Enzima
¿Que es una Enzima?
son moléculas de naturaleza proteica que catalizan reacciones químicas, siempre que sean termodinámicamente posibles: una enzima hace que una reacción química que es energéticamente posible , pero que transcurre a una velocidad muy baja, sea cinéticamente favorable, es decir, transcurra a mayor velocidad que sin la presencia de la enzima.
¿Que es un Catalizador?
Un catalizador es una sustancia que acelera la llegada a un equilibrio. Un catalizador puede cambiar en forma temporal durante la reacción, pero no cambia en el proceso general, porque se recicla para participar en varias reacciones
Seis clases de enzimas
- Las oxidorreductasas : catalizan las reacciones de oxidación-reducción. La mayor parte de esas enzimas se llaman, en general, deshidrogenasas. También hay otras enzimas en esta clase que se llaman oxidasas, peroxidasas, oxigenasas o reductasas.
- Las transferasas catalizan las reacciones de transferencia de un grupo y pueden necesitar la presencia de coenzimas. En las reacciones de transferencia de grupo, una parte de la molécula del sustrato se suele enlazar en forma covalente con la enzima o con su coenzima
- Las hidrolasas catalizan hidrólisis. Son una clase especial de transferasas donde el agua sirve como aceptor del grupo transferido.
- Las liasas catalizan la lisis de un sustrato, al generar un enlace doble; son reacciones de eliminación, no hidrolíticas y no oxidantes. En dirección inversa, las liasas catalizan la adición de un sustrato a un doble enlace de un segundo sustrato. Una liasa que cataliza una reacción de adición en las células es frecuentemente llamada sintasa.
- Las ligasas: catalizan la ligadura o unión de dos sustratos
Las reacciones catalizadas por enzimas, al igual que cualquier reacción química, se puede describir en forma matemática como ecuación de velocidad.
La pendiente de la curva de y 0 en función de [S] es la de una hipérbola rectangular.
La ecuación de una hipérbola rectangular es: y=ax/b+x
donde a es la asíntota de la curva (el valor de y a un valor de x infinito) y b es el punto del eje x que corresponde a un valor igual a a/2. En los experimentos de cinética enzimática, y y0 y x [S]. El valor asintótico (a) se llama Vmáx. Es la velocidad máxima de la reacción a concentraciones de sustrato infinitamente grandes. Con frecuencia se indica el valor de Vmáx en las gráficas de y0 contra [S], pero no es obvio por qué se escogió
La ecuación completa de velocidad es v0 =Vmáx[S] /Km + [S]
Esta es llamada la ecuación de Michaelis-Menten, por Leonor Michaelis y Maud Menten.
La ecuación de Michaelis-Menten describe la relación entre la velocidad inicial de una
reacción y la concentración del sustrato. En la sección que sigue se deducirá la ecuación
de Michaelis-Menten por un método cinético para después examinar el significado de las diversas constantes.
Constante catalítica kcat
Cuando la concentración de sustrato es alta, la velocidad total de la reacción es Vmáx y está determinada por la concentración de la enzima. La constante de velocidad observada bajo estas condiciones se llama constante catalítica, Kcat, y se define como sigue:
Vmáx = kcat[E]total Esta es llamada la ecuación de Michaelis-Menten, por Leonor Michaelis y Maud Menten.
La ecuación de Michaelis-Menten describe la relación entre la velocidad inicial de una
reacción y la concentración del sustrato. En la sección que sigue se deducirá la ecuación
de Michaelis-Menten por un método cinético para después examinar el significado de las diversas constantes.
Constante catalítica kcat
Cuando la concentración de sustrato es alta, la velocidad total de la reacción es Vmáx y está determinada por la concentración de la enzima. La constante de velocidad observada bajo estas condiciones se llama constante catalítica, Kcat, y se define como sigue:
kcat = Vmáx/[E]total
Significados de Km:
La constante de Michaelis tiene varios significados define a Km como la relación de las constantes de velocidad combinadas para la descomposición de ES dividida entre la constante para su formación.
Inhibición reversible de enzima
Inhibidor de enzima (I): compuesto que se enlaza con enzima e interfiere con su actividad.
• Evita la formación del complejo ES
• Bloquea la formación del producto
Tipos de inhibidores
- Competitivo (I solo se une a E)
- Acompetitivo (I solo se une a ES)
- No competitivo (I se une a E o a ES)
Inhibición acompetitiva
Los inhibidores acompetitivos sólo se unen al ES y no a la enzima libre
Inhibición no competitiva
Los inhibidores no competitivos se pueden unir a la E o al ES y formar complejos inactivos EI o ESI, respectivamenteUsos de la inhibición enzimática
La inhibición enzimática reversible permite contar con un método poderoso para determinar la actividad enzimática y para alterarla en el tratamiento de enfermedades. Se
puede obtener información acerca de la forma y de la reactividad química del sitio activo
de una enzima a partir de experimentos que impliquen una serie de inhibidores competitivos con estructuras alteradas en forma sistemática.
La industria farmacéutica recurre a estudios de inhibición enzimática para diseñar
medicamentos de uso clínico.
Regulación de la actividad enzimática enzimas alostéricas
Son invariablemente proteínas con múltiples subunidades, convmúltiples lugares activos. Son enzimas cuyas propiedades sonvafectadas por cambio en la estructura.vCinética sigmoide, indica cooperatividad entre las subunidades.v La unión de un sustrato a uno de los sitios, afecta el enlace en los otros sitios.
Son reguladas por la unión de:
• Moduladores positivos
• Moduladores negativos que pueden ser:
Homotrópicos o homoalosterismo
• Heterotrópicos o heteroalosterismo
Propiedades generales de las enzimas alostéricas
Lisozima
Catalizan la hidrolisis de algunos polisacáridos, en especial los que forman las paredes celulares de las bacterias.
Muchas secreciones la contienen:
-lagrimas
-saliva
-moco nasal
El sustrato de lisozima es un polisacárido formado por residuos alternantes de N-acetilglucosamina (GlcNAc) y ácido N-acetilmurámico (MurNAc) unidos por enlaces glicosidicos.
Modos de enlazamiento en la catálisis enzimática
A. El efecto de proximidad: Las altas concentraciones efectivas favorecen la formación
mas frecuente de estados de transición
B. Enlazamiento débil de sustratos con enzimas: Estabilización del estado de transición
C. Ajuste inducido: La mayor parte de las enzimas tiene flexibilidad limitada, no son moléculas totalmente rígidas.
El ajuste inducido No es un modo catalítico, sino un efecto de especificidad del sustrato
- 1950 Daniel Koshland sugirió que la flexibilidad de la enzima interviene en la actividad catalítica y en la especificidad del sustrato.
- Su propuesta se baso en experimentos cinéticos con hexocinasa, enzima que cataliza la fosforilacion de la glucosa por el ATP
D. Estabilización del estado de transición: Algunos enzimologos han estimado que la estabilización del estado de transición explica casi todos los aumentos de velocidad de reacción causado por las enzimas.
Emil Fischer, 1894
Cerradura y su llave
Sólo uno o muy pocos sustratos se podrían ajustar dentro de una enzima específica
• Hay una región que es un sitio activo.
• Se forman complejos entre los sustratos y las enzimas.
1950 y 1960 perdió adeptos
Hoy día esta teoría se acepta
- Especificidad enzimática
- Catálisis enzimática
La “la llave” es el estado de transición, y no la molécula de sustrato.
Cuando el sustrato se enlaza a la enzima, la enzima distorsiona la estructura del sustrato, y lo fuerza hacia el estado de transición.
Coenzimas y vitaminas
Una coenzima es una molécula inorgánica u orgánica pequeña necesaria para la actividad de una enzima. Una coenzima es un cofactor.
Los tipos de cofactores se pueden distinguir además de su naturaleza por la fuerza de interacción con su apoenzima
La apoenzima es la parte proteica de una holoenzima, es decir, una enzima que no puede llevar a cabo su acción catalítica desprovista de los cofactores necesarios, ya sean iones metálicos (Fe, Cu, Mg, etc.) u orgánicos, que a su vez puede ser una coenzima o un grupo prostético, dependiendo de la fuerza de sus enlaces con la apoenzima. La apoenzima, es por tanto, catalíticamente inactiva, hasta que se le une el cofactor adecuado.
Aplicación de las Enzimas en Farmacia
Puesto que las aplicaciones médicas y farmacéuticas abarcan un amplio espectro de materias, es conveniente dividirlas en tres áreas importantes de interés: terapias enzimáticas, usos analíticos y producción de compuestos farmacéuticos.
A diferencia de otros usos industriales de las enzimas, las aplicaciones médicas y farmacéuticas de las mismas, requieren generalmente pequeñas cantidades de enzimas altamente purificadas. En parte, esto refleja el hecho de que para que una enzima sea efectiva, solo debe modificarse el o los compuestos de interés contenidos en un fluido o tejido fisiológico complejo.
Tratamientos terapéuticos con enzimas
Esta forma de terapia, se basa en la administración de una enzima específica a un paciente, para producir una mejoría progresiva en el mismo; el principal problema relacionado con este método, es la respuesta inmunológica del organismo la cual inactiva al compuesto incorporado. Además, si el destino de una enzima o de un producto obtenido por métodos enzimáticos es su administración a un paciente, resulta evidente que el preparado debe contener las menores cantidades posibles de material extraño para evitar efectos secundarios.
Uno de los productos obtenidos mediante el uso de enzimas son los aminoácidos.
Si bien se pueden sintetizar empleando un proceso químico, el resultado es una mezcla de dos tipos distintos (D y L isómeros).
Puesto que solamente el L-isómero es biológicamente activo, la mezcla debe ser separada en sus dos componentes. (Utilizadas para el Control de neoplasmas.)
Además de aminoácidos, las enzimas son utilizadas para la producción de antibióticos semi-sintéticos. Las penicilinas semisintéticas son los principales productos farmacéuticos obtenidos por tecnología enzimática.
Carbohidratos
Los carbohidratos son uno de los principales nutrientes en nuestra alimentación. Estos ayudan a proporcionar energía al cuerpo. Se pueden encontrar tres principales tipos de carbohidratos en los alimentos: azúcares, almidones y fibra.
La mayor parte de los monosacáridos son compuestos quirales
Los monosacáridos son sólidos blancos, cristalinos y solubles en agua que tienen sabor dulce. Entre los ejemplos están la glucosa y la fructosa. Desde el punto de vista químico, los monosacáridos son polihidroxi aldehídos o aldosas, o polihidroxi cetonas o cetosas. Se clasifican por el tipo de grupo carbonilo y por la cantidad de átomos de carbono. Como regla, se usa el sufijo -osa para dar nombre a los carbohidratos, aunque hay varias excepciones. Todos los monosacáridos tienen al menos tres átomos de carbono.
Composición de los carbohidratos
- Están formados por carbono (C), hidrogeno (H) y oxigeno (O).
- Presentan la formula química general (CH2O)n.
- Todos los carbohidratos presentan grupos funcionales -C=O o –OH.
Fuentes de carbohidratos
Son los compuestos orgánicos mas abundantes en la naturaleza
- Los carbohidratos se encuentran de forma abundante en las plantas y en pequeñas cantidades en animales.
- Las plantas nos proveen de todos los hidratos de carbono mediante la alimentación.
Los carbohidratos pueden ser: Aldosas y Cetosas
- Gliceraldehido es un aldehído yestos monosacáridos sedenominamos aldosas
- Dihidroxiacetona:es una cetona y estos monosacáridos se denominan cetosas
Aldosas
Los aldehídos este grupo carbonilo se encuentra en un extremo de la cadena hidrocarbonada, por lo que tiene un átomo de hidrógeno unido a él directamente, que suele escribirse, por comodidad, en la forma —CHO. Según el tipo de grupo hidrocarbonado unido al grupo funcional, los aldehídos pueden ser alifáticos, R—CHO, y aromáticos, Ar— CHO.
Cetosas
Las cetonas el grupo carbonilo se encuentra unido a dos grupos hidrocarbonados. Según el tipo de grupo hidrocarbonado unido al grupo funcional, las cetonas se clasifican en alifáticas, R—CO—R' aromáticas, Ar—CO— Ar, y mixtas; R—CO—Ar.
Estereoisomeros
Epimeros
Los azúcares que difieren en un sólo centro quiral se llaman epímeros. Así, la galactosa es epímero de la glucosa ya que difiere en el centro quiral del carbono 4. La Manosa también es epímero de la glucosa, ambos azúcares difieren en el centro quiral de la posición 2.
Isomeros
La isomería es una propiedad de aquellos compuestos químicos que
con igual fórmula molecular (fórmula química no desarrollada) de
iguales proporciones relativas de los átomos que conforman su
molécula, presentan estructuras químicas distintas, y por ende,
diferentes propiedades.
Clasificación de los Carbohidratos
Monosacáridos
- Los monosacáridos son azúcares simples.
- No se hidrolizan, es decir, que no se descomponen enotros compuestos más simples.
- Poseen de 3 a 7 átomos de carbono.
- Su fórmula empírica es (CH2O)n donde n ≥ 3.
Monosacáridos mas importantes
- Glucosa
- Fructosa
- Galactosa
- Ribosa
- Desoxiribosa
Polisacaridos
Con frecuencia se divide a los polisacáridos en dos clases extensas.
- Los homoglicanos (u homopolisacáridos) son polímeros que sólo contienen residuos de un tipo de monosacárido.
- Los heteroglicanos (o heteropolisacáridos) son polímeros que contienen residuos de más de un tipo de monosacárido
Conformación de los monosacáridos
La estabilidad relativa de cada conformación depende del grado de interferencia estérica entre los grupos hidroxilo.
- Proyección de Haworth son las mas utilizadas en bioquímica. Sin embargo, la geometría de los átomos de carbono en un anillo monosacáridos es tetraédrica (110o).
- Los monosacáridos cíclicos pueden tener diversas conformaciones, o formas tridimensionales.
- Los anillos furanosas adoptan conformaciones de sobre o torcida.
Los 2 CONFORMEROS en silla de la -D-glucopiranosa
Derivados de los monosacáridos
Monosacáridos
- -Fosfato de azúcar
- -Desoxi y amino azucares
- -Azucares alcoholes
- -Azucares ácidos
- -Ácidos ascórbico (vitamina C).
Monosacáridos polimerizados
(oligosacáridos y los polisacáridos).
Clasificación de los polisacáridos según su función:
Polisacáridos de reserva
- Almidón
- Glucógeno
Polisacáridos
estructurales
- Celulosa
- Quitina
Glicoconjugados
- Proteoglicanos
- Peptidoglicanos
- Glicoproteínas
Función de los Oligosacaridos en Glucoconjugacion
- Estructural
- puede afectar la estabilidad
- señales en crecimiento celular
- plegados en proteina
Proteoglicanos: Los proteoglicanos son complejos de proteínas y una clase de polisacáridos llamados glicosaminoglicanos.
Peptidoglicanos: son polisacáridos unidos a péptidos pequeños.
Glicoproteínas: son proteínas que contienen oligosacáridos unidos en forma covalente
son un grupo diverso de proteínas que abarcan enzimas, hormonas, proteínas estructurales y proteínas de transporte.
Vías metabólicas de los carbohidratos
Destino del Piruvato
- El piruvato puede convertirse en acetil- CoA por acción de piruvato deshidrogenasa. La acetil-CoA se puede usar en varias rutas metabólicas.
- El piruvato se puede carboxilar y producir oxalacetato precursor en la gluconeogénesis.
- En algunas especies, se puede reducir piruvato para formar etanol
- En algunas especies el piruvato se puede reducir a lactato
El piruvato es el punto inicial para la síntesis de glucosa
Regulación del metabolismo de glucógeno por las hormonas
Las principales hormonas que controlan el metabolismo del glucógeno en los mamíferos son la insulina, el glucagón y la epinefrina.
La insulina es una proteína
con 51 residuos, sintetizada
por las células del páncreas, y
se secreta cuando aumenta la
concentración de la glucosa
en la sangre.
El glucagón es una hormona que contiene 29 residuos de aminoácido y la segregan células a del páncreas como respuesta a baja concentración de glucosa en la sangre.
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