Este documento presenta un resumen de las enzimas. Comienza con definiciones generales sobre enzimas y catalizadores. Luego describe la clasificación y nomenclatura de las enzimas, así como su estructura y cofactores. Explica el mecanismo de acción de las enzimas, incluyendo su sitio activo, la disminución de la energía de activación y los grupos catalíticos. Finalmente, aborda conceptos de cinética enzimática como la velocidad de reacción, los efectos de la concentración de sustrato

1. Universidad Central de Venezuela
Facultad de Medicina
Escuela de Medicina José María Vargas
Enzimas
Fabián Rodríguez
Médico Cirujano - UCV
Caracas, Agosto 2012

2. Contenido
1.
Generalidades
2.
3.
Clasificación y Nomenclatura de las Enzimas
Mecanismo de Acción
4.
Cinética enzimática
5.
Inhibición Enzimática
6.
Regulación Enzimática
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•
Definiciones
Estructura de una Enzima
Cofactores
Sitio Activo
Curso de una reacción química
Curso de una reacción catalizada
Disminución de la Energía de Activación
Interacción Enzima-Sustrato
Uso de la Energía de Fijación
Grupos catalíticos específicos
Velocidad de reacción y tipos de reacción
Efecto de la Concentración de la Enzima
Efecto del pH
Efecto de la Temperatura
Efecto de la concentración de sustrato
Reacciones con múltiples sustratos
Inhibición Irreversible
Inhibición Reversible
• Competitiva
• No competitiva
• Acompetitiva
Control a nivel de Sustrato
Control por Retroalimentación
Aolsterismo
Modulación covalennte
Zimógenos
Isoenzimas

3. GENERALIDADES

4. Generalidades
Definiciones
• Catalizador:
Sustancia que aumenta la velocidad o la rapidez de una reacción
enzimática sin verse alterada ella misma en el proceso global
• Enzimas:
Catalizadores biológicos de alta especificidad,
en su mayoría son proteínas
NO ALTERAN EL EQUILIBRIO DE
LA REACCIÓN CATALIZADA

5. Generalidades
Estructura de una Enzima
Enzima simple
Apoenzima
Enzima
conjugado
(Holoenzimas)
Coenzima
Grupo
prostético
Cofactor
Ión Metálico

6. Generalidades
Cofactores

7. CLASIFICACIÓN Y
NOMENCLATURA
DE LAS ENZIMAS

8. Clasificación de las enzimas
Nomenclatura
1) Nombre del sustrato, seguido del sufijo “asa”.
ATP + D-glucosa → ADP + D-glucosa 6-fosfato
ATP: glucosa fosfotransferasa
(Hexoquinasa)
2) Según la Comisión de Nomenclatura de las Enzimas:
EC 2.7.1.1
Sustratos:
D-glucosa como
aceptor del
fosfato
Clase:
Transferasa
Subclase:
Fosfotransferasa
Sub-subclase:
Grupo hidroxilo
como aceptor

9. Clasificación de las enzimas
Clases
N°
Clase
Tipo de reacción
1
Oxidoreductasas
Transfiere electrones
2
Transferasas
Transfiere grupos
3
Hidrolasas
Reacciones de hidrólisis (transferencia de
grupos al agua)
4
Liasas
Adición de grupos a dobles enlaces o
formación de dobles enlaces por eliminación
de grupos
5
Isomerasas
Transferencia de grupos dentro de la
molécula
6
Ligasas
Formación de enlaces C-C, C-S, C-O y C-N
por reacciones acopladas al ATP

10. Clasificación de las Enzimas
Clases y Subclases
• 1. Oxidoreductasas
o Deshidrogenasas:
Lactato Deshidrogenasa
o Oxidasa:
Citocromo Oxidasa
o Peroxidasas:
Glutation Peroxidasa
o Catalasa:
o Oxigenasa:
Ciclo Oxigenasa
o Hidroxilasa:
Fenilalanina Hidroxilasa

11. Clasificación de las Enzimas
Clases y Subclases
• 2. Transferasas
o Transcarboxilasas:
Transaldolasa
o Metiltransferasas:
O6-Metilguanina Metiltransferasa
o Aminotransferasas:
Aspartato aminotransferasa
o Quinasas:
Hexoquinasa

12. Clasificación de las Enzimas
Clases y Subclases
• 3. Hidrolasas
o Esterasas:
Colesterol esterasa
o Peptidasas:
Aminopeptidasa
o Fosfolipasas:
Fosfolipasa C
o Fosfatasas:
Fosfoprotein fosfatasa
• 4. Liasas
o Descarboxilasas:
Piruvato Descarboxilasa
o Deshidratasas:
Fumarasa
o Sintasas:
Glucógeno Sintasa

13. Clasificación de las Enzimas
Clases y Subclases
• 5. Isomerasas
o Racemasas:
α-Metilacil-CoA Racemasa
o Mutasas:
2-fosfoglicerato mutasa
o Epimerasas:
Ribosa 5-Fosfato epimerasa
• 6. Ligasas
o Carboxilasas:
Piruvato Carboxilasa
o Sintetasas:
Acil CoA sintetasa

14. MECANISMO DE ACCIÓN DE LAS
ENZIMAS

15. Mecanismo de Acción
Sitio Activo
Microambiente especial
“bolsa”
Un Sustrato se une al
sitio activo
Aminoácidos con grupos
R específicos
Complementario al
estado de transición

16. Mecanismo de Acción
Curso de una Reacción Química
Estado Basal: contribución de
una molécula a la energía del
sistema.
ΔG´°: indica la dirección de la
reacción. Favorables si es (-)
Que una reacción sea favorable
no quiere decir que sea rápida
Barrera energética “colina”
•Alineamiento de grupos
•Formación de cargas
•Reordenamiento de enlaces
•Otras transformaciones
S
P
Estado de Transición: estado
intermedio entre los estados
basales. Posee más energía
Energía de activación ΔG+:
energía usada para ir del estado
basal al de transición.

17. Mecanismo de Acción
Curso de una Reacción Catalizada
Una enzima aumenta la velocidad
de la reacción al disminuir la
energía de activación.
Durante una reacción pueden
formarse
intermediarios
de
reacción
La enzima induce al sustrato a
formar intermediarios de reacción
de menor energía que el estado de
transición.
E +S
ES
EP
P +E

18. Mecanismo de Acción
Disminución de la Energía de Activación
1. Reordenamiento de los enlaces covalentes
2. Energía de Fijación ΔGB
–
–
–
–
Puentes de Hidrógeno
Enlaces iónicos
Efecto Hidrofóbico
Interacciones de van der Waals

19. Mecanismo de Acción
Interacción Enzima Sustrato
Las enzimas son complementarias
al Estado de Transición y NO al
sustrato.
Modelo del Encaje Inducido
Distorsión del sustrato y la enzima

20. Mecanismo de Acción
Usos de la Energía de Fijación
1.
Especificidad
2.
Estimulante hacia el estado de transición en el cual hay:
•
Reducción de la entropía de movimiento de las moléculas
en solución
•
Desolvatación
•
Distorsión electrónica del sustrato
•
Cambio en la conformación del enzima

21. Mecanismo de Acción
Grupos Catalíticos Específicos
Grupos funcionales de las enzimas
que interaccionan covalentemente
o por transferencia y contribuyen a
la catálisis.

22. Mecanismo de Acción
Grupos Catalíticos Específicos
1.
Catálisis ácido-básica
La transferencia de protones
desde o hacia intermediarios
cargados los estabiliza.
Catálisis ácido-base específica
•Uso de los componentes del
agua
Catálisis ácido-base general
•Uso de ácidos o bases débiles o
aminoácidos. Ej: Ribonucleasa

23. Mecanismo de Acción
Grupos Catalíticos Específicos
2.
Catálisis Covalente
La formación de un enlace covalente
Enzima-Sustrato genera una ruta alterna.
3.
Catálisis por iones metálicos
Los iones metálicos ayudan a orientar al
sustrato o reacciones REDOX. Ej: Enolasa

24. Mecanismo de Acción
Grupos Catalíticos Específicos
Mecanismo de Acción de la Quimotripsina
Estructura: 3 cadenas
unidas por enlaces
disulfuro
Sitio activo: aa apolares y
residuos
His57, Ser195, Asp102 y
Gly193
La Quimotripsina es un
ejemplo de catálisis covalente
(inter. Acil-enzima) y ácidobase general.
Realiza además
estabilización del estado de
transición (efecto de
proximidad)

25. Mecanismo de Acción
Función del Mg ++ en la actividad de las
quinasas
Todas las quinasas
necesitan un ion
metálico divalente como
el Mg2+ o el Mn2+ para
transferir el grupo
fosfato.
La formación de los
complejos con Mg++
apantalla parcialmente
las cargas negativas e
influye sobre la
conformación de los
grupos fosfato.

26. Mecanismo de Acción
Lisozima
A
La lisozima rompe el
enlace glicosídico entre
el MurNAc y la GlcNAc
del peptidoglucano
B
C
La lisozima solo se une
a los sitios B, D y F.
Rompe el enlace entre
los sitios D y E gracias a
la acción de los residuos
Glu35 y Asp52
F
Realiza catálisis
covalente y ácido base
general. Posee un
mecanismo de tensión
sobre el sustrato

27. CINÉTICA ENZIMÁTICA

28. Cinética Enzimática
Determina y estudia la velocidad de una reacción
y el modo en que esta se modifica
a consecuencia de la variación en
los valores de ciertos parámetros experimentales

29. Cinética Enzimática
Velocidad de Reacción y Tipos de Reacción
1.
Velocidad de Reacción
Cantidad de reactivo (sustrato) que ha reaccionado
por unidad de tiempo
Esta determinada por [S] y k (Constante de velocidad)
2.
Reacción de Primer Orden
V= k[S]
2.
Reacción de Segundo Orden
V= k[S1][S2]

30. Cinética Enzimática
Velocidad de reacción ( M/min)
Efecto de la Concentración del Enzima
Concentración de enzima (mM)
A mayor[E] mayor velocidad

31. Cinética Enzimática
Efecto del pH
Las enzimas tienen una mayor
velocidad a un pH determinado

32. Cinética Enzimática
Efecto de la Temperatura
Un aumento en la
temperatura eleva la
actividad de la
enzima, hasta cierto punto
en el cual comienza a
desnaturalizarse.

33. Cinética Enzimática
Efecto de la Concentración del Sustrato
Velocidad inicial V0
Velocidad cuando la [S] es
mucho mayor a la [E]
Velocidad Máxima Vmax
Velocidad en la cual todas las
moléculas de enzima están
ocupadas o saturadas con
sustrato.

34. Cinética Enzimática
Expresión Cuantitativa
de la Relación [S]-V0
↑
Paso limitante de la velocidad
En el inicio
V0 depende del paso limitante de velocidad
?

35. Cinética Enzimática
Expresión Cuantitativa
de la Relación [S]-V0
Se tiene entonces
[Et] = [E] + [ES]
[E]= [Et] – [ES]
En base a [ES] en el estado estacionario
Despejando [ES]
Km

36. Cinética Enzimática
Expresión Cuantitativa
de la Relación [S]-V0
Sustituyendo
Considerando
A Vmax [ES] = [Et]
V0= k2[ES]
Vmax= k2[Et]
Sustituyendo se obtiene
Ecuación de
Michaelis-Menten

37. Cinética Enzimática
Expresión Cuantitativa
de la Relación [S]-V0
Cuando V0 = Vmax/2
Km = [S]
cuando V0 = Vmax/2
Km es igual a la concentración
de sustrato cuando se ha
alcanzado la mitad de la Vmax

38. Cinética Enzimática
Significado de Km, Kcat y Kcat/Km
1. Km
↑ Km = Baja afinidad
↓ Km = Alta afinidad
Solo si k2 << k-1
“Km es una medida de la concentración de sustrato para una catálisis eficaz”
2. Kcat (Número de recambio)
•
Equivale a la k del paso limitante
•
Número de moléculas de sustrato recambiadas producto por
molécula de enzima saturada en un segundo
↑ Kcat = Recambio alto
↓ Kcat = Recambio bajo
3. Kcat/Km (Constante catalítica)
↑ Kcat/Km = Alta eficiencia
↓ Kcat/Km = Baja eficiencia
Valor límite: 108 – 109 (mol/L)-1S-1

39. Cinética Enzimática
Gráfico de Lineweaver-Burk
1/Vmax alto = Vmax bajo
-1/Km muy negativo = Km bajo
Permite representar el valor de
Vmax, debido a que representa
el S en concentraciones infinitas
Entre más se acerquen
los puntos de corte de
los ejes a 0,
Vmax será mayor
Km será mayor

40. Cinética Enzimática
Reacciones con Múltiples Sustratos
1.
Mecanismo Secuencial
• Secuencial al Azar
Los sustratos pueden unirse
en cualquier orden
Ej: Hexoquinasa
Creatina quinasa
• Secuencial ordenado
Primero debe unirse un
sustrato y luego el siguiente
Ej: Oxidaciones por NAD+

41. Cinética Enzimática
Reacciones con Multiples Sustratos
2.
Mecanismo de Doble Desplazamiento (Ping Pong)
Primero se une un sustrato y se
libera un producto para que pueda
unirse el segundo sustrato
Ej: Aminotransferasas

42. INHIBICIÓN ENZIMÁTICA

43. Inhibición Enzimática
Los Inhibidores son agentes moleculares que
interfieren en la catálisis haciendo más lentas o
deteniendo las reacciones

44. Inhibición Enzimática
Clasificación de la Inhibición
Inhibición
Irreversible
Reversible
Competitiva
No
Competitiva
Acompetitiva

45. Inhibición Enzimática
Inhibición Irreversible
Se unen covalentemente o destruyen un grupo del enzima
que es esencial para su funcionamiento
•
Diisopropilfluorofosfato: Acetilcolinesterasa, Quimotripsina

46. Inhibición Enzimática
Inhibición Irreversible
Análogos del Estado de Transición (Inhibidores suicidas)
Debido a la reacción enzimática se convierte en un compuesto muy reactivo
•
Alopurinol:
Xantino oxidasa

47. Inhibición Enzimática
Inhibición Irreversible
Nombre
Origen
Modo de acción
Cianuro
Almendras amargas
Reacciona con iones metálicos de enzimas (Fe, Zn,
Cu), inhibe la citocromo oxidasa (complejo IV)
Diisopropilfluorofosfato (DFP)
Sintético
Inhibe enzimas con serina en el lugar activo, somo la
acetilcolinesterasa
Sarín
Sintético (gas nervioso)
Como el DFP
Fisostigmina
Semillas de Physostigmina venosum
Como el DFP
Paratión
Sintético (insecticida)
Como el DFP, pero especialmente inhibidor de la
acetilcolinesterasa de insectos
N-Tosil-1fenilalaninaclorometil
cetona (TPCK)
Sintético
Reacciona con la His 57 de la quimotripsina
Penicilina
Del hongo Penicillium notatum
Inhibe la transpeptidasa (Glicopeptidil transferasa)
de la pared celular bacteriana
Antiinflamatorios no esteroideso
(AINES)
Sintéticos y semisintéticos
Inhiben la Ciclooxigenasa con afinidad variable.
Inhibidores de la proteasa
Síntéticos
Inhibe la proteasa del HIV
Nombre (Suicidas)
Origen
Modo de acción
Alopurinol
Sintético
Inhibe la xantino oxidasa
N,N-dimetilpropargilamina
Sintético
Inhibe la monoaminaoxidasa
Ácido clavulánico, Sulbactam,
Tazobactam
Sintético
Inhibe las β-lactamasas

48. Inhibición Enzimática
Inhibición Reversible
1.
Inhibición Competitiva
El inhibidor se une al mismo sitio que el sustrato
Suministrando más sustrato
puede superarse la inhibición

49. Inhibición Enzimática
Inhibición Reversible
1.
Inhibición Competitiva
Cuando la enzima este saturada
con sustrato, no habrá inhibidor.
Se requiere mayor [S] para
alcanzar Vmax/2
Vmax =
Km ↑
Km: ↑
Vmax: =
Lovastatina: HMG – CoA reductasa
Metanol: Alcohol Deshidrogenasa
Metotrexato: Dihidrofolato reductasa
Malonato: Succinato Deshidrogenasa

50. Inhibición Enzimática
Inhibición Reversible
2.
Inhibición No Competitiva
El inhibidor se une a un sitio distinto al del sustrato. Se une tanto a E como ES
No puede superarse la inhibición
suministrando más sustrato

51. Inhibición Enzimática
Inhibición Reversible
2.
Inhibición No Competitiva
La unión del inhibidor altera
el Kcat de la enzima.
Disminuye la [E] funcional
La unión del sustrato no es afectada
por el inhibidor. Se requiere la
misma [S] para alcanzar la Vmax/2
Vmax ↓
Km =
Km: =
Vmax: ↓
Desoxiciclina: Colagenasa
Plomo: Enzimas con grupos SH

52. Inhibición Enzimática
Inhibición Reversible
3.
Inhibición Acompetitiva
El inhibidor se une a un sitio distinto al del sustrato. Se une solo al ES
No puede superarse la inhibición
suministrando más sustrato

53. Inhibición Enzimática
Inhibición Reversible
3.
Inhibición Acompetitiva
La unión del inhibidor altera
el Kcat de la enzima.
Disminuye la [E] funcional
El inhibidor induce la
formación de mas ES para
poder formar ESI
Vmax ↓
Km ↓
Km:
↓
Vmax: ↓
Vmax
VmaxI
KmI
Km
Herbicida glicofosfato: enzima de la vía de síntesis de aa aromáticos

54. REGULACIÓN DE LA ACTIVIDAD
ENZIMÁTICA

55. Regulación Enzimática
Control a Nivel de Sustrato
Glucosa
ATP
Hexoquinasa
Glucosa 6-Fosfato
ADP
Control por Retroalimentación Negativa
A
B
C
D
E

56. Regulación Enzimática
Control por Retroalimentación Negativa
Síntesis de Iso a partir de Tre en bacterias
Las altas concentraciones de Iso inhiben a
la Treonina deshidratasa
Síntesis de AMP y GMP
Las altas concentraciones de AMP y/o
GMP inhiben a la PRPP sintetasa

57. Regulación Enzimática
Alosterismo
Homoalosterismo
El sustrato actúa como
Modulador.
Heteroalosterismo
El modulador es
diferente
al Sustrato
Modificación del sitio activo
Liberación de subunidades catalíticas

58. Regulación Enzimática
Alosterismo
Efecto de la unión de un Modulador

59. Regulación Enzimática
Modificación Covalente
La unión covalente
de una molécula a la
enzima modifica su
actividad;
activándola o
inactivándola

60. Regulación Enzimática
Modificación Covalente
HO -
- OH
Glucógeno Fosforilasa b
(menos activa)
2 Pi
2 ATP
Fosforilasa b
quinasa
Fosfoprotein
Fosfatasa 1
(PP1)
2 H2O
2 ADP
Pi -
- Pi
Glucógeno Fosforilasa a
(más activa)
Insulina
Glucagon (H)
Adrenalina (M)
↑[cAMP]

61. Regulación Enzimática
Modulación Covalente
•
Modulación por Fosforilación
Activas Fosforiladas
Activas Desfosforiladas
Fructosa 2,6-bifosfatasa
Piruvato Quinasa L
Fosforilasa Quinasa
Piruvato Deshidrogenasa
Glucógeno Fosforilasa
Fosfofructoquinasa 2
Triacilglicérido Lipasa
Glucógeno Sintasa
LLP de Tejido Adiposo
HMG-CoA Reductasa quinasa
HMG-CoA-Reductasa
Acetil-CoA Carboxilasa
En general las enzimas activas fosforiladas actúan en el Post-absortivo y Ayuno
y las activas desfosforiladas actúan en el Absortivo

62. Regulación Enzimática
Regulación de la Síntesis
Inducidas Por Insulina
Inducidas Por Cortisol
Glucoquinasa
Proteasas
Piruvato Quinasa
Arginasa
Argininosuccinasa
Ácido Graso Sintasa
Argininosuccinato Sintetasa
Glucosa 6-fosfatasa
Acetil-CoA Carboxilasa
PEP Carboxiquinasa
En general las enzimas inducidas por Insulina actúan en el Absortivo
y las inducidas por el Cortisol actúan en el Post-Absortivo y Ayuno

63. Regulación Enzimática
Zimógenos
Zimógeno
Enzima Activa + Peptido(s) reguladores

64. Regulación Enzimática
Isoenzimas
oCatalizan la misma reacción en diferentes tejidos
oDiferentes secuencias de aminoácidos
o Diferentes cadenas
o Diferentes Km
Hexoquinasa I
Hexoquinasa II
Km= 0,04 – 0,17 mM
Hexoquinasa III
Hexoquinasa IV (Glucoquinasa)
Km= 10 mM

65. Regulación Enzimática
Isoenzimas
Lactado deshidrogenasa (LDH)
• Posee 4 subunidades (H y
M)
• Su aumento en sangre es
indicativo de necrosis
• Existe 5 isoformas, cuya
distribución varía según el
tejido necrosado.
Creatinfosfato quinasa (CPK)
• Posee 2 subunidades (M y B)
• Su aumento en sangre es
indicativo
de
necrosis
muscular o cerebral.
• En el infarto de miocardio
aumenta la proporción de la
isoforma CPK-MB

66. Bibliografía
• Alemán, I (2010). Enzimas Presentación en Power Point. Cátedra de
Bioquímica, Escuela de Medicina José María Vargas – UCV
• Castillo, F y Roldán, M (2005). Biotecnología Ambiental, Editorial Tébar
Flores; Madrid, España
• Mathews, C; van Holde, K y Ahern, K (2003). Bioquímica, 3a Edición, Pearson
Educación; Madrid, España
• Nelson, D y Cox, M (2009). Lehninger Principios de Bioquímica, 5a Edición,
Ediciones Omega; Barcelona, España; pp 71 – 117
• Stryer, L; Berg, J; Tymocko, Tom (2007). Bioquímica, 6a edición, Editorial
Reverté, España

67. “Nunca me he encontrado con un enzima aburrido”
Arthur Kornberg, 1975

68. “El primer paso de la ignorancia es presumir de saber
y mucho sabrían si no pensaran que saben”
Baltasar Gracian

69. Gracias