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CARACTERÍSTICAS GENERALES DE LOS ENZIMAS
Necesidad de las enzimas
- Velocidad de reacción
- Especificidad Clasificación y nomenclatura Mecanismo de acción
- Centro activo 1.NECESIDAD DE LAS ENZIMA Son catalizadores biológicos, catalizan reacciones de manera muy específica, sin modificar nada son necesarias para la vida. Con excepción de un pequeño grupo de moléculas de RNA con propiedades catalíticas, llamados ribozimas, todas las enzimas son PROTEÍNAS. 1.1. VELOCIDAD DE REACCIÓN 1.1.1.¿DE QUÉ DEPENDE LA VELOCIDAD EN UNA REACCIÓN QUÍMICA? Velocidad de reacción: sustrato o producto por unidad de tiempo. Factores -Naturaleza química de los reactantes
- estados físicos de los reactantes: hidratación -Temperatura: 37ºC -Concentraciones de los reactantes -La presencia de un catalizador CONCENTRACIONES Y VELOCIDAD DE REACCIÓN V1=K1 [A][B] V2=K2[C][D] 1.1.2.¿CUAL ES LA REACCIÓN MÁS FAVORECIDA? La energía libre es la que se puede utilizar en la reacción. Varía entre los dos estados de una reacción. El sistema evoluciona hacia un nivel de energía mayor o menor que la original Mayor energía final= no espontánea= endergónica Menor energía final= espontánea= exergónica Las condiciones fisiológicas la Tª es 37ºC 1.1.3.¿COMO ACTUAN LOS ENZIMAS? Igualamos las velocidades, ya que hay equilibrio. Obtenemos que: Keq=[C][D]/[A][B]
En todas las enzimas tiene que haber un sitio activo. Tienen un alto poder catalítico. Una enzima típica cataliza la reacción alrededor de un millar de moléculas de sustrato por segundo. Esto significa que es capaz de unirse a una nueva molécula de sustrato en una fracción de milisegundo 1.2. ESPECIFICIDAD 2.CLASIFICACIÓN Y NOMENCLATURA 2.1. IDENTIFICACIÓN DE LOS ENZIMAS Nombre común: sustrato, fuente i actividad original Indicando el nombre del sustrato y después el tipo de reacción terminando en -asa Denominación U.I.B.: código internacional de 4 cifras precedido de las letras E.C Existen 6 tipos de enzimas: 2.2. ISOZIMAS O ISOENZIMAS Son enzimas que difieren en du secuencia de aminoácidos peo catalizan la misma reacción. Están codificados por diferentes genes. Se diferencian en las propiedades cinéticas, la regulación y en la expresión temporal (enzimas en el feto y el adulto) o espacial (LDH). 2.3. ESTRUCTURA DE LA ENZIMAS COFACTORES DE LOS ENZIMAS Las coenzimas son moléculas orgánicas pequeñas, derivadas con frecuencia de las vitaminas, Si se unen fuertemente a la enzima se llaman grupos prostéticos, si se unen débilmente: cosustratos. Los enzimas que usan la misma coenzima tienen similares mecanismos de reacción Disminuyen la energía de activación, la energía necesaria para llegar al estado de transición y de este modo aumentan la velocidad. No modifican el equilibrio ni la energía libre final. No se consumen ni modifican en el proceso
ÁCIDOS NUCLEICOS
Son polímeros de nucleótidos, formados principalmente por combinación de 4 nucleótidos distintos. Hay dos tipos principales: DNA y RNAs Tienen tamaños, formas y funciones distintas, aunque estrechamente relacionadas. 1.FUNCIÓN DNA: almacena la información genética: -Especifica todos los RNAs y las proteínas de un organismo y define cuándo, cómo y dónde se va a expresar esa información genética. -Define la individualidad de un organismo vivo.
- Garantiza la transferencia de la información genética de una generación a otra. RNAs: intervienen en la expresión de la información genética:
- Transferencia de la información del DNA para la síntesis de las proteínas. -Control y regulación de esa expresión. 2.ESTRUCTURA Azúcar Bases nitrogenadas: -Pirimidínicas: citosina, timina y uracilo -Purínicas: adenina y guanina Se forma un nucleósido de la unión de la base nitrogenada y el azúcar mediante un enlace N-B glucosídico, que se da entre el carbono 1 del azúcar y un grupo amino de la base. Los nucleótidos resultan de la unión de un nucleósido con 1,2 o 3 grupos fosfatos. Al primer fosfato se le llama alfa, al segundo beta y al tercero gamma. Para que se una a la cadena tiene que ser trifosfato.
3.ESPECTROS DE ABSORCIÓN DE LOS NUCLEÓTIDOS
El grupo amino de las bases nitrogenadas son capaces de absorber la luz UVA de 260nm. En el laboratorio se utiliza para detectar la presencia de nucleótido. 4.FUNCIONES DE LOS NUCLEÓTIDOS 1- Constituyentes de los ácidos nucleicos: DNA (ácido desoxirribonucleico) y RNAs (ácidos ribonucleicos). 2- Unidad de intercambio de energía en los procesos metabólicos: ATP y GTP. 3- Reguladores metabólicos: modulan de forma alostérica la actividad de muchas enzimas: ATP, dATP, ADP, AMP. (Ej. Ribonucleótido reductasa) 4- Intermediarios en las señales iniciadas por hormonas y otros estímulos extracelulares: GTP, AMPcíclico y GMPcíclico. 5- Base estructural de cofactores enzimáticos e intermediarios metabólicos: Coenzima-A, NADH, NADPH, FAD, Acetil-CoA, etc… 5.ESTRUCTURA DE LOS ÁCIDOS NUCELICOS Los nucleótidos se unen entre si mediante un enlace fosfodiéster, que se da entre el grupo fosfato situado en el C5’ de un nucleótido y el grupo OH del C3’ del siguiente. Por eso hablamos de polaridad, el ADN se lee en dirección 5’-3’. El ADN es una molécula cargada negativamente, lo que nos permite realizar distintos procesos en el laboratorio.
6. ESTRUCTURA TRIDIMENSIONAL DEL ADN Antecedentes: -El DNA de distintos tejidos de un organismo tiene la misma composición de bases.
- Puede plegarse sobre sí mismo adoptando estructuras terciarias tridimensionales compactas y variadas. 9. EL ARN DE TRANSFERENCIA Unen aminoácidos. Su función es la de incorporar aminoácidos a las cadenas crecientes de proteínas que se sintetizan en los ribosomas. Longitud: entre 73-93 nucleótidos. Abundan las bases nitrogenadas modificadas., la ribo timina, por ejemplo. Contienen regiones complementarias que dan lugar a su estructura secundaria conocida como hoja de trébol y una estructura terciaria en forma de L invertida. 10. EL ARN RIBOSÓMICO Unidos a proteínas dan lugar a las distintas subunidades de los ribosomas interviniendo en la síntesis de proteínas. Algunos RNAs ribosómicos presentan actividad catalítica peptidil-transferasa (son ribozimas). Secuencias de nucleótidos muy diversas entre especies pero con estructuras tridimensionales complejas muy conservadas. A) ESTRUCTURA SECUNDARIA B) ESTRUCTURA TERCIARIA
CINÉTICA ENZIMÁTICA
Análisis de la actividad enzimática: velocidad inicial, velocidad máxima, Km, Kcat Formulación matemática: ecuaciones de Michaelis-Menten Derivaciones gráficas: recta Lineweaver-Burk Otras cinéticas Inhibición de la actividad enzimática 1.ANÁLISIS DE LA ACTIVIDAD ENZIMÁTICA La velocidad máxima es la velocidad que se alcanza cuando la enzima está saturada, una vez que llegamos hasta este punto por mucho que aumentemos la concentración, la velocidad no aumentará. Si quisiésemos aumentar esta velocidad habría que añadir otra enzima. Unidad de enzima = cantidad de enzima que transforma 1 mol de sustrato por min, es una forma común de expresar la velocidad. Actividad específica = unidades de enzima por mg de proteína total de la preparación enzimática (U/mg). En el caso de enzimas en suero: unidades por litro (U/L)
2. ECUACIÓN DE MICHAELIS Y MENTEN Cuanto menor es la Km mayor es la afinidad. Si hay una mutación en el sitio activo, la Km se modifica, y puede verse afectada la kcat y por tanto la Vmáx. Todo depende del sitio activo Si Km >>[S] la enzima está apagada hasta que se produce una situación especial que requiere su participación. Si Km=[S] la enzima funciona en rango dinámico, su actividad cambia rápidamente dependiendo de los cambios en el sustrato Si Km<<[S] la actividad de la enzima es básica para el sistema, siempre trabajando al máximo. La Km de la enzima se ajusta a la condición fisiológica para que puedan actuar correctamente. Compara afinidades relativas entre varios sustratos fisiológicos o entre una fisiológico y uno sintético. Determinar el efecto de sustancias que afectan a la afinidad. Comparar la Km de isoenzimas (catalizan la misma reacción) en diferentes tejidos/localizaciones (conocimiento metabolismo) La mitad de la velocidad máxima se obtenía siempre con la misma concentración de sustrato. Km es un valor cte. para cada pareja enzima-sustrato. Nos habla de la afinidad del sustrato por la enzima. Es la concentración de sustrato que te proporciona la mitad de la velocidad máxima. La enzima trabaja al 50%.
5.2. INHIBICIÓN REVERSIBLE NO COMPETITIVA: el inhibidor se une a un sitio distinto al que se une el sustrato a la enzima. Con altas concentraciones de sustrato no desaparece la inhibición. Las fijaciones de sustrato e inhibidor no son mutuamente exclusivas. Se modifica la Vmax pero no la Km. Ya que la gráfica es recíproca 5.3. INHIBIDOR ACOMPETITIVO Se une reversiblemente al complejo ES dando lugar al complejo no productivo ESI Suele modificar la Km y suele disminuir la Vmax. La presencia del inhibidor reduce la concentración del complejo ES y por tanto la Vmax 5.4. INHIBIDOR IRREVERSIBLE El efecto de un inhibidor depende del tiempo y de la cantidad de inhibidor. Reaccionan con un grupo químico del enzima uniéndose covalentemente, la enzima no se puede recuperar. Son por lo general altamente tóxicos. Hay dos tipos: Análogos del estado de transición. Inducen a que la enzima tenga la conformación del estado de transición y se bloquea la enzima. Sustratos suicidas. Mucha especificidad y mucha potencia. Son los que más se utilizan en los fármacos
COENZIMAS Y VITAMINAS
Coenzimas Vitaminas: clasificación y pseudovitaminas Son fáciles de obtener, por ello no aparecen reguladas en los genes. 1.COENZIMAS So moléculas orgánicas no proteicas Son elementos termoestables No son responsables de la especificidad enzimática Vuelven tras una o varias reacciones a su estado inicial En general requieren coenzimas las siguientes reacciones: oxidorreducciones, transferencias, isomerizaciones, uniones (ligasas). Muchos son derivados de nutrientes esenciales (vitaminas). 2.VITAMINAS Las vitaminas hidrosolubles no se almacenan en el organismo con excepción de la vitamina B12, las liposolubles si Vitámeros: variaciones estructurales con actividad vitamínica 2.1. VITAMINAS HIDROSOLUBLES: B Y C COMPLEJO B La falta de vitamina B da lugar a trastornos neurológicos. 2.1.1. VITAMINA B1: TIAMINA En forma de TPP (tiamina pirofosfato) participa como coenzima en reacciones de decarboxilación: transferencias de grupos aldehídos. 2.1.1. VITAMINA B2: RIBOFLAVINA Es el precursor de unos de los cofactores más importantes, FAD (flavina adenina dinucleótido) y FMN (flavina adenina mononucleótido).
2.2.1. VITAMINA A
Tres vitámeros: retinol, retinal y retinoico. En los vegetales no aparece esta vitamina, aparece el precursor, el caroteno. El retinol, retinal e el retinoico intervienen en la transcripción génica, en el crecimiento normal o la adecuada respuesta inmune. El retinol/ retinal intervienen en la reproducción y en el ciclo visual. Aquí no se puede utilizar el retinoico porque no vuelve hacia atrás. 2.2.2. VITAMINA D: CALCIFEROL Son precursoras del calcitriol (hormona), presente en la piel, por metilación en el hígado, o por hidroxilación el riñón. 2.2.3. VITAMINA E: TOCOFEROL Es un antioxidante que protege a los ácidos grasos y previene del estrés oxidativo 2.2.4. VITAMINA K Participa en la síntesis de dominios γ-Carboxi-glutamato (Gla), empleados en proteínas con función unidora de calcio Necesaria para la síntesis de factores de coagulación vitamina-K dependientes (hígado). 2.2.5. ÁCIDO LIPOICO Es un antioxidante capaz de neutralizar radicales libres. Participa en reacciones de oxido- reducción y en el transporte de acilos. No se sabe si es vitamina o no.
CARBOHIDRATOS: CLASIFICACIÓN Y PROPIEDADES ESTRUCTURALES
- Concepto
- Clasificación
- Monosacáridos
- Derivados de los monosacáridos de interés biológico
- Disacáridos
- Oligo- y Polisacáridos
- Heterósidos 1.CONCEPTO EL nombre carbohidrato se les aplico por estar constituidos por C, H,O, hallándose estos 2 últimos elementos en igual proporción que el agua: Cn(H2O)m. En algunos casos se incorporan otros átomos como el N o el P. 1.1. FUNCIONES Codificar información, es casi tan potente como el de los ácidos nucleicos Forma principal de almacenamiento de energía química Transferencia de energía en la biosfera Transferencia de materia. Aportan átomos de C a la síntesis de otros componentes celulares: -De lo simple a lo complejo -Reciclaje Elementos estructurales de la célula Función de reconocimiento celular proteico: glicobiología. Están basados en el carbono, tiene 4 enlaces por lo que se pueden añadir grupos funcionales (grupo carbonilo, grupo hidroxilo, hidrógeno, grupo amino, grupo fosfato y carboxilo), tendrán diferentes propiedades y juntando azúcares con distinta composición podemos formar una gran variedad de biomoléculas. TEST QUÍMICOS: azúcares reductores
- Distinguir aldehídos de cetonas
- Test Fehling
- Test Tollens
- Test Seliwanoff
- Cuantificar poder reductor
- El aldehído o cetona se oxida a ácido carboxílico LECTINAS Son proteínas con afinidad por azúcares específicos
No son imágenes especulares. Tienen nombres (propiedades) diferentes. Aquellos que son distintitos o los dos L o los dos D y dentro de ellos están los epímeros (solo se diferencian en un carbono), por ejemplo, la L-glucosa y la L-galactosa. Si hay más son diastereoisómeros 3.5. FÓRMULAS CICLADAS Como mínimo debe tener 5C para poder ciclarse. El enlace que se forma entre el grupo aldehído y un OH se llama hemiacetal y supone la formación del anillo y presenta un nuevo carbono asimétrico. El sistema de representación es la proyección de Haworth. Da origen a estereoisómeros epímeros llamados anómeros: alfa o beta. La regla para distinguirlos es que los alfa son los que tienen el hidroxilo en posición trans con respecto al carbono 6, y beta en el mismo plano. La beta es la más abundante. Estereoisómeros que difieren en la configuración en el carbono anomérico (alfa/beta). -Piranósidos: (6C) -Furanósidos: (5C) La mutarrotación es posible, no son estructuras estáticas. CONFÓMEROS: Las moléculas no son planas, podemos distinguir dos formas: bote o silla. La silla es más estable. Moléculas con la misma configuración estereoquímica, que difieren en la conformación tridimensional (silla/bote). ALDOSAS
EPÍMEROS
CETOSAS
4.ESTERES DEL ÁCIDO FOSFÓRICO
Actúan como intermediarios importantes del metabolismo hidrocarbonado (intracelulares). El enlace éster se puede establecer a nivel del: –OH hemiacetálico, alcohol primario ó alcohol secundario. Los ésteres de hexosa tienen nombres propios. 5.DESOIXAZÚCARES Monosacáridos con pérdida de un grupo Hidroxilo (-OH) en una o más partes de la molécula. 6.AMINOAZÚCARES Un grupo -OH se halla sustituido por un grupo -NH2, generalmente en C2. 7 .DERIVADOS ÁCIDOS. Se añaden para aumentar su polaridad. Ácidos aldónicos: oxidación del grupo aldehído: -onico, -onato en forma lineal y en forma de anillo: -onolactona. Ácidos urónicos: se forman por oxidación del carbono que posee la función alcohol primario. Son biológicamente muy importantes los heteropolisacáridos y detoxificación.
CARBOHIDRATOS PARTE 2
1.DISACÁRIDOS
1.1. ENLACE GLICOSÍDIDCO
El primer va a atacar a un OH del segundo azúcar, se da una reacción de condensación dando lugar a un disacárido. 1.2. NOMENCLATURA DE LOS DISACÁRIDOS Dos monosacáridos unidos por enlace glucosídico. Se utiliza el nombre correspondiente a la forma cíclica (especificando: a ó b, D o L, furano ó pirano). El primer monosacárido siempre termina en “– osil “, el segundo en ”-osido”, si tiene implicado en el enlace el –OH anomérico, en ”-osa” si lo tiene libre. También especificamos el tipo de enlace (alfa o beta) y los átomos de C implicados en el enlace (los del primer azúcar:1, 2, 3, 4, 5, 6 y los del 2º: 1’, 2’, 3’, 4’, 5’, 6’) 1.3. MALTOSA
- Nombre genérico: MALTOSA o azúcar de malta:
- Nombre químico: a-D-Glucopiranosil a (1,4’) a ó b-D-Glucopiranosa.
- Libre: malta, miel, etc. Se encuentra en forma polímeros: almidón y glucógeno
- Disacárido REDUCTOR.
- Hidrólisis: -Enzimática: maltasa -Ácida 1.4. SACAROSA Nombre genérico: SACAROSA ó sucrosa o azúcar de caña Nombre químico: a-D-Glucopiranosil a (1,2’) b-D-Fructofuranósido. Abunda en el reino vegetal: remolacha, caña de azúcar, frutas, miel, etc... Disacárido NO REDUCTOR. Hidrólisis
- Enzimática: sacarasa o invertasa -Ácida 1.5. LACTOSA Nombre genérico: LACTOSA: Nombre químico: b-D-Galactopiranosil b(1,4’) a ó b-D-Glucopiranosa Se encuentra en la leche de los mamíferos, pero no se encuentra en ninguna otra fuente natural Disacárido REDUCTOR Hidrólisis:
- Enzimática: lactasa -Ácida
