SEMANA 4 ENZIMAS PARTE 1

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ENZIMAS PARTE I
MSC. Q.F. Adela Marlene Collantes Llacza
Enzimas
Definición:
Son catalizadores producidos por los células y cuya función es
incrementar la velocidad de las reacciones que catalizan sin
alterar las constantes de equilibrio.
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Son macromoléculas nitrogenadas biológicas con función
catalítica específica
Definición:
Proteína: Tripsina
Sitio activo:Ser/His/Asp
Ácido ribonucleico: Ribozima
Enzimas
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1. Actúan en secuencias organizadas, catalizando miles de 
reacciones
2. Permiten un control coordinado de las rutas metabólicas
3. Tienen una inmensa utilidad práctica.
• Algunas enfermedades pueden ser debidas a ausencia parcial 
o total de una o más enzimas.
• Algunas enfermedades pueden producirse por actividad 
excesiva de una enzima.
Importancia de las Enzimas
• La medición de las concentraciones en plasma de enzimas
pueden ser utilizadas en el diagnóstico clínico.
• Muchas drogas ejercen su efecto biológico a 
interacción con las enzimas.
través de la
• Tienen utilidad en la industria química, procesamiento de
alimentos y en la agricultura.
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1. Tienen gran poder catalítico.
2. Son altamente específicas.
3. Aumentan la velocidad de la reacción sin
alterar las constante de equilibrio.
4. La mayoría de las enzimas son proteínas.
5. Su actividad puede ser regulada.
6. Las enzimas interconvierten diferentes formas 
de energía.
Características de las Enzimas
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 Porción no proteica
 PROTEINAS PURAS:
no requieren cofactor (tripsina, quimotripsina,elastasa)
 HOLOENZIMAS:
 Porción proteica ó Apoenzima
Enzimas de Naturaleza Proteica
Coenzima: molécula orgánica que
está débilmente unida a la enzima.
Grupo prostético: molécula orgánica
o ión metálico que está
covalentemente unido a la enzima.
Cofactor: Catión metálico, unido
débilmente a la enzima.
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Catalizadores biológicos específicos que aumentan la velocidad de las
reacciones bioquímicas.
 Aumentan la velocidad de reacción hasta por un factor de 1017
Generalidades Enzimas
Casi todas las enzimas son proteínas excepto las ribozimas (formadas por 
RNA sólo o asociado a proteínas)
Generalidades Enzimas
 Las enzimas son necesarias para que las reacciones bioquímicas:
• Se produzcan a una velocidad adecuada para la célula
• Se dirijan hacia rutas útiles y necesarias según necesidades energéticas 
y necesidad de producción de distintas sustancias.
 Características
 Gran poder catalítico
 Alto grado de especificidad
 Actúan en soluciones acuosas en condiciones determinadas de Tª y pH
 Su actividad puede regularse
 Importancia
 Agricultura
 Industria alimentaria
 Medicina
Generalidades Enzimas
E + S ES E + P
 Las enzimas aceleran las reacciones multiplicando su velocidad.
 No se alteran en el proceso, no se modifican en su actuación.
 No llevan a cabo reacciones que sean energéticamente desfavorables, no
modifican la constante de equilibrio de la reacción, sino que aceleran su
consecución.
 Características catalíticas
Sitios de la Enzima
SITIO DE UNIÓN AL SUSTRATO:
Contiene los grupos químicos (cadenas laterales de aminoácidos) 
que fijan al sustrato formando el Complejo Enzima – Sustrato. La
débiles 
fuerzas
unión es reversible y se establece mediante enlaces 
(electrostáticos o salinos, puentes de hidrógeno, 
hidrofóbicas y fuerzas de Van der Waals).
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SITIO ACTIVO:
Sitios de la Enzima
Contiene los grupos químicos específicos implicados en la catálisis
(cadenas laterales de aminoácidos o nucleótidos), pudiendo estar
cercanos o alejados en su estructura primaria. Puede integrar o no
al sitio de unión al sustrato.
Ser
Asp
His
Glucosa 6-fosfotransferasa
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Sustrato: H2O2
Sitio Activo
Modelo molecular de la
Catalasa
Modelo esquemático 
de una enzima
Sitio Activo
Sustrato
Sitio activo de una enzima
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Sitios de la Enzima
SITIO ALOSTÉRICO:
Presente en las enzimas regulatorias, en donde se fijan efectores o
inhibidores alostéricos, que provocan un cambio conformacional en
el sitio de unión al sustrato o en el sitio catalítico, regulando la
actividad enzimática.
Sitios de la Enzima
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Algunos enzimas necesitan cofactores
A veces la actividad catalítica depende de componente químico adicional
 Cofactor: metales o iones inorgánicos pequeños, Fe, Mg, Mn, Zn, Co
 Coenzima: moléculas orgánicas pequeñas
Apoenzima + Cofactor = Holoenzima
(FAD)
(NAD)
Algunos enzimas necesitan cofactores
 Contribuyen alineamiento enzima-sustrato
 Sitio adicional de enlace
VITAMINAS FUNCIONES
Enfermedades 
carenciales
C (ácido 
ascórbico)
Coenzima de algunas peptidasas. Interviene en la síntesisde 
colágeno
Escorbuto
B1 (tiamina)
Coenzima de las descarboxilasas y de las enzimaque 
transfieren grupos aldehídos
Beriberi
B2
(riboflavina)
Constituyente de los coenzimas FAD y FMN
Dermatitis y lesiones
en las mucosas
B3 (ácido 
pantotinico)
Constituyente de la CoA
Fatiga y trastornos del 
sueño
B5 (niacina) Constituyente de las coenzimas NAD y NADP Pelagra
B6
(piridoxina)
Interviene en las reacciones de transferencia de grupos 
aminos.
Depresión, anemia
Coenzima en la transferencia de grupos metilo. Anemia perniciosa
B12
(cobalamina)
Biotina
Coenzima de las enzimas que transfieren grupos carboxilo,en 
metabolismo de aminoácidos.
Fatiga, dermatitis...
Vitaminas como cofactores enzimáticos
Nomenclatura
ADP + D-Glucosa 6-fosfato
E.C. 2. 7. 1. 1. ATP : Glucosa 6-fosfotransferasa
Número de la enzima
Clase II, Transferasa.
Las enzimas se identifican con un código de cuatro dígitos, así como
un nombre sistemático que consta del nombre de los sustratos,
seguido por el tipo de reacción que cataliza, terminado en asa.
Ejemplo:
El nombre formal de la enzima que cataliza la reacción de transferencia de
un grupo fosfato del ATP a la glucosa
Subclase fosfotransferasa, 
enzimas que transfieren
grupo fosfato.
Sub-subclase, Sustrato con grupo
hidroxilo como aceptor del fosfato
transferido.
ATP + D-Glucosa
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Nomenclatura de enzimas
 Código numérico encabezado por las letras EC (enzyme commission)
 Cuatro números separados por puntos
• El 1º indica a cual de las seis clases pertenece la enzima
• El 2º se refiere a distintas subclases dentro de cada grupo
• El 3º y el 4º se refieren a los grupos químicos específicos que 
intervienen en la reacción.
 Nombre sistémico
Sustrato preferente + reacción + “asa”
E.C. 1.1.1.1Alcohol deshidrogenasa
Etanol AcetaldehídoAlcohol DH
1.- Oxidorreductasas: Reacciones de oxido-reducción
2.- Transferasas: Transferencia de grupos intactos de una molécula a 
otra
3.- Hidrolasas: Reacciones de hidrólisis
(ruptura de enlaces con participación del agua)
4.- Liasas: Adición de grupos a dobles enlaces
(sin participación del agua)
5.- Isomerasas: Transferencia intramolecular de grupo
(cis/trans, L/D, aldehído/cetona)
6.- Ligasas: Unión de dos sustratos a expensas de la hidrólisis del ATP
Clasificación de enzimas
Transferasas
Transaldolasas y transcetolasas
Acil-, metil-, glucosil- y fosforil- transferasas
Quinasas
Fosfomutasas
Oxidorreductasas
Deshidrogenasas 
Oxidasas 
Reductasas 
Peroxidasas 
Catalasas 
Oxigenasas 
Hidroxilasas
Hidrolasas
Esterasas 
Glucosidasas 
Peptidasas 
Fosfatasas 
Tiolasas 
Fosfolipasas 
Amidasas 
Desaminasas 
Ribonucleasas
Liasas
Descarboxilasas 
Aldolasas 
Hidratasas 
Deshidratasas 
Sintasas
Liasas
Isomerasas
Racemasas
Epimerasas
Isomerasas
Mutasas
Ligasas
Sintetasas 
Carboxilasas
Clasificación de enzimas
Clasificación de las enzimas
Clase I. Oxidorreductasas:
NAD+ NADH H+
Subclases: deshidrogenasas, oxidasas, oxigenasas, reductasas,
peroxidasas, catalasas, hidroxilasas
OH O
CH3– CH – CH2 – C – O¯
-hidroxibutirato
Catalizan reacciones de oxido-reducción al adicionar o sustraer 
hidrógenos oelectrones.
Ejemplo:
Acetoacetato
-hidroxibutirato 
deshidrogenasa
O O
CH3– C – CH2 – C – O¯
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Clase II. Transferasas:
transferenciade
+
Catalizan reacciones en las que hay una
grupos de una molécula a otra.
Ejemplo:
COO¯ 
O = C
CH3
Piruvato
+
COO¯ 
O = C
CH2
CH2
COO¯
Clasificación de las enzimas
Subclases: transaminasas,
fosforiltransferasa,
transcarboxilasas, transmetilasas,
COO¯
H3N– CH
CH2
+
CH2
COO¯
Glutamato
COO¯
H3N – CH
CH3
+
Alanina
-cetoglutarato
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Alanina 
aminotransferasa
PLP
+ HOH + +NH4
Amoníaco
CLASE III. Hidrolasas:
Catalizan reacciones en las que se produce la ruptura de
enlaces por la adición de agua.
Ejemplo:
Clasificación de las enzimas
Subclases: esterasas, glucosidasas, fosfatasas, tiolasas, fosfolipasas, 
amidasas, desaminasas, ribonucleasas y peptidasas
COO¯
H3N– CH
CH2
CH2
+
O = C – NH2
Glutamina
COO¯
+
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H3N– CH
CH2
CH2
O = C – O¯
Glutamato
Glutaminasa
Clase IV. Liasas:
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Clasificación de las enzimas
+ CO2
Catalizan reacciones de eliminación no hidrolítica de grupos
(H2O, CO2 y NH3) para formar un doble enlace o se añaden
grupos para romper un doble enlace.
Ejemplo:
Subclases: descarboxilasas, hidratasas, deshidratasas, liasas,
aldolasas y sintasas
Histidina Histamina
Histidina 
descarboxilasa
Clase V. Isomerasas:
en las que hay un
Clasificación de las enzimas
Subclases: isomerasas, racemasas, epimerasas y mutasas
H – C = O
H – C – OH O¯ 
CH2 – O – P = O
O¯
Gliceraldehído 3-Fosfato
H – C – OH
H – C = O O¯ 
CH2 – O – P = O
O¯
Dihidroxiacetona Fosfato
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Fosfotriosa
isomerasa
Catalizan varios tipos de reacciones 
reordenamiento intramolecular.
Ejemplo:
HOH
Clase VI. Ligasas:
Clasificación de las enzimas
Subclases: sintetasas, carboxilasas.
H2N O¯
+NH3
CH2 CH¯O
C
O
O¯
+NH3
CH2 CH
+NH4
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Glutamina 
sintetasa
Catalizan la formación de un enlace entre dos moléculas de
sustrato. La energía para estas reacciones es aportada por la
hidrólisis de un nucleotido trifosfato.
Ejemplo:
ATP ADP+ Pi
CH2 C
O
Glutamato
C CH2 C
O O
Glutamina
Mecanismo de catálisis enzimática
Enzimas aumentan la velocidad sin modificar la constante de equilibrio de la reacción
 Condiciones para una reacción bioquímica
 Los reactivos deben colisionar
 La colisión molecular tiene que ocurrir con una orientación adecuada
 Debe haber un equilibrio favorable. La G0 debe ser negativo
E + S ES EP E + P
Estado basal
Estado de transición
Estado basalA B
Estado basal
Estado de transición
Estado basal
A B
Mecanismo de catálisis enzimática
Energía de activación G0‡: Energía necesaria para que se alcance el estado de 
transición y que se produzca la reacción.
 Es la energía necesaria para:
• Alinear grupos reactivos
• Formar cargas inestables transitorias
• Reordenar enlaces
Estado basal
Estado de transición
Estado basal
A B
Mecanismo de catálisis enzimática
 La enzima se une al de sustrato y le hace adoptar un estado intermediario 
semejante al de transición pero de menor energía
 Energía de activación de la reacción catalizada es menor que la energía de 
activación de la reacción sin catalizar
Mecanismo de catálisis enzimática
Modo de acción de los enzimas
Centro activo: Región del enzima que se une al sustrato y donde se realiza 
la catálisis
 Es un bolsillo o hendidura tridimensional compuesto por 
aminoácidos de diferentes partes de la molécula que 
microambiente específico.
residuos de 
producen un
 Es relativamente pequeño en comparación con el volumen total del enzima.
 Los sustratos se unen mediante múltiples interacciones débiles. Las
interacciones proveen de la energía necesaria para reducir la energía de
activación.
 Proporciona la especificidad al enzima.
Especificidad de sustrato
Absoluta 
Relativa
Especificidad de acción
Absoluta
Especificidad enzimática
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Cuando están presentes diferentes moléculas de sustrato,
únicamente aquella que tenga la forma específica y
complementaria al sitio activo de la enzima será capaz de
ocupar el sitio activo.
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Especificidad de Sustrato
Sustrato
Sitio 
Activo
Especificidad enzimática
Especificidad Absoluta
DE GRUPO: alcohol, enlace peptídico, enlace éster.
ÓPTICA: D, L (D-monosacáridos; L-aminoácidos)
Especificidad enzimática
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La enzima Glucocinasa posee una especificidad
absoluta para la glucosa.
La enzima Hexocinasa posee una especificidad
relativa ya que además de glucosa también puede
usar como sustrato a otras hexosas y algunos
derivados de las mismas.
El grado de especificidad es variable de una
enzima a otra, por ejemplo la glucocinasa y la
hexocinasa son dos enzimas diferentes que
catalizan la misma reacción, fosforilación del
sustrato a expensa del ATP:
Especificidad enzimática
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(a) Modelo cerradura-llave, propuesto por Emil Fisher en 1890
Modelos que explican la Especificidad enzimática
La forma del sitio activo de la enzima es complementaria a la forma
del sustrato que encaja completamente en éste
+ +
Sitio 
activo
36Mathews y van Holde, 1998
Conformación del 
estado de transición
Según este modelo el centro activo une
(b) Modelo del ajuste inducido, propuesto por Daniel Koshland Jr. en 1968
el sustrato y como
consecuencia de esta unión su conformación cambia, ocurre una
deformación del sustrato y de la enzima para alcanzar una mejor
complementariedad, lo que facilita la transformación del sustrato en
producto.
+ +
37Mathews y van Holde, 1998
Modelo del ajuste inducido (Koshland 1958)
Especificidad enzimática: especificidad de sustrato
Modelo llave – cerradura (Fischer 1894)
“Bioquímica” Mathews, van Holde y Ahern. Addison Wesley2002
Sustrato
Enzima
Complejo ES
Centro
activo
Modelo llave – cerradura
(Fischer 1894)
Modelo del ajuste inducido
(Koshland 1958)
Sustrato
Enzima
Complejo ES
Centro 
activo
Especificidad enzimática: especificidad de sustrato
Cambio conformacional inducido por la glucosa en la hexoquinasa
D-Glucosa
Especificidad enzimática: especificidad de sustrato
Especificidad enzimática: estereoespecificidad
Los enzimas son estereoespecíficos porque forman varias interacciones entre 
aminoácidos del centro activo y los distintos grupos del sustrato
2
3
OH
HH
1 CH2OH
C
Glicerolquinasa
1
2
3
CH2OH
CHOH
CH2OH
CH2OH
OH C H 
CH2OPO3
Glicerol L-Glicerol 3-fosfato
Glicerol quinasa
ATP
Especificidad enzimática: especificidad de función
Un mismo compuesto puede ser sustrato de varios enzimas, que lo modifican 
de distinta forma.
Glucosa 6 P 6P-Gluconolactona
DH
Glucosa + Pi
Fructosa 6P
Glucosa 1P
Mutasa
Isomerasa
Fosfatasa
Tipos de catálisis
 Catálisis ácido-base
 Catálisis covalente
 Catálisis por iones metálicos
Tipos de catálisis
 Catálisis ácido-base
Reacciones por transformación 
captación o cesión de H+
intermediarios cargados inestables por
A pH fisiológico [H+] y [OH-] bajas Baja velocidad
Enzimas donantes o aceptores de [H+] Aumentan velocidad
Tipos de catálisis
 Catálisis ácido-base
G3P se une al 
centro activo
Intermediario enediol, se 
forma por transferencia de 
un protón de C2 al Glu 165 y 
un protón de His 95 al 
carbonilo
DHAP unida al 
centro activo
Triosa fosfato isomerasa
His 95
Glu 165
E- G3P E-enediol E- DHAP E + DHAPE + G3P
Tipos de catálisis
 Catálisis covalente
Se forman enlaces covalentes transitorios E-S para facilitar la formación de 
producto. Ej: Transaminaciones
A-B + X: A-X + B A + X: + B
X: = Núcleo nucleofílico de la enzima
GRUPOS NUCLEÓFILOS Y ELECTRÓFILOS DE IMPORTANCIABIOLÓGICA
a) Grupos nucleófilos en sus formas básicas
b) Los grupos electrófilos contienen un átomo con deficiencia de electrones (rojo)
Tipos de catálisis
 Catálisis por iones metálicos
Participan de diferentes formas en la catálisis:
 Fijando y orientando adecuadamente al sustrato para que reaccione
 Estabilizando estados de transición de compuestos cargados
 Intervienen en reacciones redox cambiando su propio estado de oxidación
SITIO ACTIVO DE LA ANHIDRASA CARBÓNICAHUMANA
CO2 + H2O HCO3- +H+