Download enzimas - quimicabiologicaunsl


-

-
Prof. Responsables:
Dra. Alicia Molina (Lic. en Ciencias Biológicas)
Dra. Ana Anzulovich (Prof. en Cs. Biológicas y
Lic. en Biotecnología)
Jefes de Trabajos Prácticos:
Dra. Mariela Coria (Lic. y Prof. en Ciencias
Biológicas y Lic. en Biotecnología)
Lic. Nuria Mitjans (Lic. en Biotecnología)
QUIMICA BIOLOGICA
Objetivos:
I.
II.
III.
Comprender las transformaciones energéticas
celulares
Establecer los principios de la bioenergética
Estudiar el metabolismo
En particular, los OBJETIVOS de este curso para las carreras de
Lic. y Prof. en Ciencias Biológicas y Lic. en Biotecnología, son:
- Analizar los procesos de degradación y biosíntesis de
los compuestos biológicos, teniendo en cuenta su
interrelación y mecanismos de regulación.
- Estudiar las enzimas como herramientas de
regulación, transformación y generación de energía
celular.
- Integrar las distintas vías metabólicas y su relación con
los mecanismos de producción y utilización de energía
por parte de los seres vivos.

METABOLISMO. Principales nutrientes de autótrofos y
heterótrofos. Catabolismo. Anabolismo. ENZIMAS: Naturaleza
Química. Propiedades Generales. 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: pH, T, [S], [Enzima]. Inhibidores naturales 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). Modulación
Covalente. Zimógenos. Isoenzimas: Propiedades e importancia.
Energía para la vida
¿Cómo?
Heterótrofos
Autótrofos
Fotosintéticos
¿Cómo?
HH22O
O
M E T A B O L I S M O
METABOLISMO INTERMEDIO
Conjunto de
reacciones
químicas que
tienen lugar en
las células y
tejidos.
Sentido biológico del metabolismo
1- Obtener energía y poder reductor a partir de los nutrientes.
Heterótrofos
Autótrofos
2- Degradar los compuestos ingeridos con los alimentos, o los de
reserva, en productos más simples, utilizables como precursores para
la síntesis de moléculas constituyentes de órganos y tejidos y otras
sustancias necesarias para su funcionamiento.
Nutrientes
Nutrientes
- CO2
- H2O
- Iones de nitrógeno
- Elementos Minerales
- Carbohidratos
- Lípidos
- Proteínas
- Vitaminas
- Minerales
Sentido biológico del metabolismo
1- Obtener energía y poder reductor a partir de los nutrientes.
2- Degradar compuestos ingeridos con los alimentos, o los de reserva,
en productos más simples, utilizables como precursores para la
síntesis de moléculas constituyentes de órganos y tejidos y otras
sustancias necesarias para su funcionamiento.
DEGRADACION
SINTESIS
Metabolismo
DG
Estructuras simples
SINTESIS
Catabolismo
DEGRADACION
Estructuras complejas
Anabolismo
Productos
finales
carentes
de Energía
Nutrientes
Contenedores
de Energía
Carbohidratos
Lípidos
VIAS CATABOLICAS
(Degradación oxidativa)
CO2
H2O
NH3
Proteínas
NAD+
NADP+
FAD
ADP+HPO42-
NADH
NADPH
FADH2
ATP
Moléculas
Precursoras
Macromoléculas
Celulares
Polisacáridos
Lípidos
Proteínas
Ácidos
Nucleicos
Energía
Química
VIAS ANABOLICAS
(Síntesis reductora)
Monosacáridos
Ácidos grasos
Aminoácidos
Bases nitrogenadas
Equilibrio dinámico
Catabolismo
Anabolismo
Crecimiento
Catabolismo
Anabolismo
Envejecimiento
Anabolismo
Catabolismo
METABOLISMO INTERMEDIO
Conjunto de
reacciones
químicas que
tienen lugar en
las células y
tejidos.
Esquemas de distintos tipos de secuencias metabólicas
Precursor
A
Intermediarios o
metabolitos intermedios
B
Vías
C
Producto
D
E
P
Q
D
E
Punto de ramificación
A
B
C
S
P
S
A
A
Ciclos
B
D
C
B
M
Cascadas
N
X
Y
Vías
catabólicas
convergentes
Vías
anabólicas
divergentes
CONTINUA LA HISTORIA…

1926, James Sumner (ureasa, estructura proteica).

1930, John Northrop y Moses Kunitz- (pepsina,
tripsina y quimotripsina).
- Digestión y degradación de péptidos y proteínas.
CONTINUA LA HISTORIA…


Ultimos 50 años (estructura y
función).
1963- 1º Secuencia de
aminoácidos de la ribonucleasa
pancreática bovina A.
 1983. Sidney Altman y
colaboradores. El ARN de la
ribonucleasa P tiene
actividad catalítica.
Esquemas de distintos tipos de secuencias metabólicas
a
A
B
b
c
C
c
e
P
Vías
f
A
B
g
C
h
k
P
Ciclos
D
ñ
S
A
B
D
n
l
C
m
A
o
M
d
D
i
E
Q
E
j
S
B
p
X
Cascadas
N
q
Y
A+B
Energia
libre (G)
G1 de Reactivos
A+B
Estado de
activación
Catalizador
C+D
La velocidad a la cual se produce el intermediario
de transición depende de:
1- la Ea,
2- la frecuencia de choques entre las moléculas.
3- orientación adecuada de las moléculas.
Energia de
Activacion
(Ea)
Ea
de la reaccion
catalizada
ΔG (-) de reaccion
G2 de Productos C+D
Progreso de la reaccion
Catalizador: agente capaz de acelerar una reacción
química, sin formar parte de los productos formados, ni
desgastarse en el proceso.
Las ENZIMAS son macromoléculas que funcionan
como catalizadores biológicos, ya que disminuyen
la Ea y favorecen la orientación de las moléculas
reaccionantes.


La/s sustancia/s sobre la/s cual/es actúa/n se
denomina/n SUSTRATO (S).
SITIO DE UNION AL SUSTRATO (Sitio Activo)
Uniones no Covalentes: Puente de hidrógeno
Hidrofóbicas
Electrostáticas
Enz
S

ESPECIFICIDAD DE SUSTRATO. Estereoespecificidad y
especificidad geométrica.

NECESITAN DE FACTORES NO ENZIMATICOS (cofactores):
inorgánicos (metales) u orgánicos (Coenzimas)

La síntesis de la proteína-enzima, su actividad y
degradación SON REGULABLES:.
E
+
S
ES
E
Enzima Sustrato Complejo Enzima
ES
+
P
Producto
Esquema de ejemplo de mecanismo de reacción
enzimática de Sacarosa
Único
sustrato
ALTA
ESPECIFICIDAD
Glucoquinasa
Glucosa
ESPECIFICIDAD RELATIVA
Hexoquinasas
Grupo de
sustratos
HEXOSAS
glucosa, manosa y fructosa
GLUCOSA
ATP
D-Glucosa
Glucoquinasa
-P
GLUCOSA-6P
ADP
Citocromo oxidasa
Catalasa
Fe++ ó Fe+++
Peroxidasa
Anhidrasa carbónica
Zn++
Hexoquinasa
Glucosa-6-fosfatasa
Mg++
Piruvato quinasa
Piruvato quinasa
K+
HOLOENZIMA
ENZIMA
TOTAL
COENZIMAS
=
APOENZIMA
PROTEÍNA
(termolábil)
+
COENZIMA
NO PROTEICA
(termoestable)
Transportadores de
grupos funcionales
Transportadores
de electrones
Grupo/s transportado/s
Niacina
NAD, NADP
Ion Hidruro (:H -)
ENZIMAS
PDH GAD
Riboflavina (Vit.B2)
FAD, FMN
Electrones
SDH
Tiamina (Vit. B1)
PP-tiamina
Aldehídos
PDH, TC
Acido pantoténico
Coenzima A
Grupos acilo
Tiolasa
Ser-Tre
Deshidrat.
Acido fólico
TH4
Grupos
monocarbonados
Piridoxina (B6)
P-piridoxal
Transferencia
grupos aminos
Transamin
asas
Lipoamida
Electrones y
grupos acilos.
PDH
Acido lipoico
METABOLISMO INTERMEDIO
Conjunto de
reacciones
químicas que
tienen lugar en
las células y
tejidos.

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 en general son proteínas que deben ser
sintetizadas correctamente, con la estructura primaria,
secundaria, terciaria y cuaternaria, si la tuvieran, de
toda proteína.
Cualquier alteración de la
síntesis de estas proteínas
puede llevar a una patología.

Transformación de moléculas de nutrientes simples en
moléculas mas complejas, y viceversa.

Extracción de energía desde metabolitos combustibles
o compuestos degradables por oxidación.

Polimerización de
macromoléculas, etc.
subunidades
para
formar

Transformación de moléculas complejas en
moléculas simples y viceversa
ENZIMAS
PAN
PAPAS
ALMIDON
nGLUCOSA
ENZIMAS
ARROZ
GLUCOGENO
PANCETA
CHIZITOS
ENZIMAS
MONO
GRASAS
GLICERIDOS
(TG)
CHORIZOS
TRIGLICERIDOS
ENZIMAS
ENZIMAS
GLICEROL
+3 AC.GRASOS

Oxido-reducción

Rotura y formación de enlaces C-C

Reorganización interna

Transferencia de grupos

Reacciones de condensación




Al nombre del sustrato o del producto, se le agrega la
terminación ASA. Por ejemplo:
sacarasa, ureasa, amilasa, etc.
O a la reacción que catalizan, por ej.: oxidoreductasa,
deshidrogenasa, descarboxilasa, etc.
Otras tienen nombres arbitrarios, como:
ptialina salival, pepsina del jugo gástrico, tripsina, etc.
Cada enzima tiene un nombre y un numero asignado
por la Comisión Internacional de Enzimas. Por ej.:
Lactato deshidrogenasa (EC 1.1.1.27)
Clase
1
-
subclase
1
-
subsubclase
1
-
nº de orden
27
1-OXIDORREDUCTASAS
Lactato deshidrogenasa
(EC 1.1.1.27)
2. TRANSFERASAS
Hexoquinasa
(EC 2.7.1.2)
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)



COMPARTIMENTALIZACION: Diferente
localización dentro de la célula.
SISTEMAS MULTIENZIMATICOS: Enzimas
relacionadas agrupadas formando
verdaderos complejos macromoleculares.
ENZIMAS MULTIFUNCIONALES: Una enzima
que presenta distintos sitios catalíticos

Unidades Internacionales (UI)
(medida de velocidad)
UI =

moles de S transformados
min
Actividad Específica
Actividad enzimática (UI) por miligramo de
proteína presente en la muestra
UI
AE =
mg de proteína

Actividad Molar ó Numero de Recambio
Moléculas de S convertidas en P por unidad de
tiempo y por molécula de enzima
mol de S transformados/min
Actividad molar =
mol de enzima
A
B
Prot.Tot: ∑
+
+ +
Prot.Tot: ∑
+
+
Prot.Tot: ∑
C
A, B y C: pasos de purificación
Actividad
=
específica
Activ. Enzimática
U.I.
=
mgr de proteína
+
Prot. totales
Prot.Tot: ∑

pH

Temperatura

Concentración de Enzima

Concentración de Sustrato
Actividad
enzimática
pH óptimo
pH
Actividad
enzimática
T. óptima
T(ºC)
Act. Enz.
o Vo
Concentración saturante de
sustrato, y a pH yT constantes
[E]
Vo
(Act. Enz.)
Vo
Leonor Michaelis y Maud Menten
[S][S]
Ordenada al origen = 1/Vmáx.
Pendiente= Km/Vmáx
Intersección c/eje x = - 1/Km