ENZIMAS Bioquimica, CHEM 4220 Universidad Interamericana de PR Recinto de Bayamón J. Roberto Ramirez Vivoni, Ph.D. Alberto L. Vivoni Alonso, Ph.D. abril 2015

Características de enzimas Contienen un centro activo Reducen energía de activación Altamente específicas

¿Cómo funcionan las enzimas? Asistidas por: Cofactores: grupos inorgánicos o metales Coenzimas: grupos orgánicos Grupos prostéticos (fuertemente enlazados) Activadores o efectores (alostéricos)

¿Como funcionan las enzimas ¿Como funcionan las enzimas? Efecto de enzima sobre la energía de activación:

Complejo enzima-sustrato E + S ⇌ES → EP ⇌E + P Centro activo: bolsillo o ranura en superficie donde se une el sustrato La forma del centro activo complementa la forma del sustrato La enzima atrae y retiene el sustrato via fuerzas no-covalentes débiles

Acción enzimática

Efecto enzimático •Aplica tensión a un enlace para facilitar su rompimiento. •Coloca dos reactivos cerca y en la orientación correcta. •Modificael pH del microambiente alrededor del sustrato.

Relación entre concentración de sustrato y velocidad de reacción

Factores que afectan función enzimática Inhibidores (drogas y venenos) Activadores o efectores alostéricos Temperatura y pH Concentración del sustrato

Efectos ambientales: Temperatura

Efectos ambientales: pH

Modelos de acción enzimática Llave-cerradur: proporciona una representación gráfica sencilla(Fischer) Acomodo-inducido: centro activo flexible que aproxim a la forma del sustrato. (Koshland, 1958)

Modelo de llave y cerradura

Acomodo-inducido

Nomenclatura de enzimas “asa” •Nombre común se deriva del sustrato: urea → ureasa, lactosa→ lactasa •Nombre por reacción: oxidación→ oxidasa, decarboxilación→ decarboxilasa •Combinaciones: piruvatohidrogenasa •Nombres históricos: pepsina, quimotripsina, tripsina, catalasa

Piruvato decarboxilasa

Clasificación de enzimas 1.Oxidoreductasas 2.Transferasas 3.Hidrolasas 4.Liasas 5.Isomerasas 6.Ligasas

Oxidación y reducción Oxidación Pérdida de electrones Adición de oxígeno Eliminación de hidrógeno Reducción Ganancia de electrones Eliminacion de oxígeno Adición de hidrógeno

Reducción de piruvato/ Oxidación de lactato

NAD+ y NADH : nicotinamida adenina dinucleótido

Transferasas: catalizan transferencia de un grupo de una molécula a otra

Una transmetilasa

Hidrolasas: catalizan reacción de hidrólsis A-O-B + H2O → A-OH + HO-B A-N-B + H2O → A-NH + HO-B Ejemplos : Amilasas: hidrolizan amilosa Lactasa: hidroliza lactosa Lipasas: hidrolizan el ester de triglicéridos Peptidasas: hidrolizan el enlace peptídico

Liasas: catalizan la adición a un enlace doble o eliminación de un grupo formando un enlace doble Ejemplo: CO2 + H2O → H2CO3

Isomerasas: catalizan la isomerización de un isómero a otro

Ligasas: catalizan la condensación de dos moléculas

Identifique la clasificación: Alanilglicina más agua→ alanina y glicina Glucosa y ATP → G6P más ADP Malato → oxalacetato Dihidroxiacetonafosfato→ gliceraldehido-3-fosfato

Especificidad de enzimas •Absoluta: cataliza reacción de un solo sustrato. •De grupo: cataliza procesos de moléculas similares con el mismo grupo funcional. •De enlace: cataliza formación o rotura de un enlace particular. •Estereoquímica: distingue entre un estereoisómero de otro.

Especificidad de enzimas •De enlace : cataliza formación o rotura de un enlace particular. ejemplo: tripsina hidroliza enlace peptídico •Estereoquímica: distingue entre un estereoisómero de otro. ejemplo: casi todas las enzimas poseen esta especificidad, sacarosas D, AA-L

Cofactores Entidades asociadas a las enzimas y que típicamente no se componen de aminoácidos grupos prostéticos cofactores metálicos coenzimas

Grupos prostéticos Grupo no-protéico fuertemente enlazado a una proteína que forma parte de su estructura cuaternaria. A la proteína con un grupo prostético se la llama “conjugada”. Ejemplos: Hemoglobina, glicoproteinas membránicas

Cofactores metálicos Generalmente, iones metálicos (Zn+2,Cu+1 ) asociados a una enzima para mantener la configuración del centro activo de forma correcta y así poder unir el sustrato. De no estar presente el ion metálico, la enzima pierde su función biológica.

Coenzimas Algunas enzimas requieren una unión temporera con una coenzima, generalmente via puentes de H. Las coenzimas sirven de transportadores de electrones o grupos químicos. Ej. NADH, FADH, CoA, ácidotetrafólico

Vitaminas Sustancia requerida en la dieta en pequeñas cantidades que son utilizadas para generar coenzimas, ej. Niacina a nicotinamida dinucleótido

Vitaminas y coenzimas

NAD+ (Nicotinamida dinucleótido) y Niacina (Vitamina B3 o ácido nicotínico)

Métodos de control enzimático •Enzimas alostéricas •Inhibición por retroalimentación (un tipo de alosterismo) •Zimógenos

Alosterismo: Positivo y negativo Alosterísmo (modulación) positiva o activación alostérica •Un ligando (modulador o “efector”) aumenta la atracción entre el sustrato y el centro activo. Alosterísmo(modulación) negativa o inhibición alostérica •Un ligando disminuye la afinidad por el sustrato en el centro activo.

Alosterismo positivo

Alosterismo negativo

Caso de hemoglobina (Hb) •CO2 actua como modulador negativo en la función de Hb cargar oxígeno. •CO2 reduce la afinidad de Hb para oxígeno.

Cinética del alosterismo

Inhibición por retroalimentación:

Zimógenos Precursor inactivo de una enzima. Requiere un cambio bioquímico para formar la enzima activa.

Ejemplosde zimógenos

Movimiento de zimógenos

Tipos de inhibición enzimática •Reversibles: se asocian de forma no-covalente, igual que el sustrato natural •Irreversibles: reaccionan con enzima y la modifican químicamente •Competitivos: compiten con sustrato por el centro activo •No-competitivos: Se asocian a otras partes de la enzima que no es el centro activo

Reacción vs. inhibición

HIV Proteasa con inhibidor Ritonavir