
caldos
ACEITES Y GRASAS Peptolíticas , Lipasas
Aumentan el rendimiento de
extracción de aceites de oliva. Hidrolizan
ésteres y triglicéridos
ALCOHOL IsomerasasProcesado de
azucares, licores ricos en fructuosa
1. Donald J. Burton et al., QUIMICA ORGANICA Y BIOQUIMICA, Editorial McGraw-Hill, Traducción de la primera edición en ingles 1997, pp. 302 a 321
2. Dirección General de Educación Media Superior y Superior, BIOQUIMICA, Editorial, Telebachillerato, Edición 2004, pp. 99 a 109
3. Eric E. Conn et al., BIOQUIMICA FUNDAMENTAL, Limusa 1965, Capitulo 7
4. Francisco C. Rodríguez et al., BIOTECNOLOGIA AMBIENTAL, Editorial Tebar 2005, pp. 301 a 317
5. Leningher et al., PRINCIPIOS DE BIOQUIMICA, Omega 2000, pp. 198 a 235
Bibliografía