2. Concepto de metabolismo
• El metabolismo es el conjunto de reacciones químicas que se
producen en el interior de las células y que conducen a la
transformación de unas biomoléculas en otras.
• Las distintas reacciones químicas del metabolismo se
denominan vías metabólicas y las moléculas que intervienen se
llaman metabolitos.
• Todas las reacciones del metabolismo están reguladas por
enzimas, que son específicas para cada metabolito inicial o
sustrato y para cada tipo de transformación.
• Las sustancias finales de una vía metabólica se denominan
productos.
• Las conexiones existentes entre diferentes vías metabólicas
reciben el nombre de metabolismo intermediario.
3. Ingreso de
moléculas en
la célula
Esquema global del
metabolismo celular
Es el metabolismo
de degradación de
moléculas y
produce energía
Catabolismo
Biomoléculas
Metabolitos
Anfibolismo
Mitocondria
ATP, GTP, NADH...
Anabolismo
Funciones vitales
(gasto de energía)
Calor
Procesos en los
que se almacena
gran cantidad de
energía
Son procesos
endergónicos en los
que se realiza síntesis
de moléculas
Los procesos catabólicos y
anfibólicos desprenden
energía libre
4. Tipos de metabolismo
Las células se encuentran siempre en un proceso constante de
autodestrucción y autoregeneración.
• El
metabolismo
forma
una
unidad, aunque se estudia fragmentado
en rutas o vías metabólicas.
• Las
rutas
metabólicas
independientes entre si
encrucijadas comunes.
no
,
son
poseen
• Un mismo metabolito común a dos rutas
podrá seguir por una o por otra en función
de las condiciones celulares.
5.
6. Control del metabolismo
Las sustancias que intervienen en el metabolismo celular son muy
estables a temperatura ambiente
Sin “ayuda” no reaccionarían o lo harían tan lentamente que no sería
posible la vida. Esta dependencia de ayuda es paradójicamente una
gran ventaja, ya que permite al organismo regular qué reacciones se han
de dar y en que momento, es decir, el control bioquímico del
metabolismo
Para acelerar una reacción química también hay dos soluciones:
1. Calentar los reactivos.
2. Añadir un catalizador.
En los seres vivos, un aumento de temperatura podría provocar la
muerte, por lo que se sigue el segundo mecanismo, es decir, el concurso
de catalizadores biológicos o biocatalizadores. Las moléculas que
desempeñan esta función son las enzimas
7. Concepto de enzima
• Los enzimas son generalmente proteínas
o asociaciones de proteínas y otras
moléculas orgánicas e inorgánicas que
actúan catalizando los procesos químicos
que se dan en los seres vivos.
• ¿Qué es catalizar?
– Acelerar las reacciones químicas
– Disminuir la energía de activación
“Energía de activación” Es la energía necesaria
para que una sustancia A se transforme en otra B
8. Para que una reacción se lleve a cabo las
moléculas deben alcanzar un estado energético
determinado (energía de activación).
Puede conseguirse esta energía, de dos formas:
9.
10. PROPIEDADES GENERALES
• AUMENTAN LA VELOCIDAD DE REACCIÓN
– De 106 a 1012 veces vs sin enzima.
– Aún más rápido que los catalizadores químicos.
• CONDICIONES DE REACCIÓN
– Temperatura 25-40 oC (algunas hasta 75 oC)
– pH neutro (5-9), la mayoría 6.5 – 7.5
– Presión atmosférica normal
• CAPACIDAD DE REGULACIÓN
–
–
–
–
–
Por concentración de sustrato
Por concentración de enzima
Por inhibidores competitivos (semejantes al sustrato)
Por inhibidores no competitivos (no semejantes al sustrato)
Por regulación alostérica
• ALTA ESPECIFICIDAD DE REACCIÓN
– Interacción estereoespecífica con el sustrato
– No hay productos colaterales
11. Características de las Enzimas
1. Especificidad. Cada enzima cataliza un solo tipo de reacción, y casi siempre
actúa sobre un único sustrato o sobre un grupo muy reducido de ellos.
2. No forman nunca parte del producto o productos.
3. No se consumen.
4. Son necesarios, por tanto, sólo en una pequeña cantidad.
12.
13. Mecanismo de la acción enzimática
1.- se forma un complejo enzima- sustrato
2.- los restos de los aminoácidos que configuran el
centro activo catalizan el proceso. Para ello
debilitan los enlaces necesarios para que la
reacción química se lleve a cabo a baja
temperatura y no se necesite una elevada
energía de activación.
3.- los productos se separan del centro activo y la
enzima se recupera intacta para nuevas cataísis
14. Centro activo: Región del enzima que se une al
sustrato y donde se realiza la catálisis
• Es un bolsillo o hendidura
tridimensional compuesto por
residuos de aminoácidos de
diferentes partes de la
molécula que producen un
microambiente específico.
• 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.
15.
16. Modelo de Llave y Cerradura (Emil Fischer)
Substrato y enzima se acoplan
de forma estereospecífica,
de la misma manera que una
llave se ajusta a su cerradura.
Modelo aceptado durante
mucho
tiempo;
hoy
se
considera insuficiente al no
explicar algunos fenómenos de
la inhibición enzimática
Sustrato
Enzima
Complejo enzimasustrato
17. Modelo de Ajuste Inducido (Koshland)
Tanto la enzima como el
substrato
sufren
una
alteración en su estructura
por el hecho físico de la
unión.
Sustrato
Enzima
Está mucho más de acuerdo
con
todos
los
datos
experimentales conocidos
hasta el momento.
Complejo enzimasustrato
18. Nomenclatura
• Nomenclatura histórica:
– SUSTRATO + ACTIVIDAD + SUFIJO(asa)
(v.g. glucoquinasa)
– SUSTRATO + SUFIJO(asa)
(v.g. ureasa)
– DONADOR + ACEPTOR + ACTIVIDAD +
SUFIJO(asa)
(v.g. oxalacetilaminotransferasa)
• Nomenclatura IUBMB (1972): 6 grupos según
la reacción catalizada. Código numérico
encabezado por las letras EC( enzyme
commission). Cuatro números separados por
puntos
19.
20. Clasificación de enzimas por Grupos
EC 1.x
EC 2.x
EC 3.x
EC 4.x
EC 5.x
EC 6.x
Oxidorreductasas
Transferasas
Hidrolasas
Liasas
Isomerasas
Ligasas
21. 1. OXIDORREDUCTASAS
Sin transferencia de hidrógenos
• Regulan reacciones REDOX
Con transferencia de hidrógenos
AH2 + B A + BH2
• Existen dos tipos esenciales:
• Con transferencia de
hidrógenos
• Sin transferencia de
hidrógenos
23. 4. LIASAS
•Rotura o formación de
moléculas sin intervención de
agua.
•Suele producirse adición a
dobles enlaces:
C=C, C=O, C=N
5. ISOMERASAS
Cambio de posición de grupos
dentro de la molécula
24. 6. LIGASAS O SINTETASAS
Formación de enlaces con
rotura de ATP
25. Grupo
Acción
ejemplos
1. Oxidoreductasas
Catalizan reacciones de oxidorreducción. Tras la acción catálica
quedan modificados en su grado de oxidación por lo que debe
ser transformados antes de volver a actuar de nuevo.
Dehidrogenasas
Aminooxidasa
Deaminasas
Catalasas
2. Transferasas
Transfieren grupos activos (obtenidos de la ruptura de ciertas
moléculas) a otras sustancias receptoras. Suelen actuar en
procesos de interconversiones de azucares, de aminoácidos, etc
Transaldolasas
Transcetolasas
Transaminasas
3. Hidrolasas
Verifican reacciones de hidrólisis con la consiguiente obtención
de monómeros a partir de polímeros. Suele ser de tipo digestivo,
por lo que normalmente actúan en primer lugar
Glucosidasas
Lipasas
Peptidasas
Esterasas
Fosfatasas
4. Isomerasas
Actúan sobre determinadas moléculas obteniendo de ellas sus
isómeros de función o de posición. Suelen actuar en procesos de
interconversion
Isomerasas de azúcar
Epimerasas
Mutasas
5. Liasas
Realizan la degradación o síntesis (entonces se llaman
sintetasas) de los enlaces denominados fuertes sin ir acoplados
a sustancias de alto valor energético.
Aldolasas
Decarboxilasas
6. Ligasas
Realizan la degradación o síntesis de los enlaces fuertes
mediante el acoplamiento a sustancias ricas en energía como los
nucleosidos del ATP
Carboxilasas
Peptidosintetasas
26. Cinética Enzimática
La cinética enzimática es el análisis cuantitativo del efecto
de cada uno de los factores que intervienen en la actividad
enzimática, que se evalúa a través de la velocidad de la
reacción catalizada.
Las variables más importantes son:
• Concentración de enzima, sustratos y productos (incluyendo
inhibidores y/o activadores)
• pH
• Temperatura
27.
28. Efecto del pH
Todas
las enzimas presentan un pH óptimo de
actividad. El pH puede afectar de varias maneras:
El centro activo puede contener aminoácidos con
grupos ionizados que pueden variar con el pH.
El sustrato puede verse afectado por las variaciones
del pH.
Algunas enzimas presentan variaciones peculiares. La
pepsina del estómago, presenta un óptimo a pH=2, y
la fosfatasa alcalina del intestino un pH= 12
29. Efecto de la temperatura
• Influye en la actividad. El punto óptimo
representa el máximo de actividad.
• A temperaturas bajas, las enzimas se
hallan "muy rígidas" y cuando se supera
un valor considerable la actividad cae
bruscamente porque, como proteína, la
enzima se desnaturaliza.
30. Factores que influyen en la actividad
enzimática
Algunas enzimas requieren la presencia de una molécula no proteica para
la catálisis: son las proteínas CONJUGADAS u HOLOENZIMAS
APOENZIMA: parte proteica
COFACTOR: parte no proteica
Según la complejidad de la
porción no proteica:
• Ión
• Coenzima
• Grupo prostético
34. VITAMINAS HIDROSOLUBLES
Nombre
Funcion
Carencia
Interviene en la síntesis de
colágeno y el mantenimiento de
las mucosas.
Escorbuto, (encías sangrantes,
caída dientes, trastornos
digestivos, infecciones
cutáneas).
Envolturas de cereales y
legumbres.
También
bacterias y levaduras.
Interviene en metabolismo de
glúcidos y lípidos en músculos y
neuronas.
Beri-beri: degeneración
nerviosa, parálisis, etc
Hígado,
queso,
leche,
huevos, vegetales de hojas
verdes
Cediendo los electrones del
hidrógeno a la cadena de
transporte electrónico, cuya
finalidad es producir al final
ATP en las células.
Detención del crecimiento,
cansancio. Dermatitis e
irritabilidad de mucosas,
labios (resquebrajados)
Vit. B3
Hongos, levaduras y todas
las
fermentaciones
realizadas
por
hongos.
Abundante en leche y carnes
El NADH interviene cediendo
los electrones del hidrógeno a la
cadena
de
transporte
electrónico, cuya finalidad es
producir al final ATP en las
células
Pelagra (vómitos, diarreas,
piel áspera y oscura en zonas
expuestas al Sol, incluso
trastornos nerviosos (perdida
de memoria, depresión,
confusión, alucinaciones, etc)
Vit. B8
Bacteria
intestinales,
chocolate, yema de huevo
Desarrollo
de
glándulas
sexuales, sebáceas y sudoriparas.
Dermatitis,
anemia
Sintetizada por bacterias
simbióticas
del
tracto
digestivo de animales
Coenzima
de
enzimas
transferasas de grupos metilo en
la síntesis de proteínas y a.
Nucleicos. También en la
Anemia (disminución de g.
rojos). Trastornos
neurológicos.
Vit. C
Vit. B1
Vit. B2
Vit. B12
Fuente
Leche, frutas (cítricos)
hortalizas
y
caída
del
pelo
35. VITAMINAS LIPOSOLUBLES
Nombre
Fuente
Funcion
Carencia
Vit. A o
Retinol
Hortalizas verdes,
hígado, huevos
Ciclo visual,
crecimiento,
protección y
mantenimiento del
tejido epitelial
Ceguera
nocturna,
desecación
epitelial,
detención del
crecimiento
Vit. D
Verduras, aceites
animales,
mantequilla,
hígado, huevos
Formación de huesos,
dientes y en el
funcionamiento de los
músculos
Raquitismo en
niños y
deformaciones
óseas en adultos.
Vit. E
Aceites vegetales,
indirectamente
Evita la esterilidad,
también en
refuerza las paredes de
huevos y
los capilares.
mantequillas.
Vit. K
Interviene en la
coagulación sanguínea.
En verduras
Esterilidad,
abortos,
envejecimiento
celular.
Hemorragias
subcutáneas e
36. Cinética de la reacción enzimática
La velocidad de una reacción enzimática aumenta de forma lineal hasta alcanzar
un máximo en el que se produce la saturación de la enzima
37. La concentración de sustrato a la que la velocidad de reacción es la mitad de
la velocidad máxima es la constante de Michaelis (Km).
El valor de Km también indica la afinidad de la enzima por el sustrato o eficacia
catalítica
38. Inhibidor:
Efector que hace disminuir la actividad enzimática, a través de
interacciones con el centro activo u otros centros específicos
(alostéricos).
Esta definición excluye todos aquellos agentes que inactivan a la
enzima a través de desnaturalización de la molécula enzimática
De esta forma, habrá dos tipos de inhibidores:
I. Isostéricos: ejercen su acción sobre el centro activo
II. Alostéricos: ejercen su acción sobre otra parte de la
molécula, causando un cambio conformacional con repercusión
negativa en la actividad enzimática.
39. Inhibición enzimática
Competitivos
Inhibidores
enzimáticos
Reversibles
tiene lugar
cuando no se
inutiliza el centro
activo, sino que
sólo se impide
temporalmente
su normal
funcionamiento
No competitivos
Acompetitivos
Irreversibles
Los inhibidores irreversibles son los
que se combinan o destruyen un sitio
esencial para la actividad de la
enzima.
Conformación similar al
sustrato
Se unen a un sitio distinto
al centro activo
Se unen al
complejo ES
Venenos
40. • INHIBICIÓN IRREVERSIBLE
–Ejemplo:
compuestos organofosforados:
• Actúan sobre enzimas serínicas
• Únicamente sobre la Ser activa
• Insecticidas: Parathion, Malathion
• Inhibidores de la Acetilcolinesterasa
• Neurogases
DFP:
Diisopropil fluorofosfato
Los animales
envenenados con este
gas quedan paralizados,
debido a la imposibilidad
de transmitir
adecuadamente los
impulsos nerviosos.
Ser CH CH2 OH
H3C
CH3
CH
Ser CH CH2 O P O
H 3C
CH3
CH
F P O
CH
H3C CH3
CH
H3C CH3
41.
42. • INHIBICIÓN REVERSIBLE
– La inactivación no es permanente.
– Según su modo de actuación puede ser:
• Competitiva: se unen al centro activo del enzima
• Acompetitiva: se une al complejo E-S
• No competitiva: puede unirse a ambos
E+S
E-S
Ic
Iac
Inc
E-P
43. • INHIBICIÓN REVERSIBLE: COMPETITIVA
– El inhibidor se fija al centro activo de la enzima libre, impidiendo
la fijación del substrato.
– Los inhibidores compiten con el sustrato por el centro activo,
debido a su similar estructura espacial.
– Se revierte su efecto aumentando la concentración de
sustrato
• INHIBICIÓN REVERSIBLE: NO COMPETITIVA
– El inhibidor se fija a la enzima independientemente de que lo
haga o no el substrato; el inhibidor, por tanto, no impide la
fijación del substrato a la enzima, pero sí impide la acción
catalítica.
– Esta inhibición se caracteriza por que no se puede revertir el
efecto del inhibidor, aumentando la concentración del substrato
• INHIBICIÓN REVERSIBLE: ACOMPETITIVA
– El inhibidor se une al complejo E-S, inactivándolo.
– La inhibición acompetitiva es poco frecuente en las reacciones
de un solo sustrato, pero es corriente en las reacciones de dos
sustratos.
44. • INHIBICIÓN REVERSIBLE: COMPETITIVA
COO-
FADH2
CH2
CH2
COOSuccinato
SDH
COO-
COO-
CH
FAD
COO-
CH2
C O
CH
COO-
CH2
COO-
COO-
Fumarato Malonato Oxalacetato
Inhibición de la succinato deshidrogenasa por malonato u oxalacetato
45. Puede existir una molécula muy similar estructuralmente al sustrato de una enzima
determinada. La enzima al unirse a ella puede tomar dos caminos posibles:
a) Procesarse: en ese caso no sería un inhibidor, sino un “sustrato alternativo
competitivo”
b) Unirse al sitio activo y no catalizarse, sino “hacer perder tiempo a la enzima”, en
ese caso se está frente a un INHIBIDOR COMPETITIVO
La enzima no está disponible para
la catálisis. Porque el inhibidor
compite con el sustrato por el
lugar de unión
46. INHIBIDOR NO COMPETITIVO
Este tipo de inhibición se produce cuando una molécula o ion puede unirse a un
segundo lugar de la superficie enzimática diferente al sitio activo.
El inhibidor no competitivo puede ser una molécula sin semejanza estructural al
sustrato, pero que sí posee una fuerte afinidad por un segundo lugar de unión.
El inhibidor y el sustrato pueden
unirse de manera independiente
el uno del otro.
47. Inhibición acompetitiva
• El inhibidor se une a un
sitio diferente al centro
activo
• El inhibidor solamente se
une cuando el centro
activo está ocupado por
el sustrato.
• La unión afecta a la
velocidad máxima.
• Aunque la unión del inhibidor no afecta a la afinidad del
E por el sustrato, la concentración de sustrato necesaria
para alcanzar la Vmax aumenta y por lo tanto la Km
también resulta modificada
48. Regulación alostérica
El término alostérico procede de las palabras griegas que significan
otra estructura, resaltando que las estructuras de los reguladores
alostéricos no tienen que parecerse al sustrato o al producto final.
Las
enzima alostéricas son proteínas con múltiples subunidades, con
múltiples lugares activos. Presentan cooperatividad de unión del
sustrato (homoalosterismo) y una regulación de su actividad por otras
moléculas efectoras (heteroalosterismo).
T
R
49. Homoalosterismo
Una enzima que une sustrato de una manera cooperativa, se comportará, a
concentraciones de sustrato bajas, como si uniera mal el sustrato.
Al aumentar las concentraciones de sustrato y al haber una mayor cantidad de la
misma unidad, la enzima pasa a ser cada vez más eficaz puesto que une al sustrato con
mayor avidez en los últimos lugares a ocupar.
50. Heteroalosterismo
Los efectos heteroalostéricos pueden ser inhibidores o activadores.
Algunas enzimas pueden existir en dos estados conformacionales (R y T), estos
estados pueden diferir en la fuerza con la que unen el sustrato o en la velocidad
catalítica.
En estos casos la cinética de estas enzimas puede ser controlada por cualquier
sustancia, que al fijarse a la proteína , desplace el equilibrio T
R
Inhibidores Alostéricos
Desplazan el equilibrio hacia T
Activadores Alostéricos
Desplazan el equilibrio hacia R
51.
52. En ausencia de activación o
de inhibición, la curva de V
frente a la concentración de
sustrato es sigmoídea. Los
activadores desplazan el
sistema hacia el estado R y
los inhibidores estabilizan el
estado T.
53. Modificación covalente de las enzimas.
En los enzimas de vías degradativas la forma fosforilada es más activa que la
desfosforilada. En los procesos biosintéticos ocurre exactamente lo contrario.
54. Eficacia de las vías metabólicas
En las vías metabólicas el producto generado por una enzima es el sustrato de la
siguiente enzima, por ello, para aumentar la eficiencia del sistema hay distintos
mecanismos:
1. La compartimentación. Consiste en separar mediante membranas los
lugares donde se realizan aquellas vías metabólicas que no se desea que se
relacionen
2. Complejo multienzimático. Es la asociación de varias enzimas que actúan
sucesivamente en una vía. El complejo supramolecular resultante es más
eficaz que si las enzimas estuvieran dispersas en el medio.
3. Inclusión en membranas. Algunas enzimas y algunos complejos
multienzimáticos se encuentran englobados de forma ordenada en las
membranas, de forma que esto facilita la unión entre los sucesivos productos y
las sucesivas enzimas.
56. Isoenzimas
• Las isoenzimas o isozimas son enzimas
que difieren en la secuencia de
aminoácidos, pero que catalizan la misma
reacción química. Estas enzimas suelen
mostrar diferentes parámetros cinéticos , o
propiedades de regulación diferentes.
• La existencia de las isoenzimas permite el
ajuste del metabolismo para satisfacer las
necesidades particulares de un
determinado tejido o etapa del desarrollo.
57. • EXCEPCIÓN:
RIBOZIMAS. En 1982, Thomas
Cech, y Sidney Altman las descubrieron. No eran
proteínas, sino ARN.
En 1989 les concedieron el premio Nobel de Química
