Enzimas: reacciones y clasificación

ENZIMAS
MEDICO SALAZAR AGUILAR LILIANA DE j.
MEDICO LEGAL

ENZIMAS
CARACTERISTICAS GENERALES DE LAS REACCIONES
ENZIMÀTICAS
 Aumentan la velocidad de las reacciones pero solo modifican
reacciones que ocurren en forma espontanea, o sea r eaccion e s
t erm o dinám ic am ent e posibles .
 No modifican el equilibrio de la reacción
 No desplazan la reacción a ninguno de los dos lados
 No cambian las sustancias reaccionantes
 No modifican el producto
 Sólo acortan el tiempo para alcanzar el equilibrio.
E + S ESEP  E + P

PARTES DEL SISTEMA ENZIMATICO
SUSTRATO Es la molécula sobre la que actúa la enzima.
PRODUCTO
Es la molécula resultante de la acción de la enzima
(varios)
APOENZIMA
Es la enzima propiamente dicha, de naturaleza
proteíca PM elevado, no dializable y termolábil.
(papaína, tripsina, pepsina, etc.)
COENZIMAS
Son moléculas de bajo peso molecular, dializable,
termoestable y no proteíca, adherida de manera
laxa, coenzima, y grupo prostético al estar
íntimamente ligada.
HOLOENZIMA
Estructura formada por la apoenzima y la
coenzima.
PROENZIMAS
Sintetizadas como precursores no funcionales,
denominados: cimógenos o pro enzimas.
ISOENZIMAS
Son diversas y múltiples formas moleculares
(estructura) de una enzima, responsables de
catalizar la misma reacción.
ACTIVADORES, INHIBIDORES Y
MODULADORES
A: Aceleran la velocidad, indispensables Iones.
I: Disminuyen la velocidad.
M: Características de cooperación funcional,
positivo o negativo.
ENZIMAS
E E E E

ENZIMAS
Coenzima
Cofactor
Coenzima
Gpo.
prostético
Unión
covalente
Vitaminas
Iones

ENZIMAS
Son catalizadores para las reacciones biológicas.
Cuenta con 4 propiedades de suma importancia:
PROPIEDADES DE LAS ENZIMAS
1. Naturaleza química
Proteínas Simples: Aldolasa, tripsina
Conjugadas: Transcetolasa, GDH
Complejos enzimáticos: PDH
Sistemas enzimáticos altamente
organizados: CTE
Ribozimas En el corte y empalme
Biosíntesis proteica: traducción

ENZIMAS
2. Eficiencia catalítica
Rango de la reacción
Alto poder catalítico, de 103 a
1017 más rápido que un reacción
sin enzima.
No altera el equilibrio de la
reacción.
Sitio activo o centro activo
Una pequeña región donde se
lleva acabo la catálisis.
Mecanismos catalíticos
DISMINUCIÓN DE LA Ea
Proximidad y orientación
Trazas de sustrato
Catálisis por acido-base
Catálisis covalente

ENZIMAS
3. Especificidad enzimática
Especificidad de sustrato
a) Especificidad grupal o
extensa: Hexoquinasas o
tripsina.
b) Especificidad absoluta:
Glucocinasa y la arginasa
c) Esteroespecificidad: L-
aminoácidos oxidasa (actúa
sobre un solo isómero del
sustrato)
Especificidad de la reacción:
La enzima cataliza un tipo de
reacción química para un sustrato
en particular.
a. Reacción del piruvato (Ala o
Lactato)
b. Reacción de la G-6-P (G-1-P o
F-6-P)

ENZIMAS
4. Regulación
Regulación de la actividad
catalítica (cambio)
1. Modificaciones covalentes
2. Activación de pro enzimas por
proteólisis
3. Regulación alostérica
4. Interacciones de regulación de
proteínas (Calmodulina)
Regulación en la concentración
1) Regulación de la síntesis
(inducción o represión)
2) Regulación en la degradación
enzimática.

ENZIMAS
Las enzimas se CLASIFICAN según la reacción catalizada:
NOMENCLATURA
1. Número clasificatorio de 4 dígitos (E.C. –Códigos de la Comisión
enzimática) IUB classification
2. Nombre sistemático
3. Nombre trivial (particular o recomendado)
ATP + D-Glucosa ADP + D-Glucosa-6-fosfato
Nomenclatura: se adiciona sufijo “asa” al nombre del sustrato o de la
reacción que cataliza
Número clasificatorio: E.C. 2.7.1.1.
2. Clase: Transferasa
7. Subclase: Fosfotransferasa
1. Subsubclase: Fosfotransferasas con OH como aceptor
1. Tipo: D-glucosa como aceptor del fosfato
Nombre sistemático: ATP:glucosa fosfotransferasa
Nombre trivial: hexoquinasa
*

ENZIMAS Clasificación Internacional de las Enzimas
1. Óxido – Reductasas (reacciones de
oxido- reducción)
Actúan sobre ": CH – OH “
Actúan sobre ": C = O "
Actúan sobre ": C = CH – "
Actúan sobre ": CH – NH2 "
Actúan sobre ": CH – NH – "
3. Hidrolasas (reacciones de
hidrólisis)
Esteres
Enlaces glucosídico
Enlaces peptídicos
Otros enlaces C – N
Anhídridos de ácido
2. Transferasas (transferencia de
grupos funcionales)
Grupos de un átomo de C
Grupos aldehídos o cetónicos
Grupos acilos
Grupos glucosilos
Grupos fosfatos
Grupos que contienen azufre
4. Liasas (Adición a los dobles
enlaces)
: C = C :
: C = O
: C = N –
5. Isomerasas (reacción de
isomerización)
Racemasas
6. Ligasas (Formación de enlaces
con escisión de ATP)
: C – O
: C – N
: C – S
: C – C Ejemplos:

ENZIMASOXIDO - REDUCTASAS
Catalizan reacciones de oxido reducción, es decir, transferencia de
hidrógeno (H) o electrones (e-) de un sustrato a otro, o adicionan
oxigeno (O2), según la reacción general.
Las oxidasas y las deshidrogenasa son ejemplos de subclase.
Ejemplos son: la succinato deshidrogenasa o la citocromo c oxidasa

E
N
Z
I
M
A
S
Citocromo C reducido + ½ O Citocromo C oxidado + H2O
Citocromo Oxidasa

ENZIMAS
HIDROLASAS
Catalizan las reacciones de hidrólisis:
A-B + H2O AH + B-OH
Un ejemplo es: la Lactasa, que cataliza la reacción:
Lactosa + agua glucosa + galactosa

ENZIMAS
TRANSFERASAS
Catalizan la transferencia de un grupo químico (distinto del
hidrógeno) de un sustrato a otro, según la reacción:
A-B + C A + C-B
Un ejemplo es la glucoquinasa, que cataliza la reacción representada
en la Figura:
Glucosa + ATP ADP + glucosa-6-fosfato

ENZIMAS
LIASAS
Catalizan reacciones de ruptura o soldadura de sustratos:
A-B A + B
Un ejemplo la reacción del citrato en Acetil CoA y
oxalacetato, por la citrato liasa.

ENZIMAS
ISOMERASAS
Catalizan la interconversión de isómeros:
A B
Son ejemplos la fosfotriosa isomerasa y la fosfoglucosa isomerasa,
que catalizan las reacciones representadas en la tabla inferior:
FOSFOTRIOSA ISOMERASA FOSFOGLUCOSA ISOMERASA
gliceraldehído-3-
fosfato
dihidroxiacetona-
fosfato
glucosa-6-fosfato fructosa-6-fosfato

ENZIMAS
LIGASAS
Catalizan la unión de dos sustratos con hidrólisis
simultánea de un nucleótido trifosfato (ATP, GTP,
etc.):
A + B + XTP A-B + XDP + Pi
Un ejemplo es la piruvato carboxilasa, que cataliza la
reacción:
Piruvato + CO2 + ATP Oxalacetato + ADP + Pi
ATP

No. Clase
Tipo de reacción que
catalizan
Ejemplo
1
Oxidorreduc
tasas
De óxido reducción
(transferencia de e-)
Deshidrogenasas
Peroxidasa Oxidasas
Oxigenasas
Reductasas
2 Transferasas Transferencia de grupos
Kinasas
Transaminasas
3 Hidrolasas Hidrólisis, con transferencia de
grupos funcionales del agua
Pirofosfatasa (G-6-
fosfatasa), Maltasa,
Tripsina,
Aldolasa
4 Liasas
Lisis de un substrato, generando
un doble enlace, o Adición de un
substrato a un doble enlace de un
2o. Substrato (Sintasa)
(Sintasas)
Descarboxilasa pirúvica,
citrato liasa, glutamato
descarboxilasa
5 Isomerasas
Transferencia de grupos en el
interior de las moléculas para dar
formas isómeras
Mutasas
Epimerasas
(fosfopentosa epimerasa)
Racemasas
Fosfohexosaisomerasa
6 Ligasas
Formación de enlaces C-C, C-S,
C-O y C-N. Mediante reacciones
de condensación, acopladas a la
ruptura del ATP
(Sintetasas)
Piruvato carboxilasa
Glutamato sintetasa

ENZIMAS
Principios fundamentales de la acción catalítica de las
enzimas
Pasos de la catálisis enzimática:
a) Formación del complejo enzima-sustrato
b) Generación del complejo del estado de transición y formación
de la reacción de los productos

ENZIMAS
Las interacciones débiles entre enzima y sustrato son óptimas en el
estado de transición.

ENZIMAS
Teoría de las
colisiones.
Estado de transición
Energía de activación
Dos principios que intenta explicar como funcionan las
enzimas:
A) La teoría de las colisiones.
B) La energía de activación

ENZIMAS
El comienzo de la reacción requiere un aporte inicial de energía.
Esta energía inicial que hay que suministrar a los reactantes para
que la reacción transcurra se llama energía de activación (Ea).
Cuanto menor es la Ea más fácilmente transcurre la reacción.
Energía de
activación
a. Las enzimas aceleran el rango de la reacción
bajando la energía libre de activación (Ea).
b. El decremento de la Ea incrementa la probabilidad
de la formación del producto.
c. Las enzimas aumentan el rango de la reacción,
pero no alteran el equilibrio de la misma.

ENZIMASLa doble cruz indica el
estado de transición,
siendo una
estructura molecular
transitoria que ya no
es el sustrato pero
que todavía no es el
producto.
Aquí se presenta la
mayor proporción de
energía libre.
La diferencia en la
energía libre entre
el estado de
transición y el
sustrato se
denomina: ENERGIA
LIBRE DE GIBBS, o
ENERGIA DE
ACTIVACION.

ENZIMASComparación de energía y velocidad
ENERGÍA (∆G) VELOCIDAD (v)
NO AFECTADA POR
ENZIMAS
INCREMENTADA POR
ENZIMAS
∆G <0, espontaneas(liberan
energía, frecuentemente
irreversibles)
Decremento de la energía
de activación, ∆G±
∆G >0, no espontaneas
(requieren energía)
∆G = 0, reacciones en
equilibrio, (reversible)
∆G° = involucra energía por
debajo de las condiciones
estándares.

ENZIMAS
Tiempo de la reacción
E + S
E + P
Sin enzima
Con enzima
La enzima disminuye la
energía de activación
• La Ea de la HIDRÓLISIS DE LA
UREA baja de 30 a 11 kcal/mol
con la acción de las enzimas,
acelerando la reacción 1014 x
• El aumento de temperatura
necesario para producir la
reacción no catalizada seria de
529ºC
Ejemplo del Estado de
transición

ENZIMAS
Las enzimas alteran las velocidades de reacción pero no los
equilibrios
(B) E + S ES EP E + P
(A) S P
(A) (B)

E
N
Z
I
M
A
S
Reaction profile for enzymatic and nonenzymatic reactions. The basic principles of an enzyme-catalyzed reaction are
the same as any chemical reaction. When a chemical reaction proceeds, the substrate must gain activation energy to
reach a point called the transition state of the reaction, at which the energy level is maximum. Since the transition
state of the enzyme-catalyzed reaction has a lower energy than that of the uncatalyzed reaction, the reaction can
proceed faster. ES complex, enzyme-substrate complex; EP complex, enzyme-product complex.
Ejercicio

ENZIMAS
Sitio activo o centro
activo
Es la región de la enzima que es
responsable de la unión del sustrato y de la
catálisis.
Características del sitio
activo:

ENZIMAS
HENDIDURA:
Presenta una
pequeña hendidura
o grieta.
ENTIDAD
TRIDIEMNSIONAL:
Sitio activo es una entidad
tridimensional formado
por grupos que vienen de
diferentes partes de las
secuencias de aminoácidos
lineales.
RESIDUOS DE SITIO
ACTIVO:
Esta involucrado los dos
lugares, de unión y catalítico.
Enlaces no covalentes:
•Puentes de hidrógenos,
•Interacciones
electroestáticas,
•Interacciones hidrofóbicos
•Fuerzas de Van der Waals.
ESPECIFICIDAD DE LA
UNIÓN DEL SUSTRATO:
Depende del preciso
acomodo de los átomos del
dentro del sitio.
Hay dos modelos que
explican las interacciones
enzimas-sustrato.
Lisosomas: a.a.
35, 52, 62, 63
y 101 de 129
secuencia.

Characteristics of the substrate-binding sites in the serine proteases chymotrypsin, trypsin, and elastase. In
chymotrypsin a hydrophobic pocket binds aromatic amino acid residues such as phenylalanine (Phe). In trypsin, the
negative charge of the aspartate residue in the substrate binding site promotes cleavage to the carboxyl side of
positively charged lysine (Lys) and arginine (Arg) residues. In elastase, side chains of valine and threonine block
the substrate binding site and permit binding of amino acids with small or no side chains, such as glycine (Gly).
ENZIMAS

ENZIMAS
• Las enzimas se unen a los
reactivos (sustratos)
reduciendo la energía de
activación
• Cada enzima tiene una forma
única con un sitio o centro
activo en el que se une al
sustrato
• Después de la reacción, enzimas
y productos se separan.
• Las moléculas enzimáticas NO
han cambiado después de
participar en la reacción
1
RESUMEN:

ENZIMAS
FACTORES QUE AFECTAN LAS REACCIONES CATALITICAS DE
LAS ENZIMAS
Las reacciones enzimáticas
están INFLUENCIADAS por
varios factores:
a) pH, 3
b) Temperatura, 4
c) Concentración enzimática, 1
d) Concentración del sustrato, 2
e) Inhibidores, 5, y
f) Cofactores, 6.
REACCION CINETICA:
La velocidad de una reacción es directamente proporcional a la
concentración de la enzima, cuando el sustrato esta presente en exceso.
Velocidad (la velocidad de la reacción): se refiere al cambio de
concentración del sustrato o de la reacción del producto por una
unidad de tiempo. Se expresa como moles/litros/segundo.
1. CONCENTRACIÓN
ENZIMATICA

ENZIMAS
For a typical enzyme, as substrate concentration is increased,
Vi increases until it reaches a maximum value V max.
FENOMENO DE SATURACION
Velocidad máxima: (Vmax):
Se refiere al máximo cambio en la concentración
del producto o del sustrato a una concentración
de enzima dada.
Measuring the initial velocity therefore
permits one to estimate the quantity of
enzyme present in a biologic sample.

ENZIMAS
Vmax = Kcat (e):
Donde e =
concentración de la
enzima y Kcat = la
constante de
velocidad de la
catálisis. (Es definida
como el número de
sustrato formado por
cada enzima en una
unidad de tiempo; P/mol
de enz/tiempo).

ENZIMAS
The initial velocity (Vi) of the reaction thus is essentially that of the rate of the
forward reaction.
Under these conditions, Vi is proportionate to the concentration of enzyme.
2. EFECTO DE LAS CONCENTRACIONES DE SUSTRATO SOBRE LA
ACTIVIDAD ENZIMÁTICA
La velocidad de una reacción enzimática depende de la concentración de sustrato.
La Figura muestra la velocidad de una reacción enzimática a 6 concentraciones distintas de sustrato.

ENZIMAS
EFECTOS DE LA CONCENTRACIÓN DEL SUSTRATO EN LA VELOCIDAD DE LAS
REACCIONES ENZIMÁTICAS
Concentración de sustrato
Cinética
Cuando la velocidad se
representa frente a la
concentración del sustrato,
se forma una curva
hiperbólica rectangular.
La curva muestra las
reacciones de primer orden,
mixto o de orden cero.
Ecuación de Michaelis-
Menten
La velocidad de la ecuación
para la reacción enzimática
Constante de M-M
(Km)
Concentración del sustrato
cuando la velocidad de la
reacción catalizada llega a la
mitad de la Vmax
Km es características
para cada enzima
Km es un indicador para la
afinidad de la E y S
Km es usada para
distinguir el tipo de
inhibición (Inh. competitiva,
Km incrementa; Inh. no
competitiva, Km no esta
alterada)
FACTORES QUE AFECTAN CARACTERISTICAS SIGNIFICANCIA

ENZIMAS
Los estudios sistemáticos del
efecto de la concentración
inicial del sustrato sobre la
actividad enzimática
comenzaron a realizarse a
finales del siglo XIX.
Ya en 1882 se introdujo el
concepto del complejo
enzima-sustrato como
intermediario del proceso de
catálisis enzimática.
En 1913, Leonor Michaelis y
Maud Menten desarrollaron
esta teoría y propusieron una
ecuación de velocidad que
explica el comportamiento
cinético de los enzimas.
Enzyme kinetics is the field
of biochemistry concerned
with the quantitative
measurement of the
rates of enzyme-
catalyzed reactions and
the systematic study of
factors that affect these
rates.
The study of enzyme kinetics
also represents the
principal way to identify
potential therapeutic
agents that selectively
enhance or inhibit the
rates of specific enzyme-
catalyzed processes.

ENZIMAS
Unidad de Actividad Enzimática (U):
La cantidad que transforma 1.0 mmol (10-6 M) de S /min, a 25ªC, en
las condiciones de medida óptima
La Km de Michealis es la concentración de
sustrato a la cual Vi es la mitad de la velocidad
max (1/2 Vmax) alcanzable a una concentración
particular de enzima.Km: se define como la concentración de
sustrato para la cual la reacción alcanza
la mitad de la velocidad máxima.
K-1

ENZIMAS
La derivación de la ecuación se basa en:
1) Que la concentración de S es mayor que la concentración de E
2) La concentración de Producto al inic io de l a reacción es
insignificante
3) El paso limitante de la velocidad es la transformación de ES a
E+P
Vo=k3 [ES]
Modelo de Km

ENZIMAS • Cuando se une el S en el lugar activo
de una E se forma un complejo
intermediario ( ES)
• Durante el estado de transición, el
sustrato se convierte en el producto
• Tras un breve espacio de tiempo , el
producto se disocia de la enzima
Constantes de velocidad:
K1 : constante de velocidad de formación
de ES
K2: constante de velocidad de
disociación ES
K3: constante de velocidad de la
formación y liberación del producto
del lugar activo
Constantes de velocidad:

ENZIMAS
• K2 es despreciable en comparación con K1
• La velocidad de formación de ES es igual a la velocidad de su
degradación durante la mayor parte del curso de la reacción
(suposición del estado estacionario)
 La velocidad de formación de ES es igual a K1 [E] [S]
 La velocidad de disociación de ES es igual a (K2 + K3)
 La suposición del estado estacionario iguala estas dos
velocidades

ENZIMAS
Km: indicador de la afinidad de
la enzima por el sustrato
concentración de sustrato a
la que la enzima tiene la
mitad de la velocidad máxima
Km grande: se necesitara una
concentración mayor de
sustrato para alcanzar la
mitad de la velocidad máxima
Km pequeña: es menor la
cantidad del sustrato para
alcanzar la mitad de la
velocidad máxima de la
enzima (enzima más afín a su
sustrato).

ENZIMAS
Vmax: punto de la reacción en el
que no importa con cuanto
sustrato se realice la
medición de la actividad
enzimático, pues la velocidad
de la reacción no aumenta
mas.
Vmax; corresponde al punto de
saturación de la enzima.
Punto de saturación; todos los
sitios catalíticos de las
enzimas están ocupados y por
lo tanto no pueden
interactuar con mas moléculas
de sustrato.

ENZIMAS
Ecuación de la velocidad de una reacción
enzimática

ENZIMAS
El número de moléculas
de sustrato convertidas
en producto por molécula
de enzima por segundo se
denomina número de
recambio, kcat‘, y suele
ser de 102 a 104 S·

ENZIMAS
¿Por qué determinar Km?
 Km es una medida de la afinidad de la enzima por el
sustrato.
 Km establece un valor aproximación para el valor
intracelular de sustrato
 Km es constante para una enzima dada, permite comparar
enzimas de diferentes organismos o tejidos o entre
distintas proteínas
 Un cambio en el valor de Km es un modo de regular la
enzima.

ENZIMAS
3. EFECTOS DEL pH:
pH óptimo
Efectos del pH en la velocidad de la reacción enzimática
pH
Cinética
Curva en forma de
campana
Mayoría: pH 7.0
Pepsina: pH 2
pH óptimo
pH en el cual la
enzima es activa
Fosfatasa alcalina
pH 10

ENZIMAS
4. EFECTOS DE LA TEMPERATURA:
Efectos de la temperatura en la
velocidad de la reacción
enzimática
Temperatura
Cinética
Curva en
forma de
campana
oMayoría:
37°C
oUreasa:
55°C
oTaq DNA
polimerasa
: 100°C
Tempera
tura
óptima
Tempera
tura en la
cual la
enzima es
activa

ENZIMAS
5. INHIBIDORES ENZIMÁTICOS
Reactivos químicos específicos que pueden
inhibir a la mayor parte de las enzimas.
Efector que hace disminuir la actividad
enzimática, a través de interacciones con el
centro activo u otros centros específicos
(alostéricos).

ENZIMAS
5. INHIBIDORES ENZIMATICO*
Isostéricos
Reversibles
Competitivos
No
competitivos
Acompetiti
vos
Irreiversi
bles
Modifica
ción
Alostéricos
Cooperativi
dad
Conforma
cional
E + I E’
E + I EI
ES + I ESI

ENZIMAS
Características:
• Las fijaciones de substrato e inhibidor son mutuamente
exclusivas
•Por lo general, el inhibidor competitivo es un análogo químico
del substrato.
• El inhibidor es tan específico como el substrato
•A muy altas concentraciones de substrato desaparece la
inhibición*
Ki =
[E] [I]
[EI]
S
E ES E + P
I
EI
Se define una constante de
equilibrio de disociación del
inhibidor:

ENZIMAS
Al aumentar la cantidad de SUSTRATO el inhibidor competitivo es
desplazado y se forma producto.
S
SS
S
SS
S

ENZIMAS
Inhibidores
Competitivos
• Compiten con el
sustrato por el
sitio activo de la
enzima
• Se une solo a la
enzima libre
• V máx no se
altera y K M
cambia

Por tanto, en la inhibición competitiva:
1. El efecto cinético del inhibidor es el aumento aparente de
la Km
2. La Vmax no aparece modificada; para concentraciones
muy altas del substrato, v = Vmax, igual que en ausencia
de inhibidor
3. Cuanto más pequeño sea el valor de K1 mayor será la
potencia del inhibidor competitivo.
Ejemplo:

ENZIMAS
Ejemplo Inhibidor Competitivo
Ácido succínico + FAD ácido fumárico + FADH2
• El inhibidor competitivo es el ácido malónico
(Es un análogo estructuralmente parecido al ácido succínico).
Metotrexato inhibidor del Dihidrofolato
El ácido fólico en sus formas de dihidro y tetrahidrofolato es
coenzima de la reacción catalizada por la dihidrofolato reductasa
Esta reacción es parte del metabolismo de los nucleótidos para la
síntesis de DNA
Metotrexato se usa en la terapia de algunos cánceres, inhibiendo la
síntesis de DNA.

ENZIMAS
Inhibidor No Competitivo

E
N
Z
I
M
A
S
• Se une a un lugar diferente del sitio activo la enzima
• Se une a la enzima libre y también al complejo enzima-sustrato
• Por acción del inhibidor disminuye la Vmax pero el valor de Km no se
altera
El inhibidor NO competitivo se une a l a e nzima en u n sit io
diferent e del sit io act ivo .

ENZIMAS
E ES
EI
I
S
E + P
I
ESI
S Inhibición
No Competitiva
a) El inhibidor se fija indistintamente a la enzima libre E y al
complejo enzima-substrato ES; ni el complejo EI ni el
complejo ESI son productivos.
b) No tiene una estructura similar al sustrato
c) No compite con el sustrato el inhibidor
d) No es reversible cuando se incrementa el sustrato a la
reacción*
e) Se remueve el inhibidor con diálisis.

ENZIMAS
S S
S S
La cinética de la reacción se caracteriza por:
a) No hay cambios en la km, y
b) Una disminución de la Vmax.

ENZIMAS
Pb
Insecticida neurotóxicos

ENZIMAS
Inhibidor Incompetitivo

ENZIMAS
Inhibidor Incompetitivo
En este tipo de inhibición el inhibidor se enlaza al centro activo
pero solo después de que el sustrato lo haya hecho y, por tanto,
inhibidor y sustrato no compiten. De esta manera, aunque todo el
sustrato esté saturando la enzima y toda la enzima esté como
complejo ES, el inhibidor puede enlazarse produciendo un
complejo inactivo ESI.
Como I solo se une a ES estimula la formación de ES y, por tanto,
incrementa la unión del sustrato a la enzima, disminuyendo Km.
Sin embargo, el complejo ESI no conduce a productos y Vmax
disminuye.
Inhibidor anticompetitivo,
acompetitivo o incompetitivo,
sinónimos.

ENZIMAS
INHIBIDOR ACOMPETITIVO
• Se une a un lugar diferente del sitio activo
de la enzima.
• Se une sólo al complejo enzima-sustrato (ES).
• Los efectos que tiene: disminuye el valor de
Km y también el de Vmáx

ENZIMAS
E ES
S
E + P
I
ESI
Inhibición
Anticompetitiva
El inhibidor sólo puede fijarse al complejo ES;
el complejo ESI no es productivo
Los ejemplos de este tipo son muy raros.
La inhibición de lDH por el alfa-KG

ENZIMAS
Inhibidores Irreversibles
Los inhibidores irreversibles reaccionan con un grupo químico
de la enzima, modificándola covalentemente
- Su acción no se describe por una constante de equilibrio Ki,
sino por una constante de velocidad ki:
E + I E’
A diferencia de la inhibición reversible, el efecto de los
inhibidores irreversibles depende del tiempo de actuación
del inhibidor.
- Los inhibidores irreversibles son, por lo general, altamente
TÓXICOS.

ENZIMAS
Inhibidores Irreversibles
• Producen inactivación permanente de la actividad
enzimática.
• Se interfiere con el normal desarrollo de una reacción
o vía metabólica.
• Ejemplos: p-cloromercuribenzoato, yodoacetato,
diisopropilfluorfosfato (gas neural), etc.

Ejemplo (1):
ENZIMAS
Clases de inhibidores enzimáticos
Clase del inhibidor Km Vmax
Competitivo,
reversible
Incrementa No hay efecto
No competitivo,
reversible
No hay efecto Decremento
Irreversible(inacti
vador)
No hay efecto Decremento
3.Inhibidores
enzimáticos: Suicida
Inhibidores que sintetiza en el
cuerpo irreversiblemente
inhiben la enzima en una ruta
metabólica. SINTESIS LETAL
Allopurinol
Fluorouracil
4.Inhibidores
enzimáticos: Feedback
Los productos finales de la
ruta metabólica inhiben . Se
unen al sitio alostérico.
G-6-P; hexoquinasa
Palmotoil CoA; ACC
5.Inhibidores
enzimáticos: Análogos
del Edo. de transición
Análogos de sustratos que se
asemejan al estado de
transición del sustrato natural
Penicilina;
transpeptidasas, de la
pared celular.
Tipos de inhibidores enzimáticos (5)
(Reversible, Irreversible, Suicida, Retroalimentación y Análogos del Estado de transición)
Alloxanthine

ENZIMAS
6. COFACTORES:
Son la parte no proteíca, de pequeño tamaño que requiere la
enzima para su catálisis.
ACTIVADORES
(COFACTOR)
Son moléculas inorgánicas
Se clasifican en dos tipos:
1. En activadores anionícos
o activadores cationícos
2. Por su tipo de unión,
covalente fuerte o débil
no covalente;
metaloenzimas y enzimas
con activador metal.
COENZIMA
Es la holoenzima (apoenzima
y coenzima); orgánicas.
Tipo de unión, covalente es
el grupo prostético, no
covalente es llamado
coenzima.
El rol de las coenzimas:
1. Reacciones Redox
2. Reacciones de
transferencia.

ENZIMAS
Enzimas Alostéricas
• Son enzimas cuya estructura
proteíca está formada de
varias subunidades
• No se rigen por la cinética de
M - M
• Además del sitio o centro
activo tienen sitios alostéricos
o de regulación
• Sitio activo/sustratos;
• Sitio alostérico/moduladores o
reguladores
Inhibidores/Regulación
alostéricos

ENZIMAS
Enzimas alostéricas
• Las enzimas alostéricas
presentan estructura
cuaternaria; son la mayoría
proteínas oligoméricas.
• Tienen diferentes sitios
activos, unen mas de una
molécula de sustrato
• La unión del sustrato es
COOPERATIVA**; Es el
cambio en la actividad de una
subunidad debido a la unión de
un ligando a otra subunidad.
• La curva de velocidad presenta
una forma sigmoidal.
• Presenta dos formas o
estados: T y R

ENZIMAS
Concepto de Cooperatividad
• La unión de los sustratos al sitio activo de una
subunidad produce un cambio conformacional que por
contacto físico se transmite a las subunidades
vecinas, facilitando las interacciones.
• Modelos de unión: secuencial y concertado.
• Ejemplos: unión Hb-O2, enzimas alostéricas y sus
sustratos.

ENZIMAS
MODELO CONCERTADO:
Propuesto por Jacques Monod, Jeffries Wyman, y Jean-Pierre
Changeux en 1965 para describir la COOPERATIVIDAD:
En cualquier molécula enzimática, todas las subunidades están en
la mismo estado conformacional (T o R).
Sustratos y activadores se unen más fácilmente a la conformación
R ; los inhibidores son más afines a la T.
En ausencia de sustrato la enzima está más en el estado T que en
el R.
En el estado R todos los focos activos tienen una mayor afinidad
para el sustrato que en el estado T.
Una vez que una subunidad cambia al estado R, todas las demás
subunidades cambian simultáneamente al mismo estado.

ENZIMAS
Modelo secuencial:
Propuesto por Koshland, Nemethy y Filmer, propone que la unión de
un efector causa un cambio conformacional en una subunidad que, a
su vez, promueve un cambio conformacional en las demás
subunidades de forma secuencial.

ENZIMAS
Este modelo explica el cooperativismo negativo en el que en algunas
enzimas la unión del primer efector reduce la afinidad de la enzima
por ligandos similares.
En conclusión

ENZIMAS
• También reciben el
nombre de efectores y
pueden ser positivos o
negativos.
• Se unen al sitio
alostérico que puede
estar en la misma
subunidad que tiene al
sitio activo o en las
subunidades
regulatorias.
• Su unión produce un
cambio conformacional
que afecta al sitio activo.
Ejemplos:

ENZIMAS
RESUMEN
• Las enzimas son proteínas que catalizan las reacciones biológicas
• Presentan especificidad por su sustrato
• Cada enzima presenta dos parámetros importantes Vmax
(saturación de la enzima) y la Km (medida de la afinidad por el
sustrato)
• La actividad enzimática puede ser inhibida, por inhibidores
competitivos (similares al sustrato) o por inhibidores no
competitivos.
• La temperatura y el pH afectan a la enzima en su actividad
catalítica.
• Algunas enzimas requieren de coenzimas y/o cofactores para su
actividad.
• Propiedades de las enzimas: a) Sitio activo o catalítico
b) Número de recambio
c) Especificidad
d) Regulación

ENZIMAS
Cantidad de sustrato que una
cantidad de enzima convierte
en producto por unidad de
tiempo.
105 moléculas de CO2 por 1
seg., la hidratación.
Sitio Activo
Especificidad
Número de
recambio
Regulación

ENZIMAS
Las reacciones enzimáticas están
organizadas en rutas bioquímicas
o metabólicas; en cada ruta el
producto de una reacción es el
sustrato de la siguiente.
Las rutas deben estar reguladas
para:
a. Mantener un estado celular
ordenado
b. Conservar la energía
c. Responder a variaciones
ambientales
Las enzimas reguladoras
catalizan las reacciones más
lentas y fijan la velocidad de la
ruta
REGULACION ENZIMATICA

ENZIMAS
Regulación a corto plazo: se modifica la actividad
enzimática.
Regulación alostérica
Inhibición por producto final
Regulación por modificación covalente (inhibidores y
estados inactivos)
Regulación por cimógenos
Regulación a largo plazo: se modifica la cantidad de
moléculas enzimáticas:
Regulación genética (Inducción, represión o regulación
en la degradación enzimática)
MECANISMOS REGULATORIOS DE LA ACTIVIDAD
ENZIMÁTICA:
REGULACION:
1.- Alostérica
2.- Por retroalimentación del
producto
3.- Inhibidores
4.- Estados inactivos
5.- Factores externos.

ENZIMAS
Regulador alostérico:
Pequeños metabolitos o cofactores que se unen a sitios distintos del
centro activo y modifican la actividad enzimática.
Control alostérico: ENZIMAS ALOSTÉRICAS
Modulador propio sustrato:
homoalosterismo:
Enzimas homotrópicos el sitio
modulador y el sitio activo son
el mismo
Modulador molécula distinta a
sustrato: heteroalosterismo
Enzimas heterotrópicos el sitio
modulador y el sitio activo
distintos
Un pequeño incremento de la [S] provoca un gran aumento de Vo.
Permiten mantener valores constantes de sus sustratos.
ATCasa

ENZIMAS
Glucogénesis y
glucogenolisis

ENZIMASa) Es rápido
b) Irreversible
c) No requiere ATP
d) Ruptura proteolítica

ENZIMAS
Mecanismo de cascada (amplificación):
Se refiere a la amplificación de un señal inicial pequeña que da como
resultado una respuesta extensa para una vía metabólica.
Este amplificación puede ser estimulada por: a) estimulación hormonal,
b) daño tisular.
Su mecanismo es por: amplificación, la cual ocurre por a)
modificaciones covalentes, b) proteólisis limitada.

ENZIMAS
COMPARTAMENTALIZACION:
(compartimentación)
Se refiere al control de la traslocación de la enzima de
los compartimentos celulares involucrados en las vías
metabólicas especificas.
Mitocondria

ENZIMASREGULACIÓN POR
INTERACCION DE
PROTEINA-PROTEINA:
Esta se refiere a que al activar
un complejo se van a activar una
serie de enzimas dependientes
del mismo.
El ejemplo típico es el:
COMPLEJO CALMODULINA-
CALCIO.

ENZIMAS
ISOENZYMES:
Es una forma molecular múltiple de las enzimas que catalizan
la misma reacción.
Las isoenzimas tienen una forma estructural diferente.
Las diferencia estriba en la composición de los aminoácidos
y la composición de los carbohidratos.
La mayoría de las isoenzimas se forman por cuatro maneras:
a) Isoenzima oligoméricas (LDH, 4 subunidades)
b) Isoenzima monoméricas (AST, citosol y mitocondrial)
c) Variantes genéticas (aloenzimas; G-6-PDH y ADH)
d) Enzimas modificadas post-traducccionalmente
(Fosfatasa alcalina, cambio en su composición de
carbohidratos).

ENZIMAS
Densitometric patterns of the LDH isozymes in serum of patients diagnosed with myocardial infarction or acute
hepatitis. Isozymes, differing slightly in charge, are separated by electrophoresis on cellulose acetate, visualized
using a chromogenic substrate, and quantified by densitometry. Total serum LDH activity is also increased in these
patients. Since hemolysis releases LDH from red blood cells and affects diagnosis, blood samples should be treated
with care. The LDH measurements for the diagnosis of myocardial infarction have now been superseded by plasma
troponin levels.
Distribución
Cuantificación
Importancia Biomédica

ENZIMAS
Enzimas de escape
Reciben este nombre debido a que cuando existe daño tisular son
vertidas al torrente sanguíneo, por lo que su actividad enzimática
aumenta en la sangre.
ENZIMAS DE IMPORTANCIA CLÍNICA:
Enzimas plasmáticas
Se clasifican en dos tipos:
ENZIMAS PLASMÁTICAS
Enzimas funcionales Enzimas no funcionales
Pseudocolinesterasa Aspartato aminotrasferasa
Lipoprotein lipasa Creatina quinasa
Ceruloplasmina Amilasa
Enzimas de la coagulación Fosfatasa alcalina
Uso en la clínica.

ENZIMAS
Principales enzimas séricas utilizadas en el diagnóstico clínico
(Algunas enzimas son inespecíficas para la enfermedad
listada).
Enzima Sérica Principal uso diagnóstico
Aminotransferasas
Aspartato aminotransferasa (AST)
Alanino aminotransferasa (ALT)
Infarto al Miocardio
Hepatitis Viral
Ceruloplasmina
Degeneración hepatocelular
(Enfermedad de Wilson)
-glutamil transpeptidasa Varias enfermedades hepáticas
Lipasa Pancreatitis aguda
Fosfatasa Alcalina (Isoenzimas)
Varios trastornos óseos,
enfermedades hepáticas
obstructivas.

TGO (Transaminasa Glutámico
Oxalacética) ----”AL
Problemas cardiacos 12-48 4-7 días
TGP (Transaminasa Glutámico Pirúvica)
----- “AST
Hepatitis
Creatina quinasa (CPK) Musculo esquelético y cerebro
Distrofia muscular tipo “Duchenne”
Amilasa Pancreática Procesos inflamatorios, pancreatitis
aguda y carcinoma 12-24 1-2 días
Lipasa Igual que el anterior pero hasta 10
días
Fosfatasa Alcalina Obstrucción biliar, raquitismo, Ulcera
péptica colitis
Antígeno Prostático Cáncer de próstata (exclusiva en
hombres)
Tamiz neonatal Prueba al bebe que debe ser
obligatoria
Lactasa No puedes tomar leche
La prueba es gratis
ENZIMAS

ENZIMAS
Uridin Transferasa de Galactosa
Galactosa Congénita ocasiona
retraso mental
Glucosa 6-P deshidrogenasa Anemia falciforme
Acetilcolinesterasa Mide el daño hepático

ENZIMAS
Actividades de autoevaluación
1. ¿Qué es una enzima? ¿Cuál es su importancia
biológica?
2. ¿Qué tipos de catalizadores conoce?
3. ¿Qué es una ribozima?
4. Mencione y explique brevemente los mecanismos de
regulación enzimática.

ENZIMAS
Preguntas de opción múltiple
1. La temperatura:
a) aumenta el efecto catalítico de las enzimas siempre
b) disminuye el efecto catalítico de las enzimas siempre
c) aumenta el efecto hasta alcanzar un máximo a temperatura
ambiente
d) disminuye la acción catalítica a partir de los 80° C
e) ninguna es correcta.
2. Una enzima alostérica:
a) se puede regular
b) no se puede regular
c) aumenta su efecto catalítico al unirse a un efector positivo
d) a y c son correctas
e) b y c son correctas

ENZIMAS
3. Un inhibidor competitivo:
a) siempre se une al sitio alostérico
b) se une al sitio activo
c) es parecido al sustrato
d) a y c son correctas
e) b y c son correctas.
4. Un cofactor es:
a) una molécula orgánica que aumenta el efecto catalítico
b) una molécula orgánica que disminuye el efecto catalítico
c) una molécula inorgánica que se une covalentemente a la enzima
d) una molécula necesaria para que la apoenzima actúe
e) ninguna es correcta

ENZIMAS
5. Las enzimas son:
a) específicas
b) saturables
c) termolábiles
d) regulables
e) todas son correctas
6. Un grupo prostético:
a) es una secuencia de aminoácidos que forman parte del sitio
activo.
b) forma parte de la estructura de ciertas enzimas, pudiendo
disociarse de ellas fácilmente.
c) es un grupo químico no protéico unido covalentemente a ciertas
enzimas y proteínas.
d) es la parte proteica de una holoenzima.

ENZIMAS
7. La formación del complejo enzima-sustrato:
a) implica necesariamente la unión covalente del sustrato al sitio
activo de la enzima.
b) se lleva a cabo mediante interacciones débiles entre el sustrato
y el sitio de unión de la enzima.
c) es un proceso irreversible, que conduce indefectiblemente a la
formación del producto.
d) es bloqueada por los inhibidores competitivos, aún frente a altas
concentraciones del sustrato.
8. El FAD y el FMN son:
a) grupos prostéticos característicos de los citrocromos
b) cofactores enzimáticos metálicos
c) coenzimas derivadas de la riboflavina
d) holoenzimas

ENZIMAS
THERMODYNAMIC CONSIDERATIONS
From the standpoint of energy, the enzymatic reactions are
divided into 3 types:
1. Exergonic or
Exothermic Reaction
Here energy is released
from the reaction, and
therefore reaction
essentially goes to
completion, e.g. urease
enzyme:
Urea -----→ ammonia + CO2 +
energy
At equilibrium of this
reaction, the substrate
will be only 0.5% and
product will be 99.5%.
Such reactions are
generally irreversible.
2. Isothermic
Reaction
When energy
exchange is
negligible, and
the reaction is
easily reversible,
e.g.
Pyruvate + 2H : Lactate
LDH
3. Endergonic
or endothermic
Energy is
consumed and
external energy is
to be supplied for
these reactions.
In the body this
is usually
accomplished.

ENZIMAS
9. La hidrólisis del ATP para dar ADP + Pi es :
a) una reacción no espontánea
b) una reacción endergónica
c) posible acoplarla a las reacciones exergónicas
d) una reacción exergónica
10. ¿Cuál de las siguientes afirmaciones no es cierta acerca
de las conversiones energéticas?
a) Algo de energía útil siempre se disipa hacia el entorno como
calor.
b) La energía total de un sistema y su entorno permanece
constante.
c) Las reacciones exergónicas se llevan a cabo espontáneamente.
d) El energía potencial de un sistema siempre permanece
constante después de una conversión energética.
e) Las reacciones exergónicas usualmente resulta en un estado
final que tiene menos energía potencial que el estado inicial.

ENZIMAS
11. Las reacciones que requieren consumo de energía se
conocen como:
a) endergónicas
b) exergónicas
c) endotérmicas
d) reductiva
e) oxidativas
12. Todas las reacciones que ocurren espontáneamente se
llaman:
a) exergónicas
b) oxidativa
c) exotérmica
d) reductiva
e) endergónica

ENZIMAS
13. La medida de azarocidad o desorden en un sistema se
conoce como:
a) calor.
b) entropía
c) el cambio en la energía libre.
d) entalpía
e) calor específico
14. ¿En cuál situación la entropía no se incrementaría?
a) Un cubito de hielo derritiéndose.
b) Algunas plantas muriéndose debido a la falta de agua.
c) Algo de sal disolviéndose en agua.
d) Agua hirviendo evaporándose.
e) Un grupo de plantas produciendo glucosa.

ENZIMAS
Alcohol deshidrogenasa (ADH) requiere NAD+ para su
actividad catalítica. Para la reacción de la ADH, el alcohol
es oxidado a aldehído así como la reducción de NAD a
NADH y la disociación de la enzima. El NAD+ esta
funcionando como un (a):
a) Apoenzima
b) Coenzima-Cosustrato
c) Coenzima-Grupo prostético
d) Cofactor
e) Efector heterotrópica

ENZIMAS
In cases of ethylene glycol poisoning and its characteristic metabolic
acidosis, treatment involves correction of the acidosis, removal of any
remaining ethylene glycol, and administration of an inhibitor of alcohol
dehydrogenase (ADH, alcohol:NAD+ oxidoreductase), the enzyme that
oxidizzes ethylene glycol to the organic acids that cause the acidosis.
Ethanol (grain alcohol) frequently is the inhibitor given to treat
ethylene glycol poisoning; it works by competitively inhibiting ADH.
As a competitive inhibitor, ethanol:
a) Increases apparent Km without affecting Vmax
b) Decreases apparent Km without affecting Vmax
c) Increases apparent Vmax without affecting Km
d) Decreases apparent Vmax without affecting Km
e) Decreases both apparent Vmax and apparent Km

The type of reaction shown above fits into which of the following
classifications?
A) Group transfer B) Isomerization C) Carbon–carbon bond breaking
D) Carbon–carbon bond formation E) Oxidation-reduction
The type of enzyme catalyzing this reaction is a
A) Kinase B)Dehydrogenase C) glycosyltransferase
D) Transaminase E) isomerase
ENZIMAS

ENZIMAS
Which of the following describes a characteristic feature of an enzyme
obeying Michaelis-Menten kinetics?
A) The enzyme velocity is at 1⁄2 the maximal rate when 100% of the enzyme
molecules contain bound substrate.
B) The enzyme velocity is at 1⁄2 the maximal rate when 50% of the enzyme
C) The enzyme velocity is at its maximal rate when 50% of the enzyme
D) The enzyme velocity is at its maximal rate when all of the substrate
molecules in solution are bound by the enzyme.
E) The velocity of the reaction is independent of the concentration of
enzyme.

ENZIMAS
Methanol (CH3OH) is converted by alcohol dehydrogenases to formaldehyde
(CHO), a compound that is highly toxic in the human. Patients who have
ingested toxic levels of methanol are sometimes treated with ethanol
(CH3CH2OH) to inhibit methanol oxidation by alcohol dehydrogenase.
Which of the following statements provides the best rationale for this
treatment?
A) Ethanol is a structural analog of methanol, and might therefore be an effective
noncompetitive inhibitor.
B) Ethanol is a structural analog of methanol that would be expected to compete with
methanol for its binding site on the enzyme.
C) Ethanol would be expected to alter the Vmax of alcohol dehydrogenase for the
oxidation of methanol to formaldehyde.
D) Ethanol would be an effective inhibitor of methanol oxidation regardless of the
concentration of methanol.
E) Ethanol would be expected to inhibit the enzyme by binding to the formaldehyde
binding site on the enzyme, even though it cannot bind at the substrate binding site for
methanol

ENZIMAS
Which of the following describes a characteristic of most
allosteric enzymes?
A) They are composed of single subunits.
B) In the absence of effectors, they generally follow Michaelis-
Menten kinetics.
C) They show cooperativity in substrate binding.
D) They have allosteric activators that bind in the catalytic site.
E) They have irreversible allosteric inhibitors that bind at
allosteric sites.

ENZIMAS
REFERENCIA BIBLIOGRÁFICA
 Alberts, B et al. (1996) Biología Molecular de la Célula. 3ra Edición.
Ediciones Omega S.A.Barcelona.
 Campbell, N. (1997) Biology. 4th Edition. the Benjamin Cummings Publishing
Company. Inc. California.
 Curtis y Barnes (1992). Biología. 5ª Ed. Bs.As. Editorial Médica
Panamericana.
 Harper, (1995) Manual de Bioquímica. Ediciones El Manual Moderno.
México.
 Karp, G.. (1998) Biología Celular y Molecular. Ed. Mc Graw Hill
Interamericana. México.
 Kuchel,p y Ralston, G. (1994) Bioquímica General. Serie Schaum. Ed.
McGraw-Hill. México.
 Smith and Wood. (1998) . Moléculas Biológicas. Ed.Addison-Wesley.
Iberoamericana S.A.
 Solomon y col. (1998) . Biología de Villee. 4ª. Ed.McGraw-Hill.
Interamericana. México.
 http://www.genomasur.com/lecturas/Guia03.htm
 Stryer, L.. (1995) Bioquímica. Ed. Reverté. España.

ENZIMAS
• Se une a un lugar diferente del sitio activo la enzima
• Se une a la enzima libre y también al complejo enzima-sustrato
• Por acción del inhibidor disminuye la Vmax pero el valor de Km no se
altera
El inhibidor NO competitivo se une a l a e nzima en u n sit io
dif erent e del sit io act ivo .

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