Enzimas

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Sebastian Armando Gil De Freitas 
ENZIMAS 
 
HISTORIA 
o 1850 – Luis Pasteur – Llamo a las enzimas “fermentos”. Afirmó que 
se encargaban de la fermentación de azúcar en alcohol. 
o 1897 – Eduard Buchner – Llamo a las enzimas “moléculas”. Afirmó 
que pueden seguir fermentando fuera de las células vivas. 
o 1897 – Frederick Khune – Introduce el nombre “enzima” (del 
griego enzymos, que significa “en la levadura”) 
o 1930 – John Haldane – Publicó Enzymas, donde describe interacciones débiles entre enzima y sustrato. 
CONCEPTOS BÁSICOS 
Catálisis: proceso a través del cual se incrementa la velocidad de una reacción química. 
Enzima: catalizador biológico de las reacciones bioquímicas. 
Sitio activo: región en la superficie de la enzima que se une a la molécula de sustrato y la transforma catalíticamente. 
También se le llama sitio catalítico. 
Sustrato: molécula que se une al sitio activo y sobre la que actúa la enzima. 
Energía de activación: cantidad de energía requerida para alcanzar el estado de transición. Es la diferencia entre el nivel 
de energía del estado basal y el nivel de energía del estado de transición. 
Estado de transición: forma en la que el sustrato tiene mayor energía y es más inestable. 
Energía de enlace o energía de fijación: pequeña cantidad de energía libre que se forma durante la intereacción no 
covalente entre la enzima y el sustrato y que estabiliza la reacción. 
PRINCIPIOS DE LA CATÁLISIS ENZIMÁTICA 
1. Las enzimas son catalizadores biológicos poderososos 
Las enzimas aumentan la tasa/velocidad de la reacción, sin afectar su 
equilibrio. Esto lo logran disminuyendo la energía de activación. Son mas 
poderosas que los catalizadores sintéticos. 
2. Las enzimas presentan alto grado de especificidad 
Cada enzima cataliza una sola reacción química o algunas pocas estrechamente relacionadas. Las barreras de activación 
están reducidas selectivamente. Las enzimas discriminan fácilmente entre sustratos con estructuras semejantes. 
3. Las reacciones enzimáticas ocurren en espacios especializados llamados sitios activos 
En los sitios activos ocurre la conversión de sustrato a producto. 
4. Las enzimas disminuyen la energía/barrera de activación y pueden llevar a cabo catálisis química simultánea 
Las enzimas se unen de forma estrecha al estado de transición y usan la energía de enlace para reducir la barrera de 
activación. Una enzima puede tener diferentes sitios activos donde se catalizan reacciones en simultáneo. 
La deficiencia de ciclofilina A (una enzima) 
en las células causa esclerosis lateral 
amiotrófica (ELA). 
TDP-43 es una ribonucleoproteína nuclear 
heterogénea que se localiza en el núcleo de 
las células nerviosas y gliales. 
La orotidina fosfato descarboxilasa tiene una 
tasa de catálisis enzimática de 1017 
 
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5. Muchas enzimas están reguladas 
La regulación de las enzimas permite un excelente control en cada proceso químico que ocurre en la célula. Algunos 
métodos de regulación son: moduladores alostéricos, cascadas reguladoras, unión no covalente a proteínas reguladoras, etc. 
ESTRUCTURA DE LAS ENZIMAS 
Con excepción de algunas moléculas de ARN catalítico (ribozimas), todas las enzimas son de origen proteíco. 
o La actividad catalítica de la enzima depende de la integridad de su estructura terciaria (conformación proteíca nativa) 
o La actividad catalítica de la enzima está ligada a la estructura primaria, secundaria, tercia y cuaternaria. 
Si una enzima se disocia o desnaturaliza en sus subunidades, pierde su actividad catalítica 
Las enzimas pueden actuar solo con su estructura proteíca (aminoácidos) o ameritar un componente químico adicional, 
que puede ser: 
Cofactor Coenzima Grupo prostético 
1 o más iones inorgánicos 
Ejemplos: Fe2+, Mg2+, Mn2+, Zn2+ 
Molécula orgánica o metalo-orgánica 
compleja 
Es transportadora transitoria de grupos 
funcionales específicos (electrones) 
Grupo prostético: ion metálico o 
compuesto orgánico no 
aminoácidico unido 
covalentemente a la proteína, 
vital para su actividad. 
De allí derivan los siguientes conceptos: 
Holoenzima Apoenzima o apoproteína 
Enzima catalíticamente activa, que incluye: 
Grupo prostético/Cofactor/Coenzima + Apoenzima 
Porción proteíca de la enzima 
Ejemplos de coenzimas: 
 
 La deficiencia de Folato B9 causa anemia megaloblástica 
Ejemplos de cofactores: 
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NOMENCLATURA 
Por regla general, se nombran asi: nombre del sustrato o frase que describe actividad + sufijo -asa. Por ejemplo: UREasa 
(encargada de la hidrólisis de la urea) o ADN polimerasa (encargada de la polimerización de nucleótido en la síntesis de 
ADN) 
CLASIFICACIÓN DE LAS ENZIMAS 
(Según la reacción catalizada) – De acuerdo al Sistema de Nomenclatura Internacional 
Oxidroreductasas 
Transferencia de electrones (ion hidruro o átomos de hidrógeno) 
Ejemplo: oxidasas, reductasas 
Transferasas 
Transferencia de grupos funcionales de una molécula a otra 
Ejemplo: transmetilasa 
Hidrolasas 
Hidrolisis 
Ejemplo: esterasas, peptidasas 
Translocasas Paso de moléculas o iones a través de una membrana 
Isomerasas 
Transferencia de grupos funcionales dentro de una misma molécula para 
formar isomeros 
Ejemplo: epimerasas 
Ligasas 
Formación de enlaces C-C, C-N, C-O y C-S 
Ejemplo: sintetasa 
Liasas 
Ruptura de enlaces C-C,C C-N, C-O y C-S 
Ejemplo: sintasa 
MECANISMO DE ACCIÓN 
Las reacciones bioquímicas necesarias para la vida sin catalizar no ocurren a una velocidad útil. Las reacciones catalizadas 
enzimaticamente tienen lugar en el sitio activo. 
1. El sitio activo separa al sustrato de la solución (lo desolvata). A raíz de esto, se desorganiza más el agua y aumenta la 
entropía del sistema. 
2. Los residuos (hidrofóbicos) de aminoácidos que revisten la superficie del sitio activo se unen al sustrato y catalizan 
su transformación química 
 
 
Estado basal: punto energético de partida para la reacción directa o inversa. 
El equilibrio entre S y P refleja la diferencia en las energías libres de sus estados basales. 
 
 
 
Las enzimas afectan la velocidad de la reacción, no el equilibrio, es decir, no alteran la concentración de reactantes 
ni productos. Las enzimas tienen la misma estructura al inicio y al final de la reacción. 
 
Un equilibrio favorable no significa que la conversión S-P se producirá a un ritmo rápido o detectable. La 
velocidad de la reacción depende de la barrera energética (energía de activación) entre S y P. 
 A MAYOR ENERGÍA DE ACTIVACIÓN, + LENTA ES LA REACCIÓN 
A MENOR ENERGÍA DE ACTIVACIÓN, + RÁPIDA ES LA REACCIÓN 
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El estado de transición es la cima de la colina o barrera energética. No es una especie química ni un intermedio de reacción. 
En él, la caída hacia S o P es igual de probable. 
El estado de transición es un momento molecular fugaz, en el cual ocurren: ruptura y formación de enlaces y desarrollo 
de cargas. 
 
ENERGÍA DE ENLACE O ENERGÍA DE FIJACIÓN 
La energía de enlace o energía de fijación es una pequeña cantidad de energía libre que se forma durante la intereacción 
no covalente entre la enzima y el sustrato y que estabiliza la reacción. 
Estas interacciones débiles son: 
Enlaces de hidrógeno Interacciones iónicas Efecto hidrofóbico
Además, los grupos funcionales catalíticos en una enzima pueden formar un enlace covalente transitorio con el sustrato 
y activarlo para la reacción. Los enlaces covalentes transitorios se establecen durante 
el estado de transición 
La suma de la energía de enlace o energía de fijación a la energía de activación 
da como resultado una energía de activación neta más baja. 
La energía de activación debe reducirse en aproximadamente 5,7 kK/mol para 
acelerar un primer orden de reacción por un factor de 10. 
La energía de enlace también le da a una enzima su especificidad, es decir, la capacidad de discriminar entre un sustrato 
y una molécula competidora.MODELOS DE UNIÓN ENZIMA-SUSTRATO 
o 1894 – Emil Fischer – Modelo de llave y cerradura – Las enzimas eran estructuralmente complementarias a su sustrato, 
así que encajaban juntas como llave y cerradura - Desestimado 
o 1946 – Linus Pauling – Modelo de encaje/ajuste inducido – Las enzimas son complementarias al sutrato en estado de 
transición. - Aceptado actualmente 
TERMODINÁMICA 
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TIPOS DE CATÁLISIS 
Catálisis ácido-base: la transferencia de protones al sustrato lo convierte en una especie que se transforma fácilmente en 
producto. Aminoácidos que conforman el sitio activo: glutamato, aspartato, lisina, arginina, cisteína, histidina y serina 
Catálisis covalente: el enlace formado entre la enzima y el sustrato puede activar un sustrato para una reacción posterior 
de una manera que suele ser específica para el grupo particular o coenzima. 
Catálisis por iones metálicos: un metal unido a una enzima interacciona ionicamente con un sustrato y lo orienta. 
CINÉTICA ENZIMÁTICA 
Es la disciplina que estudia la velocidad de una reacción y cómo cambia en respuesta a parámetros experimentales. 
Velocidad de reacción: cantidad de sustrato que se transforma en producto por unidad de tiempo. 
Equilibrio de la reacción Relacionado con 
Velocidad de la reacción Relacionada con 
 
Constante de equilibrio: es característica de cada reacción. Está relacionada con la 
variación de energía libre estándar. 
Mientras más baja sea la variación de energía libre, más se favorece la formación 
de producto y más alta es la constante de equilibrio. 
 
Velocidad de reacción: 
La constante de velocidad (k) refleja la probabilidad de reacción bajo ciertas condiciones 
 
La relación entre la constante de velocidad y la energía de activación es inversa y exponencial 
 
Ecuación de Michaelis y Menten: deriva de la hipótesis de que el paso limitante en las 
reacciones enzimáticas es la descomposición del complejo ES en producto y enzima libre. 
Ecuación de Lineweaver-Burk (doble recíproco): es una transformación algebraica de 
la ecuación de Michaelis-Menten, que permite la determinación de Vmax y Km por 
extrapolación de la concentración de sustrato al infinito. 
 
Kcat o número de recambio: es el número de moléculas de sustrato que se transforman 
en producto por molécula de enzima en una unidad de tiempo. A mayor Kcat, mayor 
afinidad de la enzima por el sustrato. 
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Cinética de primer orden 
Mientras más tiempo transcurre, más producto 
se forma, puesto que aún no todas las enzimas están 
unidas a sustrato 
Cinética de orden cero 
El paso del tiempo no afecta la formación de 
producto, puesto que aún todas las enzimas están 
unidas a sustrato 
Velocidad máxima 
Es la máxima velocidad de una reacción enzimática 
cuando los sitios de unión están saturados por el 
sustrato. 
Constante de Michaelis (Km) 
Es la concentración de sustrato a la mitad de la velocidad 
máxima de la reacción enzimática. 
 
Esto solo es válido para las enzimas que siguen 
la cinética de Michaelis-Menten 
El gráfico indica la concentración de sustrato necesaria para que la mitad 
de las enzimas estén saturadas 
La representación de Michaelis-Menten 
produce una línea hiperbolica. 
La representación de Lineweaver-Burk produce una línea 
recta. 
Da una impresión visual rápida de las diferentes formas de 
inhibición enzimática 
Mientras más alejado 
del cero esté el punto 
de corte, menor Km y 
menor Vmax 
Mientras más cercano a cero 
esté el Km, menor será y, por 
tanto, mayor será la afinidad 
de la enzima por su sustrato 
Mientras más cerca del cero esté el punto de corte, mayor Km y, 
por tanto, menor afinidad de la enzima por su sustrato 
La mejor manera de comparar las eficiencias catalíticas de diferentes enzimas es comparar la relación Kcat/Km para 
las dos reacciones catalizadas por estas enzimas. MIENTRAS MÁS ALTO ES EL COCIENTE, MÁS EFICIENTE ES 
LA ENZIMA 
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FACTORES QUE DISMINUYEN LA VELOCIDAD DE REACCIÓN 
o Baja concentración de sustrato 
o Aumento de concentración del producto, lo que conduce a que la reacción se de en sentido contrario 
o Inhibición de la enzima por parte del producto 
o Cambios de pH o temperatura que desnaturalizan a la enzima y la inactivan 
REACCIONES BISUSTRATO 
Una enzima puede tener varios sustratos. Las reacciones enzimaticas que involucran dos sustratos se denominan reacciones 
bisustrato. Estas reacciones ocurren de distinta forma: 
Reacción enzimática con complejo ternario Reacción enzimática sin complejo 
ternario MODELO ORDENADO MODELO AL AZAR 
1. Se forma el complejo ES1 
2. La enzima sufre una ligera 
modificación en su conformación. 
Esto permite que el sustrato 2 se una a 
la enzima. 
3. Se forma el complejo ES1S2. 
(complejo ternario) 
4. Se libera el producto 1 
5. Se libera el producto 2 
1. Se forma el complejo ES1 o ES2. 
2. Luego se forma el complejo ES1 o 
ES2 según sea el caso (se forma el 
complejo enzima-sustrato que no se 
formo en el primer paso). Se conforma 
así el complejo ternario. 
3. Se libera el producto 1 o 2 primero 
y luego el otro. 
1. Se forma el complejo ES1 
2. La enzima sufre una ligera 
modificación en su conformación y 
pasa a llamarse “enzima prima (E’)” 
3. Se libera el producto 1 
4. Se forma el complejo ES2 
5. Se libera el producto 2 
MODELO ORDENADO 
 
MODELO AL AZAR 
 
Reacción sin formación del complejo 
ternario 
Al final de la reacción, la enzima queda en su forma nativa, pero en el transcurso de la misma, sufre cambios 
conformacionales 
INHIBICIÓN ENZIMÁTICA 
Inhibidor enzimática: molécula que interfiere con la catálisis 
La inhibición puede ser: 
 
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Reversible 
Competitiva 
Un inhibidor estructuralmente semejante al sustrato se une 
al sitio activo e impide la formación del complejo ES. 
Al añadir más sustrato se desplaza el inhibidor y la reacción 
ocurre de forma normal. 
 
La Vmax no se modifica 
La Km aumenta (se observa α al lado de Km) 
Acompetitiva 
Un inhibidor se une al complejo ES y disminuye la 
actividad enzimática. El inhibidor no se une al sitio activo. 
Todas las enzimas se saturan, pero no todas transforman el 
sustrato en producto. Por ende, disminuye la velocidad 
máxima de la reacción y se requiere de menos sustrato para 
alcanzar la mitad de la velocidad máxima. 
 
La Vmax disminuye 
La Km disminuye 
Mixta 
 
Un inhibidor se puede unir tanto a la enzima libre (en un 
sitio diferente al sitio activo), como al complejo ES. El 
inhibidor siempre es un poco más afín a una de estas 
formas. 
La Vmax disminuye 
La Km aumenta o disminuye (según la afinidad del 
inhibidor por la enzima libre o el complejo enzima-
sustrato) 
No competitiva 
Un inhibidor se puede unir tanto a la enzima libre (en un 
sitio diferente al sitio activo), como al complejo ES. El 
inhibidor NO es más afín a ninguna de estas formas. 
 
Irreversible 
El inhibidor se une covalentemente o destruye un grupo funcional en la enzima esencial para su actividad. También 
se puede unir mediante un enlace no covalente altamente estable. 
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Por ejemplo: la diisopropilfluorofosfato se une a la acetilcolinesterasa y la inhibe de forma irreversible, lo que impide 
que esta elimina la acetilcolina en el SNC. Por tanto, la persona puede sufrir paralisis, convulsiones, etc. y la persona 
puede morir de asfixia. 
INHIBIDORES SUICIDAS 
Es un tipo de inhibición irreversible. 
1. El inhibidor se une al sitio activo. 
2. La enzima actúa sobre el inhibidor. Al hacerlo, el inhibidor se transforma en un compuesto sumamente reactivo 
que se une (generalmente de forma covalente) a la enzima y la inhibe. 
Es decir, en este tipo de inhibición, ocurre sobre él una reacción catalítica 
Por ejemplo,la tripanosomiasis africana (enfermedad del sueño). La ornitina descarboxilasa es una enzima sumamente para 
el parásito tripanosoma. Esta enzima necesita ornitina. Un inhibidor suicida semejante a la ornitina se une a la enzima y la 
inactiva. Así se cura la persona. 
REGULACIÓN ENZIMÁTICA 
La regulación puede darse de forma: 
o Alosterica o Covalente o Mediante un clivaje proteolítico 
ALOSTÉRICA COVALENTE CLIVAJE 
El modulador puede ser el mismo 
sustrato (enzimas homotrópicas) o 
diferente al sustrato (enzimas 
heterotrópicas). 
Un modulador alosterico se une a un 
sitio alosterico (diferente al sitio 
activo) y hace que ella sea más o 
menos activa. 
La curva de una enzima alostérica es 
sigmoidea. 
Un grupo (fosforil, acetil, adenilil 
metil, carboxil, amida o sulfato) se une 
a la enzima de forma covalente para 
regularla. 
El ejemplo más común es la 
fosforilación, donde un grupo fosfato 
se une a la enzima para activarla. El 
grupo fosfato se puede unir a la 
tirosina, serina, treonina o histidina. 
La mayoría de las quinasas actúan 
fosforilando 
Un zimogeno (precursor inactivo de 
una enzima) debe perder un enlace 
peptídico para activarse. 
El fibrinogeno es un tipo de zimogeno. 
Hay enzimas, como la glucógeno fosforilasa, que están activas al estar fosforiladas e inactivas al estar desfosforiladas. 
Las proteína kinasas unen un grupo fosfato a este tipo de enzimas para activarlas. Si nosotros necesitamos almacenar energía, 
necesitamos que la glucógeno fosforilasa esté activa y, por tanto, requerimos que la proteína kinasa la fosforile. Las protein 
fosfatasas eliminan el grupo fosfato. Su forma activa es la FORMA A. 
El ácido acetilsalícílico inhibe la ciclooxigenasa y trata el dolor, la fiebre y la inflamación.