Catabolismo Anabolismo
MetabolismoMetabolismo
Estructuras complejas
Estructuras simples
G
DE
GR
AD
AC
ION
SIN
TE
SIS
Conjunto de reacciones químicas que se llevan a cabo en la célula
Equilibrio dinámico
AnabolismoCatabolismo
Anabolismo
Catabolismo
Crecimiento
Envejecimiento
Anabolismo
Catabolismo
Moléculas Precursoras
MonosacáridosÁcidos grasosAminoácidos
Bases nitrogenadas
Macromoléculas Celulares
PolisacáridosLípidos
ProteínasÁcidos Nucleicos
VIAS ANABOLICAS(Síntesis reductora)
Nutrientes Contenedores
de Energía
CarbohidratosLípidos
Proteínas
VIAS CATABOLICAS (Degradación oxidativa)
Productos finales
carentes de Energía
CO2
H2ONH3
NADHNADPHFADH2
ATP
Energía Química
NAD+
NADP+
FADADP+HPO4
2-
Esquemas de distintos tipos de secuencias metabólicas
A Ba
Cb
D Ec d
P Qp
A B C D Ea b c d
A
B
C b
a
S
D
c
d
PA B
a
M N
YX
Sef
Vías
Ciclos Cascadas
RUTAS METABOLICAS
Acetil-CoA
Catabolismo convergente Síntesis
Divergente
REGULACION DEL METABOLISMO
INMEDIATA
MEDIATA
Ez. Alostéricas
Modif. Covalente
Conc.de EnzimasHORMONAS
COMPARTIMENTALIZACION
CITOSOL
MEMB.MITOC.INTERNA
CPLEJOS. MULTIEZ.
Esquema de relaciones entre rutas catabólicas y anabólicas
Metabolismo
- Digestión.. Conversión de los alimentos en sustancias absorbibles en el tracto intestinal. Implica el desdoblamiento mecánico y químico de los alimentos, en moléculas absorbibles.
- Absorción de nutrientes. . Pasaje del producto de la digestión desde la luz intestinal a la circulación.
- Metabolización. . Utilización de los nutrientes para obtención de energía y/o para la síntesis de compuestos celulares.
BOLILLA 1: ENZIMAS.
Introducción: Nomenclatura y clasificación. Determinación de la actividad enzimática. Unidades.
Complejo enzima-sustrato. Sitio activo. Cinética enzimática.
Factores que modifican la actividad enzimática. Tipos de Inhibiciones.
Regulación. Enzimas alostéricas. Propiedades y cinética. Control por proteínas: activación proteolítica.
Modulación covalente. Isoenzimas.
Regulación de la expresión génica: represión e inducción enzimática.
HISTORIAHISTORIAA fines del siglo XVIII: catalizadores en estudios de la digestión de la carne por secreciones del estómago.•Louis Pasteur, 1850 (fermentos –azúcar alcohol- de la levadura)•Eduard Buchner, 1897 (levaduras)•Fredrick Kühne fue el primero en llamar a los fermentos: ENZIMASENZIMAS•James Summer, 1926 (ureasa)•John Northrop y Moses Kunitz, 1930 (pepsina, tripsina y quimotripsina)
Estructura y función•1963: 1º Secuencia de aminoácidos de la ribonucleasa pancreática bovina A•1965: 1º Estructura por RX de la Lisozima de clara de huevo de gallina•1983: Sidney Altman y Col. observaron que el RNA de la ribonucleasa tiene actividad catalítica.
ENZIMAS - FUNCIÓN ENZIMAS - FUNCIÓN
En los seres vivos se producen reacciones químicas para:
• Transformar los nutrientes de los alimentos para obtener energía.
• Transformar nutrientes simples en moléculas complejas y viceversa.
• Obtener materia prima para la síntesis de nuevas moléculas.
• Degradar componentes celulares una vez cumplida su vida útil.
•Extraer energía desde combustibles por oxidación.
•Polimerizar subunidades para formar macromoléculas.
Las transformaciones bioquímicas en los seres vivos ocurren:
• a gran velocidad
• con gran especificidad
• en condiciones muy moderadas de temperatura, pH, presión, etc.
Un catalizador es una sustancia capaz de acelerar una reacción química sin formar parte
de los productos finales ni desgastarse en el proceso.
ENZIMASENZIMAS
Los catalizadores biológicos son macromoléculas llamadas enzimas
Actividad catalítica: depende de la integridad de su conformación proteica nativa
La mayoría de las enzimas son proteínas, con la excepción de un pequeño grupo de moléculas de RNA catalítico, llamadas ribozimas.
PROTEINAS y RNAPROTEINAS y RNA (Ribozimas): Estructura terciaria y cuaternaria
SITIO DE UNION AL SUSTRATOSITIO DE UNION AL SUSTRATO: Uniones no Covalentes (puente de hidrógeno,
hidrofóbicas, electrostáticas)
NECESITAN DE FACTORES ENZIMATICOSNECESITAN DE FACTORES ENZIMATICOS: Inorgánicos (metales) y orgánicos (Coenzimas)
ESPECIFICIDAD DE SUSTRATOESPECIFICIDAD DE SUSTRATO: Estéreo-especificidad y especificidad geométrica
SON REGULABLESSON REGULABLES: La síntesis de la proteína, su actividad y
degradación.
CARACTERISTICAS DE LAS ENZIMAS CARACTERISTICAS DE LAS ENZIMAS
COMPARTIMENTALIZACIONCOMPARTIMENTALIZACION: Diferente localización dentro de la célula.
SISTEMAS MULTIENZIMATICOSSISTEMAS MULTIENZIMATICOS: Enzimas relacionadas agrupadas formando verdaderos
complejos.
ENZIMAS MULTIFUNCIONALESENZIMAS MULTIFUNCIONALES: Una enzima que presenta varios sitios catalíticos distintos en una
misma cadena polipeptídica.
DISTRIBUCION DE LAS ENZIMASDISTRIBUCION DE LAS ENZIMAS
Oxido-reducción
Rotura y formación de enlaces C-C
Reorganizaciones internas
Transferencia de grupos
Reacciones de condensación
Tipos de reacciones catalizadas Tipos de reacciones catalizadas por enzimaspor enzimas
NOMENCLATURA Y CLASIFICACIÓN DE NOMENCLATURA Y CLASIFICACIÓN DE ENZIMASENZIMAS
Nombre común : nombre de uso cotidiano
asa + nombre del sustrato de la reacción
Ejemplo: sacarasa, ureasa, amilasa, etc
Nombres arbitrarios Ej: ptialina salival, pepsina del jugo gástrico, etc.
Nombres según el tipo de reacción catalizada.
Ej: deshidrogenasas, carboxilasas, etc.
Nombre sistemático:
Unión Internacional de Bioquímica y Biología Molecular (IUBMB)
Se asigna a cada enzima un nombre descriptivo y un número que permite identificarla inequívocamente
Nombre común: HexoquinasaNombre sistemático: ATP: glucosa fosfotransferasaCódigo de 4 dígitos: 2.7.1.1.Clase 2: transferasaSubclase 7: fosfotransferasaSubsubclase 1: fosfotransferasa con un grupo hidroxilo como aceptorN° de orden de la enzima en su subclase 1: glucosa como aceptor del grupo fosfato
1- OXIDORREDUCTASAS: DESHIDROGENASAS,
OXIDASAS, OXIGENASAS, REDUCTASAS,
PEROXIDASAS
2- TRANSFERASAS: TRANSCARBOXILASAS,
TRANSMETILASAS Y TRANSAMINASAS.
3- HIDROLASAS: ESTERASAS, FOSFATASAS,
PEPTIDASAS.
4- LIASAS: DESCARBOXILASAS, HIDRATASAS,
DESHIDRATASAS, DESAMINASAS.
5- ISOMERASAS: EPIMERASAS, MUTASAS.
6- LIGASAS: SINTETASAS, CARBOXILASAS
COFACTORES Según su modo de interacción con la enzima
COENZIMAS Unión laxa a la enzima
Actuaría como co-sustratoSon moléculas orgánicas pequeñas
Muchas se encuentran libres y solo se unen a la enzima en el momento de la catálisis
GRUPO PROSTÉTICOMolécula orgánica no proteica
Se une fuertemente a la enzimaSolo se separa por desnaturalización
IONES INORGÁNICOSAniones - cationes
COFACTORESCOFACTORES
• Iones inorgánicos: Fe2+ Mg2+ Mn 2+ Zn2+
HOLOENZIMAHOLOENZIMA = Enzima total
APOENZIMA APOENZIMA +ProteínaTermolábilNo dializa
COENZIMACOENZIMANo proteínicaTermoestable
En el caso de las COENZIMAS se forma un complejo:
Oxidorreductasas, transferasas, isomerasas y ligasas requieren coenzimas
PROPIEDADES DE LAS ENZIMAS
LOCALIZACIÓN LOCALIZACIÓN INTRACELULAR INTRACELULAR DE LAS ENZIMASDE LAS ENZIMAS
PROPIEDADES DE LAS ENZIMASPROPIEDADES DE LAS ENZIMAS
SITIO ACTIVO
Región de la molécula enzimática a la que se une el sustrato por uniones no covalentes (puente de hidrógeno, hidrofóbicas, electrostáticas).
Es una agrupación de un número no muy grande de aminoácidos distribuidos espacialmente de manera precisa.
Sitio de unión
Sitio catalítico
Hipótesis de Fischer: estructuras rígidas
Hipótesis de Koshland: estructuras adaptables
ZIMÓGENOSZIMÓGENOS
Algunas enzimas se sintetizan en la célula de origen al estado de PRECURSORES INACTIVOS llamados zimógenos, proenzimas o preenzimas. Ej: Enzimas digestivas
SISTEMAS MULTIENZIMÁTICOS
1. Varias enzimas diferentes cuyas acciones se complementan.
2. Están ordenados, generalmente en membranas, de modo que el producto de la reacción catalizada por la primera enzima es recibido como sustrato por la segunda y así sucesivamente.
3. Las transformaciones se producen según la secuencia establecida por la disposición espacial de los catalizadores. Ej: Cadena RespiratoriaENZIMAS MULTIFUNCIONALES
Presentan varios sitios catalíticos distintos en una misma cadena polipeptídica. Ej: ácido graso sintasa.
Catálisis enzimáticaCatálisis enzimática
•Las células y organismos vivos deben realizar distintos tipos de trabajotrabajo para permanecer vivos y reproducirse.
•La síntesis continua de componentes celulares requiere de trabajo químico
•La acumulación y retención de sales contra un gradiente de concentración implica la realización de un trabajo osmótico
•La contracción muscular o el movimiento bacteriano representa un trabajo mecánico
Determinación de la actividad enzimática
Se puede determinar, midiendo:
La cantidad de producto formado
O de sustrato consumido
En un tiempo dado
Como una sumatoria de todos los factores requeridos para la reacción
ACTIVIDAD ESPECÍFICA
Es una expresión que indica la pureza relativa de una preparación enzimática.
Relaciona Actividad Enzimática, no con el volumen de muestra, sino con el total de
proteínas existentes en la misma.
Se define como:
UNIDADES DE ENZIMA POR MG DE PROTEÍNAS UNIDADES DE ENZIMA POR MG DE PROTEÍNAS PRESENTES EN LA MUESTRAPRESENTES EN LA MUESTRA
ACTIVIDAD ENZIMATICA
Unidades Internacionales
Cantidad de enzima que cataliza la transformación de 1 μmol (10-6 mol) de
Sustrato por minuto:
ESustrato Producto
U.I. =mol de S transformados
minuto
Siempre bajo condiciones definidas de pH y temperatura
(mol/seg)
Para todo esto, los seres vivos requieren y utilizan la energía de su entorno
La cantidad de energía realmente transformable en trabajo se denomina
energía libre
y ésta siempre será ligeramente inferior a la variación de energía total, ya que una parte de la misma se disipa en forma de
calor
La variación de energía libre (G) Energía de Gibbs
de una reacción química es una expresión cuantitativa de lo lejos que se encuentra el sistema del equilibrio.
Aquellas reacciones que liberan energía libre se denominan exergónicas.
Dado que los productos de estas reacciones tienen menor energía libre que los reactivos, G es negativa.
Aquellas reacciones en las que los productos poseen mayor energía libre que los reactivos son
endergónicas y G es positiva.
El estado de transiciónestado de transición o barrera de activaciónbarrera de activación, representa los cambios que se generan en la molécula
del S.
Las barreras de activación son importantes para la estabilidad de las biomoléculas.
Es por esto que las reacciones sin catalizar tienden a ser muy lentas.
Todas las moléculas biológicas son muy estables al pH neutro, temperatura suave y ambiente acuoso en el
interior de las células.
Todas las reacciones químicas celulares se llevan a cabo porque las enzimas actúan disminuyendo la
barrera energética entre el S y el P
FACTORES QUE AFECTAN LA VELOCIDAD DE LA REACCIÓN
CONCENTRACIÓN DE ENZIMACONCENTRACIÓN DE ENZIMACantidad saturante de sustrato, pH y T°C
constantes
ACTIVIDAD ENZIMÁTICA
CONCENTRACIÓN DE ENZIMA
Se establece la relación entre
Cantidad y Actividad de enzima
Velocidad de reacción
directamente proporcional a la concentración de
enzima
FACTORES QUE AFECTAN LA VELOCIDAD DE LA REACCIÓN
TEMPERATURA
Temperatura Temperatura óptimaóptima
[E], [S], pH: constantes
pH óptimo7
6 8
PH ÓPTIMO ES AQUEL EN EL CUAL EL ESTADO DE DISOCIACIÓN DE LOS GRUPOS ESENCIALES ES EL MÁS APROPIADO PARA INTERACCIONAR EN
EL COMPLEJO ES
• Los cambios del pH del medio afectan el estado de ionización de grupos
funcionales de las moléculas de E y S.
• Para la formación del [ES] es necesaria una correcta distribución de las cargas
en ambas moléculas
FACTORES QUE AFECTAN LA VELOCIDAD DE LA REACCIÓN
EFECTO DEL pH [E], T°C, [S]: constantes
FACTORES QUE AFECTAN LA VELOCIDAD DE LA REACCIÓN
CONCENTRACIÓN DEL SUSTRATO CONCENTRACIÓN DEL SUSTRATO
[E], pH, T°C: constantes
Curva hiperbólicaReacción de 1° orden
Reacción de primer orden: existe
proporcionalidad entre velocidad y
[S].
ECUACIÓN DE MICHAELIS- MENTEN(1913)
Relación precisa entre velocidad inicial y [S]
Constante de Michaelis ( Km)• Es característica de una enzima y su sustrato particular
• Refleja la afinidad del sustrato por la enzima.
• Km es numéricamente igual a la concentración del sustrato que corresponde a una velocidad de reacción igual a la mitad de la velocidad máxima.
• En condiciones definidas de pH, T°C, Km tiene un valor fijo para cada enzima y sirve para caracterizarla.
Orden de la reacciónOrden de la reacción
Cuando [S] es menor a Km, la velocidad de reacción es
proporcional a la [S]
por lo tanto la velocidad de velocidad de reacción es de primer ordenreacción es de primer orden con respecto al sustrato.
Cuando [S] es mayor a Km, la velocidad de reacción es constante e igual a Vmax
por lo tanto la velocidad de velocidad de reacción es de orden ceroreacción es de orden cero con respecto a la concentración
del sustrato.
ECUACIÓN DE MICHAELIS- MENTENCinética del estado estacionario
E + PESE + Sk1
k -1
k2
V0= Velocidad inicial de la reacción
Vmáx= Velocidad MáximaKm= constante de Michaelis[S]= concentración del sustrato
Reacción de orden cero
Reacción de 1° orden
La ecuación de Michaelis- Menten puede ser transformada algebraicamente en ecuaciones
utilizables para la determinación práctica del valor de Km.
Es decir, transformamos matemáticamente una curva hiperbólica en una recta.
Al invertir la ecuación de Michaelis- Menten se obtiene la ecuación de una recta llamada:
LINEWEAVER-BURKLINEWEAVER-BURK
ECUACIÓN DE LINEWEAVER-BURK
Ordenada al origen = 1/Vmáx.
Intersección c/eje x = - 1/Km
El valor de km guarda relación inversa con la afinidad de la
E por el S
A MAYOR AFINIDAD, A MAYOR AFINIDAD, MENOR VALOR DE KmMENOR VALOR DE Km