Introducción a la Enzimología

Catálisis Ea Ea’ DG DG Reacción catalizada Reacción no catalizada

Enzima: Proteína dotada de actividad catalítica - Enzimas proteolíticas - Desnaturalización de enzimas - Purificación de enzimas - Síntesis completa de una enzima A partir de 1982, se sabe que no todas las enzimas son proteínas; existen moléculas de RNA con actividad cata- lítica, las llamadas ribozimas

Las enzimas cumplen su papel catalítico gracias a: - Fijación estereoquímicamente complementaria del substrato - Transformación catalítica del mismo En ambas funciones participan: - Cadenas laterales de los aminoácidos - Grupos o moléculas no proteicas: - Grupos prostéticos - Iones metálicos - Cofactores

En la catálisis química se distingue entre: - Catálisis homogénea, cuando catalizador y reactivos están en la misma fase físicoquímica: Por ejemplo, la hidrólisis ácida de la sacarosa. - Catálisis heterogénea, cuando catalizador y reactivos están en distinta fase físicoquímica: por ejemplo, la reacción en fase gaseosa entre N2 y H2 para formar amoníaco (proceso Haber), que es catalizada por metales (sólidos) La catálisis enzimática tiene características de ambas

Los siguientes hechos: - Especificidad de la reacción enzimática - Carácter heterogéneo de la catálisis enzimática Nos llevan a postular la existencia de un Centro Activo en la molécula de enzima, capaz de: - Fijar específicamente al substrato - Transformarlo catalíticamente.

Lisozima y su substrato

Substrato: molécula(s) sobre la(s) que actúa la enzima Actividad enzimática: velocidad a la que cursa la reacción enzimática Velocidad: variación de la concentración en la unidad de tiempo Unidades: katal: moles.s-1 U.I.: mmoles.min-1 (a 25ºC) La velocidad es directamente proporcional de la concentración de enzima; por tanto, la velocidad es una medida de la concen- tración de enzima en una preparación.

Activador: Agente que aumenta la actividad enzimática Inhibidor: Agente que disminuye la actividad enzimática Inhibidor reversible: establece un equilibrio con la enzima: E + I EI Inhibidor irreversible: modifica químicamente a la enzima: E + I E’

Cofactor (Coenzima): Átomo, ion o molécula que participa en el proceso catalítico sin ser enzima ni substrato. Los cofactores participan de dos maneras distintas: 1. A través de una fijación muy fuerte a la proteína y salen sin ser modificados del ciclo catalítico 2. Como un segundo substrato; salen modificados del ciclo catalítico y por lo general requieren otra enzima para volver al estado original.

LAO: L-aminoácido oxidasa: es una flavoproteína Las flavoproteínas tienen un grupo prostético flavínico, que interviene en el proceso catalítico sin salir modificado del mismo

LDH: Lactato deshidrogenasa Utiliza como cofactor NADH, el cual sale de la reacción oxidado a NAD+. La regeneración a NADH requeriría otra enzima.

Isoenzimas: formas moleculares distintas de una enzima dentro del mismo organismo Hexokinasa: Presenta, al menos, cuatro formas distintas - Hepática - Cerebral - Muscular - Eritrocitaria Las isoenzimas representan formas que tienen que ver con la diferenciación celular, presentando distintas características funcionales.

Especificidad de las enzimas, 1 Especificidad absoluta: Enzima: Fumarato hidratasa Específica para el isómero trans- por un lado y para el L- por otro.

Especificidad de las enzimas, 2 Especificidad de grupo: Las carboxilesterasas hidrolizan todo tipo de ésteres, independien- temente de la naturaleza de R o R’

Otras características de la acción enzimática Eficiencia catalítica En ocasiones llega a ser enorme; con números de recambio del orden de 108 s-1 Las enzimas que han llegado a este límite reciben el nombre de Enzimas plenamente evolucionadas, ya que un incremento en la actividad no tendría sentido al superar la velocidad de difusión de los substratos.

Teorías de la acción enzimática, 1 Modelo de Llave y Cerradura (Emil Fischer) Substrato y enzima se acoplan de forma estereospecífica, de la misma manera que una llave se ajusta a su cerradura. Modelo aceptado durante mucho tiempo; hoy se considera insuficiente al no explicar algunos fenómenos de la inhibi- ción enzimática, por ejemplo

Teorías de la acción enzimática, 2 Modelo de Ajuste Inducido (Koshland) Tanto la enzima como el substrato sufren una alteración en su estructura por el hecho físico de la unión. Está mucho más de acuerdo con todos los datos experimen- tales conocidos hasta el momento.

Teorías de la acción enzimática, 3 La teoría del Ajuste Inducido se amplía en la actualidad definiendo la acción enzimática como Estabilización del Estado de Transición Según lo cual, el Centro Activo enzimático es en realidad complementario no al substrato o al producto, sino al estado de transición entre ambos.

Substrato: un éster Estado de transición: intermediario tetraédrico, inestable Productos

Análogo de Estado de Transición Derivado fosforilado, que no es substrato de la reacción, pero que por su analogía estructural ocupa el centro activo de la enzima e inhibe fuertemente a la reacción