DISCUSION DE GRUPO N° 3 ENZIMAS 1. Explicar la naturaleza química de las enzimas, sus principales propiedades y la función que desempeñan en los sistemas biológicos. Son catalizadores biológicos de naturaleza proteica (excepto la ribozima que es una molécula de ARN con capacidad catalítica) que aceleran la velocidad de las reacciones químicas disminuyendo la energía de activación. Regulan las reacciones del metabolismo. Actúan en secuencias organizadas, catalizan cientos de reacciones consecutivas en las que degradan moléculas de nutrientes, se conserva y transforma la energía química y se fabrican las macromoléculas biológicas a partir de precursores sencillos. Principales Funciones o Eficiencia: Aceleran las reacciones multiplicando su velocidad por un millón de veces o más. Ej: Anhidrasa Carbónica o Especificidad: Son altamente específicas en la reacción que catalizan como en la selección del sustrato que transforman. Tipos de especificidad: Especificidad alta o absoluta: Si la enzima utiliza un solo sustrato: Glucocinasa Especificidad de grupo: Las hexosas (monosacaridos de 6 C) pueden ser fosforiladas por cinasas y ATP Propiedades Eficiencia Especificidad Aumentan la velocidad de las reacciones disminuyendo la energia de activación Se utilizan en pequeñas cantidades Se recuperan al final de la reacción No modifican la constante de equilibrio de la reacción Función que desempeñan en los sistemas biológicos Son muy estables a pH neutro, T° suave y ambiente acuoso Intervienen en las reacciones necesarias para digerir los alimentos, enviar señales nerviosa, contraer el músculo, etc. Proporcionan un ambiente específico dentro del cual las reacciones transcurren a mayor velocidad 2. Describir como el pH y la concentración de sales afectan el estado iónico de una enzima. Cuando se mide la actividad enzimática a diversos pH, la activación óptima generalmente se observa entre los valores de 5.0 y 9.0. La forma de las curvas de pH óptimo está determinado por: o Desnaturalización de la enzima a valores de pH altos o bajos o Alteraciones en el estado de carga de la enzima y/o el sustrato. Para la enzima los cambios de carga pueden afectar la actividad, ya sea cambiando la estructura o la carga en un residuo que funciona para ligar el sustrato en la catálisis. 3. Explicar a través del análisis de sus respectivas gráficas, los siguientes factores que afectan la velocidad de reacción enzimática: concentración de enzima, concentración de sustrato, temperatura y pH.
Concentración de Enzimas La velocidad de la reacción enzimática es directamente proporcional a la concentración de enzimas. Concentración de Sustrato La velocidad de la reacción va aumentando a medida que aumenta la concentración de sustrato hasta que la enzima se satura. La velocidad de una reacción es el número de moléculas de sustrato que se convierten en moléculas de producto por unidad de tiempo, que suele expresarse por unidad micromol de producto formado por minuto. La velocidad de la reacción que cataliza la enzima aumenta con la concentración del sustrato hasta que se llega a una velocidad máxima (Vmax). La nivelación de la velocidad de reacción a concentraciones de sustrato elevadas refleja la saturación con el sustrato de todos los sitios de fijación disponibles en las moléculas existentes de la enzima. Temperatura Al aumentar la temperatura aumenta la energía cinética de las reacciones química. Las reacciones enzimáticas son sensibles a los cambios de temperatura debido a la naturaleza proteica de las enzimas y puede causar la “desnaturalización térmica”. El intervalo de temperatura en el que una enzima mantiene una conformación estable depende de la temperatura normal de las celulas en que se encuentra Las enzimas del hombre son estables por lo general a T° hasta de 45- 55 ° C Los microorganismos termófilos 100°C o arriba de este valor Temperatura Optima: Es a la cual la enzima ejerce su máxima acción catalítica pH La mayor parte de las enzimas intracelulares muestra actividad óptima a valores de pH entre 5 y 9. Las enzimas son proteínas que tienen grupos ionizables que se pueden cargar dependiendo del pH en el que se encuentren. El grupo carboxilo de las proteínas a pH alcalino puede ceder su protón quedando con carga negativa El grupo amino de las proteínas a pH ácido puede ganar un protón quedado con carga positiva pH Optimo: Es aquel donde se transforma mayor numero de moléculas por segundo La ganancia o pérdida de grupos importantes con carga afecta de manera adversa a la unión del sustrato y por consiguiente retarda o anula la catálisis 4. Explicar por qué el pH del ambiente intracelular de las enzimas no es precisamente el pH óptimo de las enzimas. La mayor parte de las enzimas intracelulares muestra actividad óptima a valores de pH entre 5 y 9. Las enzimas intracelulares también son los responsables de los procesos de degradación celular. En estos procesos se obtienen nutrientes elementales a partir de los materiales estructurales propios de las células cuando el aporte mediante la dieta se interrumpe (por ejemplo, durante el ayuno), o cuando la célula no puede utilizar los nutrientes de la sangre (por ejemplo, en la diabetes). 5. Describir la composición de una holoenzima. -
Holoenzima: apoenzima + cofactor Apoenzima: Porción proteíca de la holoenzima
-
La mayoría de los cofactores no se unen covalentemente a sus enzimas, pero sí lo hacen fuertemente se les conoce como grupo prostético. Cofactor: Iones inorgánicos: Mn, Fe, Mg; Complejos metalorgánico; coenzimas
6. Describir los mecanismos de catálisis enzimática. Catálisis covalente: Implica la formación de un enlace covalente transitorio entre la enzima y el sustrato el grupo R de loa aminoácidos y los grupos funcionales de algunos cofactores enzimáticos sirven para la formación de enlaces covalentes con los sustratos. Ej.: La enzima proteolítica quimiotripsina. Catálisis acido base general: Los grupos R o cadenas laterales de aminoácidos pueden actuar como donadores o aceptores de protones el el sitio activo de la enzima permitiendo la transferencia d protones, proporcionando incrementos de la velocidad. Ej. Las proteasas asparticas que comprenden la pepsina, la catepsina lisosomal y la del VIH. Catálisis por ion metálico: Interacciones iónicas entre un metal fijado a la enzima y el sustrato, orientan al sustrato para que reaccionen o se estabilicen los estados de transición de la reacción. Catálisis por aproximación: Para que las moléculas reaccionen deben aproximarse entre si a la distancia de formación de enlace, cuando una enzima se une al sustrato se crea una alta S permitiendo una orientación ideal para que interactúen. 7. Definir y ejemplificar. a) Enzimas funcionales del plasma: son aquellas que cumplen una función en la sangre y su concentración plasmática es equivalente o mayor que la del tejido donde se producen ,por lo general son fabricadas en el hígado y en menor proporción también en el tejido adiposo. Ejemplos: -Protrombina -plasminogeno -lipoproteinlipasa -pseudocolinesterasa. b) Enzimas no funcionales del plasma: no cumplen funciones en la sangre debido a que su sustrato no está presente en ella ,están en la sangre como producto de la muerte celular normal ,la cantidad de células que desechamos es pequeña y por eso es poca la cantidad de enzimas no funcionales presente en la sangre ,su concentración es hasta un millón de veces menor que en el órgano o tejido productor y el aumento de la concentración de estas enzimas esta en relación con la velocidad de destrucción de los tejidos productores . Ejemplos: -Aspartato amino transferasa - creatin quinasa c) Enzimas orientadoras de órganos: son las que se ubican en los distintos componentes celulares y cuya salida se produce cuando una causa determinada altera la estructura de la célula. El incremento de la actividad enzimática sérica indica que en determinados tejidos orgánicos se produjo una alteración que al afectar la estructura celular provoco el paso ala circulación de dichas enzimas . Ejemplos: -(ALT) alanino transaminasa (elevación con la hepatitis) -troponina (elevación al producirse un infarto de miocardio) d) Enzimas de secreción: son enzimas que se vierten desde la célula al medio exterior por un proceso de secreción, se producen en glándulas exocrinas como páncreas y próstata , así como en tejidos como mucosa gástrica y hueso. Ejemplos: -amilasa (salivar y pancreática) -lipasa -fosfatasa acida prostática 8. Explicar la ubicación de la amilasa pancreática según la clasificación anterior. La amilasa es una enzima que se produce, sobre todo, en las glándulas salivales y el páncreas (un órgano que se
encuentra detrás del estómago), y que ayuda a descomponer los carbohidratos y los almidones en azúcar. es un enzima hidrolasa que tiene la función de catalizar la reacción de hidrólisis de los enlaces 1-4 del componente αAmilasa al digerir el glucógeno y el almidón para formar azúcares simples. Esto es importante porque, con el tiempo, el azúcar se convierte en glucosa, la cual estimula todos los procesos del organismo. Un análisis de amilasa mide la cantidad de amilasa presente en la sangre. De acuerdo a la clasificacion anterior la amilasa se clasifica como una enzima de secrecion debio a que es secretada en las glandulas salivales y el pancreas y son trasportadas hacia el duodeno atraves de conductos. La sangre suele contener pequeñas cantidades de amilasa. Sin embargo, cuando la cantidad es elevada, significa que el páncreas tiene una lesión, está inflamado o bloqueado. Tiene actividad enzimática a un pH de 7. Cuando una de estas glándulas se inflama, como en la pancreatitis, aumenta la producción de amilasa y aparece elevado su nivel en sangre (amilasemia). La amilasa pancreática se ubica, en el intestino delgado. Siendo así, parte de las enzimas de secreción, pues el páncreas es en parte, una glándula exócrina. Según Schmidt, las enzimas se pueden clasificar como “Enzimas de Secreción” cuando estas obran en el tracto digestivo, siendo Enzimas o fermentos digestivos. La función exocrina del páncreas consiste en la secreción de enzimas al duodeno. El jugo pancreático contiene precursores de enzima que en principio están inactivos pero que posteriormente serán activados en el tubo digestivo por el jugo gástrico y formarán las enzimas llamadas hidrolasas. Entre las enzimas secretadas por el páncreas están las que degradan proteínas (tripsina, quimotripsina y carboxipeptidasa), y también las que degradan ácidos nucléicos (ribonucleasas). Las secreciones pancreáticas tienen un pH alcalino comprendido entre 7,5 y 8,2. 9. Analizar cuáles son las muestras biológicas adecuadas para efectuar las determinaciones enzimáticas. Suero El pH óptimo de la mayoría de las enzimas se localiza entre los valores de 5 y 9. Sin embargo, algunas enzimas, por ejemplo, la pepsina o la arginasa son activas a valores de pH alejados de este óptimo. El efecto nocivo de las radiaciones, sales y metales pesados (Ag, Pb, Hg) sobre la actividad enzimática se debe a la acción desnaturalizante sobre las proteínas en general. Esta propiedad es útil en el laboratorio clínico; las muestras de sangre son primero tratadas con ácidos como el tncloroacético, fosfotúngstico y otros para desnaturalizar y precipitar proteínas, la labilidad de la mayoría de las enzimas a estos agentes desnaturalizantes permite determinar si una reacción es catalizada por una enzima. 10. Explicar la relación que existe entre daño celular y actividad de las enzimas en el plasma. Una elevación de las enzimas celulares en el plasma es equiparable a una lesión celular. Su presencia en plasma en niveles más altos de lo normal sugiere un aumento en la velocidad de destrucción celular y tisular. La determinación de estos niveles de enzimas plasmáticas puede proveer información valiosa para diagnóstico y pronóstico. Sin embargo, niveles elevados de enzimas en plasma no sólo pueden ser interpretados como evidencia de necrosis celular ya que también la realización de ejercicio vigoroso libera cantidades significativas de enzimas musculares. 11. Explicar cómo puede medirse la actividad enzimática en las muestras biológicas y la razón por la que en los análisis biológicos se investiga su actividad catalítica, en el tejido o fluido corporal y no su concentración. La velocidad se puede medir mediante ensayos enzimáticos. Se calcula la velocidad de reacciones catalíticas enzimáticas a través de diferentes vías.
1.
Medida de la velocidad inicial. Cuando una enzima se mezcla con un gran exceso de sustrato (a concentración saturante), el complejo intermedio enzima-sustrato se genera en una rápida fase inicial transitoria. Después, la reacción llega a una cinética constante durante la cual el complejo enzima-sustrato se mantiene prácticamente en cantidades invariables en el tiempo y la velocidad de reacción es constante. La velocidad se mide en un corto periodo después de lograr un estado cuasi-constante, que se detecta típicamente monitorizando la acumulación de producto durante el tiempo. Como las mediciones se efectúan en un periodo muy corto y por la concentración saturante de sustrato, puede considerarse que el sustrato libre es igual al sustrato inicial y que la velocidad medida es la máxima que la enzima puede alcanzar en las condiciones de reacción dadas, porque no se están dando reacciones inversas o degradación enzimática. Estas mediciones son las más simples de realizar y analizar al estar relativamente libres de complicaciones, y por tanto éste el tipo de ensayo más usado en cinética enzimática.
2.
Medida del progreso de la curva. En estos experimentos los parámetros cinéticos se determinan a partir de expresiones de las concentraciones de las diferentes especies como funciones del tiempo. La concentración del sustrato o del producto se mide en momentos posteriores a la rápida fase inicial y durante un tiempo lo suficientemente largo que permita a la reacción acercarse al equilibrio. Este tipo de ensayos se intenta evitar por el error matemático que se puede introducir y es cada vez menos practicado, pero fue muy ampliamente utilizado en los primeros periodos del estudio de la cinética enzimática.
3.
Medida de la fase transitoria. En estos experimentos se observa el comportamiento de la reacción durante la rápida fase inicial transitoria en la que el complejo molecular intermedio llega a un periodo cinético constante. Éstos son los ensayos más difíciles de realizar porque requieren el uso de técnicas de mezclado y medición realmente rápidas.
4.
Experimentos en la fase de equilibrio. En estos experimentos se perturba una mezcla de enzima, sustrato y producto que ha alcanzado el equilibrio químico, por ejemplo cambiando la temperatura, la presión o el pH, y se estudia cómo regresa la mezcla al equilibrio. El análisis de estos experimentos requiere que la reacción sea reversible. Además, estos experimentos son relativamente insensibles a detalles mecanísticos y por lo tanto no suelen usarse para la identificación de mecanismos de reacción.
Espectrofotométricos En los ensayos espectrofotométricos puede seguirse el curso de una reacción observando cómo cambia la luz absorbida por la solución en la que se está dando la reacción. Para poder utilizar un ensayo de este tipo debe haber entre los sustratos o los productos alguno que absorba luz a una longitud de onda determinada, y que sea la única molécula de la mezcla de reacción que lo hace a la misma; de esta forma, se puede observar el aumento o la disminución de la absorbancia a dicha longitud de onda. Cuando la luz absorbida se encuentra en el espectro visible es posible observar un cambio en el color de la muestra, y entonces hablamos de método colorimétrico. También es usual el uso de la luz ultravioleta (luz UV), especialmente porque sirve para monitorizar reacciones en las que participan NADH y NADPH, coenzimas que participan en infinidad de reacciones bioquímicas y que absorben luz UV en forma reducida (NADH y NADPH) pero no en forma oxidada (NAD+ y NADP+). Así, la actividad de una oxidorreductasa que use NADH como coenzima puede ser monitorizada siguiendo el descenso de la absorbancia a 340 nm a medida que se consume el NADH. La concentración de las enzimas no se utiliza en pruebas de laboratorio ya que la cantidad es demasiado pequeña para poder cuantificarse, y resulta muy complicado. Más la velocidad de reacción catalítica de una enzima resulta mucho más benéfica para los resultados de laboratorio, ya que son los que determinan muchas anormalidades o diferentes problemas en el organismo, dependiendo de la muestra biológica. 12. Definir las unidades en las que se expresa la actividad de las enzimas.
Unidad de Actividad Enzimatica (U): Es la cantidad de enzima que cataliza la transformacion de 1micromol de sustrato por minuto en condiciones estandar (µmol / min). Actividad Enzimatica Especifica: Es la unidad de enzima por miligramo de proteina. KATAL: Es una unidad derivada del Sistema Internacional de Unidades para medir la actividad catalitica, que corresponde a la cantida de enzima que es capas de catalizar la transformacion de 1 mol de sustrato por segundo. *1 katal equivale a 60 x 106 Unidades de actividad Enzimatica Como es una unidad de muy grande se suele utilizar microkatal (μkat) y nanokatal (nkat). Nùmero de Recambio: Es equivalente al numero de moleculas de sustrato convertidas en producto por unidad de tiempo por una sola molecula de enzima (se utiliza cuando la enzima esta saturada por el sustrato). 13. Explicar que son los zimógenos, proceso de activación y su importancia médica ejemplificando su hidrólisis selectiva o parcial. Los zimógenos son los precursores inactivos de las enzimas; se activan fuera de la célula y es un proceso que no necesita ATP. Para activarse, necesita de un cambio bioquímico en su estructura que le lleve a conformar un centro activo donde poder realizar la catálisis. En ese momento, el zimógeno pasa a ser un enzima activo. Los zimógenos son utilizados en muchas reacciones biológicas, como en la digestión o en la coagulación sanguínea. Las modificaciones que sufren los zimógenos son irreversibles, por lo que para poder detener las reacciones que llevan a cabo es necesario un inhibidor del enzima al que dan lugar. (Ejemplo: el tripsinógeno (zimógeno) da lugar a la tripsina (enzima), que a su vez activa otros zimógenos. Para poder detener la activación de los zimógenos, la tripsina no se puede volver a convertir en tripsinógeno, sino que debe excretarse un inhibidor de tripsina para detener su tarea). + PROCESO DE ACTIVACIÓN El proceso de activación se da de la siguiente manera: El proceso implica una proteólisis selectiva, que en algunos casos se requieren de solo un proteolítico. En la proteína madura los polipéptidos formados pueden separarse o mantenerse asociados. El proceso puede conllevar un cambio importante en el peso molecular. Una consecuencia importante de la proteólisis selectiva es la adquisición de una nueva conformación. Este cambio de conformación mencionado genera el sitio catalítico de la enzima. Ejemplos: Zimogeno
enzima activa
Pepsinogeno
(pepsina )
Tripsinogeno
(enterocinasa-)
pepsina + peptido tripsina + hexapeptido
Quimiotripsinogeno (tripsina-)
quimiotripsina+ 2 dipeptidos
+ PROTEOLISIS SELECTIVA O PARCIAL Convierte a pro proteína en proteína madura. Las pro proteínas de enzimas se llaman zimogenos o pro enzimas. La proteolisis produce cambios conformacionales que crean por ejemplo el sitio catalítico de la quimo tripsina alineando los residuos de His Asp y Ser del sistema de relevo de cargas. Ejemplos de zimógenos: Enzimas Digestivas Tripsinógeno Quimotripsinógeno Pepsinógeno La mayor parte de las proteínas del sistema de coagulación Algunas de las proteínas de los sistemas complementos: Procaspasas Proelastasa Prolipasa 14. Explicar la función de cada uno de los reactivos y analizar los resultados obtenidos en la determinación de amilasa. Los reactivos utilizados fueron: - Reactivo de almidón pH 7.0 - Reactivo de yodo N/100 = Reactivo de I2/K = Reactivo de Lugol. Además de estos reactivos se utilizo una muestra biológica de amilasa sérica proporcionada por uno de los estudiantes. El almidón se divide en dos fracciones que se diferencia por su solibilidad en agua: la amilosa insoluble y la amilopectina soluble.
La amilosa es un polímero de aproximadamente 250 unidades de α-D-Glucosa unida por enlaces 1,4 glucosídicos, es lineal y al formar largas cadenas se enrolla formando una hélice. Es esta hélice la que al reaccionar con el reactivo de Lugol forma un complejo de inclusión color azul oscuro que permite reconocer al almidón. Al entrar en contacto esta solución con la amilasa sérica comenzó a realizarse la actividad enzimática hidrolizando los enlaces de unión de la amilasa desproporcionando al yodo de la estructura helicoidal base para la formación del complejo de inclusión y desencadenarse la decoloración de la preparación. Para constatar con total certeza la actividad de la amilasa sérica se procedió a analizar la muestra problema y de la muestra control (carente de amilasa sérica) en un espectrofotómetro para determinar la absorbancia de la solución. 15. Describir la clasificación de las enzimas de acuerdo a la reacción que catalizan y ubicar a la amilasa dentro de ella. CLASE
SUB-CLASE Catalizar, reacciones de oxidación-reducción, es decir, transferencia de hidrógeno o electrones de un sustrato a otro.
DESHIDROGENASAS REDUCTASAS OXIDASAS HIDROXILASAS PEROXIDASAS.
Catalizan la transferencia de grupo químico (distinto de hidrógeno) de un sustrato a otro.
TRANSAMINASAS TRANSFOSFORILASA S TRANSMETILASAS LIPASAS PEPTIDASAS FOSFODIESTERASAS PEPTIDASAS GLICOSIDASAS DESCARBOXILASAS ALDOLASAS DESHIDRATASAS DESAMINASAS EPIMERASAS MUTASAS
OXIDORREDUCTASA
TRANSFERASAS
HIDROLASAS
LIASAS
ISOMERASAS
LIGASAS
Reacciones de hidrolisis (transferencia de grupos funcionales de agua). Catalizan reacciones en la que producen la ruptura de enlaces por la adicción de agua. Adicción de grupos a dobles enlaces o formación de dobles enlaces por la eliminación de grupos
Transferencia de grupos dentro de moléculas dando formas isomericas. Se trata de un grupo heterogéneo de enzimas que catalizan varios tipos de ordenamientos intramoleculares. Catalizan la formación de un enlace entre 2 moléculas de sustrato. La energía para estas reacciones la aporta siempre la hidrolisis del ATP.
SINTETASAS CARBOXILASAS
La amilasa una enzima hidrolasa. Las amilasas hidrolizan moléculas de almidón dando como producto dextrinas y polímeros compuestos progresivamente por unidades de glucosa. Esta familia de enzimas hidrolíticas está compuesta por proteínas catalíticas: alfa-amilasa, beta-amilasa, glucoamilasa e isoamilasa.
16. Describir la reacción catalizada por la amilasa señalando: sustrato, producto y enlace que rompe. Las amilasas son enzimas las cuales hidrolizan moléculas de almidón dando como productos dextrinas y polímeros compuestos progresivamente por unidades de glucosa. Esta familia de enzimas hidrolíticas está compuesta por a proteínas catalíticas que se encuentran ampliamente distribuidas en tejidos, cumpliendo una misión digestiva: 1- Alfa-amilasa. 3- Glucoamilasa. 2- Beta-amilasa. 4- Isoamilasa. 1- La enzima alfa-amilasa en su accionar degrada la amilosa en maltosa y pequeños compuestos de glucosa. Estas se caracterizan en llevar a cabo la reacción de endohidrólisis que se sitúa de los enlaces 1,4-alfaD-glucosidicos en polisacáridos que contienen 3 o más enlaces 1,4-alfa-D-glucosidicos. Los grupos reducidos son liberados en una configuración alfa. 2- La enzima Beta-amilasa. Su función es actuar en la reacción de hidrólisis de los enlaces alfa-1,4glucosidicos del almidón con inversión en la configuración del carbono 1 pasándolo de la configuración alfa a la beta; Su producto es beta-maltosa. 3- la Glucoamilasa. Su función es actuar en la reacción de hidrólisis en cadenas de polisacáridos operando en los enlaces 1,4-alfa-D-glucosa que están de manera residual después de haberse expuesto la cadena a la acción de alfa y beta amilasa. El principal producto final de la acción de la glucoamilasa sobre el almidón es glucosa, lo que la diferencia claramente de la alfa y beta amilasas. La enzima también produce pequeñas cantidades de oligosacáridos. 4- enzima isoamilasa o pululasa, Participa en la reacción de hidrólisis de polisacáridos específicamente en los enlaces 1,6-alfa-D-glucosidicos; Su misión en participar en la reacción de hidrólisis de ramificación que contengan enlaces 1,6-alfa-glucosidicos. El único producto de reacción es maltosa. 517. Explicar la razón por la que en el diagnóstico diferencial, en la evolución y el pronóstico de muchos estados patológicos son importantes los análisis enzimáticos. Muchas enfermedades se deben a anormalidades en la síntesis de enzimas, determinadas por los genes. Cuando las células son lesionadas (por ejemplo, por trastornos de la circulación sanguínea o inflamación), ciertas enzimas pasan al plasma. La medición de su actividad es parte integral del diagnóstico de cierto número de trastornos médicos importantes (infarto al miocardio). La enzimología diagnóstica es el área de la medicina que emplea enzimas como auxiliares del diagnóstico y el tratamiento. El estudio de las enzimas en medicina es cada vez más importante. Son múltiples las implicaciones que tienen las enzimas en el origen, diagnóstico, tratamiento y prevención de enfermedades. Muchas enfermedades se deben a la carencia o anormalidad en la síntesis de una determinada enzima (galactosemia, fenilcetonuria, albinismo, pentosuria esencial y muchas otras que se revisarán más adelante). Estos errores están codificados en el genoma y se denominan: "errores innatos del metabolismo", "enfermedades moleculares", "enfermedades hereditarias" o "enfermedades bioquímicas". El diagnóstico de muchas enfermedades se puede realizar con bastante precisión determinando la actividad de ciertas enzimas o isoenzimas que son indicadores de la destrucción tisular de órganos específicos. Otras enfermedades se deben a la carencia de cofactores enzimáticos y la administración de ellos produce la rápida curación de estas enfermedades carenciales, como sucede con las vitaminas (procoenzimas) y algunos oligoelementos. En ocasiones son las propias enzimas las que se usan para el tratamiento de enfermedades, esta práctica se conoce como enzimoterapia. Enzimas como agentes terapéuticos
Algunas enzimas se han utilizado como medicamentos en la terapia de problemas médicos específicos. La estreptocinasa, preparada a partir de estreptococos, es útil para disolver coágulos de sangre formados en las extremidades inferiores. Esta enzima activa el plasminógeno el cual se transforma en plasmina que es una proteasa que ataca la fibrina y la degrada. Utilizando fibrinolisina y estreptodornasa (una DNAsa) por vía oral o tópico se puede eliminar el material fibrinoso y purulento de heridas infectadas o necrosadas. Varias enzimas proteolíticas como tripsina y quimotripsina al igual que la estreptocinasa, se utilizan en el tratamiento de la trombosis. Algunas enzimas digestivas (peptidasas, lipasas, amilasa, nucleasa y celulasas), se usan en la deficiencia enzimática por pancreatitis crónica, pancreatectomía y trastornos gastrointestinales. La terapia con asparaginasa se usa en algunos tipos de leucemia adulta. En virtud de que las células tumorales tienen un requerimiento nutricional de asparagina, con asparaginasa los niveles de asparagina disminuyen sensiblemente lo que lleva a disminuir la viabilidad del tumor. 18. Enunciar los valores normales de amilasa en suero y explicar las posibles alteraciones séricas en algunos procesos patológicos: apendicitis, pancreatitis, insuficiencia renal. Valores normales: 60-160 U/dL de suero. Apendicitis: En pacientes con diagnostico relaciona a la apendicitis aguda se presenta un leve aumento en los niveles de amilasa en plasma aunque no se consideran significativos. Para el diagnostico en pacientes con dicha patología se utiliza como parámetros esenciales el contaje de leucocitos ya se presenta elevación de estos entre 13,000 a 15,000 /mm3. Pancreatitis: El diagnóstico clínico de la pancreatitis aguda puede ser sustentado por el incremento en los valores séricos de amilasa y de lipasa. Valores séricos de amilasa o lipasa por encima de tres veces el límite superior de lo normal son característicos de pancreatitis aguda y muy raramente se presentan en otras entidades clínicas. A menudo los niveles de amilasa se elevan por la propia inflamación del páncreas originando la pancreatitis y todas sus consecuencias subsecuentes. Insuficiencia renal: sin coexistencia de pancreatitis, hay elevación de los niveles séricos de amilasa, al estar reducida la eliminación renal. Si coexisten insuficiencia renal y pancreatitis, los niveles serán aún más elevados. 19. Definir y explicar la importancia de las isoenzimas en el diagnostico clínico, ejemplificando con la creatincinasa (CK) y LHD (Lactato deshidrogenasa) en el diagnostico de paciente del caso. Son diferentes enzimas que catalizan la misma reacción por lo que son diferentes en parámetros cinéticos, diferentes KM , diferentes propiedades reguladoras, diferentes propiedades bioquímicas tales como DIFERENTE MOVILIDAD ELECTROFORÉTICA En laboratorio clínico se determina con frecuencia las isoenzimas con el objetivo de diagnostico. La definición de isoenzima es a menudo operacional, es decir, se basa en unos métodos de análisis simples y reproducibles que en ocasiones no requiere hacer un análisis preciso de la estructura de la enzima. El termino isoenzima se utiliza a menudo para referirse a: a) Variantes genéticas de una enzima b) Proteínas genéticamente dependientes y con escasa homología c) Heteropolimeros de dos o mas cadenas polipetidicas no unidas con enlaces covalentes
d) Enzimas no relacionadas que catalizan reacciones similares(por ejemplo: proteínas conjugadascon diferentes grupos prostéticos o que requieren coenzimas o cofactores distintos) e) Formas diferentes de una cadena polipeptidica. LDH. Es un tetrámero que consta de dos tipos de monómeros, H(heart (corazón)) y M (de musculo) LDH-1 (H4) LDH-2 (H3M) LDH-3 (H2M2) LDH-4(HM3) L;DH-5(M4) Donde la LDH-1 es la predominate en el tejido cardiaco. La creatina cinasa (CK) tiene tres isoenzimas CK-MM, CK-BB Y CK-MB. La CK-MB es laque tiene una ventana diagnostica útil, aparece en el tranascurso de 4 a 6 horas luego de un MI, alcanza su máximo en 24 horas, hoy en dia la CK se ha complementado con troponina . 20. Analizar como la determinación de las troponinas complementa el diagnostico de infarto de miocardio. La medición de las concentraciones plasmáticas de troponinas I y T proporciona indicadores sensibles y específicos de daño de musculo cardiaco. Las concentraciones de troponina aumentan 2 a 6 h después de un infarto de miocardio y permanecen elevadas durante 4 a 10 días. Además del infarto de miocardio, otro tipo de daño del musculo cardiaco también aumenta las concentraciones séricas de troponina. Así que las troponinas cardiacas sirven como un marcador de todo el daño del musculo cardiaco. La troponina I es muy específica de una lesión miocárdica y puede detectarse antes que el dímero CK-MB y sus concentraciones séricas permanecen elevadas mas tiempo que las de la LDH. Además, la medición de troponina T ha reemplazado al CK-MB en muchos hospitales. 21. Explicar en qué consiste inhibir una enzima y señalar los diferentes tipos de inhibidores enzimáticos, diferenciando con el proceso de desnaturalización. Inhibidor enzimático: es todo agente molecular que interfiere en la catálisis enzimática, haciendo más lenta o deteniendo la reacción. Estos pueden ser iones, átomos, moléculas, compuestos que se fijan y unen a la enzima. Inhibir a una enzima: es el proceso mediante el cual se reduce la velocidad de reacción catalizada o se detiene por completo la catálisis enzimática. Desnaturalización: es el proceso mediante el cual una proteína, en este caso una enzima, pierde su conformación estructural cuaternaria, terciaria y hasta secundaria con la consecuente pérdida de sus funciones, debido a factores extrínsecos como cambios bruscos de temperatura, pH, etc. La diferencia entre la inhibición y la desnaturalización radica en que en la primera la enzima mantiene su conformación estructural intacta y son otras sustancias las que llegan a provocar un decaimiento en su función, mientras que en la segunda, es la enzima misma la que pierde su estructura y por ende su función sin la complicidad de ninguna otra sustancia, más bien de factores del medio. Los inhibidores enzimáticos se clasifican en: - Reversibles Competitivos Características:
El inhibidor se parece estructuralmente al sustrato El inhibidor compite con el sustrato por el sitio activo de la enzima Para superar el efecto del inhibidor, se eleva la concentración de sustrato La Km aumenta La Vmax no cambia Se forma el complejo E – I La acción de un inhibidor competitivo es disminuir el número de moléculas de enzima libre disponibles para enlazarse con el sustrato.
Ej.: o Enzima Succinato Deshidrogenasa inhibida por el Malonato. Reacción Succinato – Fumarato. o Enzima Dihidrofolato Reductasa inhibida por el Metotrexate. o Enzima HMG CoA Reductasa inhibido por las Estatinas (Lovastatina)
-
No competitivos Características: El inhibidor no se parece estructuralmente al sustrato. El inhibidor no compite con el sustrato por el sitio activo. La Vmax disminuye La Km no se altera No afecta la fijación de sustrato Se pueden formar complejos E – I, o E – I – S. Se une a un sitio diferente al sitio activo de la enzima.
Irreversibles: Son los venenos enzimáticos que se unen fuertemente a la enzima por enlace covalente muy estable. Son una herramienta útil para estudiar los mecanismos de reacción enzimática. Ej.: Aspirina inhibe a la ciclooxigenasa
22. Explicar la clasificación de las enzimas reguladoras y señalar las principales características de las enzimas alostericas y la moduladas covalentemente. Enzimas reguladoras: Son metabolitos intermediarios de peso molecular bajo que reducen o incrementan la actividad catalítica de las enzimas, en respuesta a ciertas señales. Existen dos clases principales de enzimas reguladoras: - Enzimas alostéricas - Enzimas moduladas covalentemente Enzimas alostéricas Funcionan a través de la unión reversible, no covalente , de compuestos reguladores denominados moduladores alostéricos o efectores alostéricos, los cuales son generalmente pequeños metabolitos o cofactores. Ej. Inhibición por retroalimentación: se refiere a la inhibición de la actividad de una enzima inicial en una vía biosintética, por medio de un producto final de esa vía. Algunas de las características de las enzimas alostéricas son: Las enzimas alostéricas son reguladas por moléculas llamadas efectoras. La regulación es mediante pequeñas moléculas señal que desencadenan cambios conformacionales en las enzimas, como respuesta a la unión del modulador. Los efectores alostéricos alteran la afinidad de la enzima por el sustrato y modifican la actividad atalítica máxima. Los moduladores alostéricos pueden ser inhibidores o estimuladores. Las enzimas reguladoras cuando el sustrato y el modulador son idénticos se llaman HOMOTRÓPICAS. Las enzimas moduladoras cuando el modulador es diferente del sustrato se llaman HETEROTRÓPICAS.
Poseen uno o más sitios reguladores y cada sitio modulador es específico. No siguen la cinética de Michaeis Menten Presentan una curva sigmoidea Presentan cooperativismo (fijación de una molécula de sustrato a un sitio de fijación altera la conformación) Son oligoméricas Catalizan la primera reacción. Enlace débil y reversible entre la enzima y los moduladores.
Enzimas por modulación covalente Son enzimas moduladas mediante la modificación covalente de un grupo funcional específico necesario para la actividad. Puede ser de dos tipos: - Irreversible (Proteólisis parcial) - Reversible Modulación covalente irreversible por proteólisis específica Ciertas enzimas se sintetizan y secretan como enzimas inactivas llamadas ZIMÓGENOS. Ej.: Enzimas digestivas, coagulación sanguínea, hormonas protéicas. (Estómago: pepsinógeno – pepsina; páncreas: tripsinógeno – tripsina) Características: La proteólisis selectiva convierte una pro enzima mediante segmentaciones proteolíticas en una enzima activa. Sólo tiene lugar una vez en la vida de la molécula enzimática. No necesita ATP para la ruptura. Los zimógenos se activan fuera de la célula. Modulación covalente reversible Consiste en la unión covalente de otra enzima que modifica la actividad de la enzima reguladora. Entre los principales reguladores de este tipo están: - Fosforilación - Adenilación - Uridililación - Difosforibosilación - Metilación Ej.: Enzimas reguladas por fosforilación – desfosforilación: - Acetil CoA Carboxilasa - Glucógeno Sintasa - Piruvato deshidrogenasa - HMG – CoA Reductasa - Glucógeno Fosforilasa - Citrato Liasa - GLUCÓGENO FOSFORILASA Características: La regulación es llevada a cabo por otras enzimas. La mayoría son reversibles. Las más comunes son la fosforilación y la desfosforilación. Las enzimas que catalizan la fosforilación son las CINASAS; transfieren el fosforilo terminal del ATP; estas reacciones se dan dentro de la célula. En la desfosforilación intervienen las FOSFATASAS.
Son oligoméricas. OTRAS FORMAS DE REGULACIÓN - Compartimentalización: asegura la eficiencia y simplifica la regulación. - Controlar una enzima que cataliza una reacción que limita la velocidad: regula toda la vía metabólica - Regulación de la cantidad de enzima o Síntesis de enzima Enzimas constitutivas: Concentraciones constantes. Ej.: glucolisis, ciclo de krebs Enzimas inducibles: concentración depende de inductores. Ej.: enzimas del ciclo de la urea, citocromo P450. Enzimas reprimibles o Degradación de enzima - Alteración en la capacidad catalítica
