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Nomenclatura y clasificación de enzimas



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    iv PRESENTACIÓN La Bioquímica, como tantas ramas de
    la ciencia, contiene una terminología muy
    específica y particular, cuyo manejo y comprensión
    es absolutamente indispensable para adentrarse en los laberintos
    propios del área como tal. Un entendimiento adecuado del
    nombre de las enzimas y de su significado funcional y
    estructural, facilita enormemente el trasegar con éxito
    por las intrincadas rutas del metabolismo celular. El
    propósito de este escrito es detallar hasta cierto
    límite el tema del nombre y la clasificación de las
    enzimas, que no es lo suficientemente ilustrado en la
    mayoría de los textos de Bioquímica, haciendo
    énfasis en la relación que lógicamente debe
    existir entre el nombre, el código numérico y la
    reacción química que cataliza. Subyace en el texto
    el conocimiento estructural que se debe tener sobre una
    reacción química para deducir correctamente el
    nombre y la clasificación primaria de la enzima que la
    cataliza. Se inicia el escrito con una corta explicación
    sobre la forma de construir el nombre de una enzima, su
    clasificación general, y el significado de las partes del
    código numérico, que se complementa con seis
    ejemplos de reacciones químicas. Se hace luego un breve
    pero preciso recorrido sobre las seis categorías en las
    que se ubican las enzimas, ilustrándolo con reacciones
    propias y comunes del metabolismo celular. Se continúa con
    una alusión a una seudocategoría de enzimas
    denominadas sintasas, relacionando los principales ejemplos que
    se mencionan normalmente en los cursos de Bioquímica. Al
    final se hace un recorrido por una serie de enzimas, que
    además de ser protagónicas en los eventos
    celulares, se vuelven interesantes debido a alguna particularidad
    que presentan en el nombre, o en la reacción catalizada, o
    en su constitución, o en la aparente ambigüedad de su
    clasificación.

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    1.1 y 1 1. EL NOMBRE Y EL CÓDIGO DE LAS ENZIMAS En 1964 la
    Comisión de Enzimas (E.C.) de la Unión
    Internacional de Bioquímica y Biología Molecular
    (IUBMB) organizó los nombres de las enzimas y las
    clasificó en seis clases, de tal forma que cada enzima
    debería quedar completamente identificada con un nombre
    completo no ambiguo y con un código numérico de
    cuatro partes. NOMBRE DE LAS ENZIMAS En forma sistemática
    el nombre de una enzima se construye con la siguiente
    información: -Nombre del sustrato (o sustratos). -Nombre
    del cambio químico que realiza la enzima sobre el
    sustrato. -Sufijo asa. -Ejemplo: NADH H+ CoQ ENZIMA NAD+ CoQH2
    -Nombre de los sustratos: NADH Coenzima Q. -Cambios
    químicos que realiza la enzima: Oxida al NADH y reduce a
    la coenzima Q. -Nombre de la enzima: NADH, coenzima Q
    óxido-reductasa. 1.2 CLASIFICACIÓN DE LAS ENZIMAS
    De acuerdo a la acción química de las enzimas sobre
    los sustratos, aquellas se clasifican en seis categorías o
    clases: Clase 1: Óxido-reductasas.

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    2 Clase 2: Transferasas. Clase 3: Hidrolasas. Clase 4. Liasas.
    Clase 5: Isomerasas. Clase 6: Ligasas. Cada clase se subdivide a
    su vez en subgrupos con el propósito de especificar en
    forma inequívoca el tipo de enlace formado, o destruido o
    transformado, o los grupos transferidos, o las sustancias dadoras
    y aceptoras de grupos o de electrones, y las sustancias realmente
    implicadas. 1.3 CÓDIGO NUMÉRICO DE LAS ENZIMAS Es
    una identificación numérica derivada de la
    clasificación, que contiene cuatro partes separadas por
    puntos, así: X. Y. Z. W El significado de cada parte es el
    siguiente: X: Denota la clase a la cual pertenece la enzima.
    Indica el cambio químico global que realiza la enzima
    sobre el sustrato. Y: Denota la subclase a la cual pertenece la
    enzima. Indica un cambio mas específico en la
    transformación del sustrato, como: -El grupo funcional que
    se oxida o se reduce. -El grupo funcional que se transfiere. -El
    grupo funcional que se transforma. -El enlace que se forma o se
    destruye. Z: Denota la subsubclase a la cual pertenece la enzima.
    Indica mayor especificidad de los cambios químicos
    señalados por Y, como por ejemplo detallar sobre
    cuáles átomos se realizan las oxidaciones o las
    reducciones, o cuáles grupos reciben a los que se
    transfieren, o cuáles grupos de átomos se eliminan
    o desprenden, o cuáles enlaces se forman o se
    rompen.

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    – 3 W: Este último número corresponde a la
    identificación precisa de las sustancias sobre las
    cuáles actúa la enzima, y normalmente indica el
    orden en el que cada enzima se va agregando a la lista. Veamos
    algunos ejemplos específicos: Enzima 1: Etanolamina amonio
    liasa (o desaminasa). Reacción que cataliza: CH2 CH2
    ENZIMA CH CH2 NH3 HO NH2 HO Código E.C. (comisión
    de enzimas): 4. 3. 1. 7 Significado: La enzima es una liasa
    (clase 4), que rompe un enlace C-N (subclase 3), para desprender
    amoníaco (subsubclase 1), en un sustrato que se llama
    etanolamina (número 7). Enzima 2: Tripsina (enzima
    digestiva). Reacción que cataliza: O O O O NH CH C NH CH C
    ENZIMA NH CH C O H3N CH C aa básico R H2O aa básico
    R Código E.C: 3. 4. 21. 4

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    4 Significado: La enzima es una hidrolasa (clase 3), que rompe
    con agua un enlace peptídico (subclase 4), usando para
    ello un residuo de serina en su centro activo (subsubclase 21).
    Esta enzima es la cuarta (4) agregada a una lista de proteinasas.
    Enzima 3: Maleato, fumarato isomerasa. Reacción que
    cataliza: ENZIMA COO HC OOC CH COO HC OOC CH MALEATO FUMARATO
    Código E.C: Significado: 5. 2. 1. 1 La enzima es una
    isomerasa (clase 5), que interconvierte isómeros cis-trans
    (subclase 2), formados a través de un enlace C-C
    (subsubclase 1), y específicamente en este par de
    sustratos (maleato y fumarato) (número 1). Enzima 4:
    Catalasa (peróxido de hidrógeno peroxidasa).
    Reacción que cataliza: 2H2O2 ENZIMA 2H2O O2 Código
    E.C: 1. 11. 1. 6 Significado: Es una óxido-reductasa
    (clase 1), que usa H2O2 como aceptor de electrones (subclase 11),
    y como donador a otra molécula de H2O2 (subsubclase 1). Le
    tocó el sexto lugar en la lista de enzimas.

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    5 Enzima 5: Adenilato Kinasa (ATP, AMP, ?-fosfotransferasa).
    Reacción que cataliza: ENZIMA AMP ATP 2ADP Código
    E.C: Significado: 2. 7. 4. 3 Es una transferasa (clase 2), que
    traspone un grupo fosforilo (subclase 7) desde un
    nucleótido dador (ATP, GTP), hasta un sustrato receptor
    que para recibirlo utiliza un grupo fosfato (subsubclase 4). El
    sustrato receptor específico es el grupo adenilato o AMP
    (número 3). Enzima 6: Acetil CoA carboxilasa.
    Reacción que cataliza: O ENZIMA O O CH3 C SCoA CO2 O C CH2
    C SCoA ACETIL CoA ATP ADP Pi MALONIL CoA Código E.C:
    Significado: 6. 4. 1. 2 Es una ligasa (clase 6), que forma un
    enlace C-C (subclase 4) entre el sustrato y el CO2 (subsubclase
    1). El sustrato específico es el acetil CoA (número
    2).

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    + + 6 2. LAS CLASES DE ENZIMAS 2.1 ÓXIDO-REDUCTASAS Son
    las enzimas encargadas de catalizar las reacciones celulares
    donde se pierden y se ganan electrones. En la
    clasificación de la IUBMB, la subclase especifica los
    grupos que actúan como donadores de electrones, y la
    subsubclase precisa las moléculas que los reciben. En la
    literatura bioquímica es muy frecuente encontrar las
    siguientes óxido- reductasas: deshidrogenasas, oxidasas,
    oxigenasas, peroxidasas y reductasas. 2.1.1 DESHIDROGENASAS:
    Oxidan a los sustratos sustrayendo protones y electrones, que son
    recibidos por moléculas como NAD+, NADP+ o FAD, que
    actúan como agentes oxidantes: PO O GLC-6-P DESHIDROGENASA
    PO O OH O 1.1.1.49 GLUCOSA-6-P NADP NADPH H 6-P-GLUCOLACTONA
    Otras deshidrogenasas comunes son: etanol deshidrogenasa
    (1.1.1.1), lactato deshidrogenasa (1.1.1.27), glicerol-3-fosfato
    deshidrogenasa (1.1.1.8), succinato deshidrogenasa (1.3.5.1),
    6-fosfogluconato deshidrogenasa (1.1.1.x), acetaldehído
    deshidrogenasa (1.2.1.3). 2.1.2 OXIDASAS: Oxidan a los sustratos
    sustrayendo electrones y a veces también protones, usando
    al oxígeno molecular (O2) como receptor de los mismos:
    2Fe2+ (cit. C) 2H+ 1/2 O2 CIT.C OXIDASA 2Fe3+ (cit. C) H2O
    (1.9.3.1)

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    – O2 7 COO- ASPARTATO COO- H2N CH H2O OXIDASA C O NH3 (1.4.3.1)
    CH2 CH2 COO ASPARTATO O2 H2O2 COO- OAA En este último
    ejemplo la enzima, además de realizar el cambio
    químico principal: extraer electrones y protones del
    enlace H2N – CH, posibilita también la
    adición de H2O al doble enlace recién formado y la
    posterior eliminación de NH3 y formación
    simultánea del grupo carbonilo. 2.1.3 OXIGENASAS: Oxidan a
    los sustratos, incorporando uno o dos átomos de
    oxígeno en sus estructuras: Dioxigenasas: Cuando los dos
    átomos del oxígeno molecular se incorporan al
    sustrato: CISTEAMINA HS CH2 CH2 NH2 DIOXIGENASA O S CH2 CH2 NH2
    (1.13.11.19) CISTEAMINA O2 HO HIPOTAURINA CATECOL-1,2- OH
    DIOXIGENASA COOH (1.13.11.1) OH CATECOL COOH CIS,CIS – MUCONATO
    Monooxigenasas o Hidroxilasas: Cuando solamente uno de los dos
    oxígenos del O2 se adiciona al sustrato. El otro
    formará H2O con los electrones y protones que debe ceder
    otra molécula como NADH, NADPH, FADH2,
    tetrahidrobiopterina, ascorbato.

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    + 8 Se les llama también oxidasas de función mixta
    porque oxidan a dos moléculas en forma ligeramente
    diferente: al sustrato principal le agregan un oxígeno, y
    al otro sustrato le quitan electrones y protones: FENILALANINA-4-
    CH2 CH COO- NH3 HIDROXILASA HO CH2 CH COO- NH3 PHE O2 TETRAHIDRO
    BIOPTERINA H2O DIHIDRO BIOPTERINA TYR (1.14.16.1)
    4-HIDROXIFENILACETATO HO CH2 COO- 3-HIDROXILASA HO CH2 COO- HO
    NADH H + O2 H2O NAD + (1.14.13.2) 2.1.4 PEROXIDASAS: Oxidan a los
    sustratos sustrayendo electrones y protones, los cuales son
    recibidos por H2O2 (peróxido de hidrógeno), que
    actúa como agente oxidante: NADH NADH H PEROXIDASA NAD+
    (1.11.1.1) H2O2 GLUTATION 2H2O G S G S H H PEROXIDASA G S G S
    (1.11.1.9) GLUTATION REDUCIDO H2O2 2H2O GLUTATION OXIDADO

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    9 Se denomina glutatión al tripéptido ?-glutamil
    cisteinil glicina, un agente antioxidante presente en plantas y
    animales. Otro ejemplo es el de la catalasa, enzima que destruye
    el H2O2 producido por algunas oxidasas: CATALASA H2O2 H2O2 2H2O
    O2 (1.11.1.6) 2.1.5 REDUCTASAS: Son las enzimas encargadas de
    reducir a ciertos sustratos, cediéndoles electrones y
    protones a partir de un agente reductor como el NADPH, o como los
    ditioles tioredoxina (una proteína) y ácido lipoico
    (una coenzima). Algunos ejemplos importantes son: NITRATO NO3
    REDUCTASA NO2 H2O (1.6.6.2) NADPH H + NADP + NITRITO NO2
    REDUCTASA NH4OH OH (1.6.6.4) 3NADPH + 3H + 3NADP

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    – – – 10 PiPiO O BASE NUCLEÓSIDO DIFOSFATO REDUCTASA PiPiO
    O BASE H2O (1.17.4.1) HO OH TIOREDOXINA TIOREDOXINA HO HS SH S S
    HN CH COO- D-PROLINA REDUCTASA CH2 CH2 CH2 CH2 COO (1.4.4.1) NH2
    SH SH CH2 COO 4 S S CH2 COO 4 2.2 TRANSFERASAS Son las enzimas
    que catalizan aquellas reacciones celulares donde un grupo de
    átomos se transfiere de un sustrato a otro. La subclase
    especifica los grupos que se transfieren (metilos, formilos,
    carboxilos, acilos, glicosilos, alquilos, arilos, grupos
    nitrogenados, fosforilos, que contienen azufre); la subsubclase
    detalla aspectos de esos grupos como el tamaño, la
    constitución más específica y los grupos que
    actúan como receptores. Las transferasas comunes son: las
    fosfotransferasas, las aminotransferasas, las metiltransferasas,
    las glicosiltransferasas, las transcetolasas y las
    transaldolasas. 2.2.1 FOSFOTRANSFERASAS: Comúnmente
    denominadas kinasas. Transfieren el grupo fosforilo (-PO32-)
    desde un nucleótido como ATP, GTP, UTP, hasta un grupo
    receptor que puede ser un hidroxilo (HO-), un carboxilo (- COO-),
    un fosfato (-OPO32-) o un grupo amino (-NH2):

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    – – 11 COO- CREATINA COO- CH2 H3C N KINASA CH2 H3C N (2.7.3.2)
    H2N C NH2 ATP ADP H2N C O – NH P O O- CREATINA P-CREATINA COO- O
    PIRUVATO COO- C O P O KINASA C O (2.7.1.40) CH2 O ADP ATP CH3 PEP
    PIRUVATO Otras kinasas de común ocurrencia son: arginina
    kinasa (2.7.3.3), fructokinasa (2.7.1.4), fosfofructokinasa-1
    (2.7.1.11), fosfofructokinasa-2 (2.7.1.105), glucokinasa
    (2.7.1.2), hexokinasa (2.7.1.1), galactokinasa (2.7.1.6),
    glicerol kinasa (2.7.1.30), glicerato kinasa (2.7.1.31). 2.2.2
    AMINOTRANSFERASAS: Llamadas también transaminasas.
    Transfieren el grupo amino (-NH2) desde un a-aminoácido
    dador hasta un a- cetoácido receptor. Estas enzimas
    requieren para su función catalítica el concurso de
    la coenzima piridoxal fosfato (PLP): H2N CH COOH CH3 O C COOH CH2
    CH2 ALA, alfa-KG AMINOTRANSFERASA (2.6.1.2) O C COOH CH3 H2N CH
    COOH CH2 CH2 ALA COO- PIRUVATO COO- alfa KG 2.2.3
    METILTRANSFERASAS: GLUTAMATO Transfieren el grupo metilo (-CH3)
    entre sustratos, soportado normalmente por la coenzima
    tetrahidrofolato (THF):

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    A 12 H2N CH COOH CH2 SERINA HIDROXIMETIL TRANSFERASA H2N CH2 COOH
    H2O (2.1.2.1) OH THF THF CH2 GLICINA SERINA 2.2.4
    GLICOSILTRANSFERASAS: pentosas entre diferentes sustratos:
    GLUCÓGENO UDP-GLUCOSA Transfieren residuos de hexosas o O
    O GLUCOSILTRANSFERASA O O O HO O O O UDP HO A O O O
    GLUCÓGENO (n) HO O UDP GLUCÓGENO (n+1) Esta enzima
    se conoce con el nombre común de glucógeno sintasa
    y corresponde al código EC 2.4.1.11. 2.2.5 TRANSCETOLASAS
    Y TRANSALDOLASAS: Son enzimas que se encuentran preferencialmente
    en la Ruta de las Pentosas (ambas) y en el Ciclo de Calvin-Benson
    (sólo la transcetolasa). Transfieren respectivamente el
    grupo cetol y el grupo a-hidroxicetol: C CH2OH O GRUPO CETOL CH C
    CH2OH OH O GRUPO alfa-HIDROXICETOL Dos ejemplos comparativos son
    los siguientes:

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    13 CH2OH C O CH2OH O CH O CH TRANSCETOLASA C O (2.2.1.1) CH2OP
    SEDO HEPTULOSA-7-P CH2OH CH2OP G-3-P CH2OP XILULOSA-5-P CH2OH
    CH2OP RIBOSA-5-P C O C O HC O HC O TRANSALDOLASA CH2OP (2.2.1.2)
    CH2OP CH2OP G-3-P CH2OP ERITROSA-4-P FRUCTOSA-6-P SEDO
    HEPTULOSA-7-P 2.3 HIDROLASAS Son las enzimas que realizan la
    ruptura de un gran número de biomoléculas usando
    como cosustrato a la molécula de H2O. La subclase
    especifica el tipo de enlace que se rompe (éster,
    éter, glicosídico, peptídico), y la
    subsubclase indica los átomos involucrados en esos
    enlaces. Las hidrolasas más comunes incluyen a las
    lipasas, las glicosidasas, las proteinasas y las fosfatasas.
    2.3.1 LIPASAS: Son las enzimas que actúan sobre los
    lípidos, hidrolizando enlaces tipo éster. Realmente
    son esterasas:

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    O 14 O O CH2O C R R C OCH O CH2O C R TRIACILGLICEROL LIPASA CH2OH
    HOCH CH2OH (3.1.1.3) 3 H2O 3 R C O – Existen lipasas
    sublinguales, gástricas y pancreáticas. 2.3.2
    GLICOSIDASAS: Hidrolizan los enlaces glicosídicos de los
    carbohidratos. Dependiendo del sustrato específico, toman
    diferentes nombres: a-Amilasa (3.2.1.1): Rompe los enlaces a-1,4
    internos del almidón y el glucógeno, liberando
    glucosa, maltosa y maltotriosa. ß-Amilasa (3.2.1.2): Rompe
    los penúltimos enlaces a-1,4 del almidón y le
    glucógeno, iniciando por el extremo no reductor. Libera
    unidades de ß-maltosa. Sacarasa o Invertasa (3.2.1.26):
    Rompe el enlace 1a – 2ß de la sacarosa, liberando
    D-glucopiranosa y D-fructofuranosa. Se puede considerar como una
    ß-D-fructofuranosidasa o como una a-D-glucopiranosidasa.
    Celulasa (3.2.1.4): Rompe los enlaces ß-1,4 de la celulosa,
    liberando D- glucopiranosa. Realmente es una
    ß-D-glucohidrolasa o ß-D glucopiranosidasa. Lactasa
    (3.2.1.108): Rompe el enlace ß-1,4 de la lactosa, liberando
    D- galactopiranosa y D-glucopiranosa. Se puede considerar como
    una ß-D- galactohidrolasa: O O O LACTASA O O (3.2.1.108)
    LACTOSA H2O alfa-D-GALACTO PIRANOSA alfa-D-GLUCO PIRANOSA

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    15 2.3.3 PROTEINASAS: Llamadas también enzimas
    proteolíticas. Cuando actúan sobre péptidos
    se denominan peptidasas. Todas ellas hidrolizan los enlaces
    peptídicos que existen en estas biomoléculas. Son
    comunes las siguientes proteinasas: Pepsina (3.4.23.1): Es una
    enzima digestiva que actúa en el estómago,
    hidrolizando enlaces peptídicos cuyos extremos amino
    pertenecen a restos de aminoácidos aromáticos.
    Tripsina (3.4.21.4): Enzima digestiva que actúa en el
    intestino delgado, hidrolizando enlaces peptídicos cuyos
    extremos carboxilo pertenecen a restos de aminoácidos
    básicos. Quimotripsina (3.4.21.1): Enzima digestiva que
    actúa en el intestino delgado, hidrolizando enlaces
    peptídicos cuyos extremos carboxilo pertenecen a restos de
    aminoácidos aromáticos. Elastasa (3.4.21.36):
    Enzima digestiva que actúa en el intestino delgado,
    hidrolizando enlaces peptídicos cuyos extremos carboxilo
    pertenecen a restos de aminoácidos pequeños
    (alanina, glicina, serina, cisteína). Enteropeptidasa
    (3.4.21.9): Se conoce también con el nombre de
    enterokinasa. Es una enzima digestiva que secreta la mucosa
    intestinal con el fin de hidrolizar el tripsinógeno y
    generar la tripsina. Renina (3.4.23.15): Peptidasa producida por
    el riñón que contribuye a aumentar la
    presión arterial. Actúa sobre el péptido
    angiotensinógeno, generando angiotensina I. Trombina
    (3.4.21.5): Se denomina también fibrinogenasa porque
    actúa sobre la preproteína fibrinógeno,
    inductora del proceso de coagulación de la sangre.
    Insulisina (3.4.24.56): Es una peptidasa que actúa que
    actúa sobre la hormona insulina y sobre el
    tripéptido glucagón, degradándolos.
    También se conoce con el nombre de insulinasa: H3N COO – O
    H N O CH2 N H O O – INSULISINA (3.4.24.56) H3N COO – O O – H3N O
    CH2 O – H3N O O – SH SH GLUTATIÓN 2 H2O GLUTAMATO
    CISTEÍNA GLICINA

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    16 2.3.4 FOSFATASAS: Son las enzimas que rompen
    hidrolíticamente los enlaces fosfoéster y
    fosfoanhídridos: Ruptura de un enlace fosfoéster:
    FRU-1,6-BP PO O OP HIDROLASA PO O OH (3.1.3.11) FRU-1,6-BP H2O Pi
    FRU-6-P Esta enzima se conoce normalmente con el nombre de
    fructosa-1,6-bifosfatasa. Otras fosfatasas de esta subclase son:
    glucosa-6-fosfatasa (3.1.3.9) y fructosa-2,6- bifosfatasa
    (3.1.3.46). Ruptura de enlaces fosfoanhídridos: O O
    PIROFOSFATASA O O P O P OH O O H2O INORGÁNICA 2 O P OH O
    (3.6.1.1) PIROFOSFATO FOSFATO 4 ATP H2O ATP asa 3 ADP 2 Pi H+
    (3.6.1.36)

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    + 17 2.4 LIASAS Son las enzimas que causan rupturas no
    oxidativas, no reductivas y no hidrolíticas en las
    moléculas. Tales rupturas ocasionan normalmente la salida
    de otra molécula como CO2, H2O, NH3, SH2, R-NH2 y
    OHC-COOH. La subclase indica el tipo de enlace que se rompe (C-C,
    C-O, C-N, C-S), y la subsubclase especifica el grupo funcional
    implicado en el enlace (carboxi, aldehído, cetona, etc.).
    Las liasas mas comunes son: descarboxilasas (carboxi-liasas),
    deshidratasas (hidro-liasas), desaminasas (amonio-liasas), y las
    carboxilasas que no requieren ATP. 2.4.1 DESCARBOXILASAS: Se
    agrupan aquí las enzimas que separan la molécula de
    CO2 de un sustrato, generalmente cuando éste es un a o un
    ß- cetoácido: Descarboxilación en un
    a-cetoácido. Requiere el concurso de la coenzima tiamina
    pirofosfato (TPP): COO- C O CH3 H PIRUVATO DESCARBOXILASA
    (4.1.1.1) H C O CH3 CO2 PIRUVATO ACETALDEHÍDO
    Descarboxilación en un ß-cetoácido. No
    requiere ninguna coenzima: COO- CH2 C O CH3 H+ ACETOACETATO
    DESCARBOXILASA (4.1.1.4) CH3 C O CH3 CO2 OXALOACETATO
    PIRUVATO

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    – 18 2.4.2 DESHIDRATASAS: Son las liasas que al romper un
    sustrato eliminan o sustraen una molécula de H2O,
    generando un doble enlace en aquel. Pueden catalizar
    también la reacción inversa, es decir, la
    hidratación: COO- CH OP CH2 OH 2-P-GLICERATO DESHIDRATASA
    (enolasa) COO- C OP CH2 H2O (4.2.1.11) 2-P-GLICERATO 2.4.3
    DESAMINASAS: PEP Enzimas que al rompen los sustratos aminados,
    eliminan NH3 y forman un doble enlace. Estas enzimas normalmente
    no pueden catalizar la reacción inversa, es decir, la
    adición de NH3: FENILALANINA – CH2 CH COO NH3 FENILALANINA
    AMONIOLIASA (4.3.1.5) CH CH COO trans CINAMATO NH3 2.4.4
    CARBOXILASAS QUE NO REQUIEREN ATP: Son enzimas que adicionan CO2
    a un sustrato sin gastar energía de un nucleótido
    (ATP, GTP), porque el mismo sustrato u otra especie provee la
    energía para la carboxilación. Estas enzimas se
    clasifican como liasas porque al funcionar en sentido inverso,
    implican realmente una ruptura de una molécula. Los
    ejemplos más notorios son la fosfoenolpiruvato carboxilasa
    y la fosfoenolpiruvato carboxikinasa (PEPCK): COO- C OP CH2 CO2
    H2O PEP- CARBOXILASA (4.1.1.31) COO- C O CH2 COO- Pi PEP
    OAA

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    – 19 COO C OP CH2 CO2 GDP PEPCK (4.1.1.32) COO- C O CH2 COO- GTP
    PEP OAA Dos liasas importantes son: citrato liasa (4.1.3.8), que
    hace parte del sistema lanzadera del citrato, e isocitrato liasa
    (4.1.3.1), que participa en el ciclo del glioxilato. 2.5
    ISOMERASAS Comprende las enzimas encargadas de catalizar
    conversiones entre los diferentes tipos de isómeros:
    estructurales, geométricos y ópticos. La subclase
    indica el tipo de isomería implicada (óptica,
    cis-trans, de grupo funcional, de posición), y la
    subsubclase especifica el grupo funcional sobre el cual se
    actúa, o el que se convierte o se transpone. Entre las
    isomerasas mas frecuentes están las racemasas, las
    epimerasas, las mutasas, las cis-trans isomerasas y las
    isomerasas de grupo funcional. 2.5.1 RACEMASAS: Estas enzimas
    catalizan la interconversión de un par de
    enantiómeros (isómeros ópticos que son
    imágenes especulares entre sí): COOH ASPARTATO
    RACEMASA COOH H2N H H NH2 (5.1.1.13) CH2 COOH L-ASPARTATO CH2
    COOH D-ASPARTATO

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    – 20 Otras racemasas son: Alanina racemasa (5.1.1.1), glutamato
    racemasa (5.1.1.3) y fenilalanina racemasa (5.1.1.11). 2.5.2
    EPIMERASAS: Catalizan la conversión entre epímeros
    (diasterómeros que se diferencian en la
    configuración de uno de sus centros quirales): CH2OH C O
    CH2OP D-RIBULOSA-5-P RIBULOSA-5-P 3-EPIMERASA CH2OH C O CH2OP
    D-XILULOSA-5-P (5.1.3.1) Otras epimerasas son: Metil malonil CoA
    epimerasa (5.1.99.1), 3-hidroxibutiril CoA epimerasa (5.1.2.3),
    UDP-glucosa epimerasa (5.1.3.2) y L-ribulosa-5-p-4- epimerasa
    (5.1.3.4). 2.5.3 CIS-TRANS ISOMERASAS: Catalizan la
    interconversión de un par de isómeros
    geométricos: COO- CH OOC CH COO MALEATO FUMARATO ISOMERASA
    CH OOC CH (5.2.1.1) MALEATO FUMARATO Otra cis-trans isomerasa es
    la maleil piruvato isomerasa con el código E.C 5.2.1.4.
    2.5.4 MUTASAS: estructurales de posición: Catalizan la
    conversión entre un par de isómeros

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    21 COO- FOSFOGLICERATO COO- CHOH CH2OP 3-P-GLICERATO MUTASA CHOP
    CH2OH 2-P-GLICERATO (5.4.2.1) Otras mutasas son: Fosfoglucomutasa
    (5.4.2.2), lisina-2,3-amino mutasa (5.4.3.2) y
    ß-lisina-5,6-amino mutasa (5.4.3.3). 2.5.5 ISOMERASAS DE
    GRUPO FUNCIONAL: Catalizan la interconversión de un par de
    isómeros estructurales de grupo funcional. Las más
    comunes interconvierten los grupos aldehído y cetona: H C
    O TRIOSA FOSFATO ISOMERASA CH2OH CHOH C O (5.3.1.1) CH2OP
    GLICERALDEHÍDO 3-FOSFATO CH2OP DIHIDROXIACETONA FOSFATO
    Otras isomerasas de esta subclase son: la fosfoglucoisomerasa,
    también conocida como fosfohexoisomerasa, cuyo
    código E.C es 5.3.1.9, la fosfomanoisomerasa con el
    código 5.3.1.8 y la ribosa-5-fosfato isomerasa, conocida
    como fosforiboisomerasa, que tiene el código 5.3.1.6. En
    esta subclase también se ubican las tautomerasas,
    encargadas de interconvertir grupos enoles y cetónicos,
    como la dopacromo tautomerasa (5.3.2.3), que actúa sobre
    el ácido 5,6-dihidroxiindol-2-carboxílico, o
    simplemente dopacromo.

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    22 2.6 LIGASAS Se agrupan aquí las enzimas que catalizan
    la formación de nuevas sustancias, ya sea agregando a un
    sustrato grupos como CO2, NH3, HSCoA, o condensando varias
    sustancias para generar otra diferente. Tales síntesis y
    condensaciones requieren el consumo de energía,
    expresamente contenida en un nucleótido como ATP y GTP. La
    subclase indica el enlace nuevo que se forma (C-O, C-S, C-N,
    C-C), y la subsubclase especifica los grupos que contienen a esos
    enlaces: éster, tioéster, amino, amido, etc. Las
    ligasas más frecuentes son las carboxilasas y las
    sintetasas. 2.6.1 CARBOXILASAS: Son las enzimas que adicionan CO2
    a un sustrato, pero a diferencia de las descritas en la
    sección de las liasas, éstas si requieren
    energía proveniente de un nucleótido: COO- C O CH3
    PIRUVATO CO2 PIRUVATO CARBOXILASA ADP + Pi ATP + H2O COO- C O CH2
    COO- (6.4.1.1) OAA Otras carboxilasas son: Acetil CoA carboxilasa
    (6.4.1.2) y propionil CoA carboxilasa (6.4.1.3). 2.6.2
    SINTETASAS: Condensan varios sustratos para formar o sintetizar
    diversas moléculas como: acil CoA, aminoácidos,
    péptidos, polinucleótidos: Formación de
    acetil CoA: O ACETIL CoA O CH3 C OH HSCoA SINTETASA CH3 C SCoA
    (6.2.1.1) ATP AMP + PPi

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    ATP 23 Formación de glutamina: COOH H2N CH CH2 CH2 COOH
    NH3 GLUTAMINA SINTETASA ADP + Pi COOH H2N CH CH2 CH2 C O NH2
    (6.3.1.2) GLUTAMATO GLUTAMINA Esta enzima también se
    conoce con el nombre de glutamato, amonio ligasa.
    Formación de un péptido: CH3 H2N CH COOH D-ALANIL
    ALANINA SINTETASA H2N CH3 CH C NH CH O C OH (6.3.2.4) CH3 O CH3
    H2N CH COOH ATP ADP + Pi D-ALANIL ALANINA Esta enzima se puede
    llamar también D-alanina, D-alanina ligasa. Otras
    sintetasas son: asparagina sintetasa (6.3.5.4), succinil CoA
    sintetasa (6.2.1.4), carbamoil fosfato sintetasa I
    (6.3.4.16).

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    24 3. LAS ENZIMAS DENOMINADAS SINTASAS Las sintasas no
    constituyen una categoría o clase como tal; es un
    término que se aplica genéricamente a una serie de
    enzimas, cuyas actividades se concretan en catalizar la
    síntesis o formación de una sustancia sin requerir
    la energía de hidrólisis de un nucleótido.
    Cada sintasa se ubicará en la clase o categoría que
    se derive de su actividad enzimática específica.
    3.1 ÓXIDO-REDUCTASAS Algunas sintasas son oxido-reductasas
    como las siguientes: -Óxido nítrico (NO) sintasa:
    1.14.13.39 -Glutamato sintasa: 1.4.1.13 -Piruvato sintasa:
    1.2.7.1, que cataliza la siguiente reacción: O PIRUVATO O
    CH3 C SCoA CO2 SINTASA – CH3 C COO HSCoA (1.2.7.1) FERREDOXINA
    FERREDOXINA REDUCIDA OXIDADA 3.2 TRANSFERASAS Otras sintasas se
    ubican en la clase de las transferasas: -Timidilato sintasa:
    2.1.1.45 -Almidón (glucógeno) sintasa: 2.4.1.11
    -Celulosa sintasa: 2.4.1.12 -Sacarosa-6-fosfato sintasa: 2.4.1.xx
    -Dihidroxiacetona sintasa: 2.2.1.3 -Lactosa sintasa: 2.4.1.22,
    que cataliza la siguiente reacción:

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    – – O 25 O O LACTOSA SINTASA O O O (2.4.1.22) O UDP UDP-GALACTOSA
    GLUCOSA UDP LACTOSA Esta enzima es realmente una galactosil
    transferasa. 3.3 HIDROLASAS También existen sintasas que
    son hidrolasas como la ATP-sintasa (o ATP-asa), cuyo
    código E.C es 3.6.1.36, y que cataliza en ambos sentidos
    la siguiente reacción: ATP H2O ATP SINTASA ADP Pi H+
    (3.6.1.36) 3.4 LIASAS Y otras sintasas pertenecen a la clase de
    las liasas como: -Malato sintasa: 4.1.3.2 -Citrato sintasa:
    4.1.3.7 -2-Acetolactato sintasa: 4.1.3.18 Para las dos
    últimas enzimas, estas son las reacciones que catalizan: C
    COO – H2C COO OXALOACETATO O CH3 C SCoA H2O CITRATO SINTASA HSCoA
    H2C COO- HO C COO – H2C COO CITRATO (4.1.3.7)

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    26 COO- O 2-ACETOLACTATO COO- O O C OOC C CH3 SINTASA HO C C CH3
    CO2 CH3 PIRUVATO PIRUVATO (4.1.3.18) CH3 2-ACETOLACTATO Esta
    enzima también podría llamarse 2- acetolactato
    carboxilasa. Sobre las dos carboxilasas que no requieren ATP
    descritas en el apartado de las liasas (fosfoenolpiruvato
    carboxilasa y fosfoenolpiruvato carboxikinasa), realmente
    podrían ser dos sintasas, que no se denominan así
    porque tendrían el mismo nombre: oxaloacetato sintasa, y
    no habría forma de diferenciarlas.

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    + 27 4. ENZIMAS CON ALGUNA PARTICULARIDAD 4.1
    ÓXIDO-REDUCTASAS 4.1.1 ENZIMA MÁLICA (1.1.1.39).
    Enzima ubicua que en los vegetales participa en la vía C4
    de la fotosíntesis, y en los animales hace parte del
    sistema de la lanzadera del citrato que impulsa la
    síntesis de ácidos grasos en el citoplasma.
    Cataliza la siguiente reacción: COO- HO CH CH2 COO- ENZIMA
    MÁLICA NADP+ NADPH + H+ COO- C O CH3 CO2 (1.1.1.39)
    L-.MALATO PIRUVATO Es una enzima que oxida y descarboxila a la
    vez sin requerir el concurso de la coenzima tiamina pirofosfato
    (TPP). Es una óxido-reductasa. 4.1.2. SUPERÓXIDO
    DISMUTASA (1.15.1.1). Es una óxido-reductasa de amplia
    distribución que se encarga de destruir los agresivos
    radicales aniónicos llamados superóxidos, que se
    pueden generar en la fase final de la cadena respiratoria. La
    reacción implicada es la siguiente: SUPERÓXIDO 2 O2
    2H DISMUTASA O2 H2O2 (1.15.1.1) Los radicales superóxidos
    son convertidos en peróxido de hidrógeno (H2O2),
    sustancia destruida luego por las peroxidasas, y
    específicamente por la catalasa. 4.1.3 NITROGENASA
    (1.18.6.1). Es una óxido-reductasa presente en ciertas
    especies de bacterias (bacterias fijadoras de nitrógeno),
    que cataliza la reducción del N2 atmosférico en
    amoníaco (NH3), usando como agente reductor a la

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    – 28 proteína ferredoxina (Fe2+), y consumiendo una
    considerable cantidad de energía en forma de ATP: N2 6 H+
    NITROGENASA 2 NH3 (1.18.6.1) 6 Fe2+ 12 ATP 12 ADP 6 Fe3+ 12 Pi
    Aunque podría considerarse como una sintetasa,
    prevaleció la variación de los estados de
    oxidación de las especies para ubicarla como una
    óxido-reductasa. 4.1.4 GLUTAMATO DESHIDROGENASA. Es una
    óxido-reductasa de amplia distribución que
    participa activamente en la biosíntesis y
    degradación de los aminoácidos. Cataliza en ambos
    sentidos la siguiente reacción: COO- COO- H2N CH GLUTAMATO
    DESHIDROGENASA C O CH2 H2O CH2 NH3 CH2 COO GLUTAMATO NAD(P)+
    NAD(P)H H+ CH2 COO- alfa-CETOGLUTARATO Existen tres formas
    isoenzimáticas, con el mismo nombre pero con diferente
    código: 1.4.1.2: Utiliza únicamente NAD+ como
    agente oxidante. 1.4.1.4: Utiliza únicamente NADP+ como
    agente oxidante. 1.4.1.3: Puede usar cualquiera de las dos
    especies como agente oxidante. 4.1.5 DESATURASAS. Son
    óxido-reductasas de amplia distribución que
    catalizan la formación de dobles enlaces CIS en los
    ácidos grasos. Un ejemplo es

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    29 la ?9 Estearoil CoA Desaturasa, cuyo código E.C es
    1.14.99.5, y que sintetiza oleoil CoA de acuerdo a la siguiente
    reacción: O 9 ESTEAROIL CoA O C SCoA DESATURASA 10 9 C
    SCoA ESTEAROIL CoA O2 2 H2O OLEOIL CoA NAD(P)H NAD(P)+
    (1.14.99.5) H+ Estas enzimas usan un agente oxidante y dos
    agentes reductores. El oxígeno molecular (O2) oxida tanto
    al sustrato principal como al NAD(P)H. 4.2 TRANSFERASAS 4.2.1
    PIRUVATO, FOSFATO DIKINASA (2.7.9.1). Enzima vegetal que
    participa activamente en la vía C4 de la
    fotosíntesis. Cataliza esta reacción: COO-
    PIRUVATO, FOSFATO COO- C O Pi DIKINASA C OP PPi (2.7.9.1) CH3 CH2
    PIRUVATO ATP AMP PEP Es una enzima que transfiere dos grupos
    fosforilos desde el ATP hacia dos receptores: piruvato y fosfato.
    Por ello se llama dikinasa. 4.2.2 SACAROSA FOSFORILASA (2.4.1.7).
    Es una glucosil transferasa usada por plantas y bacterias para
    metabolizar sacarosa y obtener fructosa libre:

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    – – – 30 O O O SACAROSA FOSFORILASA O O O P O O (2.4.1.7) O- O
    SACAROSA HO P O GLUCOSA-1-FOSFATO FRUCTOSA O- Aparentemente esta
    enzima se podría mirar como una liasa que usa el
    dianión fosfato para romper la molécula de
    sacarosa, pero su código numérico la ubica en la
    clase de las transferasas, indicando que el cambio químico
    es en forma preferencial una transferencia del radical glucosilo
    desde la molécula de sacarosa hasta el dianión
    fosfato. Otras transferasa de este tipo son: -Glucógeno (o
    almidón) fosforilasa: 2.4.1.1 -Glucogenina, glucosil
    transferasa: 2.4.1.186 4.2.3 GLUCOSA-1-FOSFATO, UTP,
    URIDILTRANSFERASA (2.7.7.9). Es una transferasa usada por
    plantas, animales y microorganismos para activar la glucosa que
    se emplea en la biosíntesis de sacarosa, lactosa y
    glucógeno. Cataliza la siguiente reacción: O O O O
    P O GLUCOSA-1-FOSFATO,UDP, URIDILTRANSFERASA O O O O P O P O O N
    N H O O- O O O- O- GLUCOSA-1-FOSFATO UTP O P O P OH O- O-
    UDP-GLUCOSA (2.7.7.9) La molécula de UDP-glucosa formada
    es el punto de partida para la síntesis de lactosa,
    sacarosa, almidón, glucógeno y hasta
    celulosa.

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    31 Lo particular de esta enzima es que en la mayoría de
    los textos se conoce con el nombre de UDP-glucosa
    pirofosforilasa, sencillamente porque la reacción inversa
    es como una ruptura de UDP-glucosa con el ión pirofosfato,
    ubicándola erróneamente en la clase de las liasas.
    El código E.C de la enzima indica que es una transferasa,
    trasponiendo el radical uridilo desde el UTP hasta glucosa-1-
    fosfato. Otras enzimas similares son: galactosa-1-fosfato, UTP,
    uridiltransferasa (2.7.7.10), conocida con el nombre de
    UDP-galactosa pirofosforilasa, y galactosa-1-fosfato,
    UDP-glucosa, uridiltransferasa, conocida simplemente como
    uridiltransferasa, y que tiene una función central en el
    catabolismo de la galactosa. 4.3 LIASAS 4.3.1 FOSFOENOLPIRUVATO
    CARBOXIKINASA (PEPCK) (4.1.1.32). Enzima esencial en la ruta
    gluconeogénica. Cataliza la siguiente reacción:
    COO- C O CH2 COO- GTP PEPCK GDP COO- C OP CH2 CO2 (4.1.1.32) OAA
    PEP Aunque es una liasa en la dirección como normalmente
    ocurre porque descarboxila, también cumple la
    función catalítica de transferir un grupo fosforilo
    desde el GTP. En sentido inverso se aprecia como una carboxilasa,
    y en sentido directo como una kinasa; de ahí el nombre que
    tiene. 4.3.2 ACONITASA (4.2.1.3). Es una liasa del Ciclo del
    Ácido Cítrico que cataliza en los dos sentidos la
    siguiente reacción:

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    – – – 32 H2C COO- ACONITASA H2C COO- HO C COO – H2C COO CITRATO H
    C COO HO HC COO ISOCITRATO (4.2.1.3) Aunque interconvierte un par
    de isómeros estructurales de posición, no es una
    isomerasa porque su mecanismo de acción incluye una
    deshidratación del citrato, y luego una hidratación
    estereoselectiva del producto anterior (cis- aconitato). 4.4
    COMPLEJO PIRUVATO DESHIDROGENASA Es un conjunto de enzimas y
    coenzimas que cataliza y regula un paso estratégico en la
    oxidación aeróbica de carbohidratos y algunos
    aminoácidos, como es la conversión de piruvato en
    acetil coenzima A: O – CH3 C COO PIRUVATO HSCoA COMPLEJO PIRUVATO
    DESHIDROGENASA NAD+ NADH + H+ O CH3 C SCoA ACETIL CoA CO2 Este
    complejo comprende tres enzimas catalíticas y dos enzimas
    reguladoras, que son las siguientes: 4.4.1 PIRUVATO
    DESHIDROGENASA (1.2.4.1): Es una óxido-reductasa que
    posibilita la descarboxilación del piruvato con el
    concurso de la coenzima TPP. Esta enzima provoca que el grupo
    acetilo quede unido temporalmente a otra coenzima denominada
    ácido lipoico (o lipoamida cuando está unida a la
    respectiva enzima):

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    4 4 – 4 4 O C 4 4 33 CH3 O C COO S S CH2 CO2H PIRUVATO
    DESHIDROGENASA (1.2.4.1) CH3 O C S S H CH2 CO2H ÁCIDO
    LIPOICO CO2 ÁCIDO ACETIL DIHIDROLIPOICO 4.4.2
    DIHIDROLIPOIL TRANSACETILASA (2.3.1.12): Es una transferasa que
    posibilita el traspaso del grupo acetilo desde el ácido
    hidrolipoico hasta la coenzima A: O CH3 C S S H CH2 CO2H
    DIHIDROLIPOIL TRANSACETILASA H S S H CH2 CO2H (2.3.1.12)
    ÁCIDO ÁCIDO S-ACETIL DIHIDROLIPOICO HSCoA CH3 SCoA
    DIHIDROLIPOICO 4.4.3 DIHIDROLIPOIL DESHIDROGENASA (1.8.1.4): Es
    una óxido- reductasa que regenera la forma oxidada del
    ácido lipoico, para que éste pueda intervenir en
    otro ciclo del complejo piruvato deshidrogenasa: HS S H CH2 CO2H
    DIHIDROLIPOIL DESHIDROGENASA S S CH2 CO2H (1.8.1.4) ÁCIDO
    DIHIDROLIPOICO NAD+ NADH + H+ ÁCIDO LIPOICO

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    34 4.4.4 PIRUVATO DESHIDROGENASA KINASA (2.7.1.99): Es una enzima
    reguladora del complejo, que lo inactiva al fosforilar con ATP la
    primera enzima del mismo, es decir, a la piruvato deshidrogenasa.
    Es una fosfotransferasa. 4.4.5 PIRUVATO DESHIDROGENASA FOSFATASA
    (3.1.3.43): Es la otra enzima reguladora que activa el complejo,
    hidrolizando el enlace fosfoéster formado por la kinasa.
    Pertenece a la clase de las hidrolasas.

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    35 BIBLIOGRAFÍA DEVLIN, Thomas M. BIOQUÍMICA.
    Tercera Edición. Editorial Reverté, S. A. 1999.
    HELDT, Hans-Walter. PLANT BIOCHEMISTRY. Tercera Edición.
    Elsevier Academic Press. 2005. HORTON, H. Robert; MORAN, Laurence
    A. y otros. PRINCIPIOS DE BIOQUÍMICA. Cuarta
    edición. Pearson Educación. 2008. PURICH, Daniel L.
    y ALLISON, R. Donald. HANDBOOK OF BIOCHEMICAL KINETICS. Academic
    Press. 2000.

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