1 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

2 Características de enzimasContienen un centro activo Reducen energía de activación Altamente específicas

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

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

5 Complejo enzima-sustratoE + 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

6 Acción enzimática

7 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.

8 Relación entre concentración de sustrato y velocidad de reacción

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

10 Efectos ambientales: Temperatura

11 Efectos ambientales: pH

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

14 Modelo de llave y cerradura

15 Acomodo-inducido

16 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

17 Piruvato decarboxilasa

18 Clasificación de enzimas1.Oxidoreductasas 2.Transferasas 3.Hidrolasas 4.Liasas 5.Isomerasas 6.Ligasas

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

20 Reducción de piruvato/ Oxidación de lactato

21 NAD+ y NADH : nicotinamida adenina dinucleótido

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

23 Una transmetilasa

24 Hidrolasas: catalizan reacción de hidrólsisA-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

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

26 Isomerasas: catalizan la isomerización de un isómero a otro

27 Ligasas: catalizan la condensación de dos moléculas

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

29 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.

30 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

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

32 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

33 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.

34 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

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

36 Vitaminas y coenzimas

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

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

39 Alosterismo: Positivo y negativoAlosterísmo (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.

40 Alosterismo positivo

41 Alosterismo negativo

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

43 Cinética del alosterismo

44 Inhibición por retroalimentación:

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

46 Ejemplosde zimógenos

47 Movimiento de zimógenos

48 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

49 Reacción vs. inhibición

50 HIV Proteasa con inhibidor Ritonavir