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Prof. Responsable: Dra. Irma Gladis Rezza de Acosta Prof. Colaborador: Dra. Ana Cecilia Anzulovich Responsable de los Trabajos Prácticos: Dra. Alicia susana.

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1 Prof. Responsable: Dra. Irma Gladis Rezza de Acosta Prof. Colaborador: Dra. Ana Cecilia Anzulovich Responsable de los Trabajos Prácticos: Dra. Alicia susana Molina Colaborador de TP: Dra. Mariela Coria y Dra. Lorena Navigatore

2 QUIMICA BIOLOGICA Objetivos: I. Comprender las transformaciones energéticas celulares II. Establecer los principios de la bioenergética III. Discriminar las rutas metabólicas de biosíntesis Moléculas Biológicas - Estructura química Interacciones entre moléculas Degradación y síntesis celular de las moléculas Conservación y utilización de la energía en las células Mecanismos regulatorios

3 ENZIMAS: Naturaleza Química- Propiedades Generales- Evolución. Nomenclatura y Clasificación- Coenzimas y Grupos Prostéticos. Actividad Enzimática: Unidad de enzima- Actividad específica- Actividad molecular Conceptos de afinidad y cooperatividad enzimática Factores que afectan la actividad enzimatica: [Enzima]- pH – T- [S] actividad de agua. Inhibidores naturales de la actividad enzimática Mecanismo de regulación metabólica: Inhibición y activación por sustrato, niveles enzimáticos, modulación de la actividad de enzimas Regulación Enzimática: Enzimas alostéricas (propiedades y cinética)- Zimógenos- Modulación Covalente Isoenzimas: Propiedades e importancia. Homologos de enzimas

4 Jacob Berzelius, 1835(diastasa) Eduard Buchner 1897 (levaduras) James Sumner 1926 (ureasa) John Northrop y Moses Kunitz-1930 (pepsina,trip.y quimot) Ultimos 50 años (estructura y función) º Secuencia de aminoácidos ribonucleasa pancreatica bovina A 1965, 1º estructura Rx- Lisozima de clara de huevo de gallina 1983.Sidney Altman y Col El RNA de la ribonucleasa P tiene actividad catalítica. UN POCO DE HISTORIA

5 Ningún organismo puede vivir sin ENZIMAS La mayoría de las reacciones deben ser catalizadas para que ocurran en el tiempo y el momento que la célula lo requiere. Las enzimas deben ser sintetizadas correctamente, con las estructuras proteicas: primaria, secundaria, terciaria y cuaternaria si la tuviera Cualquier alteración de la síntesis de estas proteínas puede llevar a una patología

6 Transformación de nutrientes simples en moléculas complejas y viceversa Extracción de energía desde combustibles por oxidación Polimerización de subunidades para formar macromoléculas, etc

7 Transformación de moléculas complejas en moléculas simples y viceversa PAN PAPAS ARROZ ALMIDON GLUCOGENO (GLUCOSA) n n (GLUCOSA) ENZIMAS

8 PANCETA CHIZITOS CHORIZOS GRASAS TRIGLICERIDOS MONO TRIGLICERIDOS ENZIMAS GLICEROL +3 AC.GRASOS

9 La mayoría de las ENZIMAS (E) son PROTEINAS (excepción: la ribozima) Las ENZIMAS tienen la capacidad de AUMENTAR LA VELOCIDAD de las reacciones, por ello se denominan CATALIZADORES BIOLOGICOS La sustancia sobre las cuales actúan se denominan SUSTRATO (S)

10 COMPARTIMENTALIZACION: Diferentes localización dentro de la célula. SISTEMAS MULTIENZIMATICOS: Enzimas relacionadas agrupadas formando verdaderos complejos ENZIMAS MULTIFUNCIONALES: Una enzima que presenta distintos sitios catalíticos

11 ESTRUCTURA TERCIARIA Y CUATERNARIA SITIO DE UNION AL SUSTRATO (Sitio Activo) Uniones no Covalentes: Puente de hidrógeno Hidrofóbicas Electrostáticas NECESITAN DE FACTORES ENZIMATICOS: Inorgánicos (metales) y orgánicos (Coenzimas) ESPECIFICIDAD DE SUSTRATO: Estereoespecificidad y especificidad geométrica SON REGULABLES: La síntesis de la proteína, su actividad y degradación.

12 ALTA ESPECIFICIDAD Único sustrato Lactato Deshidrogenasa (LDH) LACTATO ESPECIFICIDAD RELATIVA Grupo de sustratos HexoquinasasHEXOSAS glucosa, manosa y fructosa

13 ENZIMA TOTAL PROTEÍNA TERMOLÁBIL NO PROTEÍNICA TERMOESTABLE HOLOENZIMAAPOENZIMA COENZIMA =+ COENZIMAS Transportadores de grupos funcionales Transportadores de electrones

14 Citocromo oxidasa Catalasa Peroxidasa Fe ++ ó Fe +++ Anhidrasa carbónica Zn ++ Piruvato quinasa K+K+ Hexoquinasa Glucosa-6-fosfatasa Piruvato quinasa Mg ++

15 Niacina NAD, NADP Ion Hidruro (:H - ) PDH GAD Riboflavina (Vit.B 2 ) FAD, FMN Electrones SDH Tiamina (Vit. B 1 ) PP-tiamina Aldehídos PDH, TC Acido fólico TH 4 Grupos monocarbonados Ser- Treon. Deshidrat. Acido lipoico Lipoamida Electrones y grupos acilos. PDH Piridoxina (B 6 ) P-piridoxal Transferencia grupos aminos GPT AAC-DESC GPT AAC-DESC Acido pantoténico Coenzima A Grupos acilo Tiolasa

16 AFINIDAD DE LA ENZIMA POR EL SUSTRATO COOPERATIVIDAD POSITIVA NEGATIVA HOMOTROPICA HETEROTROPICA Para una misma enzima que actúa sobre un grupo de sustrato, la afinidad varia de acuerdo al Sustrato

17 Enzima Producto SustratoEnzima E + S E + P Complejo ES

18 REACCION NO CATALIZADA REACCION CATALIZADA

19 P (*) G * cat G * reacción no catalizada S Energía Libre (G) Estado de transición Progreso de la reacción (*) ESEP

20 D-Glucosa Glucoquinasa GLUCOSA GLUCOSA-6P ATP ADP - P

21 ASA NOMBRE DEL SUSTRATO O DEL PRODUCTO CON LA TERMINACION ASA: sacarasa, ureasa, amilasa ALGUNAS TIENEN NOMBRES arbitrarios ptialina salival, pepsina del jugo gástrico CADA ENZIMA TIENE UN NOMBRE ASIGNADO POR LA COMISION INTERNACIONAL DE ENZIMAS (EC ) Clase - subclase - subsubclase - nº de orden Lactato deshidrogenasa

22 Oxido-reducción Rotura y formación de enlaces C-C Reorganizaciones internas Transferencia de grupos Reacciones de condensación

23 1-OXIDORREDUCTASAS 2. TRANSFERASAS Alcohol deshidrogenasa (EC ) Hexoquinasa (EC ) Clase - subclase - subsubclase - nº de orden Lactato deshidrogenasa

24 4. LIASAS 5. ISOMERASAS 6. LIGASAS Piruvato descarboxilasa (EC ) Fumarasa ó malato isomerasa (EC ) Piruvato carboxilasa (EC ) 3. HIDROLASAS Carboxipeptidasa A (EC )

25 Unidades Internacionales Cantidad de enzima que cataliza la transformación de 1 umol de S por minuto Actividad Específica Actividad enzimática por miligramo de proteína presente en la muestra Actividad Molecular ó Numero de Recambio Moléculas de S convertibles en P por unidad de tiempo y por molécula de enzima U.I.E. = mol de S transformados min 1 katal = 6 x 10 7 U.I.E. Actividad específica = U.I.E. mgr de proteína Actividad molecular = Mol de enzima mol de S transformados/min

26 ++ Prot.Tot: A B + D Actividad específica U.I.E. mgr de proteína == Activ. Enzimática Prot. totales

27 pH Temperatura Concentración de Enzima Concentración de Sustrato

28 Actividad enzimática pH

29

30 T(ºC) Actividad enzimática T. óptima actividad por de la temperatura de temperatura provoca desnaturalización

31 [E] v Concentración saturante de sustrato, pH y temp. constantes

32 Vo [S] Leonor Michaelis y Maud Menten

33 Pendiente= K m /V máx Intersección c/eje x = - 1/K m Ordenada al origen = 1/V máx.

34 INHIBICION REVERSIBLE INHIBICION IRREVERSIBLE COMPETITIVA NO COMPETITIVA ACOMPETITIVA POR ENLACE COVALENTE (Análogos del estado de transición) INHIBIDOR SUICIDA DIFP Quimotripsina Alopurinol Xantina oxidasa PenicilinaTranspeptidasa

35 COO - (CH 2 ) 2 COO - CH 2 COO - Succinato + FADH 2 Fumarato + FAD + Succinato deshidrogenasa Succinato Malonato

36 - Acetilcolinesterasa - Quimotripsina Enzima inactivada. Por unión covalente del inhibidor Diisopropilfluorfosfato (DFP)

37 . Inhibidor suicida Se une al sitio activo de la enzima y ésta cataliza la modificación del inhibidor a otro compuesto que permanece unido a la enzima. El ALOPURINOL es un inhibidor suicida que actúa sobre la enzima xantina oxidasa (degradación de purinas). Se forma el oxopurinol el cual queda unido a la enzima.

38 Diferentes formas moleculares de una misma enzima. Catalizan la misma reacción, actuando sobre el mismo sustrato para dar el mismo producto Son sintetizadas por genes diferentes Tienen diferente composición aminoacídica por lo que pueden separarse por electroforesis.

39 Son utilizadas en clínica para determinar el origen del tejido dañado Se encuentran ubicadas en diferentes compartimentos de la célula ó en diferentes tejidos. Dos isoenzimas presentan en general diferentes valores de Km y Vmáx.

40 Presenta 5 isoenzimas con distinta composición en cuanto a sus subunidades y c/u es específica de un tejido. H 4 H 3 MH 2 M 2 HM 3 M 4 M > Músculo H > Corazón

41 Hexoquinasa Glucoquinasa Actividad enzimática Km. hexqKm. glucq [glucosa mmol/l

42 REGULACION DE LA ACTIVIDAD DE LAS ENZIMAS REGULACION DE LA SINTESIS DE LAS ENZIMAS ENZIMAS INDUCIBLES ENZIMAS ALOSTERICAS REGULACION COVALENTE REGULACION POR PROTEINAS REGULACION POR PROTEOLISIS

43 Enzima 1 ENZIMA ALOSTERICA MODULADORES POSITIVOS MODULADORES NEGATIVOS Enzima 1234

44 PROPIEDADES DE LAS ENZIMAS ALOSTERICAS Poseen un sitio de unión a un metabolito regulador (sitio alostérico) La unión del metabolito a la enzima es de carácter reversible y no covalente. Son homotrópicas o heterotrópicas. En general poseen dos o mas sitios reguladores. La mayoría posee dos o mas cadenas polipeptídicas o subunidades. En general tienen un comportamiento cinético sigmoideo

45

46 v Aspartato (mM)

47 Hexoquinasa, Fosfofructoquinasa y Piruvato Quinasa Vía glicolítica AcetilCoA carboxilasa Biosíntesis de lípidos Aspartato Transcarbamilasa Biosíntesis de nucleó- tidos pirimidínicos Glutamato Deshidrogenasa Degradación de aminoácidos Citrato sintasa, isocitrato y a-cetoglutarato deshidrogenasas Ciclo de Krebs

48 Fosforilacion ADP-Ribosilación Enzima Fosfoadenilacion Enzima POR UNION COVALENTE DE GRUPOS (FOSFATOS, ADENILATOS, ETC.) INTERVIENEN ENZIMAS: QUINASAS, FOSFATASAS LA UNION DEL GRUPO PUEDE ACTIVAR O INHIBIR LA ENZIMA POR UN CAMBIO CONFORMACIONAL

49 Fosforilasa fosfatasa 2 Pi 2 H 2 O Fosforilasa quinasa ATP ADP Fosforilasa b P -O-CH 2 CH 2 - O- P Fosforilasa a (menos activa) (Cadena lateral de Ser) CH 2 - HOHO-CH 2

50 Por eliminación de una cadena peptídica, enzimas inactivas se convierten en enzimas activas y viceversa. Las enzimas digestivas: pepsinógeno y quimotripsinógeno se convierten en las enzimas activas pepsina y tripsina. Suele ocurrir una activación secuencial produciéndose una cascada de activaciones. Ej. Coagulación sanguínea. ZIMOGENOS

51 Modifican la actividad de enzimas involucradas en el metabolismo celular. Por ej. Indirectamente activando o inhibiendo la actividad de la glutamina sintetasa. RNA polimerasa: Asn, Gln, Glu, Lys y Arg forman enlaces hidrógenos con las bases del DNA


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