Enzimas y su clasificación según la función

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BIOQUIMICA
Tema 7
ENZIMAS
OBJETIVO GENERAL
Comprender estructura y función de las enzimas y su aplicación en la Biotecnología:
Alimentaria
Ambiental
Agrícola
Biomédica
Industrial
Objetivos específicos
 Relacionar la estructura primaria, secundaria, terciaria y cuaternaria de proteínas con la capacidad catalítica de las enzimas.
 Identificar las clases y grupos de enzimas de acuerdo a su función catalítica.
 Comprender y aplicar los principios básicos de la cinética enzimática en reacciones mono y multisustrato. 
Objetivos específicos
Reconocer enzimas en el laboratorio: catalasas, proteasas, α-amilasas e invertasas en muestras de sangre, piña, papaya, higo, semillas germinadas y extracto de levadura.
Resaltar las aplicaciones clínicas y biotecnológicas de las diferentes clases de enzimas. 
Integrar los mecanismos de acción de las exoenzimas en el biodeterioro, biorremediación e industria
 
Prácticas
Reconocimiento de proteasas en papaya (Carica papaya), piña (Ananas sativus) e higo (Ficus carica).
Cinética enzimática. efecto del tiempo sobre la actividad de la catalasa
Métodos de detección de hidrolasas: amilasas
Reconocimiento de lipasas en semillas de higuerilla (Ricinus communis)
Definición de Enzimas
Biocatalizadores de naturaleza proteica capaces ejecutar reacciones químicas a nivel intracelular y extracelular
La velocidad de reacción enzimática supera a las reacciones químicas con reactivos
Se caracterizan por su elevada especificidad sobre su sustrato (molecula/s sobre las cuales actua la enzima para generar producto/s.
Propiedades de las Enzimas
Intracelulares y extracelulares.
Hidrofóbicas e hidrosolubles.
Termolábiles. Algunas termoestables y Preservadas a 0oC.
Son suceptibles a la Desnaturalización. 
Propiedades de las Enzimas
Elevada especificidad por su sustrato.
Sensibles a precipitación por SO4NH4, metales pesados, alcaloides, solventes orgánicos, ácidos, detergentes.
Puntos isoeléctricos: 
Pepsina= 1.1
Casein= 4.6
Urease: 5.0
Propiedades de las Enzimas
Complejo [Enzima-sustrato]
Centro activo
*Microambiente molecular donde interacciona con el SUSTRATO (S)
*Interacción con grupos funcionales de aminoácidos y grupos no proteicos y metales.
*Otras funciones:
¥Orientan al “S” 
¥Modifican al S
¥Genera el Producto (S)
Punto isoeléctrico de proteínas
Complejo transitorio [E-S]
Complejo transitorio [E-S]
*Interacción sustrato-Enzima
*complejo E-S
*Liberación de productos 
Factores que afectan la actividad enzimática 
Cuantos sustratos entran y cuantos productos son liberados?
Actividad hidrolítica de una enzima
Clasificación de las enzimas de acuerdo a su naturaleza química 
VITAMINAS-COENZIMAS
Niacina
NAD, NADP
Ion Hidruro (:H -)
PDH GAD
Riboflavina (Vit.B2)
FAD, FMN
Electrones
SDH
Tiamina (Vit. B1)
PP-tiamina
Aldehídos
PDH, TC
Acido fólico
TH4
Grupos monocarbonados
Ser-Treon. Deshidrat.
Acido lipoico
Lipoamida
Electrones y grupos acilos. 
PDH
Piridoxina (B6)
P-piridoxal
Transferencia grupos aminos
GPT
AAC-DESC
Acido pantoténico
Coenzima A
Grupos acilo
Tiolasa
Enzimas que requieren iones metálicos como cofactores
Citocromo oxidasa
Catalasa
 Peroxidasa
Fe++ ó Fe+++ 
Anhidrasa carbónica
Zn++
Piruvato quinasa
K+
Hexoquinasa
Glucosa-6-fosfatasa
Piruvato quinasa
Mg++
Centro catalítico 
Aminoácidos catalíticos vs aminoácidos de unión 
Energía libre de activación enzimática 
uncatalysed (dashed line), substrates need a lot of activation energy to reach a transition state, which then decays into lower-energy products. when enzyme catalysed (solid line), the enzyme binds the substrates (es), then stabilizes the transition state (es‡) to reduce the activation energy required to produce products (ep) which are finally released.
Reducción de la energía de activación en las reacciones catalizadas por enzimas versus las desarrolladas por catalizadores químicos 
a chemical reaction mechanism with or without enzyme catalysis. the enzyme (E) binds substrate (S) to produce product (P).
saturation curve for an enzyme reaction showing the relation between the substrate concentration and reaction rate.
Efecto de la concentración del sustrato [S] sobre la velocidad enzimática 
Las interacciones débiles que se forman entre el enzima y su sustrato son óptimas en el estado de transición.
las enzimas rebajan la barrera de energía de activación para aumentar la velocidad de una reacción química
Cinética de la actividad enzimática 
Enzimas /Cuarta clase
Cofactores en enzimas
Clasificación de enzimas: Código internacional de Bioquímica 
Descripción de las seis clases de enzimas
Ejemplos
Importancia 
Identificación de enzimas según a la clase a la cual pertenecen por su función 
α-Glicosidasa
Cofactores
Cofactores inorgánicos y orgánicos 
CoA en procesos de transferencias de grupo acilos
Cofactores orgánicos en el metabolismo 
Cada enzima dispone de una clave formada por la sigla EC (Enzyme Commission) seguida de cuatro números separados por puntos.
 El primero de estos números indica la clase según su función general: 
EC 1, EC 2, EC3, EC 4, EC 5 y EC 6.
Código Internacional de Bioquímica
 (Enzyme Commission) 
Clasificación internacional de Enzimas
Clasificación de enzimas
 según su función
1: Oxido-reductasas (reacciones de oxido-reducción) 
2: Transferasas (transfieren grupos funcionales) 
3: Hidrolasas (reacciones de hidrólisis) 
4: Liasas (reacciones de adición a los dobles enlaces) 
5: Isomerasas (reacciones de isomerización) 
6: Ligasas (formación de enlaces con consumo de ATP). 
Tipos de reacciones catalizadas por enzimas
Oxido-reducción
Rotura y formación de enlaces C-C
Reorganizaciones internas
Transferencia de grupos
Reacciones de condensación
Código Internacional de Bioquímica
 (Enzyme Commission) 
1-OXIDORREDUCTASAS
Alcohol deshidrogenasa (EC 1.1.1.1)
Clase - subclase - subsubclase - nº de orden
Lactato 1 1 1 27
 deshidrogenasa
Oxidoreductasa (1.)
Cataliza la oxidación de etanol (1.1.) a Acetaldehído
Utiliza NAD+ (1.1.1.) como aceptor de electrones 
Y por lo tanto pertenece al grupo 1
Se designa como EC 1.1.1.1. 
Alcohol deshidrogenasa (EC:1.1.1.1):
Alcohol Deshidrogenasa
Enzima (Zn) descubierta a mediados de los años 1960 en la mosca Drosophila melanogaster
Dímero con un peso molecular de 80 kDa. 
Función: interconversión entre alcoholes 
y aldehídos  o cetonas con la reducción de NAD+ a NADH. 
Catalizan una amplia variedad de reacciones de óxido-reducción.
Requieren de coenzimas: NAD+ y NADP+, como aceptor de hidrógeno.
Incluye: reductasas, oxidasas, oxigenasas, hidroxilasas .
1.-Oxidorreductasas
Catalasa. EC: 1.11.1.6 
Cofactores: Grupo Hemo y Mn
Reacción: 2 H2O2  2 H2O + O22 
Oxidorreductasas
H2O2 + Fe(III)-E → H2O + O=Fe(IV)-E
H2O2 + O=Fe(IV)-E → H2O + Fe(III)-E + O2
Glutation Peroxidasa
Lactato deshidrogenasa/ LDH (EC 1.1.1.27) 
Gliceraldehído-3P-Dhasa
(EC: 1.2.1.12)
2. TRANSFERASAS
Hexoquinasa (EC 2.7.1.2)
Catalizan varios tipos de transferencia de grupos de una molécula a otra.
Transferencia de grupos: amino, carboxilo, carbonilo, metilo, glicosilo, acilo, fosforilo.
Ejemplo: aminotransferasas (transaminasas).
2.-Transferasas
2.-Transferasas
Hexokinasa
Metionina sintetasa (EC:2.1.1.13)
Homocisteína metiltransferasa
(EC:2.1.1.13)
Transmetilación de la Homocisteína
Carboxipeptidasa A (EC 3.4.17.1)
3. HIDROLASAS
Catalizan reacciones que implican la ruptura hidrolítica de enlaces químicos, tales como C=O, C-N, C-C. 
Actúa una molécula de agua como cosustrato.
Sus nombres comunes se forman añadiendo el sufijo -asa al nombre de substrato.
 Ejemplos: lipasas, peptidasas, amilasa, maltasa, pectinoesterasa, fosfatasa, ureasa. 
Otras: pepsina, tripsina y quimotripsina.3.-Hidrolasas
Las enzimas celulasas se utilizan en los detergentes para ropa
Celulasa (Endogluconasa)
Celulasa
(EC 3.2.1.4) 
*Cortes en el polímero de la celulosa y producción de glucosa y celobiosa.
*Acción de Exocelulasa, Celobiohidrolasa, Celobiasa
*Producción final de Glu
Isoenzimas de Celulasas según rango de pH
Pectín esterasas
Hialuronidasa
(EC 3.2.1.35)
Hialuronidasa
(EC 3.2.1.35)
Ocasiona ruptura del enlace (3-1,4) gliosídico entre el 2-acetamido-2-deoxy-D-glucose and D-glucurónico 
Hialuronidasa
(EC 3.2.1.35)
Importante en cirugía estética 
Adición de Hialuronidasa para personas con alergias al inyectarse Acido hialurónico a nivel de pómulos, labios y orejas 
Degradación del ácido hialurónico reabsorción desaparición 
4. LIASAS
Piruvato descarboxilasa (EC 4.1.1.1)
Catalizan la ruptura de enlaces (C-C, C-S y algunos C-N.
Se excluye la ruptura de enlaces peptídicos.
No actúa la molécula de agua como cosustrato.
Ejemplos: descarboxilasas, citrato-liasa, deshidratasas y aldolasas.
4.-Liasas
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Registro de enzimas Liasas
Enolasa-fosfopiruvato hidratasa
(EC 4.2.1.11) 
La enolasa cataliza la deshidratación reversible del ácido 2 fosfoglicérico para formar fosfoenol piruvato.
Fumarasa (FH) o fumarato hidratasa 
(EC 4.2.1.2)
5. ISOMERASAS
Transforman sus substratos de una forma isomérica en otra.
 Ejemplos: Epimerasas, racemasas y mutasas.
5.-Isomerasas
Subclases de Isomerasas
Isomerasas
Gliceraldehido Isomerasa
Glucosa 6P-Isomerasa
galactosa mutarotasa
 (GALM, EC 5.1.3.3)
metabolitos: (1) galactosa, (2) galactosa-1-fosfato, (3) UDP-glucosa, (4) UDP-galactosa, (5) glucosa-1-fostato, (6) glucosa-6-fosfato. enzimas: (GK) galactoquinasa, (GALT) galactosa-1-fosfato uridiltransferasa, (UDE) UDP-galactosa 4-epimerasa, (PGM) fosfoglucomutasa. 
(UDE) UDP-galactosa 4-epimerasa
 (PGM) fosfoglucomutasa 
Galactosa fosfato epimerasa 
Piruvato carboxilasa (EC 6.4.1.1)
6. LIGASAS
Catalizan la formación de enlace entre C y O, S, N y otros átomos. 
Generalmente, la energía requerida para la formación de enlace deriva de la hidrólisis del ATP. 
Ejemplos: sintetasas y carboxilasas.
6.-Ligasas
LIGASAS
Pyruvato carboxilasa
Pyruvate carboxylase (PC)
EC (6.4.1.1)
Pyruvate Carboxylase is an intramitochondrial enzyme and activated by CoAS, and in healthy people ensures that there are always sufficient krebs cycle
Acido pirúvico como sustrato de la PC y de la PDH
Enzimas degradadoras de lignina