bioquimica - enzimas

BIOQUIMICA: ENZIMAS, CLASIFICACIN, LOCALIZACIN, ESPECIFICIDAD, SITIO ACTIVO

UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS(Universidad del Per, DECANA DE AMERICA)

ESCUELA ACADEMICO PROFESIONAL DE MEDICINA HUMANA

BIOQUMICATEMA:ENZIMAS: CLASIFICACIN, LOCALIZACIN, ESPECIFICIDAD, NOMENCLATURA Y SITIO ACTIVO

PROFESOR: Dra. Mercedes Sobern

REDACTORES: Orellana Mantari, Angie Melissa Ylla Vasquez, Juan Jos Tafur Portocarrero, Geancarlo Huaman Berna, Luis Andrs Rosales Zuiga, Josias Mirko Hurtado Flores, Maria Alejandra Romn Santilln, Gianmarco Mamani Olivares, Juan Carlos Real Hernandez, Ral Anthony

Medicina Humana. Promocin 2011

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Esta primera parte de las enzimas tiene que ver con lo que es definicin, cmo es que sta funciona en el laboratorio, qu nos permite dealguna manera visualizar que estrategias qumicas utilizamos para ver si estamos frente a una enzima activa o no; y ya ustedes a partir del segundo captulo de este curso las van a ver en accin frente a vas metablicas.Hoy que es la primera parte de estos temas de enzimas, el objetivo esrepresentarlas y ver de qu manera las podemos realmente visualizar en el laboratorio. Entonces, hoy por ser la primera clase de enzimas vamos a ver su clasificacin, la localizacin, nomenclatura, la especificidad(que tiene que ver con el sitio activo).Pero para ello queremos que al final de esta clase, usted pueda haber definido lo que una enzima, entender y explicar su clasificacin, poder diferenciar entre una y otra clase, cmo se expresa la velocidad de reaccin y tambin la importancia del sitio cataltico (en toda la estructura de la enzima porque es importante el sitio cataltico). Entonces veamos la motivacin. Toda clase debe empezar con una motivacin,he aqu la motivacin :me parece que es de conocimiento de todos ustedes el uso de armas qumicas, verdad? Una de las armas qumicas por ejemplo el gas lacrimgeno (las famosas bombitas lacrimgenas) cuyo efecto inmediato es picazn a nivel de los ojos. Tenemos tambin el gas pimienta, lo han escuchado? Es un gas en forma de aerosol, as lo venden, y tiene la finalidad de que cuando a alguien lo asaltan, le echas el spray a los ojos y evitas que el asaltante haga su accin. Pero eso no ha quedado all, existen otros gases que son mucho ms txicos, en la lmina tienen ustedes a este grupo de soldados con mascarilla intentando utilizar esta arma qumica con la finalidad de dar un mejor ataque a su enemigo. Nos vamos a referir a uno en especial de estos gases, sobre todo los neurotxicos.


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Tenemos abajo el famoso gas lacrimgeno que se usa cuando hay revueltas, cuando hay las protestas en aras de poder disiparlas. Perocomo repito, me voy a referir a unos ms letales, como son los gases neurotxicos. Miren en el ao de 1995, en Japn, un grupo de una secta religiosa libera un gas denominado sarn en un terminal de trenes, ustedes pueden apreciar que esos lugares son cerrados, entonces qu origin este gas sarn? La gente inhal este gas y tuvo como consecuencia 2 muertes y 600 afectados. Ahora, este famoso gas sarn, es uno de los gases neurotxicos que fueron utilizados ya en la Segunda Guerra Mundial por los alemanes frente a los franceses, as que su uso no era desconocido ya en esa poca; y es ms miren, se dice que en Chile, el general Pinochet hizo uso de este gas, mand a fabricar este gas sarn y lo utilizaba para contrarrestar a todo aquello que se opona a su rgimen. A quin utiliz para poder construir este gas sarn? Fue nada ms y nada menos que a este bioqumico Eugenio Berros. l estuvo encargado del proyecto Andrea y su finalidad era fabricar este gas sarn. Ahora,qu es lo que produce este famoso gas sarn, que no es el nico (o sea es parte de un grupo de gases) y que definitivamente afecta a enzimas siendo un gas de tipo neurotxico, entonces tiene que ver afectando al sistema nervioso especficamente la transmisin del impulso nervioso. Entonces aqu vamos a ver que a este gas sarn, su contraataque es una enzima, la acetilcolinesterasa, pero retomemos un ratitoqu papel tiene la acetilcolinesterasa en la transmisin del impulso nervioso. Llega un estmulo y lo que sucede con las neuronaspresinpticas es un momento de polarizacin y despolarizacin a nivel de las membranas; la idea en general es que mantiene el impulso nervioso. Qu es el impulso nervioso? No ms que ondas elctricas que se van difundiendo a travs de las membranas de


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las neuronas que estn haciendo sinapsis, se propaga y finalmente llega a un tejido que puede ser un msculo y que produce la accin. Entonces este proceso de polarizacin y despolarizacin da lugar a un proceso de potencial de accin. Esta despolarizacin y polarizacin, tambin se explica como un movimiento de iones, lo cual indica entonces aperturas y cierres de canales inicos para que puedan entrar y salir determinados iones,y esto resulta como consecuencia diferencia de cargas elctricas fuera y dentro de la membrana que se conoce como una diferencia de potencial; de un potencial de reposo, estas clulas nerviosas pasan a un potencial de accin. Y qu trae como consecuencia ello? Trae como consecuencia que neurotransmisores que se forman en estas clulas nerviosas puedan salir. Tienen ustedes como pueden ver aqu, el caso de una sinapsis: una neurona presinaptica y una possinaptica y entre ellas queda el espacio sinptico, luego se ha formado un neurotransmisor (acetilcolina en este caso) que a travs de las vesculas sinpticas sale al espacio sinptico por el proceso de diferencia de potencial. Ubicndonos en el espacio sinptico, hay receptores en la neurona possinaptica, esto va a originar la interaccin receptor acetilcolina, producindose toda una seria de reacciones que se vern mejor en el curso de fisiologa. Ahora, la acetilcolina no puede estar todo el tiempo haciendo interaccin con su receptor, hay la necesidad de que entre en accin la acetilcolinoesferasa. La acetilcolinoesferasa hace la hidrolisis del neurotransmisor, convirtindolo en cido actico o acetato o acetilcoenzima ms colina, estos productos vuelven nuevamente a la neurona y se vuelve a formar acetilcolina. Dnde es que acta el gas sarin?, lo hace inhibiendo la

acetilcolinoesferasa (no hay degradacin de la acetilcolina), elevando laMedicina Humana. Promocin 2011 4


concentracin de la acetilcolina, lo que puede originar hasta la muerte de la persona, entonces este es el efecto que produce este gas y algunos otros derivados de estos txicos Por otro lado, podemos ver que acciones de compuestos txicos o benficos su accin es a nivel de enzimas, ya sea en enzimas que forman parte de una vametablica o enzimas que intervienen en todo un proceso fisiolgico, vale decir qumico, que se va a convertir en una accin fsica, por eso la importancia de las enzimas. Lo que les quiero decir es el hecho de que ustedes frente a un caso clnico, donde ustedes lo primero que ven son los sntomas, la explicacin no solo queda ah, ya se tiene mucha informacin de cmo ese sntoma tiene una explicacin bioqumica, es ms hasta molecular a nivel de cidos nucleicos Enzimas, cmo definimos las enzimas?, por mucho tiempo se dijo que eran macromolculas proteicas que se encargaban de las reacciones qumicas del organismo vivo, es decir nosotros somos un laboratorio de qumica andante, por eso vean con buenos ojos a la qumica, en especial la bioqumica. Pero miren, puse la palabra molculas proteicas entre signos de interrogacin porque esta definicin ha cambiado gracias al descubrimiento de las famosas Ribozimas; en el aos de 1982 Thomas Cech publica un artculo mostrando que existan porciones de RNA que tenan actividad cataltica, sobre todo a nivel de RNA transcritos. Ese mismo ao SidneyAltman tambin publica un artculo donde explica la accin de la enzima ribonuecleasa P, explicando que tambin tena activdad cataltica, en su investigacin descubri que no todo era protena, haba una porcin de RNA de 377 nucletidos que formaban parte de la composicin de la enzima, tena una parte proteica y una nucleotdica.


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Entonces asla las porciones y descubre que la parte que hacia la clula analtica era nada ms y nada menos que la parte nucleotdica, esa porcin del DNA y no la parte proteica. Tambin llego a la conclusin de que haba porciones o habiaRNAs con actividad cataltica y le dio el nombre de ribozima. Ahora, ustedes van a ver este tipo de acciones de ribozimas componentes cuando vean los cidos nucleicos; donde se ven que participan en la formacin de los exones, porque un RNA naciente, no todo ello tiene informacin; hay la liberacin de intrones, juntar exones, porciones que son fibras reactivas y recin ah pasar formar ARN maduro. Y esto es lo que vemos ac, el proceso de corte de empalme, al RNA como sustrato, RNA naciente, pre trancrito y ven ustedes aqu la accin cataltica la ribozima haciendo la escicion en el RNA naciente para finalmente dar lugar a porciones de RNA donde haya informacin y posible RNA que no la tiene cuntas de las porciones de RNA realmente van a seguir el proceso de una transcripcin o el proceso de traduccin?, bueno aquella parte del DNA que contenga los exones, ya que son los ncleos que contiene la informacin; entonces esa es la tarea de la ribozima que se le atribuye en la actualidad. Pero no son los nicos, esto ya es un experimento que ha llevado a cabo en laboratorio. Haciendo estudios con enzimasy viendo que ellas pasan por un estado de transicin antes de formar producto (lo que vamos a ver ms adelante en la formacin de la enzima sustrato) en el laboratorio se sintetizo adrede este estado de transicin (les adelanto que el estado de transicin de las enzimas, es mitad producto y sustrato, osea, no est definido). Pero en el laboratorio se dise ese estado de transicin, y ahora se dice qu tal si este estado de transicin creado, lo hacemos reaccionar con un anticuerpo?, a ese compuesto que es qumicamente muy parecido al estado de transicin de una enzima se le denomin abzima Y, qu cosa es lo queMedicina Humana. Promocin 2011 6


se observa?, se puede ver que este anticuerpo monoclonales hacia escisin. y de ah surge el nombre de abzima: anticuerpo con actividad cataltica. Entonces, ya cambia la definicin de las enzima, ya no pueden ser molculas proteicas, ahora son macromolculas biocatalizadores, pueden ser porciones de RNA con un tamao grande, pueden ser protenas de tamao grande y quin sabe que otras cosa ms encontraremos ms adelante?, bioqumica no es algo esttico sino que est cambiando con el tiempo y est buscando novedades. Y ahora, por qu son tan necesarias las enzimas en el sistema biolgico?, las reacciones qumicas se van a expresar en acciones, si yo en este momento los observo, hablo es porque en este momento se est realizando una cantidad de reacciones qumicas a una velocidad ideal, sera posible que estas reacciones qumicas, que se expresan en acciones, pudieran darse en temperatura ambiente, a ph constante, a una cantidad de energa baja y homognea para todo?, de ninguna manera, es decir, miren, la tortuga sera ms rpida que ese individuo; entonces necesitamos que las reacciones qumicas se den a una velocidad ideal, estable, de tal manera que todo se concatenize, por ejemplo, las vas metablicas son como una gran va expresa, con segundo nivel, derecha e izquierda, arriba-abajo: completa, la idea es que todos los carros vayan por ah sin que choquen y que todos lleguen a su destino; Usted le va imprimir mayor velocidad a una va para que todos choquen y se traben ah?, no, deben ir a una velocidad ideal para que todo se mueve de una manera organizada; entonces a temperatura ambiente (20 grados centgrados) no sera posible conseguir ello a excepcin de algunos organismos naturalmente, nos estamos refiriendo alos organismos humanos, entonces a temperaturas y PH de seres vivos, las reacciones qumicas no se realizaran por si solas porqueMedicina Humana. Promocin 2011 7


habria insuficiente energa para las contracciones musculas, la transmisin de impulsos nerviosos y toda ese seria de caractersticas que nos permitan decir que es un ser vivo; entonces necesitamos acelerar esas reacciones. Entonces hemos concluido que a temperatura ambiente no posible, puede ser

entonces como aumentara la velocidad de reaccin para que

todas las reacciones de un ser vivo se den normalmente, bueno una manera seria elevando la temperatura porque si se eleva la temperatura en una reaccin qumica la velocidad de reaccin se va a acelerar y por lo tanto podra darse lugar a acciones fsicas. Pero esto no se puede hacer en un organismo humano si a los 40 centigrados ya convulsionamos y 40 centgrados no sera suficiente por ello surgen las enzimas. Las enzimas van a disminuir la energa de activacion y con esto ellas van a acelerar la velocidad de reaccin a un punto ideal de tal manera que todo el uso metabolico quede concatenado sin lugar a otro paso de las vas metabolicas. L as enzimas se clasifican en 6 clases: La primera de ellas es la clasificacin de OXIDO-REDUCTASAS que catalizan reacciones de oxido-reduccion y las enzimas que mas vamos a ver son las hidrogenasas que se caracterizan por tener como coenzima a componentes derivados del complejo B como NAD (Nicotin Adenin Nucleotido), FAD (Flamin Adenin Nucleotido); uds. van a ver que en este tipos de enzimas la accin catalica radica en las coenzimas. Dentro de la clase oxido-reductasa hay sub clases y sucesivamente lo que indica que hay una familia que conforman esta clase, pero quiero que recuerden en esta ocasin a la subclase deshidrogenasa como por ejemplo la enzima succnico deshidrogenasa con la coenzima FAD que es la que realiza el que haya trabas en uno u


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proceso de oxido-reduccin convirtiendo el acido succnico en acido fumarico y formando FADH2. Ejemplos: Hidrgogenasas

La segunda clase la conforman las enzimas llamadas TRANSFERASAS como lo dice su nombre pueden transferir grupos fosfatos, aminos, glucosidicos, monocarbonados, etc. Una de las subclases ms resaltantes son las llamadas quinasas como por ejm las piruvato-quinasa o la fosfoprotein-quinasa, las quinasas siempre tienen como compaa al ATP dado que le quitan un grupo fosfato y lo transfieren al sustrato, otra subclase son las llamadas transaminasas o aminotransferasas que transfieren grupo amino (ejm. un aminocido que tiene el grupo amino (alanina) se lo da a un cetoacido [ -cetoglutarato), y asi este cetoacido se convierte en un aminocido (glutamato) y el aminocido que ha cedido su grupo amino se convertir en un cetoacido(piruvato)]. Ejm: Quinasas


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Ejm: Transaminasas

HIDROLASAS:

Catalizan la ruptura

de enlaces

qumicos

con la

participacin de las molculas de agua, sta es la clase de enzimas migrante. Aqu por ejemplo estan las peptidasas o proteasas (aquellas que rompen enlaces peptdicos). Miren ustedes aqu a la ureasa:

Esta es una molcula Simplemente la ha desdoblado en Medicina Humana. Promocin 2011 10 de urea, que hizo la dos molculas como producto, ureasa con la urea? con la activacin de agua


Y lo mismo sucede con el caso de las lipasas, que van migrando como acidos grasos (similar a deshojar margaritas): primero uno, luego otro y otro.

Y finalmente 2 a la mltiplo de la lipasa LIASAS:su objetivo principal es formar o quitar dobles enlaces. Si el sustrato tiene doble enlace lo convierte en un producto que no tiene doble enlace. y si el sustrato no tiene doble enlace lo convierte en uno de doble enlace Para ello van a eliminar o formar agua, ion amino (NH3 O NH2),CO2.En este caso, el agua ya no aparece en el producto, sino forma parte de la molcula

ISOMERASAS: realizan aldosa, cetosa, cis, trans

acciones de isomerizacin de tipo ceto, eno,

Para que se den cuenta, observen el nombre, grupo Medicina Humana. Promocin 2011 (COO-) y formula que presenta

Ahora,noten la diferencia con el producto: cambio de 11 posicin (como las ismeras)


LIGASAS: ligan o desligan (tambinrealizan acciones contrarias).Cuando ligan,siempre estan rodeadas deATP como las quinasas, con la diferencia que estas (las ligasas) no van a fosforilar el sustrato sino solo hacen una ruptura del enlace fosfoanhidro del ATPy usan la energa liberada para formar dos compuestos. Comoejemplo tenemos el caso de propionil CoA.

Este propionil CoAva a recibir ATP y ion bicarbonato, luego, usara

la

energa del enlace fosfoanhidro del ATP para unir este dos compuestos (bicarbonato y propionil CoA ). Tambin se puede realizar la accin contraria. NOMENCLATURA Al igual que nosotros, las enzimas tambin tienen su DNI o cdigo en nmeros. La Enzyme Comission (e.c.)ha designado a las enzimas, adems de clasificarlas por grupos y subgrupos, se les ha dado un nmero sistemtico.El nombre sistemtico est basado en el donador, el aceptor y en la clase Medicina Humana. Promocin 2011 12


En el nmero sistemtico el primer nmero indica el grupo: clase 2, el subgrupo de esta clase 2 es en este caso 7 (lo que transfiere los fosfatos es subclase o subgrupo 7) y luego viene el sub-sub grupo o sub-sub clase: 1 y finalmente el nmero de la enzima propiamente dicha.

En el caso de las HIDROLASAS habra que ver quien es el sustrato, quien es el producto, y en base a eso reconocemos o formamos las peptidasas, proteasas. Entonces tenemos que ver el sustrato y el producto y en base a eso se utiliza el nombre sistemtico de la enzima, de acuerdo. Ahora usualmente se usa ejem miren, dios mio; ATPs, fosfatos, nitratos, Jos Luis alias chicho. Entonces usualmente lo que ustedes van a encontrar es justamente enzimas con nombres propios y por lo general mencionan al sustrato ms la clase, el tipo de reaccin que hacen o el producto mas el tipo de reaccin que hace por ejemplo la fosfofructoquinasa ah tendramos que ver quien es el sustrato fructosa 6-fosfato. El producto fructosa 1,6difosfato y as fosfotransferasa. Se ve casos as aunque generalmente no lo usamos. Lo llamamos fosfofructoquinasa. De acuerdo, en el uso diario de las enzimas este nombre a usar es el que sea ms sencillo. Las enzimas en aras de explicar como ellas funcionan, se establecido es tipo de accin o mecanismo de reaccin como pueden ver enzimas mas sustrato da este complejo enzima-sustrato al cual vamos a llamar estado de transicin y finalmente enzima mas producto. Vamos a ver en el balance de cintica que la enzima no pertenece no forma parte del producto de tal manera que esta enzima puede venir ac y coger una molcula del sustrato, formar el estado de transicin y salir con el producto con la posibilidad de emparejarse conMedicina Humana. Promocin 2011 13


otro sustrato; hasta que la vida media de la enzima concluya. Pues ah podemos ver que es el estado de transicin, esto que esta ac (revisar clase actualizada). Recuerdan que vimos el caso de las abzimas, vimos que en el laboratorio se haba diseado adrede qumicamente la estructura del estado de transicin de la enzima, que frente a haptenos actan como anticuerpos monoclonales. Y vimos que el anticuerpo monoclonal tena accin cataltica. sea hacia un incisin formando el producto. Entonces este estado de transicin como se lo define, es un estado en el cual es ser y no ser, como as, el sustrato esta medio distorsionado, es decir no es producto propiamente dicho pero tampoco es sustrato, en la vida hay cosas no definidas. Entonces eso es el estado de transicin. Ahora dijimos que la enzimas lo que hacen es agregar la velocidad de reaccin disminuyendo la energa de activacin Cmo explicamos eso? Tienen ustedes aqu en el primer cuadro una reaccin qumica con la presencia de catalizadores inorgnicos por ejemplo metales de transicin como: rubidio. Entonces toda reaccin que se convierta en producto. Tenemos ah al sustrato debe pasarllegar a esta lomita- la cual nos representa el estado de transicin, al estado de es y no es para al final ser. En productos. Y finalmente miren de aqu llega a productos. Pero para que este sustrato llegue al estado de transicin se requiere una energa. Hay que ver el posicionamiento de los grupos y el sustrato, no es cierto, hay que romperlo entonces para ser producto tienen una energa de activacin. Lo ven aqu en el esquema. Ahora que pasa si usamos la enzima, la idea es que la enzima llegue al estado intermedio con otra energa de activacin y finalmente da el producto, por eso es que las enzimas aceleran la velocidad de reaccin por medio de disminuir esa energa de AC TI VA CI ON. De acuerdo. Bien hasta ac alguna duda? Muy bien, uhm, una ventaja de usar las enzimas esta en la especificidad que posee.


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Qu entendemos por especificidad? Es decir las enzimas reconocen determinado grupo de sustratos, y solomente actuan sobre ese grupo de sustratos por ejemplo, si se saca una muestra de sangre y se obtiene suero, en suero humanos hay una serie de metabolitos si se quiere determinar por ejemplo glucosa y solo glucosa en el suero, se puede hacer por varias formas pero dos principalmente, haciendo uso de un metodo quimico y por metodo enzimatico, por mucho tiempo se utilizo la reaccion de ortotolidina para determinar glucosa en una muestra de suero, y finalmente se uso un metodo enzimatico, pero que pasab con los metodos quimicos, por ejmeplo pudiera ser que este individuo tuviera alta cantidad de galactosa y se creia que los niveles de glucosa estarian aumentados pero no era galactosa, entonces con un metodo enzimatico donde se utiliza la bateria de enzimas, la primera de ellas la glucosa oxidasa esta enzima solo reaccuona con glucosa en suero, no lo hace con galactosa, entonces podria dar valores reales de glucosa en la muestra de suero, esto es lo que se denomina la especificidad. Especificidad absoluta solo un sustrato para una enzima y a medida que se ha ido descubriendo enzimas se ha visto que no todas son asi, hay enzimas que tiene especificidad relativa la mayor cantidad, a que se refiere con esto al sentido que tiene mas de un sustrato por ejemplo fosfatasa acida su sustrato puede ser paranitrofenilfosfato mas importante, glicerol fosfato, fenil fosfato, entonces no tiene un solo fosfato sino un grupo de sustratos sobre el cual actua. Pero comparando las enzimas con catalizadores inorganicos definitivamente su especificidad es tremendamente alta, entonces esta especificdad se ha visto en terminos de quimioselectividad, regioselectividad y enantioselectividad. Quimioselectividad o sea ella es especifica para un determinado grupo de sustratos que tiene un grupo quimico comun, como laMedicina Humana. Promocin 2011 15


fosfatasa acida que tiene el paranitrofenilfosfato, que tiene el fenilfosfato o el glicerol fiosfato en comun, tiene el comun el fosfato, entonces esto es quimioespecificidad o qimioselectividad, otrop ejemplo serian las amino oxidasas, las L amino oxidasa estas enzimas hacen que esta reaccion solo con aminoacidos de tipo L, oxigeno, agua forman el cetoacido, el amonio y peroxido de hidrogeno es una transaminasa? Tiene amino es entonces una transaminasa si o no? Qu es una transaminasa? Transfiere grupo amino de un aminoacido a un cetoacido dando lugar a un nuevo aminoacido. Ruptura de agua son hidrolasas, este grupo de enzimas por tener oxigeno tiene una funcion mas compleja, por tener oxigeno estan dentro del grupo de oxido reduccion, en el subgrupo de oxidasas. Enantioselectividad este es el caso de las lipasas, se encuentran en la clase hidrolasa, porque rompen los tres gliceroles en cido graso ms glicerol, pero las lipasas tambin hacen una accin contraria hacen una reaccin de esterilizacin, en la explicacin por qu, porque vamos a formar un ester, entonces las lipasas cuando se les controla la cantidad de agua en el sistema pueden hacer la reaccin contraria, alcohol ms un cido forman un ester, entonces las lipasa va a hacer una reaccin de esterificacin, pero hay lipasas que tienen una enantioselectividad o enantioespecificidad de que manera, tenemos un alcohol que est en su forma en la clula, 50% de R alcohol y 50% de S alcohol, una mezcla de las formas de configuracin ptica del alcohol R y S, tenemos aqu a la celulasa y la lipasa va a formar un ester como una de las formas enantiomtricas del alcohol, segn el ejemplo solo formara un ester con la forma R del alcohol dejando la forma S, de tal forma pues de que S ,esta reaccin, puede servir para poder proporcionar una pureza enantiomtrica al producto, no quiero que sea un ester mezclado con la forma S, entonces esta reaccin de enantioselctivo de la lipasa contribuye a que se forme un producto con una determinadaMedicina Humana. Promocin 2011 16


pureza enantiomtrica y esto es importante en el caso de la farmacologa, ustedes llegaron a saber del caso de la talidomida por ejemplo? La talidomida es un compuesto farmacutico que lo tomaban mujeres embarazadas sobre todo para aliviar un poco las nauseas y los estragos que producen los primeros meses de gestacin, por un tiempo funciono normalmente si ninguna complicacin, pero de repente se pudo ver que mujeres que consumieron un determinado lote con un cdigo de produccin para talidomida los nios que nacieron de estas madres nacieron con deformaciones fsicas, algunas de ellas producan abortos, entonces al hacer un estudio de este tipo de personas que tenan en comn haber consumido la talidomida, se observo que efectivamente era este compuesto el que causaba esta deformacin, qu haba pasado con la talidomida, la talidomida se produce y se encuentra en dos formas enantiomtricas es un tipo de ester que puede ser un tipo R o un S, puede ser un R ester ms S alcohol o un S ester ms R alcohol, pero resulta que una de las formas enantiomricas de este producto es txico, entonces que haba ocurrido con la empresa que formaba la talidomida, haban ms R ester que S ester o en su defecto haba ms S ester que era el daino que R ester, o sea haba ms lo daino que lo benfico, desde este momento no se fabrica medicamentos que no tengan una pureza enantiomrica porque se ha visto en los casos que una forma enantiomrica puede ser benfica y la otra muy daina o en su defecto una es benfica y otra indiferente el captopril por ejemplo que es un compuesto para presin alta, son medicamentos que requieren una pureza enantiomrica, entonces producirlo como una sola es costoso, de ah que si un medicamento est muy barato pregntese, tiene ms de la parte benfica, ms de la parte daina o no tiene nada y es indiferente, imagnese un individuo que sufre de la presin alta y este ingiriendo un medicamento que no tiene la frmula que es benfica, eso es atentar contra la vida de una persona, bien cmo se consigue esa purezaMedicina Humana. Promocin 2011 17


enantiomrica, una de las formas es usando enzimas que ayuden a formar productos enatiomricamente puros como es el caso de las lipasas, de algunas lipasas porque no todas las lipasas lo pueden hacer, entonces es aqu que la enantioselectividad de las enzimas juega un papel tremendamente importante. Este es el caso de la especificidad absoluta por ejemplo la succnicodeshidrogenasa que es una enzima que est en el ciclo de Krebs o del cido ctrico, esa si solo tiene un sustrato el succinato no hace reaccin con otro tipo de sustrato que sea parecido a l y que haga reaccin cataltica, ustedes si ven uno parecido, no pero no es igual entonces la inhibe o sea no hay producto, la idea es encontrar un sustrato de estructura parecida y que diera producto. Pero en el caso de la succitinico-deshidrogenasa es una de las pocas enzimas que tiene una especificidad absoluta. Un sustrato para una enzima. Ahora, dnde radica la especificidad, este tipo de especificidad en las enzimas? Tiene que ver mucho con el sitio cataltico de las enzimas. Miren, cuando hablamos de enzimas hablamos de macromolculas, osea, compuestos formados por aminocidos a la n. De acuerdo? Sin embargo, cualquier parte de la enzima hace catlisis? No. De ninguna manera. Hay un sitio especfico donde se realiza la catlisis. Hay un sitio donde se une, osea, si la enzima es una enzima que requiere de coenzima, aqu tiene que entrar introducida la coenzima. Y ella hace la accin cataltica. Si hay una enzima que no requiere de coenzima, es puramente proteica como el caso de la quimiotripsina, entonces por el sitio cataltico se va a realizar la accin cataltica. No lo va a hacer por aqu, ni tampoco por este lado de ac. Ese sitio cataltico debe tener un ancho, largo y alto ideal, para que el sustrato encaje ah y podamos ver la accin cataltica.


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Pero, cuntos aminocidos conforman el sitio cataltico? Sern 100, 200, 400, 1000, 5000? A lo mucho son 20 aminocidos los que estn en el sitio cataltico. Y de esos 20 aminocidos, son pocos los que hacen la catlisis propiamente dicha. Bueno, y qu harn los dems? Porque hay 20 aminocidos y solamente pueden ser 2, 3, 4 nada ms. Es que estos de ac, que estn en el sitio cataltico, van a ayudar aqu, a hacer por ejemplo la funcin de qu, de atraer al sustrato. Bien, no hay sustrato. Por interaccin de iones. Van a hacer el papel protelico de sujetar al sustrato. Ya est fijo. Ya est atrapado. Ahora hay que acercarlo a aquellos aminocidos que van a hacer la catlisis propiamente dicha. Que haga el espacio ideal para que el aminocido que va a hacer la catlisis propiamente dicha sea este y pueda hacer la escisin por ejemplo, o pueda hacer la transferencia. Entonces, todo este grupo de aminocidos no se estn peleando, no se estn diciendo: No. Por qu no lo puedo hacer? Yo tambin lo puedo hacer. No, no. Todos trabajan de manera cooperativa. Por ejemplo, en el caso de la que les he colocado de la quimiotripsina. Miren: hay un espacio que se llama bolsillo hidrofbico de tipo cataltico, constituido por aminocidos que tienen grupos R hidrofbicos. Porque ac provoca pensar en los carbonos E de los aminocidos. No. Ellos estn haciendo enlace peptdico. Estamos hablando de protenas. De acuerdo. Entonces, aqu juega un papel importante el grupo R de los aminocidos. Cada aminocido que tiene un carcter hidrofbico, no? Este grupo de aminocidos est aqu, formando el famoso bolsillo hidrofbico. Y cundo hacemos funcin de ese bolsillo hidrofbico? Compuesto por aminocidos con grupo R hidrofbico. Pues justamente viene a atacar a la parte proteica. Aqu miren Uds. una porcin de la protena. Este es un aminocido que tiene un grupo R con un anillo fenlico. Aqu est el enlace peptdico: el CO NH2 Y el resto de la protena. Una porcin de la protena. Qu es lo que va a hacer la quimiotripsina? Como es una hidrolasa, como toda una proteasa,Medicina Humana. Promocin 2011 19


va a escindir, va a cortar enlaces peptdicos. Dnde es su ncleo de accin? El enlace peptdico. Entonces, la idea es que el enlace peptdico este en un alto, ancho y largo cercano a aquellos aminocidos que van a hacer la catlisis propiamente dicha. Pero, para ello, el anillo hidrofbico lo ha atrapado y lo acerca la parte del enlace peptdico al aminocido que va a hacer la catlisis. Qu aminocido inicia la catlisis? Bien, esta serina, que tiene nmero 195. Con qu lo va a hacer? Con su carbono E? No seor. Con su grupo R. Tiene un grupo hidroxilo en el grupo R. con ese es que va a iniciar la catlisis. Va a hacer un ataque nucleoflico al enlace peptdico. Y con ello, se inicia todo el proceso de la catlisis. Por qu 195? Si yo a la quimiotripsina la alargo, y estudio su estructura primaria, la serina que est en el sitio cataltico, ocupa el nmero 195 en la estructura primaria de la protena. Es la nica serina que hay en la quimiotripsina? No. Hay otras serinas. Pero es la que viene en la posicin 195 la que est ubicada en el sitio cataltico. Y lo mismo sucede con la histidina 57. Y con el aspartato 102. Entonces, la serina inicia la catlisis. Miren como es que los dems aminocidos han contribuido a que ese enlace peptdico est cerca a la serina. Ahora, qu va a hacer la histidina? La histidina va a actuar como un catalizador bsico general, activando al hidroxilo de esta serina que hace de nucletido. Y el aspartato 102 va a estabilizar la carga positiva de esta histidina. Se imaginan peleando a la histidina 52 y al aspartato 102 con la serina y no contribuyendo a que ella haga la accin cataltica propiamente dicha? De ninguna manera. Estos tres aminocidos trabajando de manera cooperativa, para que la serina se lleve los honores. Quin hace la escisin propiamente dicha? La serina. Entonces, ese es el papel del sitio cataltico y de los aminocidos que estn presentes en ella. Este es un ejemplo. De acuerdo. Por qu es importante el sitio cataltico?


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Se imagina usted que al utilizar esta enzima en lugar de colocar serina () haya una glicina? Cree usted que hara accin cataltica? No podra hacerlo. Entonces justamente las mutaciones, las que son realmente fatales, las que realmente originan que la enzima no est activa, no funcione. Entonces inmediatamente se piensa que hubo una mutacin a nivel de los aminocidos... no? Qu aminocido nos da una enzima normal y que aminocido nos da est enzima alterada? Y un aminocido nos puede llevar a un triplete verdad? Y el triplete nos puede llevar a ver qu tipo de variacin se produjo a nivel del DNA. Por eso, alteraciones de las enzimas alteradas por estos aminocidos, inmediatamente a usted le dan una idea del tipo de trastorno. Ahora cmo se estudia? Cmo se yo que es una arginina, que es una serina, cmo s? Bueno Se han creado inhibidores altamente especficos para estos aminocidos Entonces, si yo quiero saber si la arginina es la que esta presente en esta enzima y la serina es responsable de la accin cataltica; entonces le pongo un inhibidor especfico para serina, la incubo en la enzima, le pongo el sustrato para esa enzima y si la enzima no hace nada, no genera los productos, entonces yo digo: la serina es un aminocido importante en el ciclo cataltico de esta enzima Me dice que algunas serinas tienen que ver con el ciclo cataltico de laMedicina Humana. Promocin 2011 21


enzima. Ahora, la pregunta que se podran hacer es: pero si el ciclo cataltico es solamente la catlisis que ayuda a sujetar al sustrato a la molcula, por qu solamente funciona con 20 molculas? Seores, el ciclo cataltico tiene que tener un ancho, un largo, un alto ideal, tiene que ser tridimensional, poseer un espacio conformacional ideal termodinmicamente y eso contribuye, a eso contribuyen todos los aminocidos de la protena, Miren que ejemplo de cooperacin. Todo contribuye a que se abra un espacio tridimensional ideal completamente para poder formar () Por eso es que una enzima no puede ser una microprotena o un macromolcula, si no que se tiene una macromolcula. Bien, entonces explicamos tambin la accin cataltica de las enzimas y por qu se deshidratan. Esto dio lugar a dos importantes exponentes El modelo de la cerradura y llave dada por Emil Fisher y el modelo del sustrato inducido dado por Hoslan El modelo de Cerradura-llave dice que el ciclo cataltico tiene un espacio tridimensional definido y que siempre ser as. Este cerca o no est cerca del sustrato. Y la idea es que el sustrato encaje con la forma tridimensional de la enzima. Si no encaja Ni modo. No hay catlisis. Entonces se postulaba la especificidad absoluta de las enzimas. Pero con el tiempo se pudo ver que a medida que se fueron aislando msMedicina Humana. Promocin 2011 22


enzimas se pudo ver que la gran mayora no encajan con este tipo de modelo. Entonces surge el otro modelo. En el ao de 1958, Hoslan sostiene que el ciclo cataltico no es una estructura de la protena que esta predeterminada, o sea que tiene siempre esa misma forma. Si no que hay un cambio conformacional d la enzima a medida que el sustrato se va acercando. Y esto induce a que esta parte del ciclo cataltico adquiera, recin ah adquiera, un espacio ancho, alto, largo, ideal para que el sustrato encaje y se pueda realizar la accin cataltica. Una vez que le sustrato se aleja, no es lo mismo. Este es el famoso modelo del encaje inducido.

Muchas gracias.


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