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Tema 5 – Características generales de las enzimas Marta Mateos Monge ÍNDICE 1. Introducción...................................................................................................................

Tema 5 – Características generales de las enzimas Marta Mateos Monge ÍNDICE 1. Introducción.............................................................................................................................................................23 1.1. Definición.........................................................................................................................................................23 1.2. Características...................................................................................................................................................23 1.3. Actividad catalítica............................................................................................................................................23 2. Propiedades..............................................................................................................................................................23 2.1. Velocidad de reacción........................................................................................................................................23 2.2. Energía libre......................................................................................................................................................23 2.3. Alto poder catalítico...........................................................................................................................................23 2.4. Especificidad enzimática....................................................................................................................................24 3. Clasificación............................................................................................................................................................24 4. Estructura.................................................................................................................................................................24 4.1. Mecanismo de acción.........................................................................................................................................24 4.2. Estructura..........................................................................................................................................................24 4.3. Centro activo.....................................................................................................................................................24 4.4. Isoenzimas o isozimas........................................................................................................................................25 4.5. Cofactores.........................................................................................................................................................25 1. INTRODUCCIÓN 2.ENZIMAS 1.1. REACCIONES QUÍMICAS Las enzimas son proteínas que catalizan reacciones Aparte de la espontaneidad de la reacción, en las químicas específicas. reacciones una porpiedad muy importante es la Un catalizador es una sustancia que aumenta la energía requerida para inicar la conversion de los velocidad de una reacción química específica sin sustratos (VELOCIDAD DE REACCIÓN) alterar el equilibrio y sin verse alterada ella misma En ello influyen las enzimas. en el proceso global. Importa la naturaleza química de los reactantes Excepción: las ribozimas no son proteínas, sino moléculas de ARN con porpiedades catalíticas Mecanismo: disminuyen la Ea y, por tanto, aumentan la v de reacción Características: En el proceso no se consumen ni modifican.  Tienen alto poder catalítico  Elevada especificidad  Su acción es regulable. 22 Tema 5 – Características generales de las enzimas Marta Mateos Monge Estas son las holoenzimas, formadas por apoenzima (parte proteica) + cofactor (parte no proteica) Tipos 2.1 CATÁLISIS ENZIMÁTICA  Iones metálicos: Pueden ser iones La catalisis enzimatica comienza con la union del metálicos como el Zn2+ o el Fe 3+. Si la enzima está muy unida a su ión metálico sustrato (S) a la enzima (E). se les llama metaloenzimas. La formacion de ES libera energia libre (energia de Ej: Zn 2+. Mn, K+ union, ΔGB).  Coenzimas: son moléculas orgánicas que La energia de union (ΔGB) disminuye la energia de derivan de vitaminas. Las enzimas que activacion (ΔG‡). usan la misma coenzima tienen similares mecanismos de reacción. Tipos: o Grupo prostético: unión fuerte a la enzima o Cosustrato: débilmente unida, por lo que en realidad actúa como un sustrato específico de la enzima. MISMA COENZIMA, MISMA REACCIÓN 3. COMPOSICIÓN Algunas enzimas son tan solo proteínas, con centros activos a los que les une el sustrato de forma específica. Por tanto, su estructura es la que toma la 4. CLASIFICACIÓN secuencia de aminoácidos que la forma. 3.1. ISOENZIMAS O ISOZIMAS Oxido-reductasas (EC1): oxidación y reducción, mediante transferencia de electrones y protones. Son enzimas que difieren en su secuencia de AH2 + B ↔ A + BH2 aminoácidos, pero catalizan la misma reacción, es decir, hacen el mismo trabajo, pero tienen pequeñas Transferasas(EC2) : transfieren grupos variaciones. funcionales entre moléculas, salvo si es hidrógeno. Están codificadas por diferentes genes y se A-B + C ↔ A + C-B diferencian por sus propiedades cinéticas, regulación expresión temporal o espacial, con las Hidrolasas (EC3): reacciones de hidrólisis a que añaden dos niveles más de especificidad. través de la transferencia de g. funcionales a los components del agua. 3.2. COFACTORES A-B + H2O ↔ AH + BOH Sin embargo, otras tienen componentes no proteicos, llamados cofactores 23 Tema 5 – Características generales de las enzimas Marta Mateos Monge Liasas/sintasas (EC4): rotura no hidrolítica y o Distorsión formación de enlaces, lo hacen al eliminar y añadir grupos a doble enlace. A-B ↔ A + B Isomerasas (EC5): producen reordenamientos intramoleculares, permiten pasar de un isómero a otro. A↔B Ligasas/sintetasas (EC6): catalizan la unión de dos o más sustratos gracias a un aporte La energía utilizada para aumentar la velocidad energético (hidrólisis del ATP). proviene de interacciones débiles entre enzima y A + B + NTP ↔ A-B + NDP + Pi sustrato: puentes de hidrógeno, interacciones iónicas e hidrofóbicas. En el sitio activo algunas de estas interacciones tienen lugar preferentemente en el estado de transición de la reacción, estabilizándolo. 5.1.CENTRO ACTIVO Región de la enzima donde se une el sustrato y se produce la reacción. Características:  Contiene los grupos químicos (aa, cofactor, coenzima), que facilitan la unión, aunque no participan en la reacción (grupos de unión) y otros que facilitan la rotura o formación de enlaces (grupos catalíticos). 5. MECANISMO DE ACCIÓN  Son hendiduras o cavidades Si el sustrato está unido a la enzima, la reacción es tridimensionales con una determinada mucho más rápida (COMPLEJO ENZIMA- geometría SUSTRATO).  Unen los sustratos mediante fuerzas La enzima puede ser complementaria al sustrato o débiles: enlaces electrostáticos, p de H, al estado de transición. Van der Waals… Pasos:  Andamiaje Especificidad: depende de la naturaleza y disposición de los átomos en el centro activo. Las  Centros reguladores interacciones contribuyen a esta especificidad y a la  Interacción reacción catalítica en sí.  Acanalamiento de sustratos: ayuda a que el sustrato se una Requerimientos: Formas de unión:  Dependiente de la concentración:  Llave-cerradura: considera que la enzima o Interacción posee un centro activo perfectamente o Alineamiento complementario al  Dependiente de la naturaleza:  Ajuste Inducido y, enzima y sustrato o Desolvatación sufren un ajuste en su estructura para 24 Tema 5 – Características generales de las enzimas Marta Mateos Monge encajar. El sustrato se ajusta a la o Estabilizar una carga negativa. conformacion del estado de transicion  Catálisis covalente: Se forma un enlace covalente transitorio entre el enzima y el sustrato que facilita la reacción. Los Aas: Ser, Tyr, Cys y Lys presentes en el centro activo de muchos enzimas participan en este tipo de catálisis. El enlace covalente se rompe, liberando E que permite la reacción Ej: la glucosa. Para lograr una union a su enzima, hay una  Catálisis acido-base: Es uno de los desolvatación (ya que es polar) y un ajuste mecanismos más generales que intervienen inducido. Aumenta la energía de unión. en las reacciones enzimáticas: los centros activos de muchos enzimas contienen Por eso, baja la Ea y la reacción es más rápida. aminoácidos que pueden participar en el Si la enzima realiza un ajuste inducido, la energía proceso catalítico como dadores o de union es mayor. aceptores de protones, p. e. Aas cargados (Lys, Arg, Glu, Asp, His). También algunos cofactores ejecutan este papel. 5. NOMENCLATURA El nombre de sus sustratos y su actividad añadiendo el sufijo “asa”. SON ANÁLOGOS DEL ESTADO DE TRANSITION DE LOS SUSTRATOS 5. MECANISMOS CATALÍTICOS  Catalisis por ion metálico: A traves de 5. PROPIEDADES interacciones ionicas metal-sustrato- enzima y facilitando reacciones redox. Puede: Potentes: En ausencia de enzimas, la mayoría de reacciones biológicas no tiene lugar a velocidades o Incrementar las interacciones con perceptibles. Aumentan la v entre 105-1017 veces. la enzima y sustrato, por tanto la energía de unión y disminuye la Ea. o Generar un nucleófilo. Cargado positivamente, tira de los e- del H. Al final se suelta un protón del agua que interacciona con el CO2. 25  Tema 5 – Características generales de las enzimas Marta Mateos Monge 5. RESUMEN Altamente específicos: Las enzimas son altamente selectivas, al disminuir la energía de activación de una sola de las reacciones que puede sufrir la La enzima no altera su estructura al acabar la molécula de sustrato a la que se une. reacción, pero la coenzima sí altera la estructura química. Habitualmente, cada enzima cataliza una sola reacción en particular, de modo que dirigen al Las enzimas aceleran la reacción, pero no alteran sustrato a través de vías específicas. el equilibrio. Las enzimas disminuyen la energía de activación Relación v/especificidad: a mayor v, mayor y, por tanto, aumentan la velocidad de la especificidad reacción. Las enzimas no modifican las propiedades termodinámicas de la reacción. La velocidad de reacción se mide en cantidad de producto creado o de sustrato cambiado. La velocidad de reacción depende de las concentraciones de los reactivos, al aumentar la cantidad de sustrato, aumenta la velocidad Sustratos apolares AAs grandes, apolares y aromáticos Eficientes: Las enzimas apenas generan productos secundarios que podrían ser inhibidores de las reacciones o, en el mejor de los casos, costosos de eliminar (no dejan restos) Presentan eficiencias muy superiores al 90% Actúan en condiciones suaves: de T, pH y presión, por lo que se adaptan a las condiciones de los seres vivos Reutilizables: no se consumen en la reacción. Regulables: su actividad varía según las necesidades celulares 26 Tema 6 – Cinética enzimática Marta Mateos Monge ÍNDICE 1. Parámetros cinéticos....................................................................................................................................................... 27 1.1. Velocidad máxima................................................................................................................................................... 27 1.2. KM............................................................................................................................................................................ 27 1.3. KCAT......................................................................................................................................................................... 27 1.4. Actividad enzimática............................................................................................................................................... 27 2. Formulación matemática................................................................................................................................................. 27 2.1. Cinética de Michaelis-Menten................................................................................................................................. 27 2.2. Recta Lineweaver-Burk........................................................................................................................................... 28 3. Inhibición de la actividad enzimática.............................................................................................................................. 28 3.1. Concepto.................................................................................................................................................................. 28 3.2. Inhibición reversible................................................................................................................................................ 28 3.2.1. Inhibición reversible competitiva o isostérica................................................................................................... 28 3.2.2. Inhibición reversible no competitiva o alósterica............................................................................................. 28 3.3. Inhibición irreversible.............................................................................................................................................. 29 3.3.1. Análogo del estado de transición (AET)........................................................................................................... 29 3.3.2. Sustratos suicidas.............................................................................................................................................. 29 1. ECUACIÓN MICHAELIS-MENTEN 1.1. VELOCIDAD MÁXIMA 1.2. ECUACIÓN DE MICHAELIS-MENTEN La velocidad inicial también es un parámetro que Variación de la velocidad inicial de la reacción en define la actividad enzimática. función de la concentración de sustrato. A una concentración constante de enzima, la La velocidad máxima es la que alcanza la reacción velocidad aumenta conforme aumenta la cuando todos los centros activos de las enzimas concentración de sustrato hasta llegar a un máximo. estén unidos a un sustrato, por tanto, cuando la enzima esté saturada. KM es la constante de Michaelis-Menten e indica la Ocurre porque hay un nº limitado de enzimas y concentración de sustrato a la cual la velocidad de todas están ocupadas. la reacción es la mitad de su velocidad máxima. A mayor concentración de sustratos, v mayor. No importa tanto la cantidad de sustrato, sino su afinidad con la enzima. 27 Tema 6 – Cinética enzimática Marta Mateos Monge La afinidad está relacionada con KM en cuanto que,  Si KM es igual a la concentración de contra mayor sea el valor de KM, menor será la sustrato, la enzima funciona en rango afinidad. La afinidad es la capacidad de la enzima dinámico, su actividad cambia rápidamente de unirse a un sustrato (relación enzima-sustrato) dependiendo de los cambios en el sustrato. La Km es característica para cada pareja E-S ya  Si KM es menor que la concentración de que las enzumas se han adaptado para que su Km sustrato, la actividad de la enzima es básica sea la concentración que hay en el cuerpo de ese para el sistema, siempre trabajando al sustrato. máximo. Con esta constante se puede: Comparar afinidades relativas entre varios sustratos fisiológicos o entre uno fisiológico y uno sintético. Determinar el efecto de sustancias que afectan a la afinidad (inhibidores o activadores). Comparar la KM de isoenzimas en diferentes tejidos. Ejemplo: dos enzimas catalizan la fosforilación de la glucosa. La hexoquinasa tiene una KM de 0,05 2.2. RECTA LINEWEAVER-BURK mM y la glucoquinasa de 10 mM. Si la concentración normal de la glucosa es de 5 mM, la Es recíproca de la gráfica curva de la ecuación de enzima activa va a ser la hexoquinasa, por tener Michaelis-Menten. más afinidad con la glucosa La curva se convierte en recta, con la ventaja de que se puede calcular tanto la KM como la Vmax a partir de los puntos de corte entre la recta y los ejes de coordenadas. 2. FORMULACIÓN MATEMÁTICA Si KM disminuye, la gráfica se mueve hacia la izquierda porque se calcula -1/KM. 2.1. CINÉTICA DE MICHAELIS-MENTEN Permite la comparación rápida (visual) de las La ecuación de Michaelis-Menten es válida para diferencias en Vmax y Km entre dos sistemas reacciones sencillas y en el inicio de la reacción (t = enzimáticos 0). Las sustancias con un alto KM necesitan una gran cantidad de sustrato para poder actuar. La reacción en la velocidad máxima está saturada.  Si KM es mayor que la concentración de sustrato, la enzima está apagada hasta que se produce una situación especial que requiere su participación. 28 Tema 6 – Cinética enzimática Marta Mateos Monge 3. INHIBICIÓN DE LA ACTIVIDAD Hay otras cinéticas para explicar con más de un ENZIMÁTICA sustrato y las reacciones con cinética alostérica. 3.1. CONCEPTO La inhibición enzimática constituye un mecanismo de control en los sistemas biológicos. Un inhibidor es un agente que hace disminuir la actividad enzimática a través de interacciones con el centro activo u otros centros específicos (alostéricos). La actividad enzimática se puede inhibir por: moléculas pequeñas, iones, fármacos o tóxicos. Tipos de reacciones 3.2. INHIBICIÓN REVERSIBLE  Desplazamiento secuencial: Todos los sustratos se unen al enzima antes de la El inhibidor no cambia la enzima, por lo que cuanto liberacion del producto. este se retira, la enzima puede realizar su actividad La union puede ser ordenada o al azar. de forma normal. E + I ↔ EI 3.2.1. INHIBICIÓN REVERSIBLE COMPETITIVA O ISOSTÉRICA En general, el inhibidor es un análogo químico del sustrato, siendo tan específico al centro activo como el sustrato, por lo que compite con él para unirse al  Desplazamiento doble: Uno o mas sitio activo de la enzima. productos se liberan antes de la union de todos los sustratos 3. ENZIMAS ALOSTÉRICAS  (Gana (se unirá) el que tenga mayor Enzimas con multiples subunidades y centros afinidad (KM o KI menor) y en igualdad activos que no sigen la cinética michaeliana gana el que tenga mayor concentración.)  Con altas concentraciones de sustrato Características: desaparece la inhibicion  La union de un sustrato a un centro activo influye en otro centro.  El inhibidor es tan especifico como el  -La actividad se puede modificar por sustrato impidiendo la union de este al moleculas reguladoras. centro activo 29 Tema 6 – Cinética enzimática Marta Mateos Monge  Se modifica la KM, pero no la Vmax. Para alcanzar la Vmax se necesita más sustrato. 3.2.3.1. INHIBIDOR ACOMPETITIVO Se unen reversiblemente al complejo ES, dando lugar al complejo no productivo ESI. Se une, por tanto, después de la unión del sustrato a su centro activo 3.2.2. INHIBICIÓN REVERSIBLE NO Son poco frecuentes, un ejemplo es el cianuro. COMPETITIVA O ALÓSTERICA Inhibidor acompetitivo: El inhibidor no se une al sitio activo de la enzima, Suele afectar la Km de modo que, con altas concentraciones de sustrato, Suele disminuir la Vmáx no desaparece la inhibición.. Esto se debe a que, en presencia del inhibidor, reduce la concentración del complejo ES. 3.3. INHIBICIÓN IRREVERSIBLE Los inhibidores irreversibles se unen fuerte o covalentemente a la enzima modificando o destruyendo un grupo funcional esencial para su actividad.  Con altas concentraciones de sustrato no desaparece la inhibicion. El inhibidor es igual de específico que el sustrato. A diferencia de la inhibición reversible, este tipo de  La afinidad del sustrato por la enzima no inhibición depende del tiempo de actuación del cambia y tampoco su KM. Sin embargo, sí inhibidor (a mayor tiempo de actuación, mayor será se modifica la Vmax (disminuye). la inhibición producida). Por un lado, se puede generar un cambio de Por lo general son altamente tóxicos: reactivos de conformación en el centro activo impidiendo la grupos -SH, organofosfóricos, ligandos de metales entrada del sustrato o, si no, el sustrato se podrá unir o metales pesados. al centro activo, pero el complejo ESI no será productivo. Un ejemplo es la aspirina, pero su efecto se pasa porque se fabrican nuevas enzimas. 3.3.1. ANÁLOGO DEL ESTADO DE TRANSICIÓN (AET) Es un tipo de inhibidor irreversible que no es estrictamente análogo del sustrato, sino del estado de transición de la rección. 30 Tema 6 – Cinética enzimática Marta Mateos Monge La afinidad de las enzimas por los AET es enorme El inhibidor se fija a la enzima igual que el sustrato y la fijación es tan fuerte que puede considerar con un inhibidor competitivo convencional. La irreversible. acción catalítica de la enzima convierte al inhibidor (I) en una especie altamente reactiva (I*). I* Son importantes porque: modifica covalentemente la enzima, inactivándola de forma definitiva, al igual que un inhibidor Sirven como tratamiento de algunas patologías irreversible. por ser potentes inhibidores enzimáticos, como el anti-VIH. Ej: fluorouracilo Permiten conocer los mecanismos catalíticos de E + I → EI → EI* → E’ + I* una enzima. Pueden emplearse como inmunógenos para generar nuevos catalizadores. 3.3.2. SUSTRATOS SUICIDAS La molécula en sí misma no inhibe a la enzima, sino que es transformada en un inhibidor por el organismo o la propia enzima. Mecanismo: Tienen gran afinidad por la enzima y se unen al centro activo de manera específica, igual que el sustrato o inhibidores competitivos. Una vez unidos al centro activo, la enzima transforma la molécula en una especie química muy reactiva que modifica covalentemente la enzima inactivándola. Tienen, por tanto, la especificidad del inhibidor competitivo y la potencia de los inhibidores irreversibles. 31 Tema 7 – Regulación enzimática Marta Mateos Monge ÍNDICE 1. Modificaciones a largo plazo....................................................................................................................................31 2. Modificaciones a corto y medio plazo.......................................................................................................................31 2.1. Modificaciones de las condiciones de reacción...................................................................................................31 2.2. Regulación alostérica.........................................................................................................................................31 2.2.1. Mecanismo.................................................................................................................................................31 2.2.2. Enzimas alostéricas.....................................................................................................................................31 2.2.3. Activación..................................................................................................................................................32 2.2.4. Inhibición....................................................................................................................................................32 2.3. Modificación covalente......................................................................................................................................32 2.3.1. Fosforilación...............................................................................................................................................32 3. Enzimas reguladoras.................................................................................................................................................32 3.1. Enzimas con subunidades reguladoras................................................................................................................32 3.2. Activación por proteólisis: zimógenos................................................................................................................32 32 Tema 7 – Regulación enzimática Marta Mateos Monge 1. MODIFICACIONES A LARGO PLAZO 2. MODIFICACIONES A CORTO Y MEDIO PLAZO Modifican la cantidad de enzima y su efecto dura un día o más. Pueden regular la expresión génica de Entre las modificaciones a corto y medio plazo que forma constitutiva o inducible al introducirse al producen un cambio en la actividad enzimática, núcleo e inducir la expresión de un gen están: modificación de condiciones de reacción, del equilibrio (cantidad de sustrato/producto) y los Formas de modificar la actividad enzimática: mecanismos específicos de inhibición y activación. - Regulacion de la cantidad de enzima: 2.1. MODIFICACIONES DE LAS  Transcripción: expresión constitutiva o expresión inducible (enzimas inducidas por CONDICIONES DE REACCIÓN hormonas)  Traducción. -Cantidad de enzima: si se añaden menos enzimas,  Degradación de la enzima habrá menos centros activos que permitan aumentar la velocidad de reacción, por lo que esta será más - Localizacion intracelular de enzima y sustrato lenta. Si hay más enzimas, el punto de saturación es (compartimentación): Diferentes enzimas pueden más alto que si hay menos. localizarse en diferentes órganos, células y compartimentos intracelulares y sólo allí donde se -Cantidad de sustrato: si hay una mayor cantidad encuentren se llevará a cabo la transformación que de sustrato, la reacción será más rápida, a menos que catalizan. la reacción ya esté saturada y, por tanto, la velocidad sea máxima. - Isoformas enzimaticas (isoenzimas): enzimas que catalizan la misma reacción pero tienen -Efecto del pH: al sitio activo pueden contribuir diferentes genes codificantes, secuencias de Aas, aminoácidos con cadenas laterales de carácter ácido propiedades y localización. o básico (generalmente 7) Un ejemplo son los AKAPs, que mediante andamios La actividad catalítica depende del mantenimiento ponen la enzima y el sustrato en una misma región. de dichos grupos en un cierto estado de ionización. Esta ionización depende del pH. - Mecanismos especificos de regulacion de la El pH óptimo es, generalmente, cercano al pH del actividad enzimatica: ambiente celular en el que se encuentra la enzima.  Unión reversible de moléculas reguladoras: la actividad enzimática regulada por la unión de diversas moléculas reguladoras que inducen cambios conformacionales en la enzima que afectan a su actividad. El sustrato y las moléculas reguladoras se unen a lugares distintos de la enzima mediante unión no covalente, todos de forma reversible (Enzimas alostéricas: moléculas -Efecto de la temperatura: Para cada enzima existe reguladoras (o efectores alostéricos) una temperatura óptima en la cual presenta una pueden ser tanto el propio sustrato como actividad catalítica máxima, normalmente es de moléculas distintas a él. Su acción puede ser 37ºC. inhibidora o activadora.) A mayor temperatura se suman dos efectos.  Mificación covalente reversible  Excisión proteolítica: zimógenos  La velocidad de la reacción aumenta, como en cualquier otra reacción química  La estabilidad de la proteína decrece debido a la desnaturalización. 33 Tema 7 – Regulación enzimática Marta Mateos Monge El modulador alostérico se une a un sitio distinto del centro activo. Esa unión es reversible, pero implica un cambio conformacional: Forma R o relajada: momento en el que las sustancias alostéricas son muy susceptibles de captar sustratos. -Efecto de la fuerza iónica: es la concentración de iones en la célula. Forma T o tensa: las sustancias alostéricas no La fuerza iónica condiciona las interacciones tienden a captar sustratos. polares entre enzimas y sustrato, así como la estabilidad de la proteína alterando su estructura e Si una enzima se encuentra en estado T, todos sus incluso produciendo su agregación o centros estarán en forma tensa. Ninguna de las desnaturalización. formas es muy estable, por lo que se pasa de un estado a otro con relativa facilidad. Si entra una sustancia en un centro relajado, todos los centros pasarán a forma relajada. 2.2.3. ACTIVACIÓN Además de sitios activos, las enzimas alostéricas tienen uno o más sitios reguladores o alostéricos para la fijación del modulador. 2.2. ENZIMAS ALOSTÉTICAS Cada sitio alostérico es Normalmente son enzimas multiméricas que tienen específico para su cinética sigmoidea modulador. Catalizan reacciones clave en rutas metabólicas a través de cambios conformacionales inducidos por Son enzimas mayores y uno o más moduladores interconvierten formas más más complejas que las y menos activas de la enzima no alostéricas. Moduladores: Inhibidores Estimuladores 2.2.4. INHIBICIÓN Se puede dar una retroalimentación, retroacción negativa o retroinhibición El aumento de la concentración del producto final de una ruta induce el descenso de velocidad en las reacciones implicadas en su producción 2.2.1. MECANISMO En la retroalimentación positiva se sigue creando el Funciona a través de la unión reversible, no producto final, es un círculo vicioso. covalente, de compuestos reguladores denominados moduladores alostéricos, los cuales son, En algunos sistemas multienzimáticos, la enzima generalmente, metabolitos pequeños o cofactores. reguladora es inhibida de forma específica por el producto final de la ruta siempre que la 34 Tema 7 – Regulación enzimática Marta Mateos Monge concentración del producto final exceda las necesidades de la célula. -Prenilación: adición de una cadena lateral de hidrocarbono al extremo Cys  Enzima: prenilo -Ubiquitinación: degrada proteínas  Enzima: ubiquitina 2.3. MODIFICACIÓN COVALENTE Son modificaciones postraduccionales por lo que se 3. ENZIMAS REGULADORAS forman enlaces fuertes y estables. La unión covalente de un determinado grupo químico puede modificar de forma reversible la 3.1. ENZIMAS CON SUBUNIDADES actividad catalítica del enzima, activándola o REGULADORAS inhibiéndola. Características: Como la proteín quinasa dependiente de AMPc Es reversible (PKA). El AMPc es un modulador alostérico positivo de proteín quinasa. La PKA controla el las llevan a cabo otras enzimas específicas tráfico de enzimas en la célula y, por extensión, en cuya actividad está regulada. el organismo. Ejemplos son la fosforilación, adenilación uridinilación, metilación, etc. Se forma un enlace covalente para “asegurarse” de que se produzca esa modificación. 2.3.1. REACCIONES CON MOD. COVALENTES -Fosforilación:. La unión del grupo fosforilo a un residuo de Ser, Thr o Tyr introduce un grupo voluminoso cargado en una región que era sólo 3.2. ACTIVACIÓN POR PROTEÓLISIS: moderadamente polar (tiene -OH) ZIMÓGENOS Pueden inducir un cambio conformacional Algunas enzimas se sintetizan como precursores reversible, afectan a la estructura, la fijación del inactivo zimógenos y se activan mediante la ruptura sustrato y la actividad catalítica. de uno o varios de sus enlaces peptidicos, proteolisis Enzimas: o Kinasas: fosforilan Se trata de una regulación irreversible que depende o Fosfatasas: desfosforilan de proteasas que rompen la secuencia que tapa el sitio active (autocatálisis) Función: Se usa para amplificar la La enzima precursora no funciona. señalización intercelular. Ejemplos: protrombina a trombina Ejemplo: la nzima glucógeno fosforilasa puede ser fosforilada (más active) a fosforilasa kinasa o desfosforilada (menos activa) a fosforilasa fosfatasa) -Acetilación: adición de grupo acetilo a Lys+  Enzimas:Acetilasa o aciltransferasa 35 Tema 8 – Vitaminas Marta Mateos Monge ÍNDICE 1. Coenzimas...............................................................................................................................................................34 2. Vitaminas.................................................................................................................................................................34 2.1. Complejo B.......................................................................................................................................................34 2.1.1. Vitamina B1................................................................................................................................................34 2.1.2. Vitamina B2................................................................................................................................................35 2.1.3. Vitamina B3................................................................................................................................................35 2.1.4. Vitamina B5................................................................................................................................................35 2.1.5. Vitamina B6................................................................................................................................................36 2.1.6. Vitamina B7................................................................................................................................................36 2.1.7. Vitamina B9................................................................................................................................................36 2.1.8. Vitamina B12...............................................................................................................................................36 2.2. Vitamina C........................................................................................................................................................37 2.3. Vitamina A........................................................................................................................................................37 2.4. Vitamina D........................................................................................................................................................37 2.5. Vitamina E........................................................................................................................................................37 2.6. Vitamina K........................................................................................................................................................37 2.7. Ácido lipoico.....................................................................................................................................................38 1. COENZIMAS 2. VITAMINAS Las coenzimas son moléculas orgánicas no El término fue acuñado por Funk en 1912 para proteicas que se unen a enzimas con una parte designar a la sustancia que prevenía el beri-beri. proteica (apoenzimas) creando así holoenzimas. Características: Son elementos termoestables y no son responsables  Sustancias reguladoras e indispensables de la especificidad enzimática, es decir, no cambian para la salud y el crecimiento. el centro activo de la enzima.  Se clasifican en hidrosolubles (C y complejo B) y liposolubles (A, D, E y K) Tras una o varias reacciones vuelven a su estado  Se pueden almacenar las vitaminas inicial mediante reacciones químicas secundarias. liposolubles y la B12.  Generalmente no producimos las vitaminas, En general, requieren coenzimas las siguientes se consumen en la dieta. reacciones: óxido-reducciones, transferencias, isomerizaciones y uniones (ligasas). Los vitámeros son variaciones estructurales con actividad vitamínica 36 Tema 8 – Vitaminas Marta Mateos Monge Función: FAD y FMN son los precursores 2.1.1. VITAMINA B1: TIAMINA enzimátios de la B2. Participa en las reacciones de óxido-reducción transportando electrones junto a enzimas como Características: piruvato deshidrogenasa o succinate  Se absorbe como tiamina libre o difosfato deshidrogenasa. de tiamina.  La vitamina C y el ácido fólico favorecen Las enzimas que utilizan estas coenzimas son las su absorción. flavoproteínas.. Es precursora de la coenzima tiamina pirofosfato (TPP), participa en las vías de obtención de energía e intermediarios a partir de glúcidos y lípidos y facilita la transferencia de grupos aldehído. Función: En forma TPP participa como coenzima en las reacciones de descarboxilación: Transferencia de aldehídos Descarboxilación de alfa cetoglutarato a succinil CoA el ciclo de Krebs. Vía de las pentosas fosfato con la enzima 2.1.3. VITAMINA B:3 NIACINA/ÁCIDO NICOTÍNICO transcetolasa. Niacina/ácido nicotínicao La niacina o ácido nicotínico es el componente Síntesis de acetil-CoAa partir de piruvato, con la principal de los cofactores NAD (nicotin adenin enzima piruvato-deshidrogenasa(PDH). dinucleótido) y NADP (nicotin adenin dinucleótido fosfato). Deficiencia: provocca la enfermedad de Berberi Características:  Se usa como aditivo alimentario  Se puede fabricar en el hígado a partir del triptófano, pero lentamente y requiere vitamina B6. Función: Juega un papel primordial en el metabolismo energético y la reparación del ADN. 2.1.2. VITAMINA B2: RIBOFLAVINA Coenzima: La coenzima en la nicotinamida, que participa en las reacciones de óxido reducción y facilitan el intercambio de electrones. La riboflavina es el componente principal de los  Presenta formas oxidadas y reducidas: cofactores FAD (flavina adenina dinucleótido) y FMN (flavina adenina mononucleótido). NAD+/NADH y NADP+/NADPH.  El NAD+ actúa, generalmente, en las Características: reacciones catabólicas (mitocondria) y es usado en la glicólisis y en el ciclo del ácido  Se utiliza como colorante alimenticio nítrico.  Sensible a UVA  El NADP+ actúa en reacciones anabólicas del citosol como la síntesis de ácidos grasos y ácidos nucleicos. 37 Tema 8 – Vitaminas Marta Mateos Monge Deficiencia: provoca pelagra (piel rugosa) 2.1.5. VITAMINA B6 Tiene tres formas interconvertibles: piridoxal, piridoxina y piridoxamina. Es precursora del fosfato de piridoxal (PLP) Función: Su papel principal tiene lugar en el metabolismo de las moléculas con grupo amino: aminoácidos y neurotrasmisores.  Actúa como trasportador degrupos amino 2.1.4. VITAMINA B: ÁCIDO PANTOTÉNICO con las enzimas aminotrasferasas, 5 uniéndose al enzimamediante una base de Schiff. El ácido pantoténico es precursor de la coenzima A.  Participa en reacciones de racemación, descarboxilación y transaminación, Función: El CoA interviene en el metabolismo y especialmente en el carbono a de los síntesis de glúcidos, lípidos y proteínas. Su principal aminoácidos. función es el transporte de grupos acetilo (acetil  También es necesario en la liberación de CoA). glucosa desde el glucógeno La CoA está formada por una adenosina unida a la vitamina B5, unida a una cola (parte funcional). Interviene en: Ciclo del ácido cítrico: en la mitocondria, piruvato deshidrogenasa, succinil CoA deshidrogenasa. 2.1.6. VITAMINA B:7 BIOTINA Síntesis de colesterol: en el citosol junto a la La biotina es sintetizada en el intestine como HMG CoA sintasa. cofactor Oxidación de los ácidos grasos: con la acil graso Importante: importante en el metabolismo de CoA sintetasa. ácidos grasos, bases púricas, gluconeogénesis y ciclo de Krebs. Síntesis de acetilcolina. Función: transportador de grupos monocarbonados Deficiencia: apatía, depresión, disfunción adrenal y en su forma más oxidada (CO2). debilidad muscular. Se une a las carboxilasas por un enlace amida con el También parece estar involucrado en la aparición aminoácido lisina: temprana de canas ya que es necesario para la acetil CoA carboxilasa síntesis de melanina, que requiere, ácido piruvato carboxilasa, pantoténico, vit. B12, ácido fólico y ácido ascórbico. 38 Tema 8 – Vitaminas Marta Mateos Monge 2.1.7. VITAMINA B:9 ÁCIDO FÓLICO El ácido fólico es necesario en la producción y mantenimiento celular, embarazo e infancia, síntesis 2.1.8. VITAMINA B: COBALAMINA 12 de ADN y formación de hematíes. Formado entre otros por PABA (ácido paraamino La cobolamina se sintetiza en microorganismos del benzoico), que es lo que no podemos sintetizar. intestino y no está en vegetales.. Cofactor: Es precursor del cofactor tetrahidrofolato Características: (THF)  Es la única que lleva un metal (Co).  Características:  El factor intrínseco de Castle es una o Es necesario en la síntesis de proteína que es secretada por las células del aminoácidos/ serina, glicina, estómago y se une a la cobalamina. Este metionina y de nucleótidos (MUY complejo es absorbido en el ileum, donde IMP. EN EL ARN O ADN) existe un receptor denominado cubulinaque o Interacciona con la vitamina B12. facilita su absorción o Transfiere grupos  Es la proteína estructuralmente más monocarbonados, en especial compleja. metilo (-CH3). o CO2 transportado por la biotina Función: Metilcobalamina: transferencia del grupo metilo, Deficiencia: transformando la homocisteína en metionina, Déficit en niños provoca defectos en el canal liberando el tetrahidrofolato (metionina sintasa) medular (espina bífida) Es necesaria para la síntesis de AND Déficits en adulto provocan: Anemia megaloblástica Corregida por suplementos de folato. 5’-desoxiadenosilcobolamina: en la transformación de metil-malonil-CoA en succinil CoA. Necesaria para la síntesis de mielina No corregida por suplementos de folato. Déficit: provoca anemia megaloblástica y problemas nerviosos ya que es necesaria para la síntesis de hemoglobina y de mielina. También la anemia perniciosa 39 Tema 8 – Vitaminas Marta Mateos Monge 40