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Biopolímero
s (4831)
4.3. Conceptos de catálisis química.
4.3.3. Ejemplos de tipos de catálisis. Aplicación a la catálisis enzimática
Catálisis electrófila
•
Formación de iminas (bases de Schiff).
La formación de iminas
(bases de Schiff) con los
sustratos es un ejemplo
claro de cómo la formación
de enlaces covalentes con
el sustrato y modificación
transitoria del mismo, el
proceso revierte en una
mayor reactividad del
sistema. A pH neutro la
base de Schiff protonada
actúa como un sumidero
de electrones ("electron
sink") estabilizando la
formación de cargas
negativas (catálisis
electrófila) sobre uno de
los carbonos en α.
Después de la
tautomerización a la forma
enamina, el grupo
metilénico formado queda
activado como nucleófilo.
Esta estrategía la siguen
diferentes tipos de
enzimas, por ejemplo:
•
Acetoacetato decarboxilasa.
Aldolasa y transadolasa.
El enzima
cataliza la
descomposición
del acetoacetato
en acetona y
dióxido de
carbono. La
reacción no
catalizada
implica la salida
de un ión
enolato
altamente básico
a pH neutro. La
estrategia
enzimática es la
formación de
una imina entre
el sustrato y un
residuo lisina
siguiendo un
mecanismo
como el de la
figura de la
izquierda
Que se forma
una base de
Schiff está
constantado por
la inhibición
irreversible del
sistema si se le
añade
borohidruro
sódico que
reduce el doble
enlace imínico.
En la enzima
irreversiblemente
inhibida se ha
encontrado
isopropillisina
Los enzimas
catalizan la
condensación
aldólica y su
rotura. Ambas
reacciones
suceden a través
de la formación
de una base de
Schiff de
acuerdo con el
mecanismo del
esquema de la
izquierda
•
Enzimas dependientes de 5'fosfato de piridoxal
(PLP) .
El 5'fosfato de piridoxal es una coenzima muy extendida entre
los enzimas implicados en el metabolismo de muchos
aminoácidos. Se encuentra unida covalentemente a la cadena
polipeptídica mediante una base de Schiff, formada
generalmente con un grupo e-amino de un resíduo lisina
enzimático. El primer paso en la catálisis de muchas de estas
enzimas es la reacción de transiminación para formar la base
de Schiff externa con el aminoácido sustrato. Esta nueva base
de Schiff protonada en el nitrógeno piridínico (electrón sink)
puede dar un buen número de reacciones dependiendo de
cómo sea la estructura concreta del sitio activo y de los
sustratos.
•
Con la eliminación del hidrógeno en
posición α se genera el intermedio del
esquema de la derecha, el cual puede
evolucionar de diferentes maneras:
Si el protón que ha salido vuelve a
entrar en la misma posición puede hacerlo por encima
o por debajo del plano formado por el sistema pi y por
consiguiente se consigue la racemización del centro
quiral.
La adición de un protón al inicial
carbono carbonílico del piridoxal produce un
intermedio que es la base de Schiff formada por un αcetoácido y la piridoxamina (PMP). La hidrólisis de
esta base de Schiff da lugar al proceso de
transaminación
La reacción global es: Aminoácido + PLP <=>
Cetoácido + PMP
β. Si el aminoácido tiene un grupo
carboxilo en posición β como en el ácido aspártico, el
mecanismo es similar a la que encontramos en la
acetoacetato decarboxilasa y puede evolucionar
produciéndose la descarboxilación del aminoácido.
. Si en el
aminoácido el grupo en β es un buen grupo saliente
este puede ser expulsado. Buenos grupos salientes de
los aminoácidos esenciales son el tiol, el indol y el
hidroxilo, de esta forma, la cisteína, treonina, triptófano
y serina pueden ser degradados o interconvertidos.
.
•
α
De una manera similar a los mecanismos que se han
visto anteriormente, las enzimas PLP dependientes
catalizan la α -descarboxilación de los aminoácidos,
bien para dar la amina y piridoxal como productos
finales o para generar el aldehído y PMP, de acuerdo
con el siguiente mecanismo
Existen otros coenzimas como el pirofosfato de tiamina
(TPP) y el pirofosfato de hidroxietiltiamina (HETPP)
que son eficazmente utilizados en los sitios activos
enzimáticos para reacciones de catálisis electrófila.
En esta molécula, la carga positiva
el nitrógeno promueve la ionización
2 por estabilización electrostática.
carbanión es un potente nucleóf
En el caso del HEPP, el nitrógeno puede
estabilizar por deslocalización cualquier carga
negativa desarrollada sobre el aducto. La
combinación de estas reacciones permite la
descarboxilación del piruvato.
Biopolímeros. J. Donoso.Página actualizada en Abril 2006