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EQUIPO DOCENTE

EQUIPO DOCENTE. Prof. Responsable: Dra. Ana Anzulovich Prof. Colaborador: Dra. Fanny Zirulnik Responsable de los Trabajos Prácticos: Dra. Alicia Molina Jefes de TP: Dra. Mariela Coria y Dra. Lorena Navigatore. QUIMICA BIOLOGICA. Objetivos:

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  1. EQUIPO DOCENTE • Prof. Responsable: Dra. Ana Anzulovich • Prof. Colaborador: Dra. Fanny Zirulnik • Responsable de los Trabajos Prácticos: Dra. Alicia Molina • Jefes de TP: Dra. Mariela Coria y Dra. Lorena Navigatore

  2. QUIMICA BIOLOGICA Objetivos: • Comprender las transformaciones energéticas celulares • Establecer los principios de la bioenergética • Describir las rutas metabólicas de biosíntesis • Moléculas Biológicas - Estructura química • Interacciones entre moléculas • Degradación y síntesis celular de las moléculas • Conservación y utilización de la energía en las células • Mecanismos regulatorios

  3. En particular, los OBJETIVOS de estecursoparalascarreras de Licenciatura y Profesorado en CienciasBiológicas, son: • Estudiar las enzimas como herramientas de regulación, transformación y generación de energía celular. • Analizar los procesos de degradación y biosíntesis de los compuestos biológicos, teniendo en cuenta su interrelación y mecanismos de regulación. • Integrar las distintas vías metabólicas y su relación con los mecanismos de producción y utilización de energía por parte de los seres vivos.

  4. BOLILLA 1 • ENZIMAS: Naturaleza Química. Propiedades Generales. Nomenclatura y Clasificación. Coenzimas y Grupos Prostéticos. Actividad Enzimática: Unidad de enzima- Actividad específica- Actividad molecular. Conceptos de afinidad y cooperatividad enzimática. Factores que afectan la actividad enzimatica: pH, T, [S],[Enzima]. Inhibidoresnaturales de la actividad enzimática. Mecanismo de regulación metabólica: Inhibición y activación por sustrato, niveles enzimáticos, modulación de la actividad de enzimas. Regulación Enzimática: Enzimas alostéricas (propiedades y cinética). Modulación Covalente. Zimógenos. Isoenzimas: Propiedades e importancia.

  5. UN POCO DE HISTORIA… • 1850, Louis Pasteur ‘fermentos’ de las levaduras. • 1897, Edward Buchner (los fermentos se pueden aislar de las levaduras). Fredrick W. Kühne (llamó a esos fermentos ‘enzimas”). • 1926, James Sumner (ureasa, estructura proteica). • 1930, John Northrop y MosesKunitz- (pepsina,tripsina y quimotripsina). • Ultimos 50 años (estructura y función). • 1963- 1º Secuencia de aminoácidos ribonucleasa pancreática bovina A. • 1965, 1º estructura Rx- lisozima de la clara de huevo de gallina. • 1983.Sidney Altman y colaboradores. El ARN de la ribonucleasa P tiene actividad catalítica.

  6. Energía de activación de unareacción Catalizador C + D A + B Energia libre (G) Estado de activacion La velocidad a la cual se produce el intermediario de transicióndepende de: 1- la Ea, 2- la frecuencia de choques entre lasmoléculas. 3- orientaciónadecuada de lasmoléculas. Ea de la reaccion catalizada Energia de Activacion (Ea) G1 de Reactivos A+B ΔG (-) de reaccion G2 de Productos C+D Progreso de la reaccion

  7. Catalizador: agentecapaz de acelerarunareacciónquímica, sin formar parte de los productosformados, nidesgastarse en el proceso. Las ENZIMAS son macromoléculasquefuncionancomocatalizadoresbiológicos, yaquedisminuyen la Ea y favorecen la orientación de lasmoléculasreaccionantes.

  8. Ningún organismo puede vivir sin ENZIMAS • La mayoría de las reacciones deben ser catalizadas para que ocurran en el tiempo y el momento que la célula lo requiere. • Las enzimas en general son proteínas que deben ser sintetizadas correctamente, con la estructura primaria, secundaria, terciaria y cuaternaria, si la tuvieran, de toda proteína. • Cualquier alteración de la síntesis de estas proteínas puede llevar a una patología

  9. FUNCION DE LAS ENZIMAS • Transformación de moléculas de nutrientes simples en moléculas mas complejas, y viceversa. • Extracción de energía desde combustibles o compuestos degradables por oxidación. • Polimerización de subunidades para formar macromoléculas, etc.

  10. Ejemplos de transformaciones mediadas por enzimas • Transformación de moléculas complejas en moléculas simples y viceversa ENZIMAS PAN n (GLUCOSA) ALMIDON PAPAS ENZIMAS ARROZ (GLUCOSA)n GLUCOGENO

  11. PANCETA ENZIMAS MONO GLICERIDOS CHIZITOS GRASAS (TG) CHORIZOS ENZIMAS GLICEROL +3 AC.GRASOS TRIGLICERIDOS ENZIMAS

  12. Tipos de reacciones catalizadas por enzimas • Oxido-reducción • Rotura y formación de enlaces C-C • Reorganizaciones internas • Transferencia de grupos • Reacciones de condensación

  13. Clase - subclase - subsubclase - nº de orden 11 127 DENOMINACION DE LAS ENZIMAS • Al nombre del sustrato o del producto, se le agrega la terminación ASA. Por ejemplo: sacarasa, ureasa, amilasa, etc. • O a la reaccion que catalizan, por ej.: oxidoreductasa, deshidrogenasa, descarboxilasa, etc. • Otras tienen nombres arbitrarios, como: ptialina salival, pepsina del jugo gástrico, tripsina, etc. • Cada enzima tiene un nombre y un numero asignado por la Comisión Internacional de Enzimas. Por ej.: Lactato deshidrogenasa (EC 1.1.1.27)

  14. Clase - subclase - subsubclase - nº de orden Lactato11 127 deshidrogenasa Cómo se clasifican las enzimas??? 1-OXIDORREDUCTASAS Alcohol deshidrogenasa (EC 1.1.1.1) 2. TRANSFERASAS Hexoquinasa (EC 2.7.1.2)

  15. 3. HIDROLASAS Carboxipeptidasa A (EC 3.4.17.1) 4. LIASAS Piruvato descarboxilasa (EC 4.1.1.1) 5. ISOMERASAS Fumarasa ó malato isomerasa (EC 5.2.1.1) 6. LIGASAS Piruvatocarboxilasa (EC 6.4.1.1)

  16. NATURALEZA Y COMPORTAMIENTO DE LAS ENZIMAS • La mayoría de las ENZIMAS (E) son PROTEINAS (excepción: la ribozima) • Las ENZIMAS tienen la capacidad de AUMENTAR LA VELOCIDAD de las reacciones, por ello se denominan CATALIZADORES BIOLOGICOS • La sustancia sobre las cuales actúan se denominan SUSTRATO (S)

  17. CARACTERISTICAS DE LAS ENZIMAS • ESTRUCTURA TERCIARIA Y CUATERNARIA • SITIO DE UNION AL SUSTRATO (Sitio Activo) Uniones no Covalentes: Puente de hidrógeno Hidrofóbicas Electrostáticas • NECESITAN DE FACTORES NO ENZIMATICOS: inorgánicos (metales) y orgánicos (Coenzimas) • ESPECIFICIDAD DE SUSTRATO. Estereoespecificidad y especificidad geométrica. • SON REGULABLES: la síntesis de la proteína-enzima, su actividad y degradación.

  18. E + S ES Complejo ES Enzima Sustrato REACCION ENZIMATICA E + P Enzima Producto

  19. Diagrama de coordenadas de una reacción enzimática catalizada y sin catalizar Energía Libre (G) Estado de transición Ea de la reacción NO catalizada Ea de la reacción cat. S Enz-S Enz-P P Progreso de la reacción

  20. ESPECIFICIDAD DE LAS ENZIMAS ALTA ESPECIFICIDAD Único sustrato Glucosa Glucoquinasa Grupo de sustratos ESPECIFICIDAD RELATIVA Hexoquinasas HEXOSAS glucosa, manosa y fructosa

  21. GLUCOSA GLUCOSA-6P ATP ADP D-Glucosa - P Glucoquinasa

  22. COENZIMA HOLOENZIMA = APOENZIMA + NO PROTEICA (termoestable) ENZIMA TOTAL PROTEÍNA (termolábil) Transportadores de grupos funcionales COENZIMAS Transportadores de electrones

  23. PDH GAD Niacina NAD, NADP Ion Hidruro (:H -) Riboflavina (Vit.B2) FAD, FMN Electrones SDH Tiamina (Vit. B1) PP-tiamina Aldehídos PDH, TC Tiolasa Acido pantoténico Coenzima A Grupos acilo Grupos monocarbonados Ser-TreDeshidrat. Acido fólico TH4 Transferencia grupos aminos Transaminasas Piridoxina (B6) P-piridoxal Electrones y grupos acilos. Acido lipoico Lipoamida PDH VITAMINAS-COENZIMAS

  24. Enzimas que requieren iones metálicos como cofactores Fe++ ó Fe+++ Citocromo oxidasa Catalasa Peroxidasa Zn++ Anhidrasa carbónica Hexoquinasa Glucosa-6-fosfatasa Piruvato quinasa Mg++ K+ Piruvato quinasa

  25. DISTRIBUCION DE LAS ENZIMAS • COMPARTIMENTALIZACION: Diferente localización dentro de la célula. • SISTEMAS MULTIENZIMATICOS: Enzimas relacionadas agrupadas formando verdaderos complejos macromoleculares. • ENZIMAS MULTIFUNCIONALES: Una enzima que presenta distintos sitios catalíticos

  26. moles de S transformados UI = min AE = UI mg de proteína mmol de S transformados/min Actividad molar = mol de enzima ACTIVIDAD ENZIMATICA • Unidades Internacionales (UI) (medida de velocidad) • Actividad Específica Actividad enzimática (UI) por miligramo de proteína presente en la muestra • Actividad Molar ó Numero de Recambio Moléculas de S convertidas en P por unidad de tiempo y por molécula de enzima

  27. A B Prot.Tot: ∑ + + D Prot.Tot: ∑ + + + U.I.E. Activ. Enzimática Actividad específica = = Prot.Tot: ∑ + mgr de proteína Prot.Tot: ∑ Prot. totales ACTIVIDAD ESPECIFICA

  28. Factores que afectan la actividad enzimática • pH • Temperatura • Concentración de Enzima • Concentración de Sustrato

  29. Influencia del pH sobre la actividad enzimática Actividad enzimática pH pH óptimo

  30. Ejemplos de enzimas con diferentes pH óptimos

  31. actividad por de la temperatura Actividad enzimática de temperatura provoca desnaturalización T(ºC) Influencia de la Temperatura sobre la actividad enzimática T. óptima

  32. Efecto de la concentración de enzima sobre la actividad Act. Enz. o Vo Concentración saturante de sustrato, y a pH yT constantes [E]

  33. Vo [S] VARIACION DE LA VELOCIDAD DE REACCION CON LA CONCENTRACION DE SUSTRATO Vo Leonor Michaelis y Maud Menten [S]

  34. GRÁFICA DOBLE RECÍPROCA O DE LINEWEAVER-BURK Ordenada al origen = 1/Vmáx. Pendiente= Km/Vmáx Intersección c/eje x = - 1/Km

  35. Quimotripsina DIFP Xantina oxidasa Alopurinol Penicilina Transpeptidasa INHIBICION ENZIMATICA POR ENLACE COVALENTE INHIBIDOR SUICIDA INHIBICION IRREVERSIBLE COMPETITIVA NO COMPETITIVA ACOMPETITIVA INHIBICION REVERSIBLE

  36. - Acetilcolinesterasa - Quimotripsina Enzima inactivada INHIBICION IRREVERSIBLE Por unión covalente del inhibidor Diisopropilfluorfosfato (DIPF)

  37. INHIBICION IRREVERSIBLE Inhibidor suicida Se une al sitio activo de la enzima y ésta cataliza la modificación del inhibidor a otro compuesto que permanece unido a la enzima. El ALOPURINOL es un inhibidor suicida que actúa sobre la enzima xantina oxidasa (degradación de purinas). Se forma el oxopurinol el cual queda unido a la enzima.

  38. Succinato deshidrogenasa Succinato + FAD+Fumarato + FADH2 COO- (CH2)2 COO- COO- CH2 COO- Inhibidor competitivo Malonato

  39. Inhibidor no competitivo

  40. Inhibidor acompetitivo acompetitivo

  41. REGULACION COVALENTE REGULACION ALOSTERICA REGULACION POR PROTEINAS REGULACION POR PROTEOLISIS ENZIMAS INDUCIBLES REGULACION DE LAS REACCIONES CATALIZADAS POR ENZIMAS REGULACION DE LA ACTIVIDAD DE LAS ENZIMAS REGULACION DE LA SINTESIS DE LAS ENZIMAS

  42. MODULADORES POSITIVOS MODULADORES NEGATIVOS ENZIMAS ALOSTERICAS ENZIMA ALOSTERICA

  43. Enzima Enzima Enzima Enzima 1 2 3 4

  44. PROPIEDADES DE LAS ENZIMAS ALOSTERICAS • Poseen un sitio de unión a un metabolito regulador (sitio alostérico) • La unión del metabolito a la enzima es de carácter reversible y no covalente. • Son homotrópicas o heterotrópicas. • En general poseen dos o mas sitios reguladores. • La mayoría posee dos o mas cadenas polipeptídicas o subunidades. • En general tienen un comportamiento cinético sigmoideo

  45. CINETICA DE UNA ENZIMA ALOSTERICACurva Sigmoidea

  46. v vi Aspartato (mM) Regulación de la actividad de la Aspartato transcarbamilasa (ATCasa)

  47. EJEMPLOS DE ENZIMAS ALOSTERICAS • Hexoquinasa, Fosfofructoquinasay Piruvato QuinasaVía glicolítica • AcetilCoAcarboxilasaBiosíntesis de lípidos • AspartatoTranscarbamilasaBiosíntesis de nucleó- tidospirimidínicos • Glutamato DeshidrogenasaDegradación de aminoácidos • Citrato sintasa, isocitrato y a-cetoglutarato deshidrogenasas Ciclo de Krebs

  48. COOPERATIVIDAD HOMOTROPICA POSITIVA COOPERATIVIDAD HETEROTROPICA NEGATIVA

  49. REGULACION POR MODIFICACION COVALENTE • POR UNION COVALENTE DE GRUPOS (FOSFATOS , ADENILATOS, ETC.) • INTERVIENEN ENZIMAS: QUINASAS, FOSFATASAS • LA UNION DEL GRUPO PUEDE ACTIVAR O INHIBIR LA ENZIMA POR UN CAMBIO CONFORMACIONAL Fosforilacion Enzima Enzima Fosfoadenilacion ADP-Ribosilación

  50. HO-CH2 CH2- HO (Cadena lateral de Ser) Fosforilasa b (menos activa) Fosforilasa quinasa 2 Pi 2 H2O Fosforilasa fosfatasa ATP ADP P -O-CH2 CH2-O- P Fosforilasa a Ejemplo de regulación covalente

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