Enzimas[1].Dr JAIME

Enzimas: Tipos, Enzimas: Tipos, mecanismos de mecanismos de

acciónacción

Dr. Jaime Salazar ZuloetaDr. Jaime Salazar Zuloeta

Profesor Asociado de la Facultad de Medicina Profesor Asociado de la Facultad de Medicina UNPRGUNPRG

DR.JAIME SALAZAR ZULOETADR.JAIME SALAZAR ZULOETA 22

UN POCO DE HISTORIA…..UN POCO DE HISTORIA…..

Louis PasteurLouis Pasteur participó en los primeros participó en los primeros enunciados teóricos acerca de las enzimas o enunciados teóricos acerca de las enzimas o “fermentos”, pero afirmaba que los procesos “fermentos”, pero afirmaba que los procesos solamente se daban en elementos vivos.solamente se daban en elementos vivos.

Wilhelm Kühne acuñó el término enzima con un acuñó el término enzima con un sentido literal de sentido literal de “ en fermento” “ en fermento” ..

BuchnerBuchner : Describió el término sacarasa. : Describió el término sacarasa. LizosimaLizosima : Fue la primera enzima en que se : Fue la primera enzima en que se

reconoció una estructura tridimensional.reconoció una estructura tridimensional.


ENZIMAS : ENZIMAS : GENERALIDADESGENERALIDADES

Son moléculas proteicas que incrementan la Son moléculas proteicas que incrementan la velocidad de las reacciones químicas sin velocidad de las reacciones químicas sin experimentar cambios estructurales durante el experimentar cambios estructurales durante el proceso.proceso.

Se encargan de todas las funciones metabólicas Se encargan de todas las funciones metabólicas desde las más simples hasta las más complejas.desde las más simples hasta las más complejas.

En general toman una denominación dada por la En general toman una denominación dada por la Unión Internacional de Bioquímica y Biología Unión Internacional de Bioquímica y Biología MolecularMolecular..


Permiten el desarrollo de las reacciones metabólicas en Permiten el desarrollo de las reacciones metabólicas en condiciones compatibles con la vida.condiciones compatibles con la vida.

Pueden participar en la degradación de sustancias o más Pueden participar en la degradación de sustancias o más bien la “construcción” de moléculas complejas de acuerdo bien la “construcción” de moléculas complejas de acuerdo a la necesidad del organismo.a la necesidad del organismo.

Solamente son capaces de ayudar en las reacciones Solamente son capaces de ayudar en las reacciones conservando su estructura nativa.conservando su estructura nativa.

Requieren de COFACTORES Requieren de COFACTORES para actuar : PUEDEN para actuar : PUEDEN SER INORGÁNICOS ( Fe, Cu) u ORGÁNICOS llamados SER INORGÁNICOS ( Fe, Cu) u ORGÁNICOS llamados Coenzimas.Coenzimas.




Manteniendo el Manteniendo el PH y temperaturaPH y temperatura corporal corporal estable las reacciones metabólicas serían estable las reacciones metabólicas serían demasiado lentas para ser ejecutadas.demasiado lentas para ser ejecutadas.

Enzimas aumentan la Enzimas aumentan la velocidad de la velocidad de la reacciónreacción sin cambiar su estructura durante la sin cambiar su estructura durante la reacción , regenerándose al final.reacción , regenerándose al final.

Importante : Solo disminuye la energía de Importante : Solo disminuye la energía de activación pero activación pero se mantiene lase mantiene la termodinamia termodinamia de la reacciónde la reacción..


Se les considera Se les considera CATALIZADORES BIOLÓGICOSCATALIZADORES BIOLÓGICOS.. Son Eficientes, Específicas y con una actividad Son Eficientes, Específicas y con una actividad

perfectamente REGULABLE ( perfectamente REGULABLE ( cantidad de sustrato, cantidad de sustrato, productoproducto).).

Disponen de un SIITIO ACTIVO dentro de su Disponen de un SIITIO ACTIVO dentro de su estructura.estructura.

Pueden ser capaces de generar hasta mil Pueden ser capaces de generar hasta mil moléculas de producto por segundo.moléculas de producto por segundo.

Son capaces de intervenir miles de veces en la Son capaces de intervenir miles de veces en la misma reacción.misma reacción.



Se sabe que su movimiento es mucho más Se sabe que su movimiento es mucho más lento que el de los sustratos.lento que el de los sustratos.

Los podemos “detectar” dentro de la célula Los podemos “detectar” dentro de la célula buscando el buscando el complejo EScomplejo ES..

La velocidad de encuentro y formación de ES La velocidad de encuentro y formación de ES dependerá entonces de la cantidad de sustrato dependerá entonces de la cantidad de sustrato presente dentro de la célula.presente dentro de la célula.

En el sitio activo los grupos –R están cerca En el sitio activo los grupos –R están cerca debido a los pliegues de estructura secundaria / debido a los pliegues de estructura secundaria / terciaria.terciaria.



CLASES CLASES PRINCIPALES DE ENZIMASPRINCIPALES DE ENZIMAS

OXIDORREDUCTASASOXIDORREDUCTASAS TRANSFERASAS ( Entregan grupos funcionales de unos TRANSFERASAS ( Entregan grupos funcionales de unos

compuestos a otros)compuestos a otros) HIDROLASASHIDROLASAS LIASASLIASAS ISOMERASAS ( Permiten reacciones de interconversión de ISOMERASAS ( Permiten reacciones de interconversión de

isómeros: LEVO vs dextrogiro)isómeros: LEVO vs dextrogiro) LIGASASLIGASAS


SUBCLASES DE SUBCLASES DE OXIDORREDUCTASASOXIDORREDUCTASAS

DESHIDROGENASAS (ejm. DHL)DESHIDROGENASAS (ejm. DHL) OXIDASASOXIDASAS REDUCTASASREDUCTASAS PEROXIDASASPEROXIDASAS CATALASACATALASA OXIGENASASOXIGENASAS HIDROXILASASHIDROXILASAS


SUBCLASES DE HIDROLASASSUBCLASES DE HIDROLASAS

ESTERASASESTERASAS GLUCOSIDASASGLUCOSIDASAS PEPTIDASASPEPTIDASAS FOSFATASAS (ejm Fosfatasa alcalina)FOSFATASAS (ejm Fosfatasa alcalina) TIOLASASTIOLASAS FOSFOLIPASASFOSFOLIPASAS AMIDASASAMIDASAS DEAMINASASDEAMINASAS RIBONUCLEASASRIBONUCLEASAS


SUBCLASES DE OTRAS ENZIMASSUBCLASES DE OTRAS ENZIMAS

ISOMERASASISOMERASAS – RACEMASASRACEMASAS– EPIMERASASEPIMERASAS– MUTASAS MUTASAS

TRANSFERASASTRANSFERASAS– TRANSALDOLASASTRANSALDOLASAS– TRANSCETOLASATRANSCETOLASA– ACILFOSFORILTRANSFERASASACILFOSFORILTRANSFERASAS– QUINASASQUINASAS


SUBCLASES DE OTRAS ENZIMASSUBCLASES DE OTRAS ENZIMAS

LIASAS :LIASAS :– DESCARBOXILASASDESCARBOXILASAS– ALDOLASASALDOLASAS– HIDRATASASHIDRATASAS– DESHIDRATASASDESHIDRATASAS– SINTASASSINTASAS

LIGASAS:LIGASAS:– SINTETASASSINTETASAS– CARBOXILASASCARBOXILASAS


PROPIEDADES DE LAS PROPIEDADES DE LAS ENZIMASENZIMAS

PRESENCIA DE SITIOS ACTIVOSPRESENCIA DE SITIOS ACTIVOS : :

Se trata de surcos tridimesionales, Se trata de surcos tridimesionales, secuencia aminoacídicasecuencia aminoacídica, que se vincula , que se vincula con el Sustrato.con el Sustrato.

EFICIENCIA CATALÍTICA :EFICIENCIA CATALÍTICA :

Velocidad de las reacciones mediadas Velocidad de las reacciones mediadas por enzimas es medida en unidades de por enzimas es medida en unidades de sustrato convertidas en sustrato convertidas en productosproductos por por segundosegundo (UNIDAD DE RECAMBIO) (UNIDAD DE RECAMBIO)



ESPECIFICIDAD :ESPECIFICIDAD : Enlace entre Sustrato y sitio activo se da bajo Enlace entre Sustrato y sitio activo se da bajo

el el principio de llave – cerraduraprincipio de llave – cerradura ; sólo uno o ; sólo uno o pocos sustratos se fijan a una determinada pocos sustratos se fijan a una determinada enzima.enzima.

COFACTORES :COFACTORES :– Sustancias como iones metálicos y Sustancias como iones metálicos y

coenzimas unidas a enzimas; de esto se coenzimas unidas a enzimas; de esto se derivan términos como derivan términos como HOLOENZIMAHOLOENZIMA , , APOENZIMAAPOENZIMA..


COFACTORES ENZIMÁTICOSCOFACTORES ENZIMÁTICOS

En esencia se trata de moléculas muy En esencia se trata de moléculas muy pequeñas , orgánicas o inorgánicas que pequeñas , orgánicas o inorgánicas que requiere la APOENZIMA para su requiere la APOENZIMA para su respectiva activación.respectiva activación.

LA Lisina oxidasa requiere la unión débil LA Lisina oxidasa requiere la unión débil al al cobrecobre para activarla. para activarla.

A diferencia de los cofactores, los grupos A diferencia de los cofactores, los grupos prostéticos están unidos con firmeza a la prostéticos están unidos con firmeza a la apoenzimaapoenzima



REGULACION:REGULACION:– Cualquier actividad de las enzimas es Cualquier actividad de las enzimas es

controlable, y la velocidad de su actividad controlable, y la velocidad de su actividad va a depender de las necesidades de la va a depender de las necesidades de la célula de acuerdo a estados de célula de acuerdo a estados de homeostasis o Enfermedad.homeostasis o Enfermedad.

LOCALIZACION DENTRO DE LA LOCALIZACION DENTRO DE LA CÉLULACÉLULA::– Se encuentra regulado genéticamente una Se encuentra regulado genéticamente una

distribución por compartimientosdistribución por compartimientos, lo que , lo que permite aislar los sustratos y productos permite aislar los sustratos y productos entre sí y evita interferencia.entre sí y evita interferencia.


UBICACIÓN INTRACELULAR DE UBICACIÓN INTRACELULAR DE LAS ENZIMASLAS ENZIMAS

MITOCONDRIA : MITOCONDRIA : – Oxidación de los ácidos grasosOxidación de los ácidos grasos– Descarboxilación del Piruvato.Descarboxilación del Piruvato.

NUCLEO:NUCLEO:– SINTESIS DE ADNSINTESIS DE ADN– SINTESIS DE ARNSINTESIS DE ARN

CITOPLASMA:CITOPLASMA:– GlucólisisGlucólisis– Síntesis de ácidos grasosSíntesis de ácidos grasos


MECANISMOS DE MECANISMOS DE

FUNCIONAMIENTO DE LA ENZIMASFUNCIONAMIENTO DE LA ENZIMAS La esencia es que las enzimas actúan La esencia es que las enzimas actúan

disminuyendo la energía libre de disminuyendo la energía libre de activación de una reacción.activación de una reacción.

El equilibrio energético de la reacción no El equilibrio energético de la reacción no se altera pero se consigue que las se altera pero se consigue que las reacciones se hagan miles de veces más reacciones se hagan miles de veces más rápido en comparación con las no rápido en comparación con las no catalizadas.catalizadas.


MECANISMOS DE MECANISMOS DE FUNCIONAMIENTO DE LA ENZIMASFUNCIONAMIENTO DE LA ENZIMAS

Normalmente las reacciones no catalizadas son Normalmente las reacciones no catalizadas son lentas por la elevada energía libre de activación.lentas por la elevada energía libre de activación.

Existe lo que se llama Barrera energética del Existe lo que se llama Barrera energética del estado de transiciónestado de transición y sin enzimas pocas y sin enzimas pocas moléculas reactivas tendrán energía para entrar moléculas reactivas tendrán energía para entrar a la alta velocidad de reacción.a la alta velocidad de reacción.

Las enzimas permiten ingresar a una vía Las enzimas permiten ingresar a una vía alterna de reacción con alterna de reacción con menor energía libre de menor energía libre de activaciónactivación..


ENZIMAS Y EL SITIO ACTIVOENZIMAS Y EL SITIO ACTIVO

Facilita la conversión de sustrato a Facilita la conversión de sustrato a producto.producto.

En definitiva , la flexibilidad espacial de la En definitiva , la flexibilidad espacial de la secuencia aminoacídica permite el acople secuencia aminoacídica permite el acople entre sitio activo y sustrato.entre sitio activo y sustrato.

Complejo ES va “acomodando” la Complejo ES va “acomodando” la reacción hasta que se llega al estado de reacción hasta que se llega al estado de transición y se genera producto.transición y se genera producto.


FACTORES ASOCIADOS A LA VELOCIDAD DE FACTORES ASOCIADOS A LA VELOCIDAD DE LA REACCION ENZIMATICALA REACCION ENZIMATICA

CONCENTRACION DEL SUSTRATO :CONCENTRACION DEL SUSTRATO :– VELOCIDAD MÁXIMA :VELOCIDAD MÁXIMA :

Se hace evidente en la medida en que la Se hace evidente en la medida en que la velocidad de reacción es mayor al aumentar el velocidad de reacción es mayor al aumentar el sustrato pero con un máximo de velocidad sustrato pero con un máximo de velocidad ( ( Saturación de los sitios de fijaciónSaturación de los sitios de fijación))

– FORMA HIPERBÓLICA DE LA CURVA DE FORMA HIPERBÓLICA DE LA CURVA DE CINÉTICA ENZIMÁTICA:CINÉTICA ENZIMÁTICA: Modelo - Modelo - Ecuación de Michaelis-MentenEcuación de Michaelis-Menten para la para la

mayoria de enzimas.mayoria de enzimas.


ECUACION DE MICHAELIS - MENTENECUACION DE MICHAELIS - MENTEN

VVmax max ( S )( S )

VV0 0 = --------------------= --------------------

KKm + m + ( S )( S )

KKmm es una característica propia de una enzima pero es una característica propia de una enzima pero no varia con la concentración de la enzima.no varia con la concentración de la enzima.

KKm m pequeña refleja elevada afinidad ES y se llega pequeña refleja elevada afinidad ES y se llega pronto a la mitad de la Vpronto a la mitad de la Vmaxmax



EFECTO DE LOS CAMBIOS DE EFECTO DE LOS CAMBIOS DE TEMPERATURA:TEMPERATURA:– El incremento de la temperatura genera El incremento de la temperatura genera

aumento del número de enlaces ES pero aumento del número de enlaces ES pero eso tiene una velocidad máxima.eso tiene una velocidad máxima.

– Si se sigue elevando la temperatura, se Si se sigue elevando la temperatura, se genera genera Desnaturalización de las Desnaturalización de las enzimasenzimas = Velocidad de las reacciones = Velocidad de las reacciones se hace menor.se hace menor.



EFECTOS DE LOS CAMBIOS DEL PH:EFECTOS DE LOS CAMBIOS DEL PH:– Sitio activo requiere una ionización adecuada Sitio activo requiere una ionización adecuada

para la interacción. De esta manera si hay para la interacción. De esta manera si hay cambios en PH baja velocidad de reacción.cambios en PH baja velocidad de reacción.

– Las cadenas laterales de aminoácidos tienen Las cadenas laterales de aminoácidos tienen carácter iónico y si aumenta o disminuye PH carácter iónico y si aumenta o disminuye PH se desnaturaliza la proteina.se desnaturaliza la proteina.

– PH óptimo de funcionamiento de algunas PH óptimo de funcionamiento de algunas enzimas difiere de otras que no toleran enzimas difiere de otras que no toleran ambientes ácidos o alcalinos.ambientes ácidos o alcalinos.


MECANISMOS DE REGULACION DE LA MECANISMOS DE REGULACION DE LA ACTIVIDAD ENZIMÁTICAACTIVIDAD ENZIMÁTICA

REGULACION POR MODIFICACION REGULACION POR MODIFICACION COVALENTE :COVALENTE :– Hay enzimas especializadas en fosforilar a una Hay enzimas especializadas en fosforilar a una

diversidad de enzimas ; la actividad de las enzimas diversidad de enzimas ; la actividad de las enzimas afectadas puede ser variable.afectadas puede ser variable.

SITIOS DE FIJACIÓN ALOSTÉRICOS :SITIOS DE FIJACIÓN ALOSTÉRICOS :– Las enzimas alostéricas tienen efectores positivos o Las enzimas alostéricas tienen efectores positivos o

negativos, y el resultado es mayor o menor afinidad negativos, y el resultado es mayor o menor afinidad ES. Pueden haber efectores homotrópicos (el mismo ES. Pueden haber efectores homotrópicos (el mismo sustrato propicia mayor unión de sitios activos ) y sustrato propicia mayor unión de sitios activos ) y heterotrópicos.heterotrópicos.


MECANISMOS DE REGULACION DE LA MECANISMOS DE REGULACION DE LA ACTIVIDAD ENZIMÁTICAACTIVIDAD ENZIMÁTICA

INDUCCIÓN Y REPRESIÓN DE LA INDUCCIÓN Y REPRESIÓN DE LA SINTESIS DE ENZIMAS:SINTESIS DE ENZIMAS:– Generalmente se produce inducción o Generalmente se produce inducción o

represión cuando las concentraciones represión cuando las concentraciones de un metabolito aumentan, entonces de un metabolito aumentan, entonces se dispone mayor liberación celular de se dispone mayor liberación celular de enzimas para “controlar” el nivel del enzimas para “controlar” el nivel del metabolito.metabolito.

– Ejemplo : Hiperglucemia post prandial.Ejemplo : Hiperglucemia post prandial.


IMPORTANCIA CLÍNICA DE IMPORTANCIA CLÍNICA DE LAS ENZIMASLAS ENZIMAS

Es necesario recordar en el plasma hay Es necesario recordar en el plasma hay dos tipos de enzimas.dos tipos de enzimas.

El primer tipo de enzimas aparecen y se El primer tipo de enzimas aparecen y se detectan en el plasma producto de la detectan en el plasma producto de la secreción activa de ciertos tipos celulares secreción activa de ciertos tipos celulares (ejemplo (ejemplo cimógenoscimógenos))

El segundo tipo de enzimas, que es el más El segundo tipo de enzimas, que es el más numeroso, resulta de la descarga de las numeroso, resulta de la descarga de las células cuando se da el recambio celular.células cuando se da el recambio celular.


ENZIMAS PLASMÁTICAS Y ENZIMAS PLASMÁTICAS Y ENFERMEDADENFERMEDAD

La lesión o destrucción de tejidos puede La lesión o destrucción de tejidos puede generar liberación exagerada de enzimas generar liberación exagerada de enzimas extracelulares y esto permite detectar extracelulares y esto permite detectar enfermedades diversas.enfermedades diversas.

El ejemplo clásico es la elevación El ejemplo clásico es la elevación plasmática brusca de plasmática brusca de AlaninotransferasaAlaninotransferasa en lesiones hepatocelulares ( ejemplo una en lesiones hepatocelulares ( ejemplo una infección por virus de la hepatitis B)infección por virus de la hepatitis B)


ENZIMAS PLASMÁTICAS Y ENZIMAS PLASMÁTICAS Y ENFERMEDADENFERMEDAD

En la obstrucción intra o extrahepática de la En la obstrucción intra o extrahepática de la vía biliar se incrementa notablemente la vía biliar se incrementa notablemente la fosfatasa alcalinafosfatasa alcalina..

En los pacientes con cáncer de próstata y En los pacientes con cáncer de próstata y metástasis óseas y destrucción de hueso metástasis óseas y destrucción de hueso hay aumento plasmático de las hay aumento plasmático de las fosfatasas fosfatasas ácidas prostáticas.ácidas prostáticas.

Destrucción de fibra muscular estriada Destrucción de fibra muscular estriada esqueléticaesquelética : ALDOLASAS aumentadas en el : ALDOLASAS aumentadas en el plasma.plasma.


Aplicaciones médicas de la Aplicaciones médicas de la Inhibición EnzimáticaInhibición Enzimática

Usando los antibióticos del grupo de los Usando los antibióticos del grupo de los Betalactámicos se logra inhibir las Betalactámicos se logra inhibir las enzimas que controlan la síntesis de la enzimas que controlan la síntesis de la pared celular. pared celular.

Efecto final : Bacterias destruidas porque Efecto final : Bacterias destruidas porque se quedan sin la pared celular: Se curan se quedan sin la pared celular: Se curan las infecciones generadas por estos las infecciones generadas por estos gérmenes.gérmenes.


Aplicaciones médicas de la Aplicaciones médicas de la Inhibición EnzimáticaInhibición Enzimática

Normalmente, en el organismo humano existe Normalmente, en el organismo humano existe una una Enzima Convertidora de Angiotensina Enzima Convertidora de Angiotensina ( ECA )( ECA )de manera que la ECA hace que pase la de manera que la ECA hace que pase la Angiotensina I a Angiotensina II.Angiotensina I a Angiotensina II.

El problema es que Angiotensina II produce El problema es que Angiotensina II produce vasoconstricción: vasoconstricción: Aumenta la presión arterial.Aumenta la presión arterial.

Se han diseñado medicamentos que inhiben la Se han diseñado medicamentos que inhiben la ECA ( IECAs) y son captopril, enalapril.ECA ( IECAs) y son captopril, enalapril.


MUCHAS GRACIAS POR SU GENTIL ATENCIONMUCHAS GRACIAS POR SU GENTIL ATENCION

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