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EQUIPO DOCENTE

EQUIPO DOCENTE. Prof. Responsable: Dra. Irma Gladis Rezza de Acosta Prof. Colaborador: Dra. Ana Cecilia Anzulovich Responsable de los Trabajos Prácticos: Dra. Alicia susana Molina Colaborador de TP: Dra. Mariela Coria y Dra. Lorena Navigatore. QUIMICA BIOLOGICA. Objetivos:

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  1. EQUIPO DOCENTE • Prof. Responsable: Dra. Irma Gladis Rezza de Acosta • Prof. Colaborador: Dra. Ana Cecilia Anzulovich • Responsable de los Trabajos Prácticos: Dra. Alicia susana Molina • Colaborador de TP: Dra. Mariela Coria y Dra. Lorena Navigatore

  2. QUIMICA BIOLOGICA Objetivos: • Comprender las transformaciones energéticas celulares • Establecer los principios de la bioenergética • Discriminar las rutas metabólicas de biosíntesis • Moléculas Biológicas - Estructura química • Interacciones entre moléculas • Degradación y síntesis celular de las moléculas • Conservación y utilización de la energía en las células • Mecanismos regulatorios

  3. BOLILLA 1 • ENZIMAS: Naturaleza Química- Propiedades Generales- Evolución. • Nomenclatura y Clasificación- Coenzimas y Grupos Prostéticos. • Actividad Enzimática: Unidad de enzima- Actividad específica- Actividad molecular • Conceptos de afinidad y cooperatividad enzimática • Factores que afectan la actividad enzimatica: [Enzima]- pH – T- [S] actividad de agua. • Inhibidoresnaturales de la actividad enzimática • Mecanismo de regulación metabólica: Inhibición y activación por sustrato, niveles enzimáticos, modulación de la actividad de enzimas • Regulación Enzimática: Enzimas alostéricas (propiedades y cinética)- Zimógenos- Modulación Covalente • Isoenzimas: Propiedades e importancia. • Homologos de enzimas

  4. UN POCO DE HISTORIA • Jacob Berzelius, 1835(diastasa) • Eduard Buchner 1897 (levaduras) • James Sumner 1926 (ureasa) • John Northrop y Moses Kunitz-1930 (pepsina,trip.y quimot) • Ultimos 50 años (estructura y función) • 1963- 1º Secuencia de aminoácidos ribonucleasa pancreatica bovina A • 1965, 1º estructura Rx- Lisozima de clara de huevo de gallina • 1983.Sidney Altman y Col El RNA de la ribonucleasa P tiene actividad catalítica.

  5. Ningún organismo puede vivir sin ENZIMAS • La mayoría de las reacciones deben ser catalizadas para que ocurran en el tiempo y el momento que la célula lo requiere. • Las enzimas deben ser sintetizadas correctamente, con las estructuras proteicas: primaria, secundaria, terciaria y cuaternaria si la tuviera • Cualquier alteración de la síntesis de estas proteínas puede llevar a una patología

  6. FUNCION DE LAS ENZIMAS • Transformación de nutrientes simples en moléculas complejas y viceversa • Extracción de energía desde combustibles por oxidación • Polimerización de subunidades para formar macromoléculas, etc

  7. Ejemplos de transformaciones mediadas por enzimas • Transformación de moléculas complejas en moléculas simples y viceversa ENZIMAS PAN n (GLUCOSA) ALMIDON PAPAS ENZIMAS ARROZ (GLUCOSA)n GLUCOGENO

  8. PANCETA ENZIMAS MONO TRIGLICERIDOS CHIZITOS GRASAS CHORIZOS ENZIMAS GLICEROL +3 AC.GRASOS TRIGLICERIDOS

  9. NATURALEZA Y COMPORTAMIENTO DE LAS ENZIMAS • La mayoría de las ENZIMAS (E) son PROTEINAS (excepción: la ribozima) • Las ENZIMAS tienen la capacidad de AUMENTAR LA VELOCIDAD de las reacciones, por ello se denominan CATALIZADORES BIOLOGICOS • La sustancia sobre las cuales actúan se denominan SUSTRATO (S)

  10. DISTRIBUCION DE LAS ENZIMAS • COMPARTIMENTALIZACION: Diferentes localización dentro de la célula. • SISTEMAS MULTIENZIMATICOS: Enzimas relacionadas agrupadas formando verdaderos complejos • ENZIMAS MULTIFUNCIONALES: Una enzima que presenta distintos sitios catalíticos

  11. CARACTERISTICAS DE LAS ENZIMAS • ESTRUCTURA TERCIARIA Y CUATERNARIA • SITIO DE UNION AL SUSTRATO (Sitio Activo) Uniones no Covalentes: Puente de hidrógeno Hidrofóbicas Electrostáticas • NECESITAN DE FACTORES ENZIMATICOS: Inorgánicos (metales) y orgánicos (Coenzimas) • ESPECIFICIDAD DE SUSTRATO: Estereoespecificidad y especificidad geométrica • SON REGULABLES: La síntesis de la proteína, su actividad y degradación.

  12. ESPECIFICIDAD DE LAS ENZIMAS ALTA ESPECIFICIDAD Único sustrato Lactato Deshidrogenasa (LDH) LACTATO Grupo de sustratos ESPECIFICIDAD RELATIVA Hexoquinasas HEXOSAS glucosa, manosa y fructosa

  13. COENZIMA HOLOENZIMA = APOENZIMA + ENZIMA TOTAL PROTEÍNA TERMOLÁBIL NO PROTEÍNICA TERMOESTABLE Transportadores de grupos funcionales COENZIMAS Transportadores de electrones

  14. Enzimas que requieren iones metálicos como cofactores Fe++ ó Fe+++ Citocromo oxidasa Catalasa Peroxidasa Zn++ Anhidrasa carbónica Hexoquinasa Glucosa-6-fosfatasa Piruvato quinasa Mg++ K+ Piruvato quinasa

  15. PDH GAD Niacina NAD, NADP Ion Hidruro (:H -) Riboflavina (Vit.B2) FAD, FMN Electrones SDH Tiamina (Vit. B1) PP-tiamina Aldehídos PDH, TC Tiolasa Acido pantoténico Coenzima A Grupos acilo Grupos monocarbonados Ser-Treon. Deshidrat. Acido fólico TH4 Transferencia grupos aminos GPT AAC-DESC Piridoxina (B6) P-piridoxal Electrones y grupos acilos. Acido lipoico Lipoamida PDH VITAMINAS-COENZIMAS

  16. AFINIDAD - COOPERATIVIDAD Para una misma enzima que actúa sobre un grupo de sustrato, la afinidad varia de acuerdo al Sustrato AFINIDAD DE LA ENZIMA POR EL SUSTRATO HOMOTROPICA POSITIVA COOPERATIVIDAD HETEROTROPICA NEGATIVA

  17. E + S ES Complejo ES Enzima Sustrato REACCION EZIMATICA E + P Producto Enzima

  18. REACCION NO CATALIZADA REACCION CATALIZADA Energía de activación de una Reacción catalizada y una reacción no catalizada

  19. Energía Libre (G) Estado de transición (*) ∆G* reacción no catalizada (*) DG* cat S ES EP P Progreso de la reacción Diagrama de coordenadas de una reacción enzimática catalizada y sin catalizar

  20. GLUCOSA GLUCOSA-6P ATP ADP D-Glucosa - P Glucoquinasa

  21. Clase - subclase - subsubclase - nº de orden Lactato11 127 deshidrogenasa DENOMINACION DE LAS ENZIMAS • NOMBRE DEL SUSTRATO O DEL PRODUCTO CON LA TERMINACION ASA: sacarasa, ureasa, amilasa • ALGUNAS TIENEN NOMBRES arbitrarios ptialina salival, pepsina del jugo gástrico • CADA ENZIMA TIENE UN NOMBRE ASIGNADO POR LA COMISION INTERNACIONAL DE ENZIMAS • (EC 1.1.1.27)

  22. Tipos de reacciones catalizadas por enzimas • Oxido-reducción • Rotura y formación de enlaces C-C • Reorganizaciones internas • Transferencia de grupos • Reacciones de condensación

  23. Clase - subclase - subsubclase - nº de orden Lactato11 127 deshidrogenasa Cómo se clasifican las enzimas??? 1-OXIDORREDUCTASAS Alcohol deshidrogenasa (EC 1.1.1.1) 2. TRANSFERASAS Hexoquinasa (EC 2.7.1.2)

  24. 3. HIDROLASAS Carboxipeptidasa A (EC 3.4.17.1) 4. LIASAS Piruvato descarboxilasa (EC 4.1.1.1) 5. ISOMERASAS Fumarasa ó malato isomerasa (EC 5.2.1.1) 6. LIGASAS Piruvato carboxilasa (EC 6.4.1.1)

  25. mmol de S transformados U.I.E. = min U.I.E. Actividad específica = mgr de proteína mmol de S transformados/min Actividad molecular = Mol de enzima ACTIVIDAD ENZIMATICA • Unidades InternacionalesCantidad de enzima que cataliza la transformación de 1 umol de S por minuto • Actividad Específica Actividad enzimática por miligramo de proteína presente en la muestra • Actividad Molecular ó Numero de RecambioMoléculas de S convertibles en P por unidad de tiempo y por molécula de enzima 1 katal = 6 x 107 U.I.E.

  26. A B Prot.Tot: ∑ + + D Prot.Tot: ∑ + + + U.I.E. Activ. Enzimática Actividad específica = = Prot.Tot: ∑ + mgr de proteína Prot.Tot: ∑ Prot. totales ACTIVIDAD ESPECIFICA

  27. Factores que afectan la actividad enzimática • pH • Temperatura • Concentración de Enzima • Concentración de Sustrato

  28. Influencia del pH sobre la actividad enzimática Actividadenzimática pH

  29. Ejemplos de enzimas con diferentes pH óptimo

  30. actividad por de la temperatura Actividad enzimática de temperatura provoca desnaturalización T(ºC) Influencia de la Temperatura sobre la actividad enzimática T. óptima

  31. Efecto de la concentración de enzima sobre la actividad v Concentración saturante de sustrato, pH y temp. constantes [E]

  32. Vo [S] VARIACION DE LA VELOCIDAD DE REACCION CON LA CONCENTRACION DE SUSTRATO Leonor Michaelis y Maud Menten

  33. GRÁFICA DOBLE RECÍPROCA O DE LINEWEAVER-BURK Ordenada al origen = 1/Vmáx. Pendiente= Km/Vmáx Intersección c/eje x = - 1/Km

  34. Quimotripsina DIFP Xantina oxidasa Alopurinol Penicilina Transpeptidasa INHIBICION ENZIMATICA COMPETITIVA NO COMPETITIVA ACOMPETITIVA INHIBICION REVERSIBLE POR ENLACE COVALENTE (Análogos del estado de transición) INHIBIDOR SUICIDA INHIBICION IRREVERSIBLE

  35. Succinato + FADH2 Fumarato + FAD+ Succinato deshidrogenasa COO- (CH2)2 COO- COO- CH2 COO- Ejemplo de Inhibidor competitivo Succinato Malonato

  36. - Acetilcolinesterasa - Quimotripsina Enzima inactivada INHIBICION IRREVERSIBLE . Por unión covalente del inhibidor Diisopropilfluorfosfato (DFP)

  37. INHIBICION IRREVERSIBLE . Inhibidor suicida Se une al sitio activo de la enzima y ésta cataliza la modificación del inhibidor a otro compuesto que permanece unido a la enzima. El ALOPURINOL es un inhibidor suicida que actúa sobre la enzima xantina oxidasa (degradación de purinas). Se forma el oxopurinol el cual queda unido a la enzima.

  38. ISOENZIMAS • Diferentes formas moleculares de una misma enzima. • Son sintetizadas por genes diferentes • Tienen diferente composición aminoacídica por lo que pueden separarse por electroforesis. • Catalizan la misma reacción, actuando sobre el mismo sustrato para dar el mismo producto

  39. Dos isoenzimas presentan en general diferentes valores de Km y Vmáx. • Se encuentran ubicadas en diferentes compartimentos de la célula ó en diferentes tejidos. • Son utilizadas en clínica para determinar el origen del tejido dañado

  40. Lactato deshidrogenasa (LDH) Presenta 5 isoenzimas con distinta composición en cuanto a sus subunidades y c/u es específica de un tejido. H4 H3M H2M2 HM3 M4 M > Músculo H > Corazón

  41. Actividad enzimática Glucoquinasa Hexoquinasa Km. hexq Km. glucq [glucosa mmol/l Ejemplo de isoenzima: Glucoquinasa y hexoquinasa

  42. REGULACION COVALENTE ENZIMAS ALOSTERICAS REGULACION POR PROTEINAS REGULACION POR PROTEOLISIS ENZIMAS INDUCIBLES REGULACION DE LAS REACCIONES CATALIZADAS POR ENZIMAS REGULACION DE LA ACTIVIDAD DE LAS ENZIMAS REGULACION DE LA SINTESIS DE LAS ENZIMAS

  43. Enzima Enzima Enzima Enzima 1 2 3 4 Enzima 1 ENZIMA ALOSTERICA MODULADORES POSITIVOS MODULADORES NEGATIVOS ENZIMAS ALOSTERICAS

  44. PROPIEDADES DE LAS ENZIMAS ALOSTERICAS • Poseen un sitio de unión a un metabolito regulador (sitio alostérico) • La unión del metabolito a la enzima es de carácter reversible y no covalente. • Son homotrópicas o heterotrópicas. • En general poseen dos o mas sitios reguladores. • La mayoría posee dos o mas cadenas polipeptídicas o subunidades. • En general tienen un comportamiento cinético sigmoideo

  45. CINETICA DE UNA ENZIMA ALOSTERICACurva Sigmoidea

  46. v vi Aspartato (mM) Regulación de la actividad de la Aspartato transcarbamilasa (ATCasa)

  47. EJEMPLOS DE ENZIMAS ALOSTERICAS • Hexoquinasa, Fosfofructoquinasay Piruvato QuinasaVía glicolítica • AcetilCoAcarboxilasaBiosíntesis de lípidos • AspartatoTranscarbamilasaBiosíntesis de nucleó- tidospirimidínicos • Glutamato DeshidrogenasaDegradación de aminoácidos • Citrato sintasa, isocitrato y a-cetoglutarato deshidrogenasas Ciclo de Krebs

  48. REGULACION POR MODIFICACION COVALENTE • POR UNION COVALENTE DE GRUPOS (FOSFATOS , ADENILATOS, ETC.) • INTERVIENEN ENZIMAS: QUINASAS, FOSFATASAS • LA UNION DEL GRUPO PUEDE ACTIVAR O INHIBIR LA ENZIMA POR UN CAMBIO CONFORMACIONAL Fosforilacion Enzima Enzima Fosfoadenilacion ADP-Ribosilación

  49. HO-CH2 CH2- HO (Cadena lateral de Ser) Fosforilasa b (menos activa) Fosforilasa quinasa 2 Pi 2 H2O Fosforilasa fosfatasa ATP ADP P -O-CH2 CH2-O- P Fosforilasa a Ejemplo de regulación covalente

  50. REGULACION POR PROTEOLISIS • Por eliminación de una cadena peptídica, enzimas inactivas se convierten en enzimas activas y viceversa. • Las enzimas digestivas: pepsinógeno y quimotripsinógeno se convierten en las enzimas activas pepsina y tripsina. • Suele ocurrir una activación secuencial produciéndose una cascada de activaciones. Ej. Coagulación sanguínea. ZIMOGENOS

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