Enzimologia: Princípios e Classificação

Vista previa del material en texto

ENZIMOLOGÍA 
Principios generales de la acción enzimática 
 Las reacciones químicas que ocurren en los organismos 
vivos presentan casi siempre una energía de activación tan 
elevada, que en condiciones compatibles con la vida 
ocurrirían a velocidades casi nulas, con lo cual la vida (al 
menos en las condiciones actuales) sería prácticamente 
imposible. 
 Como consecuencia, una de las principales adquisiciones 
evolutivas de los seres vivos fue la aparición de proteínas 
con actividad catalítica (enzimas), que al disminuir la 
energía de activación de las reacciones hacen posible no 
sólo que éstas se produzcan a gran velocidad, sino que se 
lleven a cabo en condiciones moderadas de presión, 
temperatura, pH, etc., compatibles con la vida. 
Las enzimas son, generalmente, proteínas 
globulares con actividad catalítica. La 
enorme variedad de reacciones que 
comprende la vida son mediadas, casi todas 
ellas, por estos catalizadores biológicos. 
La enorme variedad de reacciones 
bioquímicas que comprende la vida son 
mediadas, casi todas ellas, por una serie de 
catalizadores biológicos notables conocidos 
como enzimas. 
Las enzimas son producidas únicamente por 
organismos vivos. 
 
ENZIMAS 
 Aunque las enzimas se hallan sometidos a las mismas leyes 
naturales que gobiernan el comportamiento de otras 
sustancias, se diferencian de los catalizadores químicos 
ordinarios en varios aspectos importantes: 
 Velocidades de reacción más elevadas 
 Condiciones de reacción más suaves: temperaturas por debajo de 
50°C, a la presión atmosférica y a valores de pH casi neutros. 
 Mayor especificidad de reacción: especificidad muy grande, tanto 
respecto a las identidades de sus sustratos (reactantes) como de sus 
productos 
 Capacidad para la regulación: propiedad fundamental para la 
relación entre la actividad enzimática y la homeostasis de los 
organismo vivos 
NOMBRES TRADICIONALES 
 En los primeros días de la bioquímica, las enzimas 
recibieron nombres que sólo seguían el gusto de sus 
descubridores. 
 Frecuentemente el nombre dado no daba ninguna 
clave hacia la función que desempeñaba (Vgr. 
Tripsina). Con frecuencia se aplicaban diferentes 
nombres a la misma enzima, o peor aún, el mismo 
nombre a enzimas con actividades muy diferentes. 
 Los enzimas, habitualmente se designaban, y así se 
sigue haciendo hoy en muchos casos, añadiendo el 
sufijo"-asa“ al nombre del sustrato de la enzima o a 
una frase que describa la acción catalítica de la 
enzima. Así, "ureasa“ cataliza la hidrólisis de la urea 
y "alcohol deshidrogenasa“ cataliza la oxidación de los 
alcoholes a sus correspondientes aldehídos. 
NOMINACIÓN DE ENZIMAS 
 En un esfuerzo para eliminar esta confusión y 
proporcionar reglas para designar racionalmente 
el número rápidamente creciente de enzimas 
nuevas, la Intemational Union of 
,Biochemistry (IUB) adoptó un esquema para la 
clasificación funcional sistemática y la 
nomenclatura de los enzimas. 
 Los enzimas se clasifican y designan de acuerdo 
con la naturaleza de las reacciones químícas que 
catalizan. 
 Existen seis clases principales de reacciones que 
catalizan los enzimas (Ver Tablas), así como 
subclases y sub-subclases dentro de las clases. 
Enzimas. Clasificación 1 
 1. Oxidorreductasas. Son aquellas enzimas que catalizan las 
reacciones de oxidorreducción, o sea, la transferencia de electrones o 
sus equivalentes entre un donante y un aceptor. Pueden ser: 
 Deshidrogenasas: Separan átomos de hidrógeno del sustrato. 
 Oxidasas: Oxidan el sustrato al aceptar sus electrones. 
 Otras más son oxigenasas, reductasas, peroxidasas, e hidroxilasas. 
 2. Transferasas. Catalizan la transferencia de un grupo químico entre 
un donante y un aceptor; se excluyen aquéllas que transfieren 
electrones o sus equivalentes, pues pertenecen a la clase anterior, y 
aquéllas en que el aceptor del grupo es el agua, pues pertenecen a la 
clase siguiente. Ejemplos de tales grupos incluyen amino, carboxil, 
carbonil, metil, fosforil, y acil (RC=O). Nombres triviales comunes para 
este tipo de enzimas incluyen frecuentemente el prefijo trans. Algunos 
ejemplos son, transmetilasas, transaminasas y transcarboxilasas. 
 3. Hidrolasas. Catalizan la ruptura de enlaces químicos con la 
participación de las moléculas del agua. Las hidrolasas incluyen a las 
esterasas, fosfatasas, glucosidasas, lipasas y peptidasas. 
Enzimas. Clasificación 2 
 4. Liasas. Catalizan reacciones en las cuales se produce 
la adición o sustracción de grupos químicos (e.g., H2O, 
CO2, y NH3) a dobles enlaces o para formar dobles 
enlaces. Decarboxilasas, hidratasas, dehidratasas, 
deaminasas, y sintasas son ejemplos de liasas. 
 5. Isomerasas. Este es un grupo heterogéneo de 
enzimas. Las isomerasas catalizan varios tipos de 
rearreglos intramoleculares que llevan ese nombre. Las 
epimerasas catalizan la inversión de carbonos 
asimétricos. Las mutasas la transferencia intramolecular 
de grupos funcionales 
 6. Ligasas. Catalizan la unión covalente de 2 sustratos 
mediante la energía de hidrólisis de nucleósidos 
trifosfatados, generalmente el ATP. Los nombres de 
muchas ligasas incluyen el nombre sintetasa. Varias otras 
ligasas reciben el nombre de carboxilasas. 
 
1: oxidoreductasas, 
2: transferasas, 
3: hidrolasas, 
4: liasas, 
5: isomerasas, 
6: ligasas. 
Distribución de todas las enzimas conocidas por su número 
de clasificación en el Sistema EC 
NOMBRE RECOMENDADO Y SISTEMÁTICO 
 A cada enzima se le asignan dos nombres, y cuando se 
quiere llegar a la máxima claridad en la especificidad 
de la enzima, se le debe agregar una clasificación de 
cuatro números. 
 El nombre recomendado, resulta conveniente para el 
empleo diario y es, con frecuencia, el nombre trivial de 
la enzima empleado previamente. 
 El nombre sistemático se emplea cuando debe 
hacerse mínima la ambigüedad: consiste en el nombre 
del (de los) sustrato(s) seguido de una palabra que 
acabe en " -asa" y que especifica el tipo de reacción que 
cataliza la enzima, de acuerdo con la clasificación del 
grupo principal. Por ejemplo, la enzima cuyo nombre 
recomendado es carboxipeptidasa A tiene el nombre 
sistemático de peptidil-L-amino ácido hídrolasa. 
EC 3.4.17.1. 
 En el caso de la enzima mencionada, 
carboxipeptidasa A, debería agregarse el número 
de clasificación EC 3.4.17.1. (EC significa 
Comisión de Enzimas, Enzyme Commission), 
 El primer número (3) índica la clase principal a la 
que pertenece la enzima (Hidrolasas) 
 El segundo número (4) índica la subclase (actúa 
sobre el enlace peptídico), 
 El tercer número (17) designa la sub-subclase 
metalo-carboxipeptidasas; la carboxipeptidasa A 
tiene un ion Zn2+ unido que es esencial para su 
actividad catalítica 
 El cuarto número (1) es el número de serie de la 
enzima asignado arbitrariamente en la sub-subclase. 
ENZIMAS – NOMENCLATURA - Ejemplo 
 
 
 
ADP + D-Glucosa-6-fosfato ATP + D-Glucosa 
IUB - ATP:glucosa fosfotransferasa 
E.C. 2.7.1.1 
2 - clase - Transferasa 
7 - subclase - Fosfotransferasas 
1 - sub-subclase - Fosfotransferasa que utiliza un grupo 
hidroxilo como receptor 
1 - indica que la D-glucose es el receptor del grupo fosfato 
Nombre trivial: Hexocinasa 
Zimógenos o Proenzimas 
 Son precursores inactivos de las enzimas. 
 Un zimógeno es una molécula que necesita ser activada para 
convertirse en una enzima activa, por lo que es más exacto 
decir que los zimógenos son precursores de enzimas, que decir 
que son enzimas inactivas. 
 Las enzimas digestivas, algunos factores de la coagulación y 
otras proteínas son sintetizadas como zimógenos. 
 La síntesis de enzimas en forma de zimógenos es uno de los 
“mecanismos de seguridad” con que cuenta el organismo para 
su supervivencia. Por ejemplo, la síntesis de enzimas 
digestivas en forma inactiva es un mecanismo de seguridad 
para las células que sintetizan esas enzimas, ya que las 
enzimas proteolíticas sintetizadas comozimógenos no son 
activadas hasta que abandonan la célula y son secretadas al 
tracto gastrointestinal. 
 
Isoenzimas o Isozimas 
 Las isoenzimas o isozimas son enzimas que difieren en la 
secuencia de aminoácidos, pero que catalizan la misma 
reacción química. 
 Estas enzimas suelen mostrar diferentes parámetros cinéticos 
(i.e. diferentes valores de KM), o propiedades de regulación 
diferentes. 
 La existencia de las isoenzimas permite el ajuste del 
metabolismo para satisfacer las necesidades particulares de un 
determinado tejido o etapa del desarrollo. 
 En bioquímica, las isoenzimas son isoformas (variantes 
estructurales estrechamente relacionadas) de las enzimas. En 
muchos casos, son codificadas por genes homólogos que han 
divergido con el tiempo. 
 De forma estricta, las aloenzimas representan enzimas de 
diferentes alelos de un mismo gene y las isoenzimas 
representan enzimas de diferentes genes cuyos productos 
catalizan la misma reacción. 
CATÁLISIS ENZIMÁTICA 
 Muchas proteínas son enzimas, es decir, se unen a algunas 
moléculas y catalizan reacciones específicas. 
 El sufijo –asa al final del nombre de una proteína la 
identifica como una enzima, Vgr. Ribonucleasa, es la 
proteína enzima que degrada el RNA (ácido ribonucleico) 
por hidrólisis; Peptidasa, es la proteína enzima que rompe, 
por hidrólisis, los enlaces peptídicos 
 La molécula blanco que se une a la superficie de la enzima 
en un sitio específico recibe el nombre de Sustrato de la 
enzima. 
 Las reacciones catalizadas por las enzimas son reacciones 
que ocurrirían de todas maneras espontáneamente pero a 
velocidades muy lentas; las enzimas no son sustancias 
mágicas - las reacciones que catalizan deben ser 
químicamente posibles. 
 Las enzimas pueden acelerar las reacciones en que 
participan por factores que van de 106 a 1014 veces. 
ENZIMAS. ESPECIFICIDAD 
 La mayor parte de las enzimas funcionan in vivo (en la 
célula) catalizando una reacción particular sobre un 
sustrato específico, esto conforma la especificidad de 
sustrato 
 Sin embargo, las enzimas pueden actuar sobre varios sustratos 
estructuralmente relacionados, aunque con diferentes eficiencias. 
También es cierto que un misma molécula puede servir como 
sustrato a varios tipos de enzimas diferentes. 
 La especificidad de acción determina que la enzima 
cataliza sólo una de las posibles transformaciones del 
sustrato. 
 La estéreo especificidad de las enzimas es también muy 
elevada, tanto respecto a la unión de sustratos quirales 
como respecto a las reacciones que catalizan. La estéreo 
especificidad de los enzimas procede de su quiralidad 
inherente, pues como ya sabemos las proteínas están 
constituidas sólo por L-aminoácidos. 
ESPECIFICIDAD DE SUSTRATO 
 Las enzimas son específicas en las reacciones que 
catalizan, como se dice habitualmente: una enzima-un 
sustrato. La mayor parte de las enzimas funcionan in 
vivo (en la célula) catalizando una reacción particular 
sobre un sustrato específico. 
 La especificidad puede darse en varios grados: 
 Especificidad absoluta: Se da cuando la enzima sólo actúa 
sobre un sustrato. 
 Especificidad de grupo: Se da cuando la enzima reconoce un 
determinado grupo de moléculas. 
 Especificidad de clase: Es la menos específica, dado que la 
actuación de la enzima no depende del tipo de moléculas, 
sino del tipo de enlace. 
FACTORES QUE AFECTAN LA ACTIVIDAD 
ENZIMÁTICA 
 Influencia de la temperatura: Existe una temperatura óptima para la cual 
la actividad enzimática es máxima. 
 Influencia del pH: Todas las enzimas tienen dos valores límites de pH entre 
las cuales son efectivas. Traspasados estos valores, la enzima se 
desnaturaliza y deja de actuar. Entre estos límites existe un pH óptimo en el 
cual la enzima posee una máxima eficacia. 
 Concentración del sustrato: En una reacción enzimática, al incrementar 
la concentración de sustrato, para una concentración de enzima constante se 
produce un aumento de velocidad de reacción. Si la concentración de sustrato 
es excesiva, la velocidad de reacción no aumentará, debido a que se produce 
una saturación de la enzima, cuyas moléculas se hallan todas en forma de 
complejo enzima-sustrato. 
 Inhibidores: Son sustancias que disminuyen la actividad de la enzima. 
Pueden ser: 
 Irreversibles: Tienen lugar cuando el inhibidor se fija permanentemente al centro 
activo de la enzima alterando su estructura. 
 Reversibles: Tienen lugar cuando no se inutiliza el centro activo, sino que sólo 
impide temporalmente su normal funcionamiento. 
 Competidores: Se debe a la presencia de una sustancia similar al sustrato por lo que 
se puede competir en la fijación al centro activo. 
 No competidores: Es debida a un inhibidor que se une a la enzima impidiendo la fija 
ion del sustrato al centro activo. 
 
SITIO ACTIVO 
 Se han postulado dos hipótesis para explicar la formación del 
complejo enzima sustrato, las llamadas de la llave y la cerradura, 
así como la de acoplamiento inducido 
 De acuerdo con la hipótesis de la llave y la cerradura, el sitio de unión 
del sustrato existe preformado en la estructura de la enzima aún en 
ausencia del sustrato unido 
 En el caso de la hipótesis del acoplamiento inducido, la molécula de 
sustrato induce un cambio conformacional en el sitio activo de la 
enzima de manera de quedar perfectamente acoplados. El cambio de 
forma de la enzima facilita la interacción enzima-sustrato y la 
reacción. La Glucocinasa es un ejemplo interesante de este tipo de 
mecanismo. 
 Los estudios por rayos-X indican que los sitios de unión del 
sustrato de la mayor parte de las enzimas se hallan preformados 
(llave y cerradura) pero que la mayor parte de ellos exhiben al 
menos cierto grado de acoplamiento inducido al unirse al sustrato. 
 Después que la reacción se completa y se libera el producto, el 
sitio activo recupera su forma libre y la enzima esta dispuesta 
para fijar una nueva molécula de sustrato. 
Hipótesis de la llave y la cerradura. El sitio de 
unión del sustrato existe preformado en la 
estructura de la enzima aún en ausencia del 
sustrato unido 
Hipótesis del acoplamiento inducido. El 
sitio activo de la enzima no existe como tal 
en ausencia del sustrato (A). La molécula 
de sustrato induce un cambio 
conformacional en el sitio activo de la 
enzima de manera de quedar 
perfectamente acoplados (B). El cambio de 
forma de la enzima facilita la interacción 
enzima-sustrato y la reacción (C). 
(D) Sustancias de 
estructura semejante 
no producen el 
cambio 
conformacional 
adecuado 
El sitio activo de la enzima digestiva Carboxipeptidasa. (a) La enzima sin sustrato. (b) 
La enzima con su substrato (azul oscuro) en posición. Los tres aminoácidos cruciales 
(azul-verde) para la actividad de la enzima, han cambiado de posición para acercarse al 
substrato y a la molécula de zinc y acoplarse a ellos para formar el sitio activo. 
SACARASA 
 La hidrólisis se realiza porque la molécula de sacarosa se fija 
al sitio activo de la enzima. 
 La configuración de la enzima sufre una modificación de 
manera que el puente de oxígeno que forma la unión entre los 
dos monosacáridos queda expuesto al efecto de las moléculas 
de agua del solvente. 
 La exposición permite que dicha molécula de agua 
efectivamente rompa el puente de oxígeno y fije los 
componentes del agua en la molécula, un OH se une a uno de 
los monosacáridos y un H, al átomo de Oxígeno que queda fijo 
al otro monosacárido 
 Esto produce el rompimiento del enlace entre los dos 
monosacáridos y finalmente lo convierte en dos azúcares 
separados, la glucosa y la fructosa. 
 Los productos son liberados y la enzima regresa a su 
configuración inicial, de modo que su sitio activo pueda ser 
ocupado po9r una nueva molécula de sacarosa para ser 
hidrolizada. 
 
Acoplamiento Inducido en la Reacción de la Hexocinasa 
Una vez que la molécula de Glucosa (en azul) ocupa su lugar en el centroactivo de la enzima, 
ésta sufre una modificación conformacional, sus extremos se cierran para poner al sustrato en 
contacto con todos los grupos enzimáticos que participarán en la reacción 
COFACTORES, COENZIMAS, PROSTÉTICOS 
 En muchos casos las enzimas pueden catalizar reacciones, sólo 
cuando se hallan asociadas con moléculas pequeñas, cofactores, 
que actúan esencialmente como los " dientes químicos" de las 
enzimas. Los cofactores pueden ser: 
 Iones metálicos (Fe2+, Cu2+, Mg2+, entre otros), que se necesitan 
para la actividad catalítica de numerosas enzimas. Las enzimas 
que precisan de iones metálicos se llaman a veces metaloenzimas. 
El ion metálico puede actuar como: 
 Centro catalítico primario. 
 Grupo puente para reunir el sustrato y la enzima, formando un complejo de 
coordinación 
 Agente estabilizante de la conformación de la proteína enzimática en su 
forma catalíticamente activa. 
 Coenzimas, moléculas orgánicas de tamaño pequeño, tales como 
el NAD+, que sólo se hallan asociados transitoriamente con la 
molécula de una enzima determinada de modo que, en efecto, 
funcionan como cosustratos. 
 Grupos prostéticos, los cuales se hallan asociados de modo 
permanente con la enzima, frecuentemente mediante enlace 
covalente. Tal es el caso del FMN en la enzima NADH 
deshidrogenasa o del FAD en la succinato deshidrogenasa. 
APOENZIMA - HOLOENZIMA 
 Las coenzimas cambian químicamente en las 
reacciones enzimáticas en las que participan. Así, para 
completar el ciclo catalítico la coenzima debe ser 
devuelta a su estado original. 
 Cuando se trata de coenzimas unidas de modo 
transitorio, tales como NAD+, la reacción de 
regeneración es usualmente catalizada por una enzima 
diferente. 
 La proteína que, cuando se encuentra aislada y 
separada de su cofactor, es inactiva enzimáticamente, 
se designa como apoenzima 
 El complejo enzima-cofactor, activo catalíticamente, se 
llama holoenzima; es decir: 
Apoenzima (inactiva) + cofactor ↔ Holoenzima (activa) 
PRINCIPALES COENZIMAS 
FAD (flavín-adenín dinucleótido): transferencia de electrones y protones. 
FMN (Flavín mononucleótido): transferencia de electrones y protones. 
NAD+(nicotín-adenín dinucleótido): transferencia de electrones y protones. 
NADP+ (nicotín-adenín dinucleótido fosfato): transferencia de electrones y 
protones. 
Coenzima A: transferencia de grupos acetilo (por ejemplo, en la descarboxilación 
del ácido pirúvico) y de grupos acilo en general. 
Coenzima Q: transferencia de electrones en la cadena respiratoria. 
Coenzima B12: transferencia de grupos metilo o hidrógenos entre moléculas. 
TPP (Pirofosfato de tiamina): transferencia de grupos aldehído; forma parte, 
entre otros, del complejo piruvato deshidrogenasa. 
Vitamina C 
PLP (fosfato de piridoxal): transferencia de grupos amino. 
PMP (fosfato de piridoxamina): transferencia de grupos amino. 
FH4 (ácido tetrahidrofólico): transferencia de grupos formilo, metenilo y metileno. 
Biocitina: transferencia de dióxido de carbono. 
Ácido lipoico: transferencia de hidrógenos, grupos acilo y metilamina. 
FACTORES GENERALES 
 Con muy pocas excepciones (ribozimas) todas las 
enzimas son proteínas y por lo tanto son afectadas por 
todos los factores que afectan la estructura proteica. 
Esto significa que las enzimas serán susceptibles a 
cambios en las condiciones de la reacción tales como el 
pH y la temperatura. 
 La velocidad de las reacciones catalizadas por 
enzimas es afectada fundamentalmente por: 
 La concentración de la enzima; 
 La concentración del sustrato. 
 Puesto que las enzimas son catalizadores, entonces: 
 son necesarias en concentraciones relativamente pequeñas; 
 Son recuperadas sin ningún cambio al final de la reacción. 
 
ARRHENIUS Y MÁS 
 La asombrosa velocidad de las reacciones catalizadas por 
enzimas, se debe principalmente a dos factores descritos por 
Arrhenius. 
 En primer lugar, las enzimas disminuyen considerablemente la 
energía de activación, necesaria para que las moléculas reaccionen. 
 En segundo lugar las enzimas poseen un sitio catalítico o sitio 
activo, donde el sustrato y los cofactores y coenzimas necesarios, 
como moléculas reaccionante, se encuentran con la estéreo 
especificidad adecuada para que interaccionen correctamente, a 
diferencia de lo que ocurre en la reacción no catalizada, en que las 
moléculas chocan al azar en cualquier posición. 
 Tal vez pueda mencionarse un tercer factor, las enzimas se 
hallan, dentro de la célula, restringidas en compartimentos 
funcionales específicos, núcleo, membrana, mitocondria, etc. 
donde deben realizar su acción, y/o formando grandes 
complejos enzimáticos donde los sustratos y productos pasan 
de un componente del complejo a otro, facilitando su 
interacción. 
COMPLEJO ENZIMA-SUSTRATO 
 Todas las reacciones enzimáticas se realizan al menos en 2 
etapas, una primera en la cual se forma de manera 
reversible la unión física entre la enzima (E) y el sustrato 
(S), que da origen al complejo enzima-sustrato (ES). 
 Una vez formado el complejo enzima-sustrato éste puede 
realizar la transformación del sustrato, dando origen al 
producto (P) y a la enzima libre que está en condiciones de 
volver a iniciar el proceso. 
E + S ↔ ES → E + P 
 A la etapa número 1 le llamamos etapa de unión, y a la 
número 2, de transformación. Esta es una representación 
simplificada. pues es posible suponer la existencia de otros 
complejos intermedios sobre todo cuando en la reacción 
intervienen cofactores o más de un sustrato. 
 El punto crucial de este mecanismo básico es la existencia 
del complejo enzima-sustrato, que fue propuesta por 
primera vez por Henry en1905. A partir de ese momento se 
ha reunido suficiente evidencia para demostrar su 
presencia. 
RECONOCIMIENTO Y CATÁLISIS 
 Las enzimas presentan dentro de su estructura proteica 
2 regiones o sitios importantes para la realización de su 
actividad catalítica, 
 Sitio de reconocimiento, reconoce y liga al sustrato 
 Sitio catalítico, una vez unido el sustrato, cataliza la 
reacción 
 Estos 2 sitios están adyacentes uno al otro en la forma 
activa de la enzima y, en ocasiones, el sitio catalítico es 
parte del sitio de reconocimiento, 
 Estas 2 regiones en conjunto reciben el nombre de 
centro activo de la enzima 
CENTRO ACTIVO 
 El centro activo representa una porción pequeña del volumen 
total de la enzima: muchos de los residuos de aminoácidos de la 
enzima no entran en contacto con el sustrato. 
 El centro activo está situado superficialmente en la enzima; 
permite el acceso de las moléculas del sustrato con relativa 
facilidad. 
 El centro activo de una enzima tiene un conjunto de grupos 
químicos ordenados espacialmente de forma precisa, esto hace 
que el sustrato quede unido al centro activo de forma tan íntima 
que casi ninguna otra molécula puede unirse de la misma 
manera. 
 Los aminoácidos de las 2 regiones del centro activo generalmente 
no están adyacentes unos a otros en la cadena polipeptídica lineal; 
el acercamiento se produce como consecuencia del plegamiento de 
la cadena proteica al adquirir su estructura terciaria. 
 El centro activo es una entidad tri-dimensional estéreo específica. 
 Los grupos que intervienen en la formación del centro activo 
realizan diferentes funciones 
 El centro activo es una estructura dinámica 
ENERGÍA DE ACTIVACIÓN 
 Una reacción química se produce cuando las moléculas reaccionantes poseen 
una cantidad mínima de energía llamada energía de activación (Ea), o como es más frecuente en bioquímica, energía libre de activación (ΔG‡). 
 No todas las colisiones entre los reactivos resultan en una reacción química 
porque solo una fracción de moléculas tienen suficiente energía o chocan en la 
orientación correcta para reaccionar. 
 En sistemas de moléculas reaccionantes, según se eleva la temperatura la 
movilidad de las moléculas aumenta y por lo tanto se aumenta la posibilidadde choques efectivos. 
 Otra manera de aumentar la frecuencia de colisiones efectivas para producir la 
formación de productos es la de aumentar la concentración de los reactivos. 
 En los sistemas vivos ninguna de estas dos posibilidades es factible, el uso de 
temperaturas elevadas afectaría las delicadas estructuras celulares y la 
concentración de sustratos requiere ser usualmente muy baja. 
 Por estas razones los organismos vivos han resuelto el problema mediante el 
uso de biocatalizadores, las enzimas. 
Energía Libre de Activación 
ΔG° 
ΔG‡ 
 Los catalizadores realizan su actividad 
disminuyendo le energía de activación que se 
requiere para cualquier reacción química. 
 Es decir, los catalizadores proveen una vía de 
reacción que requiere menos energía 
 Un estado de transición ocurre en la cúspide de 
ambas vías de reacción, pero la energía 
requerida es mucho menor en la vía catalizada. 
 La energía libre de activación, DG‡, se define 
como la cantidad de energía que se requiere 
para convertir una mol de sustratos (reactivos o 
reactantes) desde el nivel basal (el nivel de baja 
energía de una molécula) al estado de 
transición. 
 No existe diferencia en la energía libre de la 
reacción completa ΔG° (energía libre de los 
reactivos minus energía libre de los productos) 
entre las reacciones sin catalizadores y las 
reacciones con catalizadores 
 
Energía Libre de 
Activación 
 Los catalizadores realizan su 
actividad disminuyendo la energía 
de activación que se requiere para 
cualquier reacción química. 
 Es decir, los catalizadores proveen 
una vía de reacción que requiere 
menos energía 
 Un estado de transición ocurre en 
la cúspide de ambas vías de 
reacción, pero la energía requerida 
es mucho menor en la vía 
catalizada. 
 La energía libre de activación, DG‡, 
se define como la cantidad de 
energía que se requiere para 
convertir una mol de sustratos 
(reactivos o reactantes) desde el 
nivel basal (el nivel de baja energía 
de una molécula) al estado de 
transición. 
No existe diferencia en la energía libre de la reacción 
completa (energía libre de los reactivos minus 
energía libre de los productos) entre las reacciones 
sin catalizadores y las reacciones con catalizadores 
Energía libre de 
activación (sin 
catalizador) 
Energía libre de 
activación (con 
catalizador) 
Mecanismo Catalítico 
 A pesar de una intensa dedicación al estudio de la catálisis 
enzimática, solo se ha podido obtener información detallada 
acerca de los mecanismos de acción de unas pocas enzimas. 
 A pesar de ello, se ha demostrado que las enzimas utilizan los 
mismos mecanismos catalíticos que los catalizadores no 
enzimáticos. 
 Las enzimas proporcionan efectos catalíticos significativamente 
mejores porque en su sitio activo poseen una estructura que está 
específicamente orientada a promover el efecto catalítico. 
 Varios factores contribuyen a la catálisis enzimática. Los más 
importantes son: 
A. Efectos de proximidad y deformación molecular, 
B. Efectos electrostáticos, 
C. Catálisis ácido-base, 
D. Catálisis covalente. 
E. Estabilización del estado de transición 
Mecanismos 
 Muchas reacciones químicas pueden ser aceleradas 
utilizando grupos catalíticos apropiadamente 
colocados. 
 Las enzimas, a causa de su composición de 
aminoácidos y su estructura tridimensional, son 
extremadamente capaces de tener colocados los 
grupos funcionales apropiados, en el sitio apropiado 
y en el tiempo justo. 
 La catálisis suele implicar la existencia de 
interacciones covalentes transitorias entre el 
sustrato y la enzima o transferencias de grupos 
desde o a la enzima, con el fin de adoptar una ruta 
de reacción nueva y de menor energía. 
 
Estabilización de los 
Estados de Transición 
El estado de transición de una 
reacción es un intermediario que 
posee una configuración molecular 
muy inestable con enlaces que se 
encuentran en el momento de 
formarse o de romperse. 
Estos estados de transición 
frecuentemente comprenden 
grandes separaciones de los 
residuos cargados. 
Las enzimas pueden proveer el 
arreglo óptimo para dichos grupos 
químicos y producir la adecuada 
estabilidad de tales estados de 
transición. 
Las enzimas generalmente se fijan con mayor fuerza a los 
estados de transición que a los sustratos. 
Ésto orienta la reacción hacia la formación de los productos. 
Energía de Fijación 
 Una parte significativa de la energía utilizada para el incremento 
de la velocidad de las reacciones enzimáticas procede de 
interacciones débiles (enlaces de hidrógeno, interacciones 
hidrofóbicas e interacciones iónicas) entre enzima y sustrato. 
 El sitio activo de la enzima tiene una estructura tal que hace que 
algunas de estas interacciones débiles tengan lugar de modo 
preferente en el estado de transición de la reacción, con lo que lo 
estabilizan. 
 Una de las razones del gran tamaño de los enzimas es la 
necesidad de que existan múltiples interacciones. La energía de 
fijación, ΔGb, puede utilizarse para disminuir la entropía del 
sustrato o para producir en la enzima un cambio conformacional 
(acoplamiento inducido). 
 La energía de fijación es también la responsable de la exquisita 
especificidad de las enzimas por sus sustratos. 
Mecanismos 
 Entre los mecanismos catalíticos adicionales 
empleados por los enzimas se cuentan: 
 la catálisis ácido-base general, 
 la catálisis covalente y 
 la catálisis por iones metálicos. 
 La catálisis suele implicar la existencia de 
interacciones covalentes transitorias entre el 
sustrato y el enzima o transferencias de grupos 
desde o a la enzima, con el fin de adoptar una 
ruta de reacción nueva y que requiera menor 
energía. 
Proximidad y Deformación Molecular 
 Este modelo de catálisis comprende la distorsión, empuje, atracción o 
torcimiento de un enlace que debe ser roto o producido durante la 
reacción. 
 Las partes del sustrato que no serán involucradas directamente en la 
reacción química interaccionan con residuos enzimáticos 
estratégicamente colocados de manera de mantener el sustrato en la 
posición distorsionada adecuada para facilitar la reacción. 
 La distorsión y esfuerzo a que está sometido el enlace facilitan la 
producción del estado de transición. 
Catálisis Electrostática 
 Veamos por ejemplo una reacción simple, la adición de agua a un grupo 
carbonilo. 
 En esta reacción podemos pensar en dos factores: el grupo carbonilo es 
reactivo sobre el agua porque el grupo carbonilo se haya parcialmente 
polarizado — los electrones del grupo C=O no se reparten igualmente 
entre el carbono y el oxígeno. El átomo de oxígeno, por ser más 
electronegativo retiene los electrones más tiempo y más cerca que el 
carbono. 
 Según el agua actúa sobre el oxígeno del grupo carbonilo, los electrones 
del enlace que se está rompiendo (C=O) se separan y van al oxígeno 
dándole una carga negativa formal. 
 Si durante la reacción (en el sitio activo de la enzima) existe un grupo 
funcional positivamente cargado cercano al oxígeno del grupo 
carbonilo, la polarización agregada a este grupo lo hace más reactivo 
ayudándolo ha adquirir la carga negativa según procede la reacción 
química 
 Este mecanismo es llamado Catálisis Electrostática. 
 Veamos por ejemplo una reacción simple, la adición de agua a un grupo carbonilo. 
 En esta reacción podemos pensar en dos factores: el grupo carbonilo es reactivo sobre el agua 
porque el grupo carbonilo se haya parcialmente polarizado — los electrones del grupo C=O no 
se reparten igualmente entre el carbono y el oxígeno. El átomo de oxígeno, por ser más 
electronegativo retiene los electrones más tiempo y más cerca que el carbono. 
 Según el agua actúa sobre el oxígeno del grupo carbonilo, los electrones del enlace que se 
está rompiendo (C=O) se separan y van al oxígeno dándole una carga negativa formal. 
 Si durante la reacción (en el sitio activo de la enzima) existe unárea funcional positivamente 
cargada cercana al oxígeno del grupo carbonilo, la polarización agregada a este grupo lo hace 
más reactivo ayudándolo ha adquirir la carga negativa según procede la reacción química 
 Este mecanismo es llamado Catálisis Electrostática. 
Catálisis Ácido-Base 
 En la misma reacción, veamos ahora, que podemos hacer con el 
agua. 
 Debido a que posee mayor carga negativa (una densidad electrónica 
mayor), OH es más reactivo que HOH. 
 Si en el sitio activo de la enzima radica un residuo básico colocado de 
manera apropiada para que por lo menos pueda remover 
parcialmente uno de los protones de la molécula de agua 
reaccionante, podemos aumentar la reactividad del agua y acelerar 
de este modo la reacción. 
 Este mecanismo se conoce como Catálisis Ácido-Base y es 
frecuentemente utilizado en las reacciones enzimáticas para facilitar 
la transferencia de protones durante las reacciones químicas. 
 
Catálisis Covalente 
 Otra alternativa es la formación inestable de un 
enlace covalente entre la enzima y el sustrato. 
 La enzima utiliza uno de sus grupos funcionales 
para reaccionar covalentemente con el sustrato. 
 Esta participación directa de la enzima en la 
formación de un enlace covalente se denomina 
así, Catálisis Covalente. 
 Este enlace covalente enzima-sustrato, debe 
formarse rápidamente, y los intermediarios 
deben ser razonablemente reactivos para que 
este tipo de catálisis pueda ser utilizado para 
acelerar adecuadamente la reacción. 
 
Catálisis Covalente 
 Muchas enzimas estabilizan un 
intermediario necesario de la 
reacción formando con él un 
enlace covalente inestable. 
 Esto sucede con mucha 
frecuencia entre las 
transferasas, las cuales utilizan 
un mecanismo de tipo "ping-
pong". 
 Este mecanismo es muy 
frecuentemente utilizado por las 
hidrolasas, tales como las 
glucosidasas, las proteasas y las 
lipasas. 
 Todas estas son usualmente 
transferasas que utilizan al agua 
como un aceptor. 
	ENZIMOLOGÍA
	Introducción
	ENZIMAS
	ENZIMAS
	Nombres Tradicionales
	Nominación de Enzimas
	Enzimas. Clasificación 1
	Enzimas. Clasificación 2
	Slide Number 9
	Slide Number 10
	Nombre Recomendado y Sistemático
	EC 3.4.17.1.
	ENZIMAS – NOMENCLATURA - Ejemplo
	Zimógenos o Proenzimas 
	Isoenzimas o Isozimas
	Catálisis Enzimática
	ENZIMAS. Especificidad
	especificidad de sustrato
	Factores que afectan la actividad enzimática
	Sitio Activo
	Slide Number 21
	Slide Number 22
	Slide Number 23
	Sacarasa
	Slide Number 25
	Cofactores, Coenzimas, Prostéticos
	Algunos elementos inorgánicos que actúan como cofactores enzimáticos
	Apoenzima - Holoenzima
	Principales coenzimas
	Slide Number 30
	Slide Number 31
	Factores Generales
	Arrhenius y más
	Complejo Enzima-Sustrato
	Reconocimiento y Catálisis
	Centro Activo
	Energía de Activación
	Energía Libre de Activación
	Energía Libre de Activación
	Mecanismo Catalítico 
	Mecanismos
	Estabilización de los Estados de Transición
	Energía de Fijación
	Mecanismos
	Proximidad y Deformación Molecular
	Catálisis Electrostática
	Slide Number 47
	Catálisis Ácido-Base
	Catálisis Covalente
	Catálisis Covalente