Enzimas 2024 10. PDF

ENZIMAS Dr. Jorge Huamán Saavedra 2024 10. Objetivos educacionales Explicar las propiedades y cinética enzimática relacionándolo con sus aplicaciones en el campo medico Explicar los factores que afectan la actividad enzimática Definir cofactores y su clasificación por su naturalez...

ENZIMAS Dr. Jorge Huamán Saavedra 2024 10. Objetivos educacionales Explicar las propiedades y cinética enzimática relacionándolo con sus aplicaciones en el campo medico Explicar los factores que afectan la actividad enzimática Definir cofactores y su clasificación por su naturaleza química y su unión a la enzima Cuestionario 1. ¿Qué son las enzimas? 2.¿Cuáles son las propiedades de las enzimas? 3. ¿Cuál es la importancia de las enzimas? 4. ¿Qué es un cofactor? 5.¿Qué es una coenzima? 6. ¿Qué es el sitio activo? Bioquímica Médica. J.Huamán S 3 ENZIMAS Polímeros biológicos que catalizan las reacciones químicas haciéndola compatible con la vida Biocatalizadores biológicos de miles de reacciones bioquímicas: desintegración de los nutrientes para liberar energía y las unidades estructurales y luego utilizarlo para síntesis de propias macromoléculas , intercambio iónico, contracción muscular, etc. Bioquímica Médica. J.Huamán S 4 ENZIMAS PROPIEDADES Naturaleza: la mayoría son proteínas, excepción de las ribozimas (RNA) Catalizadores muy eficaces: aumentan la velocidad de reacción de 106 a 1012 respecto a la no catalizada y varias veces las catalizadas por químicos. No se consumen ni se modifican en forma permanente Nelson D, Cox M.Lehninger. Principios de Bioquímica, 7ma edición, 2019 Bioquímica Médica. J.Huamán S 5 ENZIMAS Condiciones de reacciones adecuadas a la vida: temperatura corporal, presión atmosférica, pH neutro o próximo (la mayoría). Disminuyen la energía de activación y no alteran la constante de equilibrio Los catalizadores químicos requieren altas temperaturas, presión elevada y pH extremo Bioquímica Médica. J.Huamán S 6 ENZIMAS GRAN ESPECIFICIDAD: de su reacción : una determinada, ej. deshidrogenasa de sus productos: no dan productos colaterales.Los c. químicos pueden actuar sobre varias reacciones, diferentes reactantes y dan productos colaterales Kenelly P, Rodwell V,Guinnes O, Botham K, Weil A. Harper Bioquímica ilustrada, 32 ed. Mc Graw Hill 2023. Cap.7,8 y 9. Pg 59-95 Bioquímica Médica. J.Huamán S 7 Especificidad de sustrato Glucocinasa o glucosa oxidasa: glucosa Hexocinasa : glucosa, fructosa Estereoespecificidad: unión por lo menos en tres puntos distinguen estereoisómeros : D de L azúcares , L de D aminoácidos Convierten sustratos aquirales a productos quirales(con C asimétrico) Los estereoisómeros son moléculas que tienen la misma fórmula química y los mismos enlaces química pero diferente configuración o distribución espacial de sus átomos constituyentes. Bioquímica Médica. J.Huamán S 8 ENZIMAS Capacidad de regulación: de su actividad (alosterismo, modificación covalente) de su síntesis(inducción , represión) de su degradación (aumento o disminución de su proteólisis) Bioquímica Médica. J.Huamán S 9 Clasificación de las enzimas (IUB) Oxidoreductasas Transferasas Hidrolasas Liasas Isomerasas Ligasas Bioquímica Médica. J.Huamán S 10  COFACTORES ,COENZIMAS, GRUPO PROSTETICO Muchas enzimas para ser activas requieren además de la parte proteica (apoenzima) la presencia de un cofactor, y el conjunto se llama holoenzima Cofactor: Componente no proteico necesario para la actividad de alguna enzimas1 El cofactor puede estar libre en el medio o unido como grupo prostético El cofactor por su naturaleza química puede ser inorgánico( generalmente un ión metálico) u orgánico ó coenzima. Harper 2considera tres tipos: cofactor o ión metálico libre, coenzima y grupo prostético- que puede ser a su vez un metal o una coenzima 1. Pardo J, Guerra M. Cineética Enzimática en :Martinez F, Pardo J, Riveros H. eds. Bioquímica de Laguna y Piña 8 ed, 2018,pg 127-145 2. Kenelly P, Rodwell V,Guinnes O, Botham K, Weil A. Harper Bioquímica ilustrada, 32 ed. Mc Graw Hill 2023. Cap.7,8 y 9. Pg 59-95 Bioquímica Médica. J.Huamán S 11 Cofactor Sin cofactor Cofactor Unido: Grupo Libre Prostético Ión metálico Coenzima Ión metálico Coenzima Bioquímica Médica. J.Huamán S 12 Coenzimas y complejo B Vitamina Coenzima Nicotinamida (B3) NAD, NADP Riboflavina (B2) FAD, FMN Acido pantoténico Coenzima A Tiamina ( B1) Tiamina difosfato Piridoxal (B6) Piridoxal fosfato Acido fólico Varias formas Vitamina B12 Hidroxicobalamina Bioquímica Médica. J.Huamán S 13 GRUPO PROSTÉTICO Grupo prostético: coenzima o metal fuertemente unido a la enzima por enlace covalente o no covalente. Coenzimas como grupo prostético: fosfato de piridoxal, FMN, FAD. Los metales son los grupos prostéticos: metaloenzimas Bioquímica Médica. J.Huamán S 14 SITIO ACTIVO Lugar de unión del sustrato y de catálisis de la reacción Forma de bolsa o hendidura sobre la superficie de la enzima (la mayoría) o para algunas enzimas multiméricas en la interface entre subunidades* Modelo de ajuste inducido (Koshland) Modelo antiguo: llave y cerradura (Fisher) Aminoácidos fijadores y catalíticos Kenelly P, Rodwell V,Guinnes O, Botham K, Weil A. Harper Bioquímica ilustrada, 32 ed. Mc Graw Hill 2023. Cap.7,8 y 9. Pg 59-95 Bioquímica Médica. J.Huamán S 15 COMPLEJO ENZIMA SUSTRATO Bioquímica Médica. J.Huamán S 16 COMPLEJO ENZIMA SUSTRATO Unión transitoria de la E al S, generalmente no covalente –en oportunidades covalente-reversible, cuya desintegración constituye la etapa limitante de la reacción cuando la concentración del sustrato es saturante Bioquímica Médica. J.Huamán S 17 Fuerzas que participan en el E-S enlaces de hidrógeno atracciones iónicas enlaces hidrofóbicos, fuerzas de Van der Waals Bioquímica Médica. J.Huamán S 18 Energía de activación y estado de transición Bioquímica Médica. J.Huamán S 19 Factores : Concentración de sustrato Ecuación de Michaelis-Menten V= Vmax[S]/Km+[S] Km= constante de Michaelis. Inversa a la afinidad de la E por el S Reacciones con un solo sustrato Velocidad inicial. Reacción en un solo sentido. Gráfico de Lineweaver-Burk Temperatura Temperaturas extremas Las bacterias termófilas resisten altas temperaturas Se aplica en el PCR El aumento de la temperatura con la fiebre afecta la actividad de las enzimas La disminución de la temperatura disminuye la actividad de las enzimas. Efecto del pH Efecto de la concentración de la enzima A mayor concentración de enzima mas actividad enzimática, siempre y cuando se tenga sustrato a concentración 10 Km. Se aplica al campo clínico Efecto de la concentración de inhibidores La presencia de inhibidores sea fisiológicos o externos afectan la actividad de la enzima Mecanismos de acción de las enzimas:proximidad Catalisis por proximidad Para que las moléculas interactúen, deben estar dentro de la distancia de formación de enlaces entre si. Cuanto mayor sea su concentración, mas frecuentemente se encontraran entre si, y mayor será la velocidad a la que reaccionan. Crea una región de alta concentración de sustrato local en la que las moléculas de sustrato se orientan en una posición ideal para que interactúen químicamente. La velocidad aumenta al menos mil veces sobre la misma reacción no catalizada por enzimas. Kenelly P, Rodwell V,Guinnes O, Botham K, Weil A. Harper Bioquímica ilustrada, 32 ed. Mc Graw Hill 2023. Cap.7,8 y 9. Pg 59-95 Catálisis ácido-base Los grupos funcionales ionizables de las cadenas laterales de aminoacilo y, cuando están presentes, de grupos prostéticos, pueden contribuir a la catálisis actuando como ácidos o bases. Tipos: específica y general La catálisis específica de ácido o base : los únicos ácidos o bases que participan son protones o iones de hidróxilo presentes Catálisis general ácida o básica: responden a todos los ácidos o bases presentes.AA: glu, asp, lis, arg,cys, his, ser, tir Kenelly P, Rodwell V,Guinnes O, Botham K, Weil A. Harper Bioquímica ilustrada, 32 ed. Mc Graw Hill 2023. Cap.7,8 y 9. Pg 59-95 Catálisis por tensión Para la catálisis de las reacciones líticas: distorsión física y la polarización electrónica. Esta conformación tensada imita a la del estado intermedio de transición, una especie transitoria que representa el punto intermedio en la transformación de sustratos a productos.. Kenelly P, Rodwell V,Guinnes O, Botham K, Weil A. Harper Bioquímica ilustrada, 32 ed. Mc Graw Hill 2023. Cap.7,8 y 9. Pg 59-95 Catálisis covalente Implica la formación de un enlace covalente entre la enzima y uno o mas sustratos. La enzima modificada se convierte así en un reactivo. Vía cuya energía de activación es mas baja (y la velocidad de reacción es, por tanto, mas rápida) que las vias disponibles en una solución homogénea. El estado químicamente modificado de la enzima es, sin embargo, transitorio. La finalización de la reacción devuelve la enzima a su estado original no modificado. Común entre las enzimas que catalizan reacciones de transferencia grupales. Los residuos de la enzima que participan: cisteína o serina, y en ocasiones histidina. A menudo sigue un mecanismo de “ping-pong”: uno en el que el primer sustrato se une y su producto se libera antes de la union del segundo sustrato Rodwell V, Bender D, Botham K, Kenelly P, Weil A. Harper Bioquímica ilustrada, 31 ed. Mc Graw Hill 2018. Cap.7,8 y 9. Pg 60-96 Vías metabólicas Secuencia de reacciones consecutivas denominadas rutas o vías metabólicas Anabolismo: síntesis Catabolismo: degradación Enzimas en el diagnóstico clínico Estas enzimas no funcionales Elevación en el plasma daño en órgano ó tejido Se libera primero del citosol y luego las mitocondriales Problema: especificidad por su amplia distribución. Uso de isoenzimas Cinética de aparición y desaparición. Ej CPK y LDH Bioquímica Médica. J.Huamán S 32 Isoenzimas Enzimas que catalizan la misma reacción química pero difieren en estructura Se encuentran en diferentes tejidos Por lo general tienen varias subunidades iguales o diferentes Se separan por electroforesis Pueden tener algunas diferencias en propiedades catalíticas: Km LDH1 a LDH 5 Bioquímica Médica. J.Huamán S 33 Isoenzimas CK Isoenzima estructura Distribución CK BB BB Cerebro CKMB MB Corazón M.esquelético: menos CKMM MM M. esquelético Bioquímica Médica. J.Huamán S 34 Perfiles enzimáticos Perfiles por Enzimas órganos Cardiaco: IMA Aspartato aminotransferasa o GOT. CK total y CKMB LDH. Total e isoenzimas Hepático Alanina aminotransferasa o GPT : daño hepatocito Aspartato aminotransferasa o GOT: daño hepatocito Fosfatasa alcalina: colestasis Isoenzimas: dif oseo Gammaglutmiltranspeptidasa: colestasis y drogas,otras Ceruloplasmina: enf. Wilson Pancreático Amilasa: pancreatitis aguda Lipasa: pancretitis aguda Muscular CK total Bioquímica Médica. J.Huamán S 35 Prostático Fosfatasa ácida prostática Perfil cardiaco Bioquímica Médica. J.Huamán S 36 Enzimas en diagnóstico por biología molecular PCR: reacción de la polimerasa en cadena. Tag polimerasa resistente al color produce miles de copias de DNA original. Aplicaciones en enfermedades infecciosas: carga viral de VIH, hepatitis C, diagn´stico de TBC, CMV, etccc. No infecciosas: paternidad, alteraciones genéticas. Detección de polimorfismo de longitud del fragmento de restricción usando enzimas específicas: drepanocitosis, talasemias, fenilcetonuria Bioquímica Médica. J.Huamán S 37 Enzimas como reactantes en kits diagnósticos Glucocinasa, hexocinasa y peroxidasa : determinación de glucosa Colesteroloxidasa: determinación de colesterol Lipasa: triglicéridos Puede ser en tecnología líquida o sólida como las tiras Bioquímica Médica. J.Huamán S 38 Enzimas como agentes terapeúticos Estreptoquinasa: producido por estreptococos. Disolver coágulos o trom bolisis en infarto de miocardio. Activa al plsminógeno que se convierte en plasmina Activador del plasminógeno E coli recombinante. Lisis de coágulo Asparraginasa: en quimioterapia de leucemia. La asparragina es necesaria para su metabolismo Bioquímica Médica. J.Huamán S 39  Tipos de inhibición enzimática. Tipo Subtipo Unión del Cinética Inhibidor Reversible Competitiva I+E Compite con Se une al Sitio C Sustrato Semejante al Aumenta Km Sustrato No competitiva I+E ò I+ES No compite con No Semejante al Sustrato Sustrato Disminuye Vmax Acompetitiva I+ES No compite con No Semejante al Sustrato Sustrato Disminuye Vmax y Km Irreversible Venenos Gr.Funcional del No Compite con Enzimàticos Sitio Catalítico Sustrato Inhibidores Se une al SC Producto se une suicidas covalentemente a GF de sitio catalítico y bloque su acción Inhibición competitiva ,no competitiva y acompetitiva Medicamentos como inhibidores enzimáticos Estatinas: inhibidores competitivos de la HMG Co A reductasa, disminuye la síntesis del colesterol. Su Ki es más bajo que el Km Antihipertensivos: como el enalaparil que es inhibidor de enzima convertidora de angiotensina (ECA) AntiHIV: inhibidores de transcriptasa reversa Kenelly P, Rodwell V,Guinnes O, Botham K, Weil A. Harper Bioquímica ilustrada, 32 ed. Mc Graw Hill 2023. Cap.7,8 y 9. Pg 59-95 Venenos enzimáticos Organofosforados: inhibidores de la acetilcolina esterasa Iodo acetato: inhibidor de la Gliceroaldehido 3 fosfato deshidrogenasa al unirse al grupo SH Mercurio o arsenito: se une a grupo SH de la Piruvato Deshidrogenasa Plomo: ALA deshidratasa Regulación alostérica Definición: una enzima al unirse a un modulador o modificador(alostérico) en un lugar distinto(sitio alostérico) al sitio catalítico ,sufre un cambio conformacional que modifica su actividad inicial. Activación alostérica Inhibición alostérica Modificación covalente de las enzimas Puede ser irreversible o reversible Irreversible (proteólisis): proenzimas a enzimas Reversible: las enzimas de regulación por adición reversible de moléculas aumentan o disminuyen su actividad. La fosforilación-defosforilación es el sistema más usado en las enzimas. Cinasas. Fosfatasas Otro mecanismo: acetilación y desacetilación Bioquímica Médica. J.Huamán S 45 Conclusiones 1. Las enzimas incrementan la velocidad de reacción ,disminuyen la energía de activación, son altamente específicas. 2. Las enzimas tienen mecanismos de regulación como la alostérica, la modulación covalente y pueden sufrir diversos tipos de inhibición 3. Las enzimas tienen gran aplicación en medicina: diagnóstico y tratamiento Referencias Bibliográficas Kenelly P, Rodwell V,Guinnes O, Botham K, Weil A. Harper Bioquímica ilustrada, 32 ed. Mc Graw Hill 2023. Cap.7,8 y 9. Pg 59-95 Pardo J, Guerra M. Cinética Enzimática en :Martinez F, Pardo J, Riveros H. eds. Bioquímica de Laguna y Piña 8 ed, 2018; 127-145 Punekar N. Enzymes. Katalysis, Kinetics and Mechanisms. Springer, Singapur 2018 Nelson D, Cox M.Lehninger. Principios de Bioquímica, 7ma edición,2019