El documento describe las propiedades y factores que afectan la actividad de las enzimas. Las enzimas son proteínas que actúan como catalizadores, rebajando la energía de activación necesaria para que ocurran las reacciones bioquímicas. Su actividad puede verse afectada por factores ambientales como el pH y la temperatura, así como por la presencia de cofactores, activadores e inhibidores.

1. ENZIMAS Javier Medina Domínguez Se autoriza la utilización de este material con citación expresa del autor del mismo

2. ENZIMAS Son proteínas que actúan como catalizadores: Modificando la velocidad de la reacción que catalizan Rebajando la energía de activación de la reacción que regulan.

3. ENZIMAS Para que una reacción se lleve a cabo las moléculas deben alcanzar un estado energético determinado (energía de activación). Puede conseguirse esta energía, de dos formas:

4. ENZIMAS Aumentando la temperatura. Sin embargo, las enzimas se desnaturalizan a esa T. Además, esa energía debe proceder de otra reacción, lo que aumenta el gasto energético.

5. ENZIMAS Con enzimas Las enzimas rebajan la energía de activación

6. ENZIMAS Sin enzimas

7. ENZIMAS Con enzimas

8. ENZIMAS Con enzimas Sin enzimas

9. ENZIMAS : PROPIEDADES DE LAS REACCIONES ENZIMÁTICAS EFICACIA DE LA CATÁLISIS ESPECIFICIDAD REGULACIÓN REVERSIBILIDAD

10. ENZIMAS : PROPIEDADES DE LAS REACCIONES ENZIMÁTICAS EFICACIA DE LA CATÁLISIS Son los catalizadores más potentes: actúan en concentraciones muy pequeñas La velocidad de catálisis es muy alta (10 8 -10 20 veces que sin enzimas) El rendimiento es muy alto Las condiciones de reacción son suaves (fisiológicas)

11. ENZIMAS : PROPIEDADES DE LAS REACCIONES ENZIMÁTICAS EFICACIA DE LA CATÁLISIS ESPECIFICIDAD Puede ser: Absoluta o de sustrato . (v.g. ureasa) Relativa o de reacción Estereospecificidad (v.g. D-aminooxidasas) De grupo (v.g. hexoquinasas) De clase (v.g. estearasas)

12. ENZIMAS : PROPIEDADES DE LAS REACCIONES ENZIMÁTICAS EFICACIA DE LA CATÁLISIS ESPECIFICIDAD

13. ENZIMAS : PROPIEDADES DE LAS REACCIONES ENZIMÁTICAS EFICACIA DE LA CATÁLISIS ESPECIFICIDAD REGULACIÓN Mediante la cantidad de enzima , regulando la expresión génica (transcripción) Mediante el control de la actividad enzimática

14. ENZIMAS : PROPIEDADES DE LAS REACCIONES ENZIMÁTICAS EFICACIA DE LA CATÁLISIS ESPECIFICIDAD REGULACIÓN REVERSIBILIDAD Mecanismos de irreversibilidad: Salto energético grande Compartimentación celular de algún paso, lo que separa enzima y sustrato

15. Nomenclatura histórica: SUSTRATO + ACTIVIDAD + SUFIJO(asa) (v.g. gluco quin asa ) SUSTRATO + SUFIJO(asa) (v.g. ure asa ) DONADOR + ACEPTOR + ACTIVIDAD + SUFIJO(asa) (v.g. oxalacetil amino transfer asa ) Nomenclatura IUB (1972): 6 grupos según la reacción catalizada ENZIMAS Nomenclatura

16. ENZIMAS Nomenclatura Sin transferencia de hidrógenos OXIDORREDUCTASAS Regulan reacciones REDOX Existen dos tipos esenciales: Con transferencia de hidrógenos Sin transferencia de hidrógenos

17. ENZIMAS Nomenclatura OXIDORREDUCTASAS Regulan reacciones REDOX Existen dos tipos esenciales: Con transferencia de hidrógenos Sin transferencia de hidrógenos Con transferencia de hidrógenos

18. ENZIMAS Nomenclatura TRANSFERASAS Transfieren grupos funcionales

19. ENZIMAS Nomenclatura HIDROLASAS Rotura de enlaces por medio de agua

20. ENZIMAS Nomenclatura LIASAS Rotura o formación de moléculas sin intervención de agua. Suele producirse adición a dobles enlaces: C=C, C=O, C=N

21. ENZIMAS Nomenclatura ISOMERASAS Cambio de posición de grupos dentro de la molécula

22. ENZIMAS Nomenclatura LIGASAS O SINTETASAS Formación de enlaces con rotura de ATP

23. ENZIMAS Mecanismo de actuación Activación del complejo enzima-sustrato Transformación del complejo E-S en E-P (enzima-productos) Formación del complejo enzima-sustrato Liberación de los productos y de la enzima

24. Púlsame

25. ENZIMAS Cinética enzimática Es la concentración de sustrato a la que la velocidad de reacción es la mitad de la velocidad máxima. Es una medida de la afinidad de la enzima por el sustrato: K M alta  AFINIDAD baja

26. ENZIMAS Cinética enzimática ¿Cómo calcular la velocidad máxima?

27. ENZIMAS Factores que influyen en la actividad enzimática Moduladores ambientales pH Cada enzima tiene su pH óptimo de actuación

28. ENZIMAS Factores que influyen en la actividad enzimática Moduladores ambientales pH T La velocidad enzimática aumenta con la T hasta un valor crítico en el que la proteína se inactiva por desnaturalización

29. ENZIMAS Factores que influyen en la actividad enzimática Moduladores ambientales pH T  Cocatalizadores Activadores e inhibidores La concentración salina puede llegar a precipitar una proteína e inactivarla

30. ENZIMAS Factores que influyen en la actividad enzimática Moduladores ambientales Cocatalizadores Algunas enzimas requieren la presencia de una molécula no proteica para la catálisis: son las proteínas CONJUGADAS u HOLOENZIMAS APOENZIMA: parte proteica Según la complejidad de la porción no proteica: Cofactor Coenzima Grupo prostético

31. ENZIMAS Factores que influyen en la actividad enzimática Moduladores ambientales Cocatalizadores

32. ENZIMAS Factores que influyen en la actividad enzimática Moduladores ambientales Cocatalizadores

33. ENZIMAS Factores que influyen en la actividad enzimática Moduladores ambientales Cocatalizadores GRUPO PROSTÉTICO

34. ENZIMAS Factores que influyen en la actividad enzimática Moduladores ambientales Cocatalizadores Activadores e Inhibidores REGULACIÓN ALOSTÉRICA La unión no covalente de una molécula a la enzima, en un sitio diferente del centro activo ( sitio alostérico ) provoca un cambio conformacional que modifica la afinidad de la enzima por el sustrato. El regulador alostérico puede ser activador o inhibidor Púlsame

35. ENZIMAS Factores que influyen en la actividad enzimática Moduladores ambientales Cocatalizadores Activadores e Inhibidores REGULACIÓN ALOSTÉRICA Las enzimas alostéricas son grandes, oligoméricas y su cinética no se ajusta a la curva de Michaelis-Menten, por presentar cooperativismo : La unión del sustrato a un centro activo favorece la unión de más sustratos a los demás centros activos de las demás subunidades. Púlsame

36. ENZIMAS Factores que influyen en la actividad enzimática Moduladores ambientales Cocatalizadores Activadores e Inhibidores REGULACIÓN ALOSTÉRICA TIPOS

37. ENZIMAS Factores que influyen en la actividad enzimática Moduladores ambientales Cocatalizadores Activadores e Inhibidores REGULACIÓN NO ALOSTÉRICA (ISOSTÉRICA) El inhibidor o activador actúa sobre el centro activo. La enzima muestra una cinética de Michaelis-Menten, aunque alterada respecto de la gráfica normal. Puede ser: IRREVERSIBLE: si el enzima queda modificado covalentemente, alterando su estructura terciaria. Su reversión requiere la acción enzimática. REVERSIBLE: La inactivación no es permanente.

38. ENZIMAS Factores que influyen en la actividad enzimática INHIBICIÓN IRREVERSIBLE Ejemplo: zimógenos o proenzimas

39. ENZIMAS Factores que influyen en la actividad enzimática Ejemplo: compuestos organofosforados : Actúan sobre enzimas serínicas Únicamente sobre la Ser activa Insecticidas: Parathion, Malathion Inhibidores de la Acetilcolinesterasa Neurogases INHIBICIÓN IRREVERSIBLE DFP: Diisopropil fluorofosfato Los animales envenenados con este gas quedan paralizados, debido a la imposibilidad de transmitir adecuadamente los impulsos nerviosos.

40. ENZIMAS Factores que influyen en la actividad enzimática Ejemplo: ligandos de coordinación de metales : Cianuro : bloquea el Fe hemínico de la citocromoxidasa –enzima de la cadena respiratoria-, impidiendo toda modificación posterior, por lo que es muy tóxico Agentes quelantes ( EDTA : tetracetato de etilendiamina: quelación del calcio en la aterosclerosis; eliminación de metales pesados (Pb) de aguas, suelos y sangre; detergente, anticoagulante (captura calcio) e inactivación de enzimas que afectan al ADN INHIBICIÓN IRREVERSIBLE

41. ENZIMAS Factores que influyen en la actividad enzimática INHIBICIÓN REVERSIBLE La inactivación no es permanente. Según su modo de actuación puede ser: Competitiva : se unen al centro activo del enzima Acompetitiva : se une al complejo E-S No competitiva : puede unirse a ambos E + S E-S E-P Ic Iac Inc

42. ENZIMAS Factores que influyen en la actividad enzimática INHIBICIÓN REVERSIBLE: COMPETITIVA El inhibidor se fija al centro activo de la enzima libre, impidiendo la fijación del substrato. Los inhibidores compiten con el sustrato por el centro activo, debido a su similar estructura espacial. Se revierte su efecto aumentando la concentración de sustrato

43. ENZIMAS Factores que influyen en la actividad enzimática INHIBICIÓN REVERSIBLE: COMPETITIVA Inhibición de la succinato deshidrogenasa por malonato u oxalacetato

44. ENZIMAS Factores que influyen en la actividad enzimática INHIBICIÓN REVERSIBLE: COMPETITIVA Inhibición de la succinato deshidrogenasa por malonato u oxalacetato

45. INHIBICIÓN REVERSIBLE: ACOMPETITIVA El inhibidor se une al complejo E-S, inactivándolo. La inhibición acompetitiva es poco frecuente en las reacciones de un solo sustrato, pero es corriente en las reacciones de dos sustratos. ENZIMAS Factores que influyen en la actividad enzimática

46. ENZIMAS Factores que influyen en la actividad enzimática INHIBICIÓN REVERSIBLE: NO COMPETITIVA El inhibidor se fija a la enzima independientemente de que lo haga o no el substrato; el inhibidor, por tanto, no impide la fijación del substrato a la enzima, pero sí impide la acción catalítica. Esta inhibición se caracteriza por que no se puede revertir el efecto del inhibidor, aumentando la concentración del substrato. Ejemplo : inhibición de la deshidrogenasa del gliceraldehido-3-fosfato por la yodo-acetamida : Enzima-SH + I-CH 2 - CONH 2 Enzima-S- CH 2 - CONH 2 + IH

47. ENZIMAS Factores que influyen en la actividad enzimática INHIBICIÓN REVERSIBLE: CINÉTICA DE LA INHIBICIÓN

48. ENZIMAS Factores que influyen en la actividad enzimática INHIBICIÓN REVERSIBLE: CINÉTICA DE LA INHIBICIÓN = Inc = Iac = Ic K M aparente Pendiente Vmax Tipo

49. INHIBICIÓN MIXTA: SUSTRATOS SUICIDAS Son inhibidores activados enzimáticamente . Se trata de moléculas que se unen al centro activo de manera específica, igual que el substrato o los inhibidores competitivos. Una vez unidos al centro activo, la enzima transforma la molécula en una especie química muy reactiva que modifica covalentemente a la enzima, inactivándola. Tienen por tanto la especificidad del inhibidor competitivo y la potencia de los inhibidores irreversibles ENZIMAS Factores que influyen en la actividad enzimática

50. ENZIMAS Factores que influyen en la actividad enzimática INHIBICIÓN MIXTA: SUSTRATOS SUICIDAS E + I EI EI* E’ + I* 1 2 3 El inhibidor se fija a la enzima 2. La acción catalítica de la enzima convierte al inhibidor I en una especie altamente reactiva I* 3. I* modifica covalentemente a la enzima, inactivándola de forma definitiva al igual que un inhibidor irreversible.

51. ENZIMAS Factores que influyen en la actividad enzimática INHIBICIÓN MIXTA: SUSTRATOS SUICIDAS Ejemplo: Sistema de la monoaminooxidasa (MAO) cerebral Los estados depresivos , en general, están relacionados con un descenso en la concentración de neurotransmisores adrenérgicos (dopamina, noradrenalina, etc.) en determinadas regiones del cerebro. Una de las enzimas encargadas de la degradación de estos neurotransmisores es la monoaminooxidasa (EC 1.4.3.4) . Por tanto, la inhibición de la monoaminooxidasa se emplea como tratamiento de los estados depresivos. Se han desarrollado muchos inhibidores suicidas de la MAO

52. ENZIMAS Factores que influyen en la actividad enzimática INHIBICIÓN MIXTA: SUSTRATOS SUICIDAS Ejemplo: Sistema de la monoaminooxidasa (MAO) cerebral Noradrenalina Dihidroxifenilglicol MAO

53. ENZIMAS Factores que influyen en la actividad enzimática INHIBICIÓN MIXTA: SUSTRATOS SUICIDAS Ejemplo: Sistema de la monoaminooxidasa (MAO) cerebral La MAO es una flavoproteína : lleva como coenzima fundamental para la catálisis, el FAD. Los inhibidores suicidas de la MAO inactivan al FAD.

54. ENZIMAS Factores que influyen en la actividad enzimática INHIBICIÓN MIXTA: SUSTRATOS SUICIDAS Ejemplo: Sistema de la monoaminooxidasa (MAO) cerebral Inhibición suicida de la MAO mediante Pargilina Flavina Flavina INACTIVA pargilina

55. Es un modo de regulación que consiste en la existencia de distintas formas moleculares de una misma enzima que presentan o muestran especificidad por el mismo sustrato y realizan la misma función . Su distribución varía con los tejidos y la localización subcelular , de forma que unas se encuentran en el citoplasma, otras en las mitocondrias, algunas en cloroplastos, etc. Se diferencian entre sí por su composición de aminoácidos, al estar codificadas por genes distintos (con un origen evolutivo común, por duplicación génica) ENZIMAS Isoenzimas

56. ENZIMAS Isoenzimas La lactato deshidrogenasa cataliza la transformación de pirúvico a láctico, que se produce en condiciones de anoxia, dando lugar a una fermentación a partir de la glucosa.

57. ENZIMAS Isoenzimas Está formada por 5 isoenzimas, con el mismo peso molecular, con una estructura tetramérica: combinaciones de 2 tipos de cadenas, M y H. LDH-1 (H 4 ): en corazón , músculos y eritrocitos. LDH-2 (H 3 M): en sistema retículoendotelial y leucocitos. LDH-3 (H 2 M 2 ): en pulmones. LDH-4 (HM 3 ): en riñones, placenta y páncreas. LDH-5 (M 4 ): en hígado y músculo esquelético .

58. ENZIMAS Isoenzimas

59. ENZIMAS Isoenzimas Estas isoenzimas presentan carácterísticas cinéticas distintas. V máx pequeña Especializado en el uso aeróbico del pirúvico. Sólo se emplea la ruta anaeróbica en emergencias. K M piruvato alta (afinidad baja) H4 V máx alta Tejido especializado en el uso anaeróbico de la glucosa con alta formación de lactato K M piruvato baja (afinidad alta) M4

60. ENZIMAS Sistemas multienzimáticos Son asociaciones de enzimas que realizan funciones complementarias, actuando de modo secuencial , catalizando reacciones consecutivas: el producto de una reacción es el sustrato de la siguiente. La eficacia de la reacción aumenta, al favorecer el encuentro del enzima y el sustrato. Existen dos niveles de asociación : Complejos multienzimáticos : existe unión covalente entre las enzimas. Generalmente estas enzimas no funcionan fuera del complejo. Ej: sintetasa de ácidos grasos de levadura (7 enzimas) Asociación a membranas . Ej: cadena respiratoria en la membrana mitocondrial interna.

61. ENZIMAS Sistemas multienzimáticos Púlsame