Enzimas 1

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    1. 1. ENZIMASMecanismos de Acción y Cinética Enzimática
    2. 2. Dr. Fidel Guevara LaraProfesor Investigador Titular CDepartamento de Química,Centro de Ciencias BásicasUniversidad Autónoma de AguascalientesEdificio 202, Av. Universidad 940, Cd. Universitaria,Aguascalientes, Ags. 20100, México.Cubículo: Edificio 35Laboratorio: Edificio 23, Tel. 910-7400 Ext. 357Tel. Ofic. Depto. Química: (449) 910-8414 (recados)Fax: (449) 910-8401 (Decanato).E-mail: fguevaralara@yahoo.com.mx fguevara@correo.uaa.mx
    3. 3. ENZIMASProteínas y RNAs (ribozimas): Catalizan las reaccionesquímicas que hacen posible la vida.Importancia Biomédica Degradación de nutrientes Generación de energía y elementos de construcción celulares Ensamble de elementos de construcción Proteínas, membranas, ácidos nucleicos, etc. Ribozimas (RNA catalítico) Deficiencias en calidad y cantidad de actividad enzimática Defectos genéticos Déficits nutricionales Toxinas Fármacos (inhibición de enzimas) Terapia génica (remediar déficits)
    4. 4. ENZIMASImportancia BiomédicaEl análisis de ciertas enzimas ayuda al diagnóstico de enfermedades.Principales enzimas séricas usadas en diagnóstico clínicoAminotransferasas (AT) AspAT Infarto al miocardio AlaAT Hepatitis viralAmilasa Pancreatitis agudaCreatíncinasa Desórdenes musculares e infarto al miocardioγ-Glutamiltranspeptidasa Enfermedades del hígadoLactato deshidrogenasa Infarto al miocardioLipasa Pancreatitis agudaFosfatasa ácida Carcinoma metastásico de próstataFosfatasa alcalina Desórdenes de huesos, enfermedades obstructivas del hígado.
    5. 5. ENZIMASImportancia AgroindustrialLas enzimas transforman la calidad/cantidad de alimentos y sus componentes.El análisis de ciertas enzimas ayuda a cuantificar ingredientes alimentarios,diagnósticar patógenos, enfermedades, etc.Algunas enzimas importantes y aplicaciones en alimentosAmilasas Hidrólisis de almidón, malteado, pan, bebidas alcohólicas, jarabes glucosados, fructosa.Proteasas Renina Cuajo, quesos. Papaína Detergentes biológicos Bromelaína Ablandador de carnesLipasas Detergentes biológicos, procesos de aceitesPolifenoloxidasas Oscurecimiento de papa, plátano, aguacate.Poligalacturonasas Maduración y ablandamiento de frutosLacasas Blanqueamiento de pulpa para papelPectinasas Jugos de frutas clarificados
    6. 6. ENZIMASQué son y qué hacen? Catalizadores altamente efectivos y específicos Catalizan conversión de sustrato(s) en producto(s) Aumentan velocidad de reacción al menos 1;000,000 de veces Catalizadores: No son consumidos ni alterados en la reacciónSelectividad Tipo de reacción catalizada (no cualquiera) Un solo sustrato o grupo de sustratos Estereoespecificidad (D-azúcares, no L) Por lo menos tres puntos de unión al sustratoRegulación
    7. 7. Perspectiva Histórica de las Enzimas Enzimología Siglo XIX, estudios de la fermentación y digestión. Joseph Gay-Lussac (1810): fermentación de azúcares en CO2 y etanol. Jacob Berzelius (1835): Primera teoría general de la catálisis química: Un extracto de malta llamado diastasa (α-amilasa) cataliza la hidrólisis del almidón mejor que el ácido sulfúrico. Louis Pasteur (mediados del siglo XIX): Procesos fermentativos sólo pueden ocurrir en la célula viva ("fuerza vital"). Justus von Liebig: Procesos biológicos son causados por la acción de sustancias químicas ("fermentos"). Friedrich Wilhelm Kühne (1878): Acuña enzima (en levadura). Hay algo en la levadura (aparte de la levadura misma) que cataliza las reacciones de la fermentación.
    8. 8. Perspectiva Histórica de las EnzimasEmil Fischer (1894): Las enzimas glicolíticas distinguen entre estereoisómeros de azúcares. Hipótesis de la llave y la cerradura.Eduard Buchner (1897): Obtiene un extracto de levaduras libre de células que puede sintetizar etanol a partir de glucosa.James Sumner (1926): Cristaliza la primera enzima (ureasa de frijol). Las enzimas son proteínas.John Northrop y Moses Kunitz (mediadosde los 30s): Ratifican la naturaleza proteica de las enzimas. Pepsina, tripsina y quimotripsina cristalizadas.1963: Primera secuencia de aminoácidos de una enzima - ribonucleasa A pancreática bovina.1965: Primera estructura de rayos X dilucidada de una enzima - lisozima de clara de huevo de gallina.
    9. 9. Estereoespecificidad de las Enzimas
    10. 10. Nomenclatura de EnzimasNomenclatura trivial: Tipo de reacción o sustrato + sufijo “asa” Deshidrogenasa: Elimina hidrógenos del sustrato Proteasa: Hidrólisis de proteínas Isomerasa: Rearreglo de configuración Desventaja: Se presta a confusiones, ambigüedades, nombres raros, etc.Nomenclatura sistemática: Unión Internacional de Bioquímica y Biología Molecular (International Union of Biochemistry and Molecular Biology, IUBMB) Nombre y número de código: Reflejan el tipo de reacción catalizada y los sustratos involucrados Ejemplo: Hexocinasa ATP:D-hexosa-6-fosfotransferasa E.C. 2.7.1.1.
    11. 11. Nomenclatura de EnzimasNomenclatura sistemática: Ejemplo: Hexocinasa ATP:D-hexosa-6-fosfotransferasa E.C. 2.7.1.1. E.C.: Enzyme Commission Clase 2: Transferasas Suclase 7: Transferencia de un grupo fosforilo Sub-subclase 1: Un grupo alcohol es el aceptor del fosforilo Número 1: Designa a la hexocinasa propiamente dicha. ATP: Donador del grupo fosforilo D-hexosa-6-: Sólo el hidroxilo del carbono 6 de D-hexosas acepta el fosforilo
    12. 12. Clasificación de EnzimasClases1. Oxidorreductasas: Catalizan reacciones de oxidación-reducción2. Transferasas: Transferencia de grupos de una molécula donadora a una aceptora3. Hidrolasas: Ruptura hidrolítica de enlaces C-C, C-O, C-N y otros enlaces con adición de una molécula de agua4. Liasas: Catalizan formación de enlaces por eliminación (formando dobles enlaces). También añaden grupos a dobles enlaces.5. Isomerasas: Catalizan cambios geométricos o estructurales a las moléculas sustrato.6. Ligasas: Catalizan unión de dos moléculas acoplada a hidrólisis de ATP o moléculas de alta energía similares.
    13. 13. Clasificación de EnzimasSitios de Internet sobre Nomenclatura e Información de Enzimas http://www.chem.qmul.ac.uk/iubmb/enzyme Nomenclature Committee of the International Union of Biochemistry and Molecular Biology (NC-IUBMB) http://enzyme.expasy.org SwissProt ENZYME Enzyme nomenclature database http://www.brenda-enzymes.info BRENDA The Comprehensive Enzyme Information System http://www.enzyme-database.org ExplorEnz: The Enzyme database http://www.metacyc.org Metabolic Encyclopedia of enzymes and metabolic pathwaysTAREA: Recopilar y resumir 2 páginas de información (sin incluir laportada, sobre una enzima de su preferencia (por alumno), obtenidade las páginas web descritas arriba. Enviar como archivo PDF afguevaralara@yahoo.com.mxFecha límite: Martes 2 de Octubre del 2012, antes de medianoche.
    14. 14. Estructura de Enzimas Holoenzima = Apoenzima + Cofactor enzimático Sitio activo: Bolsa o ranura donde se lleva a cabo la reacción enzimática (catálisis). Ambiente adecuado para la reacción. Sitio alostérico: Sitio de unión de factor regulatorio. La unión modifica la estructura proteica y por lo tanto la funcionalidad.
    15. 15. Estructura de EnzimasCofactores EnzimáticosGrupos prostéticos Unión covalente al polipéptido. Ejem.: Hemo de la hemoglobinaCoenzimas Acarreadores reciclables (shuttles) Transportan sustrato de A a B Unión transitoria a la enzima (disociable, enlaces débiles). Ejem.: Flavín-mononucleótido (FMN) Flavín –adenín-dinucleótido (FAD) Óxidorreductasas Nicotín-adenín-dinucleótido (NAD) Pirofosfato de tiamina (vit. B1) Transferasas Ácido fólico, vit. B2, vit. B6, etc.Iones metálicos Unión iónica y de coordinación (fuerte, estable) Metaloenzimas
    16. 16. Grupo Prostético Común: Grupo Hemo Hemo: Protoporfirina + Fe
    17. 17. Coenzimas ComunesCoenzima Reacción DeficienciaBiocitina Carboxilación **Cobalamina Alquilación Anemia perniciosaCoenzimas de flavina Óxido-reducción **Coenz. de nicotinamida Óxido-reducción PelagraFosfato de piridoxal Transf. de aminos **Tetrahidrofolato Transf. de 1 C Anemia, y otrasPirofosfato de tiamina Transf. de aldehído BeriberiÁcido dehidroascórbico Hidroxilación Escorbuto ** No hay nombre específico, o la deficiencia es rara o no observada en humanos
    18. 18. Algunas Enzimas que Requieren Elementos Inorgánicos como CofactoresElemento inorgánico EnzimasFe (II) ó Fe (III) Citocromo oxidasa, catalasa, peroxidasa.Cu (II) Citocromo oxidasaZn (II) DNA polimerasa, anhidrasa carbónica, alcohol deshidrogenasaMg (II) Hexocinasa, glucosa-6-fosfatasaMn (II) ArginasaK (I) Piruvato cinasa [también requiere Mg (II)]Ni (II) UreasaMo Nitrato reductasaSe Glutatión peroxidasa
    19. 19. Actividad Enzimática Las enzimas son catalizadores. Aumentan la velocidad de la reacción respecto a la reacción no catalizada.
    20. 20. Actividad Enzimática Estado de transición Catalizadores: Disminuyen la barrera de energía de activación Estado de transición de la reacción. Energía de activación: Cantidad de energía (calorías ó Joules) necesaria para llevar a todas las moléculas al estado de transición.
    21. 21. Actividad Enzimática Catalizadores: Disminuyen la barrera de energía de activación de la reacción. Energía de activación: Cantidad de energía (calorías ó Joules) necesaria para llevar a todas las moléculas al estado de transición.
    22. 22. Actividad EnzimáticaUnidades para medirla1 Katal Cantidad de enzima que cataliza la transformación de 1 mol de sustrato por segundo en condiciones estándar.1 Unidad Cantidad de enzima que causa la transformación de 1 micromol de sustrato por minuto a 25 °C bajo condiciones óptimas de medición.Actividad Número de unidades de actividad enzimática porEspecífica miligramo de proteína. Medida de la pureza de la enzima.Número de Número de moléculas de sustrato transformadas porrecambio unidad de tiempo por una sola molécula de enzima. β-galactosidasa (intestino, lactasa) 12,500 / seg β-amilasa (malta): 1;100,000 / seg anhidrasa carbónica (eritrocitos) 36;000,000 / seg
    23. 23. Cinética Enzimática k1 kcat E+S ES E+P k2 Ecuación de Michaelis-Menten [S] V= Velocidad de reacciónV = Vmax [S] + Km Vmax = Velocidad máxima [S] = Conc. de sustrato Km = Constante de Michaelis Medida de la afinidad de la enzima por el sustrato.

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