TEMA: Introducción a la Enzimología Reacciones químicas: energía libre, equilibrio y función de los enzimas. Energía de activación y teoría del estado de transición. Propiedades generales de los catalizadores. Propiedades generales de los enzimas como catalizadores y como proteínas. Nomenclatura y clasificación de los enzimas.

Metabolismo = Coordinación de reacciones químicas Las reacciones bioquímicas se organizan en forma de rutas metabólicas coordinadas y reguladas Los enzimas son esenciales para el control de las rutas metabólicas

Funciones de los enzimas en las reacciones bioquímicas Los enzimas son el grupo más importante de proteínas con función dinámica. Aceleran las reacciones bioquímicas multiplicando su velocidad millones de veces. Unen moléculas denominadas sustratos. Liberan moléculas denominadas productos. El sitio de unión del sustrato se denomina centro activo.

Reacciones químicas: Energía libre y equilibrio La magnitud termodinámica que determina si una reacción química es posible es el cambio de energía libre de Gibbs (ΔG). ΔG < 0 indica que la reacción es favorable ΔG > 0 indica que la reacción no es favorable y que necesitaría un suministro de energía para producirse. Las reacciones químicas alcanzan un estado de equilibrio dinámico definido por la constante de equilibrio. En dicho estado ΔG=0. ΔG no da información sobre la velocidad de reacción. El que una reacción sea favorable (ΔG <0) no implica que transcurra a una velocidad apreciable.

Estado de transición en las reacciones químicas Energía libre de activación Energía libre, G Reacción favorable: ΔG <0 Estado basal S Estado basal P Progreso de la reacción La transformación del sustrato S en el producto P se produce a través de un estado de transición [ ⱡ ] con una energía libre superior

Reacciones Bioquímicas y Enzimas Reacciones posibles ENZIMAS Reacciones útiles Sin subproductos Coordinadas Veloces

Enzimas y Catalizadores Proteína globular que cataliza las reacciones bioquímicas CATALIZADOR: Sustancia o estructura que aumenta la velocidad de una reacción química sin verse alterada en el proceso global

Propiedades generales de los catalizadores 1. Aceleran las reacciones químicas sin consumirse 2. No hacen posibles reacciones imposibles desde el punto de vista de la termodinámica 3. No modifican el equilibrio final de la reacción 4. No modifican el balance energético de la reacción 5. Disminuyen la energía de activación del estado intermedio

Progreso de la reacción Catalizadores y Energía de activación Reacción no catalizada Energías de activación Energía libre Reacción catalizada Progreso de la reacción

¿Cómo se puede modificar la Energía de activación? DG+ DG+ DG+ S* S* S* s S* s s s P P P ESPONTANEA CALOR CATALIZADOR

Mecanismos de los Catalizadores y Enzimas

Mecanismos de los Catalizadores y Enzimas El centro activo del enzima posee más complementariedad con el estado de transición que con el sustrato.

Propiedades de los Enzimas como Catalizadores Eficacia Especificidad Ausencia de subproductos Funcionamiento en condiciones biológicas Actividad variable Capacidad de regulación

Propiedades de los Enzimas como Proteínas Labilidad Importancia de los enlaces no covalentes Desigualdad de tamaño enzima-sustrato En algunos casos requieren cofactores enzimáticos

Nomenclatura de los Enzimas 1. NOMENCLATURA ANTIGUA: SUFIJO -asa Nombre de la fuente u origen del enzima: Pancreasa Nombre del sustrato: Proteasa Tipo de reacción catalizada: Hidrolasa 2. NOMENCLATURA ACTUAL: Enzyme Commission [E.C.] de la IUBMB Clasificación de enzimas (6 clases) Asignación de código E.C.: 1.1.1.1 Nombre sistemático: Sustrato:Cosustrato Tipo de Reacción -asa Etanol:NAD+ Oxidorreductasa

Clasificación de los Enzimas CLASE TIPO DE REACCION CATALIZADA 1. OXIDO-REDUCTASAS Transferencia de electrones 20 subclases Sred + S’ox  Sox + S’red 2. TRANSFERASAS Transferencia de grupos 9 subclases S-grupo + S’  S’-grupo + S 3. HIDROLASAS Rotura hidrolítica de enlaces 11 subclases A-B + H2O  A-H + B-OH 4. LIASAS Rotura de enlaces A-B  A+B 7 subclases Salida de grupos CX-CY  C=C + X-Y Adición a dobles enlaces C=C + XY  CX-CY 5. ISOMERASAS Cambios internos 6 subclases Transferencias internas de grupos 6. LIGASAS Formación de enlaces mediante reacciones de 5 subclases condensación con gasto de energía (ATP) International Union of Biochemistry and Molecular Biology [IUBMB]

Enzimas y Catalizadores Otros catalizadores biológicos: Ribozimas: RNA catalítico Desoxirribozimas: DNA catalítico Abzimas: Anticuerpos catalíticos) Sinzimas: Enzimas sintéticos Ribozima Desoxiribozima Abzima Sinzima