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ENZIMAS. Esteban Osorio Cadavid , PhD. Curso Biología Celular y Bioquímica I. ENZIMAS. Proteínas especificas que catalizan las reacciones químicas en los sistemas biológicos. Las enzimas aceleran las reacciones multiplicando su velocidad por un millón de veces, o aún más.
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ENZIMAS Esteban Osorio Cadavid, PhD. Curso Biología Celular y Bioquímica I
ENZIMAS Proteínas especificas que catalizan las reacciones químicas en los sistemas biológicos.
Las enzimas aceleran las reacciones multiplicando su velocidad por un millón de veces, o aún más. CO2 + H2O H2CO3 Cada molécula enzimática puede hidratar 105 moléculas de CO2 en un segundo. Esta reacción catalizada es 107 veces más rápida que la misma reacción no catalizada. Anhidrasa carbónica
Las enzimas son altamente Específicas tanto en la reacción que catalizan como en la selección de las sustancias reaccionantes, denominadas SUSTRATOS. El grado de especificidad del Sustrato es normalmente elevado, a veces prácticamente absoluto.
Especificidad de la Tripsina: Rompe los enlaces peptídicos sólo por el lado carboxílico de los residuos Lisina y de Arginina.
2. Especificidad de la Trombina, un factor de coagulación. Rompe el enlace peptídico, cuando el lado carboxilo es la arginina y el lado amino es la glicina
3. Actividad enzimática de la Subtilisina: rompe cualquier enlace peptídico, independiente de la secuencia de aminoácidos.
4.Enzimas proteolíticas: Catalizan la hidrólisis de un enlace peptídico.
La mayoría de las enzimas proteolíticas también catalizan una reacción diferente, pero relacionada: la hidrólisis de un enlace éster.
Regulación de la Actividad de Algunas Enzimas Zimógenos: Son los precursores enzimáticamente inactivos de las enzimas proteolíticas. se sintetizan en forma de un precursor inactivo son activadas a un tiempo y en un lugar fisiológicamente apropiado. El tripsinógeno es activado por la rotura de un enlace peptídico en el intestino delgado para formar tripsina. Se sintetiza en el páncreas.
2. Modificación Covalente: Este mecanismo de control enzimático consiste en la inserción de un pequeño grupo sobre la enzima. Las enzimas que degradan el glucógeno están reguladas por la introducción de un grupo fosforilo a un residuo específico de serina de estas enzimas.
3. Inhibición por producto final: Mecanismo regulador que afecta a muchas secuencias de reacciones que dan por resultado la síntesis de moléculas pequeñas tales como los aminoácidos. La enzima que cataliza la primera etapa en tal vía biosintética es inhibida por el producto final.
Mecanismo de control denominado también “InhibicionFeedback” o “retroalimentación”. • La treonina se convierte en isoleucina en 5 etapas, la primera es catalizada por treoninadesaminasa. Cuando la isoleucina ha alcanzado un nivel alto, esta se une a la enzima en un lugar diferente al catalítico inactivándola.
4. Control Fisiológico: La síntesis de lactosa por la glándula mamaria. La lactosa sintetasa, cataliza la síntesis de lactosa y consta de una subunidad catalítica y una subunidad modificadora. La subunidad modificadora altera la especificidad de la subunidad catalítica de tal manera que así une galactosa a glucosa para formar lactosa.
Durante el embarazo, la subunidad catalizadora se forma en la glándula mamaría, pero se forma poco subunidad modificadora. En el momento del nacimiento, se sintetiza la subunidad modificadora en grandes cantidades. La subunidad modificadora se une entonces a la subunidad catalitica para formar el complejo de Lactosa sintetasa activa.
La subunidad catalítica sola no puede sintetizar Lactosa, tiene un papel diferente: cataliza la unión de galactosa a las proteínas que contienen una cadena carbohidratada unida covalentemente.
Las Enzimas y su Papel en la Transformación de Energía • En muchas reacciones bioquímicas, la energía de las sustancias reactivas se convierten en una forma de energía diferente con una eficiencia muy elevada.
En la fotosíntesis, la energía lumínica En la respiración, la energía libre contenida en los alimentos • energía química de enlace. • adenosinatrifosfato (ATP).
3. En la contracción muscular, la energía química del enlace ATP • energía mecánica Estas transformaciones de energía son llevadas a cabo por moléculas enzimáticas que son parte integrante de conjuntos altamente especializados.
ATPasa catalizando el transporte de Ca2+ a través de la membrana célular.
Las enzimas no alteran los equilibrios de reacción: • Una enzima es un catalizador y como consecuencia no puede alterar el equilibrio de una reacción química. • Una enzima acelera la reacción en un sentido u otro precisamente con el mimo factor.
La concentración de equilibrio de B es 100 veces la de A, haya o no enzima presente. Cuando la enzima está presente el equilibrio se obtendría en un segundo. Las enzimas aceleran la consecución del equilibrio, pero no varían su posición.
Las enzimas disminuyen la energía de activación de las reacciones catalizadas.
Una reacción química A B transcurre a través de un Estado de Transición que tiene un energía mayor que la de A o la de B. La velocidad de reacción hacia adelante depende de la temperatura y de la diferencia de energía libre de activación de Gibbs y se simboliza como = GEstado de transición - G Sustrato
La Formación de un complejo Enzima –Sustrato es el primer paso en la catálisis enzimática. La existencia de los complejos ES ha sido demostrada de varias maneras: Algunos complejos ESse han visualizado directamente por microscopía electrónica y por cristalografía de rayos X.
2. Las propiedades físicas de un enzima, como solubilidad o estabilidad al calor, cambian frecuentemente con la formación del complejo ES. 3. Las características espectroscópicas de muchos enzimas y sustratos cambian con la formación del complejo ES.
La intensidad de fluorescencia del piridoxal fosfato en el centro activo de la triptófano sintetasa cambia por la adición de serina e indol, los sustratos. Piridoxal Fosfato: grupo prostético de la enzima triptófano sintetasa. L – serina + Indol L - triptófano
4. En la formación de complejos ESse muestra un alto grado de estero especificidad. Ejemplo: La D-Serina no es sustrato de la TriptofanoSintetasa.
5. Los complejos ES algunas veces pueden se aislados en forma pura. A+B = C Puede aislarse el complejo EA, si la enzima tiene una afinidad alta para A, y B está ausente de la mezcla.
A una concentración de enzima constante, la velocidad de reacción aumenta con la concentración de sustrato, hasta que alcanza una velocidad máxima. La primera etapa de la catálisis enzimática es la formación de un complejo enzima-sustrato.
La formación y rotura de un enlace químico por un enzima viene precedida por la formación de un complejo Enzima-Sustrato (ES). El sustrato queda ligado a una región específica del enzima llamado Centro activo.
A una concentración de enzima constante, la velocidad de reacción aumenta con la concentración del sustrato hasta una velocidad máxima. • En 1913, Leonor Michaelis, interpretó la velocidad máxima de una reacción catalizada por un enzima en términos de la formación de un complejo Enzima-Sustrato (ES) directo, a concentraciones de sustrato suficientemente elevadas, los centros catalíticos están ocupados por él, y por lo tanto, la velocidad de reacción alcanza un máximo.
CARACTERÍSTICAS DE LOS CENTROS ACTIVOS • El centro activo de una enzima es la región que une al sustrato y contribuye con los residuos que participan directamente en la producción y rotura de enlaces.
El centro activo supone una porción relativamente pequeña del volumen total de enzima. Casi todas las enzimas están constituidas por más de 100a.a., una masa mayor a 10kdal y un diámetro mayor de 25Å
2. El centro activo es una identidad tridimensional compleja, compuesta de grupos que proceden de diferentes partes de la secuencia lineal de a.a. 3. Los sustratos se unen a las enzimas por fuerzas relativamente débiles.
4. Los centros activos son hoyos o hendiduras que contienen varios residuos polares que son esenciales para la unión o catálisis. 5. La especificidad del enlace depende de la disposición exactamente definida de los átomos del centro activo.
