Mecanismos de acción enzimática o de catálisis enzimática

Juan Jorge Huamán Saavedra

Doctor en Medicina. Magister en Bioquímica Patólogo Clínico Profesor Principal

2012

Contenido

 _{Complejo enzima sustrato.}  _{Estado de transición.}

 _{Catálisis por aproximación}  _{Catálisis ácido básica.}

 _{Catálisis por deformación.}  _{Catálisis covalente.}

Cuestionario

1. ¿Qué es el sitio catalítico?¿Qué tipo de aminoácidos lo conforman

2 ¿Qué es el complejo enzima sustrato y que enlaces participan en su formación??

3 ¿Qué es el complejo de transición?

4. ¿Qué mecanismos de catálisis conoce?

5. ¿Cuál es la diferencia entre la catálisis covalente y la ácido

básica general ?

Complejo Enzima sustrato

 _{La catálisis ocurre en el sitio activo donde se}

une la enzima al sustrato formando el complejo enzima sustrato

 _{Enlaces que participan: atracciones o}

SITIO CATALITICO

 _{Lugar de unión del sustrato y de catálisis de la}

reacción

 _{Formado por aminoácidos de diversas regiones}

que se juntan por inducción del sustrato :modelo de ajuste inducido (Koshland )

 _{Estudios biofísicos confirman el modelo del ajuste}

inducido

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

Fuerzas que participan en el E-S



_{Las fuerzas que participan:}

_{enlaces de hidrógeno}



_{atracciones iónicas}

_{enlaces hidrofóbicos,}

Estado de transición

 _{Las enzima disminuyen la energía de}

activación de la reacción. La necesaria para que esta se produzca

 _{El estado de transición representa al estado}

Mecanismos de catálisis

 _{Aplicación médica: conociendo el mecanismo}

se puede inhibir enzimas de agentes

patógenos. Ejemplo inhibidores suicidas



_{Catálisis por aproximación(o proximidad)}

_{Catálisis ácido básica.}

Catálisis por proximidad

 _{Para que haya reacción las moléculas deben}

aproximarse((reacciones de dos o mas sustratos), estar orientados adecuada y concentración

adecuada

 _{Las enzimas al fijar los sustratos aumenta}

enormemente su concentración, su proximidad y los coloca en orientación geométrica adecuada favorece su interacción (disminuyendo la

entropia; efecto entrópico). Luego pueden ser torsionados hacia el estado de transición

Pasos Las enzimas:

1.Traen sustratos en contacto con su centro catalítico y entre ellos Factor:5

2.Unen sustratos en la orientación adecuada para su reacción. Factor: 100

Catálisis ácido básica

 _{Participación de protones o hidroxilos sea}

libres en el medio o generados por grupos funcionales de la enzimas

 _{Catálisis ácida específica o básica}

específica:la velocidad de reacción es

sensible a cambios en la concentración de protones pero independiente de otros

ácidos(donadores de protones) o

Catálisis ácido básica general

cuando la velocidad responden a todos los ácidos o bases presentes.

 _{Participan los grupos funcionales ionizables}

de las cadenas laterales de los aminoácidos y los grupos prostéticos(cuando existen) al

 _{Catálisis ácida general Proceso en el cual la}

transferencia de protones de un ácido disminuye la energía libre del estado de transición

 _{Cátalisis básico general: Incremento de}

Catálisis ácido básica general

 _{En el intervalo fisiológico del pH , por tener su pK}

de su residuo ionizable participan como ácidos si dan protones o como bases si lo reciben

 _{histidina : ImidazolH………Imidazol+ H+}  _{SH de la cisteína S……H+}

 _{OH de la tirosina, O…..H+}

 _{e-amino de la lisina, NH3+…..NH2+ H+}  _{Arginina: RNH3+……RNH2+ H+}

 _{los ácidos dicarboxílicos: glutamato y aspartato}

 _{Ejemplos: Enzimas de la familia de las}

proteasas aspárticas. Pepsinas, catepsinas lisosomales y la proteasa del VIH.

Participan dos aspartatos uno como base y el otro como ácido: el primer Asp como base

extrae un protón del agua generando un OH, agente nucleofílico que ataca al C carbonílico electrofílico del enlace peptídico elegido. Se forma un intermediario tetraédrico de estado de transición. El segundo Asp que actúa como ácido dona un protón al grupo amino

Catálisis por deformación

 _{Las enzimas que rompen enlaces covalentes del}

sustrato lo unen en una configuración

desfavorable para el enlace que experimentará la ruptura. La deformación resultante alarga o distorsiona el enlace haciéndolo más vulnerable a la ruptura

 _{El nivel energético del sustrato aumenta y los}

ángulos y longitud de los enlaces del sustrato son más parecidos a los del estado de transición

Catálisis covalente

 _{Formación de un enlace covalente entre la enzima y el} sustrato(s)

 _{La enzima modificada se convierte por unos instantes} en reactivo y luego vuelve a su estado original

 _{Común entre enzimas proteolíticas serina proteasas} (quimotripsina, tripsina y trombina) y de transferencia de grupos(transaminasas). Enzimas con mecanismo ping pong(2 o más sustratos, el P1 sale antes de

ingreso de S2)

 _{Ataques nucleofílicos(lo más frecuentes) o}

 _{AGENTE NUCLEOFILICO: sustancia que}

contiene átomos ricos en electrones y es capaz de donarlos y formar enlace covalente. Catalizador muy efectivo. Agente reductor o base de Lewis. Puede tener carga negativa.

 _{En las enzimas: serina (OH) ,la cisteína (SH)y}

también histidina(imidazol) , lisina (e-amino). (Voet: COOH de asp, Lehninger: asp, glu, tir

 _{ATAQUE NUCLEOFILICO}

 _{Es el producido por un agente nucleofílico,}

generalmente sobre un carbono electrofílico del sustrato.

 _{Promueve hidrólisis de ésteres orgánicos,}

 _{AGENTE ELECTROFILICO Sustancia que}

tiende a ganar electrones, para compensar su deficiencia. Puede tener carga positiva.

Agente oxidante o ácido de Lewis

 _{Principales agentes electrofílicos: H+, iones}

metálicos, átomos de carbono carbonilo(R1-CO-R2), imina catiónica (base de Schiff, R-C=NH)

 _{COENZIMAS : Tiamina pirofosfato y Piridoxal}

Clases de enzimas: Cat.Covalente

 _{Clase cisteína}

- Glicer.-P-DH Acil-enzima - AcetilCoA-AcTransferasa Acil-enzima

. Clase histidina

- Glucosa-6 fosfatasa Fosfoenzima - Succinil.CoA.sintet

Fosfoenzima

 _{Clase lisina}

Quimotripsina

 _{Nucleófilo atacante: Ser 195 que es favorecida}

por la trasferencia de un proton a N3 de His57 y de ésta a Asp 102 (catálisis acido básica general)

 _{La Ser 195 ataca al carbono carbonílico del}

enlace peptídico y libera el extremo amino-R y se une al acilo: acil-ser-enzima

 _{El agua es atacado por el NH3 de la His57 que}

le sustrae el protón y el OH ataca el enlace acil-ser-enzima

Fructosa 2,6 Bifosfatasa

 _{Catálisis covalente: complejo fosfato-enzima}

 _{Participan como fijadores, estabilizantes de carga}

neg:Lis 356, Arg 257, 307 y 352

 _{Nucleófilos: His 392, His 258. La primera}

trasfiere P a la segunda

ROL DE LOS METALES

 _{Cerca del 33 % de las enzimas conocidas}

requieren la presencia de un ión metálico para su actividad catalítica.

 _{Incluye :}

- metaloenzimas

METALOENZIMAS

 _{Metal fuertemente unido, como grupo}

prostético

 _{Más comúnmente los metales de transición:}

Fe2+, Fe3+, Cu2+; Zn2+, Mn2+, Co2+

 _{Ej.: Superóxido dismutasa (Zn2+)}

Oxidoreductasas

.Fe como grupo heme

(citocromos)o en grupos Fe-S. Cu y Fe en

citocromo oxidasa.

Fosfotransferasas

: Piruvato quinasa

ENZIMAS ACTIVADAS POR METALES

- Se unen laxamente a los metales que están en solución en el medio

- Generalmente los metales alcalino y alcalino térreos tales como: Na+, K+,Mg2+ o Ca2+

 _{Participan en:}

- Reacciones redox por cambios reversibles en su estado de oxidación. Ej: grupo prostético en la Citocromo oxidasa con Fe heme y Cu; NADH DH con Fe-S

- Proximidad: Facilitar el enlace y orientación del sustratoEj: Piruvato cinasa,P.carboxilasa

- Catálisis acido básica . Acidos de Lewis

(atrayendo electrones)como los metales de

- Efectos tensionales: Fosfotransferasa

- _{Catálisis covalente sea como intermediario en la}

reacción, o actuando sobre los sustratos para

hacerlos más nucleofílicos o electrofílicos(cinasas, liasa). Unión a intermediarios: estabilización de estados de transición .Ejemplo: Zn en AC y CPA.  _{Lo hacen neutralizando cargas negativas: como si}

fuera un protón, con ventajas porque puede tener mayor concentración sin afectar el pH y además tener carga>1+

Complejos de unión enzima,

sustrato y metal

 _{Ligados por el sustrato o complejo con}

puente de sustarto Enz-S-M .Varias quinasas: Enzima-ATP-Mg , el verdadero sustrato es

ATP-Mg. Ej. Fosfotransferasas: Creatina quinasa, hexoquinasa

 _{Ligados por metal ó Complejo con puente}

metalico simple o cíclico Enz-M-S es propio de las metaloenzimas

 _{Ligado por enzimas: M-Enz-S : Glutamina}

Actividad enzimática

 _{Actividad enzimática: Cantidad de enzima que}

cataliza la conversión de una determinada cantidad de sustrato por la unidad de tiempo

 _{Una unidad internacional de actividad}

enzimática (símbolo U) es la cantidad de enzima que cataliza la conversión de 1 µmol de sustrato por minuto.

 _{Actividad específica:U/mg de proteína.Util en el}

seguimiento de la purificación de una enzima

 _{katal, la unidad del Sistema Internacional de}

Unidades para actividad catalítica. 60 x 106 U

Actividad enzimática.

 _{Unidad Internacional: cantidad de enzima que} transforma un umol de sustrato por minuto

 _{Actividad específica: umol sustrato /m/mg} proteína. Util en seguimiento de purificación de E

 _{Actividad molar o molecular(Indice}

catalítico):número de moléculas de sustrao convertdas por minuto por mol de enzima

Punto isoeléctrico

 _{La carga neta de una proteína es la suma de las}

cargas de sus aminoacidos

 _{Es el pH donde las proteínas tiene una carga}

eléctrica global igual a cero . Son menos solubles en ese pH y tienden a precipitar

 _{Aplicación: purificación de las proteínas y por}

consiguiente de las enzimas. Se coloca la mezcla de enzima en ese pH y la enzima a

purificar precipita junto con otras del mismo PI

 _{También se aplica en la electroforesis : las}