ENZIMAS

Clase 2: Nomenclatura, Cinética y Regulación

Bioquímica General | Nivel: Intermedio

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INTRODUCCIÓN

Estructura de la Clase

📋 Duración Total: 2 horas

Esta clase profundiza en la clasificación, cinética y regulación de las enzimas.

⏰ Momento 1

60 minutos

Explicación del profesor sobre nomenclatura EC, cinética enzimática, y mecanismos de regulación.

🔍 Momento 2

30 minutos

Actividad de investigación sobre regulación en rutas metabólicas reales.

💬 Momento 3

30 minutos

Presentación de esquemas y discusión grupal.

Objetivos de Aprendizaje

✅ Al finalizar, podrás:
  • Clasificar enzimas según el sistema EC (6 clases principales)
  • Comprender y aplicar la ecuación de Michaelis-Menten
  • Interpretar KM y Vmax en cinética enzimática
  • Analizar efectos de pH y temperatura en la actividad enzimática
  • Distinguir entre inhibición competitiva y no competitiva
  • Explicar regulación alostérica y retroinhibición
NOMENCLATURA

Sistema de Clasificación EC

🏷️ Sistema EC (Enzyme Commission)

Clasificación internacional estandarizada que asigna un código único de 4 números a cada enzima según el tipo de reacción que cataliza.

📌 Formato del Código EC

EC A.B.C.D

• A: Clase principal (1-6)
• B: Subclase (tipo de sustrato o grupo transferido)
• C: Sub-subclase (especifica más la reacción)
• D: Número de serie (enzima específica)

💡 Ejemplo: Lactato Deshidrogenasa

EC 1.1.1.27

• 1: Oxidorreductasa
• 1: Actúa sobre grupo CH-OH
• 1: Con NAD+ o NADP+ como aceptor
• 27: Lactato deshidrogenasa específicamente

NOMENCLATURA

Las 6 Clases de Enzimas

EC Clase Reacción Ejemplos
EC 1 Oxidorreductasas Transferencia de electrones/H (reacciones redox) Deshidrogenasas, Oxidasas, Reductasas, Catalasa
EC 2 Transferasas Transferencia de grupos funcionales Quinasas, Transaminasas, Metiltransferasas
EC 3 Hidrolasas Hidrólisis de enlaces (con H₂O) Peptidasas, Lipasas, Amilasas, Nucleasas
EC 4 Liasas Rotura de enlaces C-C, C-N, C-O sin hidrólisis Descarboxilasas, Aldolasas, Deshidratasas
EC 5 Isomerasas Isomerización (reorganización intramolecular) Racemasas, Epimerasas, Mutasas
EC 6 Ligasas (Sintetasas) Formación de enlaces con gasto de ATP Sintetasas, Carboxilasas, ADN/ARN ligasas
⚡ Regla Nemotécnica

Oxido Transfi Hidro Liasa Isomer Ligasa

CLASE EC 1

Oxidorreductasas

🔬 EC 1: Oxidorreductasas

Catalizan reacciones de oxidación-reducción (transferencia de electrones o átomos de hidrógeno).

Reacción General

AH₂ + B → A + BH₂

AH₂ se oxida (pierde H), B se reduce (gana H)

Subtipos Importantes

  • Deshidrogenasas: Usan NAD+, NADP+, FAD
  • Oxidasas: Usan O₂ como aceptor
  • Reductasas: Reducen sustratos
  • Peroxidasas: Usan H₂O₂

Ejemplos Clave

  • Lactato DH (1.1.1.27): Lactato ⇄ Piruvato
  • Catalasa (1.11.1.6): 2H₂O₂ → 2H₂O + O₂
  • Citocromo oxidasa: Cadena respiratoria
  • Alcohol DH: Metaboliza etanol
💡 Importancia Biológica

Esenciales en respiración celular, fotosíntesis, y metabolismo energético. La mayoría requieren cofactores (NAD+, FAD, hemo).

CLASE EC 2

Transferasas

🔬 EC 2: Transferasas

Catalizan la transferencia de grupos funcionales de una molécula donadora a una aceptora.

Reacción General

A-X + B → A + B-X

X = grupo funcional transferido

Grupos Transferidos

  • Grupos fosfato: Quinasas
  • Grupos amino: Transaminasas
  • Grupos metilo: Metiltransferasas
  • Grupos acilo: Aciltransferasas

Ejemplos Clave

  • Hexoquinasa (2.7.1.1): Glucosa + ATP → G6P
  • AST/ALT (2.6.1): Transaminasas hepáticas
  • Creatina quinasa: Marcador cardíaco
  • ADN metiltransferasa: Epigenética
💡 Importancia Clínica

AST y ALT son marcadores de daño hepático. Creatina quinasa indica daño muscular o cardíaco.

CLASE EC 3

Hidrolasas

🔬 EC 3: Hidrolasas

Catalizan la hidrólisis (ruptura de enlaces mediante adición de agua).

Reacción General

A-B + H₂O → A-OH + B-H

Subtipos por Sustrato

  • Peptidasas/Proteasas: Rompen enlaces peptídicos
  • Lipasas: Rompen ésteres en lípidos
  • Glucosidasas: Rompen glucósidos
  • Nucleasas: Rompen ácidos nucleicos
  • Fosfatasas: Eliminan grupos fosfato

Ejemplos Clave

  • Pepsina (3.4.23.1): Digestión proteínas
  • Tripsina: Proteasa pancreática
  • Amilasa: Digestión almidón
  • Lipasa pancreática: Digestión grasas
  • ATPasa: ATP → ADP + Pi
💡 Importancia Digestiva

La mayoría de enzimas digestivas son hidrolasas: pepsina, tripsina, quimotripsina (proteínas), amilasa (carbohidratos), lipasa (grasas).

CLASES EC 4, 5, 6

Liasas, Isomerasas y Ligasas

EC 4: Liasas

Rompen enlaces C-C, C-N, C-O sin agua ni oxidación

  • Descarboxilasas: Eliminan CO₂
  • Aldolasas: Rompen C-C
  • Deshidratasas: Eliminan H₂O

Ej: Piruvato descarboxilasa, Aldolasa (glucólisis)

EC 5: Isomerasas

Catalizan reorganización intramolecular (isomerización)

  • Racemasas: L ⇄ D
  • Epimerasas: Cambian configuración
  • Mutasas: Migración de grupos

Ej: Triosafosfato isomerasa, Glucosa-6-P isomerasa

EC 6: Ligasas

Forman enlaces con gasto de ATP (síntesis)

  • Sintetasas: Unen moléculas
  • Carboxilasas: Añaden CO₂
  • Requieren energía (ATP → ADP)

Ej: ADN ligasa (6.5.1.1), Aminoacil-ARNt sintetasa

⚡ Diferencia Liasa vs Hidrolasa

Liasas: Rompen enlaces SIN agua (eliminan grupos pequeños: CO₂, H₂O, NH₃)
Hidrolasas: Rompen enlaces CON agua (añaden H₂O al sustrato)

CINÉTICA

Cinética Enzimática de Michaelis-Menten

📊 Modelo de Michaelis-Menten

Describe la velocidad de reacción enzimática en función de la concentración de sustrato [S].

Ecuación de Michaelis-Menten

v = (Vmax × [S]) / (KM + [S])

Vmax (Velocidad Máxima)

  • Velocidad cuando todos los sitios activos están saturados
  • Depende de [Etotal]
  • Unidades: moles/min, µmol/s
  • Alcanzada a [S] muy alta

KM (Constante de Michaelis)

  • [S] necesaria para alcanzar ½ Vmax
  • Medida de afinidad enzima-sustrato
  • KM baja = Alta afinidad
  • KM alta = Baja afinidad
  • Unidades: molar (mM, µM)
💡 Interpretación de KM

Si una enzima tiene KM = 0.1 mM para glucosa, significa que necesita muy poca glucosa para trabajar a media velocidad → alta afinidad.

CINÉTICA

Gráfica de Lineweaver-Burk

📐 Transformación Lineal

Lineweaver-Burk convierte la curva hiperbólica de Michaelis-Menten en una línea recta para facilitar el cálculo de KM y Vmax.

Ecuación de Lineweaver-Burk

1/v = (KM/Vmax) × (1/[S]) + 1/Vmax

Forma: y = mx + b

📊 Interpretación de la Gráfica

• Eje X: 1/[S]
• Eje Y: 1/v
• Pendiente: KM/Vmax
• Ordenada al origen: 1/Vmax
• Intersección con eje X: -1/KM

⚡ Ventaja Principal

Permite identificar visualmente el tipo de inhibición enzimática comparando las rectas de enzima normal vs inhibida.

REGULACIÓN

Factores que Afectan la Actividad

1. pH Óptimo

🔬 Efecto del pH

Cada enzima tiene un pH óptimo donde su actividad es máxima. Fuera de este rango, la actividad disminuye.

Mecanismo

  • El pH afecta ionización de aminoácidos del sitio activo
  • Cambios extremos desnaturalizan la proteína
  • Modifica carga de sustrato y enzima

Ejemplos de pH Óptimo

  • Pepsina: pH 2 (estómago)
  • Tripsina: pH 8 (intestino)
  • Amilasa salival: pH 6.8
  • Catalasa: pH 7 (neutral)

2. Temperatura Óptima

Efecto de la Temperatura

  • ↑ T → ↑ colisiones → ↑ velocidad
  • Pero T muy alta → desnaturalización
  • T óptima humana: 37°C
  • Por encima de 40-50°C: pérdida de actividad

Q10 (Coeficiente de Temperatura)

Por cada 10°C de aumento, la velocidad se duplica o triplica (hasta cierto límite)

Q10 = 2-3

INHIBICIÓN

Inhibición Irreversible

🔒 Inhibición Irreversible

El inhibidor se une covalentemente a la enzima, modificándola permanentemente. La enzima queda inactivada de forma permanente.

🔬 Características

• Unión covalente (irreversible)
• La enzima NO recupera su actividad
• NO se puede eliminar por diálisis
• Requiere síntesis de nueva enzima
• Generalmente tóxicos o fármacos potentes

Ejemplos - Toxinas

  • Cianuro (CN⁻): Bloquea citocromo oxidasa (cadena respiratoria) → muerte celular
  • Gas nervioso (Sarín): Inhibe acetilcolinesterasa → parálisis
  • Metales pesados (Hg²⁺): Se unen a grupos -SH

Ejemplos - Fármacos

  • Penicilina: Inhibe transpeptidasa bacteriana (síntesis pared celular)
  • Aspirina: Acetila irreversiblemente ciclooxigenasa (COX)
  • Omeprazol: Inhibe H⁺/K⁺-ATPasa (bomba de protones gástrica)
⚡ Uso Terapéutico

Aunque irreversible suena peligroso, es útil en medicina: la aspirina inhibe plaquetas por ~7 días (vida de la plaqueta), luego se sintetizan nuevas.

INHIBICIÓN

Inhibición Reversible Competitiva

Tipo 1: Competitiva

🎯 Mecanismo

El inhibidor tiene estructura similar al sustrato y compite por unirse al mismo sitio activo.

Características

  • Se une al sitio activo
  • Compite con el sustrato
  • Unión reversible (no covalente)
  • Estructura similar al sustrato
  • Bloquea acceso del sustrato

Efecto Cinético

  • KM aparente aumenta
  • Vmax NO cambia
  • Se supera aumentando [S]
  • En Lineweaver-Burk: diferente pendiente, misma ordenada
💡 Ejemplos

• Malonato vs Succinato: Malonato inhibe succinato deshidrogenasa (ciclo de Krebs)
• Metotrexato: Análogo de ácido fólico, inhibe dihidrofolato reductasa (quimioterapia)
• Estatinas: Inhiben HMG-CoA reductasa (↓ colesterol)

✅ Punto Clave

Si aumentas mucho [S], eventualmente superas la inhibición porque hay más sustrato que inhibidor compitiendo por el sitio activo.

INHIBICIÓN

Inhibición Reversible No Competitiva

Tipo 2: No Competitiva

🎯 Mecanismo

El inhibidor se une en un sitio diferente al centro activo (sitio alostérico), impidiendo la catálisis aunque el sustrato se una.

Características

  • Se une fuera del sitio activo
  • NO compite con sustrato
  • Puede unirse a E o ES
  • Cambia conformación enzimática
  • Bloquea función catalítica

Efecto Cinético

  • KM NO cambia
  • Vmax disminuye
  • NO se supera con ↑ [S]
  • En Lineweaver-Burk: diferente ordenada, misma abscisa
💡 Ejemplos

• Metales pesados (Pb²⁺, Hg²⁺) se unen a grupos -SH fuera del sitio activo
• Algunos reguladores alostéricos naturales

⚡ Diferencia Clave

A diferencia de la competitiva, aumentar [S] NO revierte la inhibición no competitiva porque el inhibidor no ocupa el sitio activo.

REGULACIÓN ALOSTÉRICA

Enzimas Alostéricas

🔄 Alosterismo

Del griego allo = otro, stereo = espacio. Enzimas que pueden existir en dos conformaciones: activa (R) e inactiva (T).

🔬 Características

• Poseen centro activo (une sustrato) + centro(s) regulador(es) (une modulador)
• Generalmente estructura cuaternaria (múltiples subunidades)
• Cinética sigmoidea (cooperatividad), NO hiperbólica Michaelis-Menten
• Permiten regulación fina del metabolismo
• Responden a señales metabólicas

Modulador Positivo (+)

Activador/Efector positivo

  • Se une al centro regulador
  • Estabiliza forma activa (R)
  • ↑ Afinidad por sustrato
  • ↑ Actividad enzimática

Modulador Negativo (-)

Inhibidor/Efector negativo

  • Se une al centro regulador
  • Estabiliza forma inactiva (T)
  • ↓ Afinidad por sustrato
  • ↓ Actividad enzimática
📊 Cinética Sigmoidea

La curva [S] vs velocidad tiene forma de S, reflejando cooperatividad entre subunidades (la unión de sustrato a una subunidad facilita la unión a otras).

RETROINHIBICIÓN

Feedback Inhibition

🔁 Retroinhibición (Inhibición por Producto Final)

Mecanismo de autorregulación donde el producto final de una ruta metabólica inhibe la primera enzima de la ruta.

Ruta Metabólica con Retroinhibición
A
→
E₁
(alostérica)
→
B
→
E₂
→
C
→
E₃
→
P
↓
⊖ INHIBE E₁
🔬 Mecanismo y Ventajas

• E₁ es enzima alostérica (sitio regulador)
• P actúa como modulador negativo
• Cuando [P] alta → inhibe E₁ → ↓ síntesis de P
• Cuando [P] baja → E₁ se reactiva → ↑ síntesis de P
• Resultado: Economía celular, evita acumulación innecesaria

💡 Ejemplo Clásico: Síntesis de Isoleucina

La isoleucina (producto final) inhibe la treonina desaminasa (primera enzima que convierte treonina).

ACTIVIDAD

Momento 2: Investigación

🔍 Regulación en Rutas Metabólicas
⏰ DURACIÓN: 30 MINUTOS
📋 Instrucciones

Trabajen en equipos de 3-4 personas. Investigarán una ruta metabólica real y crearán un esquema visual de su regulación enzimática.

🎯 Objetivo

Comprender cómo se regula una ruta metabólica mediante enzimas alostéricas, retroinhibición, activadores e inhibidores.

ACTIVIDAD

Rutas a Investigar

Cada equipo elegirá UNA ruta metabólica:

  • 1. Glucólisis (degradación de glucosa → piruvato)
  • 2. Ciclo de Krebs (ciclo del ácido cítrico)
  • 3. Gluconeogénesis (síntesis de glucosa)
  • 4. Síntesis de colesterol
  • 5. β-oxidación de ácidos grasos
  • 6. Ciclo de la urea

Para la ruta elegida, investiguen y determinen:

1. Enzimas clave reguladas (identificar al menos 2-3 enzimas alostéricas o reguladas)
2. Tipo de regulación: alostérica, retroinhibición, modificación covalente (fosforilación)
3. Moduladores específicos: ¿qué moléculas activan o inhiben cada enzima?
   (ej: ATP, ADP, AMP, citrato, NADH, Ca²⁺)
4. Clase EC de las enzimas principales
5. Lógica biológica: ¿por qué tiene sentido esta regulación?
6. Condiciones fisiológicas: ¿cuándo se activa/desactiva la ruta? (ayuno, ejercicio, dieta rica en carbohidratos)

Producto a Entregar:

Un esquema visual (dibujado a mano o digital) que incluya:

  • Flujo simplificado de la ruta (sustratos → intermediarios → productos)
  • Enzimas reguladas marcadas claramente
  • Flechas verdes (↑) para activación, rojas (↓) para inhibición
  • Moléculas reguladoras identificadas con su efecto
ACTIVIDAD

Recursos y Consejos

📚 Recursos Bibliográficos

Khan Academy

Energía y enzimas

WikiBiología

Regulación bioquímica

FlorandAlucía

Enzimas completo

SocLalLuna

Bioquímica enzimas

💡 Consejos para el Esquema

• Simplifiquen: No dibujen toda la ruta, solo 3-5 pasos clave con las enzimas reguladas
• Sean específicos: Nombren las moléculas reguladoras exactas (no solo "activador")
• Usen símbolos: ⊕ activación, ⊖ inhibición, flechas de colores
• Expliquen la lógica: ¿Por qué esa regulación tiene sentido metabólico?
• Claridad > Belleza: Lo importante es que se entienda el mecanismo
• Pueden usar papel, pizarra, PowerPoint, o apps como Canva

PRESENTACIÓN

Momento 3: Compartir Hallazgos

💬 Presentación de Esquemas
⏰ DURACIÓN: 30 MINUTOS
🎯 Dinámica

Cada equipo presentará su esquema de regulación metabólica explicando los mecanismos identificados.

Tiempo por Equipo

  • 5 minutos: Presentación del esquema
  • 2 minutos: Preguntas y discusión

~4-5 equipos en total

Contenido a Presentar

  • Ruta metabólica elegida
  • 2-3 enzimas reguladas
  • Moduladores y su efecto
  • Lógica fisiológica
  • Clasificación EC

Criterios de Evaluación

✓ Claridad visual: Esquema organizado y fácil de seguir
✓ Precisión científica: Información correcta sobre enzimas y reguladores
✓ Completitud: Incluye enzimas, moduladores, efectos, EC
✓ Explicación lógica: Comunica POR QUÉ existe esa regulación
✓ Profundidad: Va más allá de memorizar, comprende el mecanismo

RESUMEN

Integración Clase 1 y 2

✅ CLASE 1: Estructura y Acción Catalítica
  • Energía de activación y catálisis
  • Estructura: apoenzima + cofactor = holoenzima
  • Centro activo, especificidad
  • Modelos: llave-cerradura vs ajuste inducido
  • Mecanismo: E + S ⇄ ES → E + P
✅ CLASE 2: Nomenclatura, Cinética y Regulación
  • Clasificación EC: 6 clases (Oxido, Transfer, Hidro, Liasa, Isomer, Ligasa)
  • Cinética: KM, Vmax, Michaelis-Menten, Lineweaver-Burk
  • pH y Temperatura: óptimos específicos
  • Inhibición: irreversible, competitiva, no competitiva
  • Alosterismo: moduladores ⊕/⊖
  • Retroinhibición: producto final inhibe E₁
🔑 Mensaje Central

Las enzimas son catalizadores específicos y regulables que permiten el control preciso del metabolismo, adaptándose constantemente a las necesidades celulares mediante múltiples mecanismos de regulación.

REFERENCIA

Tabla Resumen EC

EC Clase Reacción Ejemplos Específicos
EC 1 Oxidorreductasas Transferencia e⁻/H (redox) LDH (1.1.1.27), Catalasa (1.11.1.6), Citocromo oxidasa
EC 2 Transferasas Transferencia grupos Hexoquinasa (2.7.1.1), AST/ALT, Metiltransferasa
EC 3 Hidrolasas Hidrólisis (con H₂O) Pepsina (3.4.23.1), Amilasa, Lipasa, ADNasa, ATPasa
EC 4 Liasas Rotura C-C, C-N, C-O (sin H₂O) Piruvato descarboxilasa, Aldolasa, Fumarasa
EC 5 Isomerasas Isomerización Triosafosfato isomerasa, Glucosa-6-P isomerasa
EC 6 Ligasas Unión (con ATP) ADN ligasa (6.5.1.1), Aminoacil-ARNt sintetasa
📌 Ecuación Fundamental de Michaelis-Menten
v = (Vmax × [S]) / (KM + [S])

Describe la cinética de reacciones enzimáticas

BIBLIOGRAFÍA

Referencias IEEE

[1] "Enzymes and the active site," Khan Academy. [En línea]. Disponible: https://es.khanacademy.org/science/biology/energy-and-enzymes/introduction-to-enzymes/a/enzymes-and-the-active-site
[2] "1.6. Enzimas," FlorandAlucía. [En línea]. Disponible: https://www.florandalucia.es/KK/index.php/la-celula/1-base-fisico-quimica/1-6-enzimas
[3] "Fundamentos de las Enzimas: Estructura, Mecanismo de Acción y Regulación Bioquímica," WikiBiología, 15 dic. 2025. [En línea]. Disponible: https://www.wikibiologia.net/fundamentos-de-las-enzimas-estructura-mecanismo-de-accion-y-regulacion-bioquimica/
[4] "Función catalítica de las enzimas," SocLalLuna. [En línea]. Disponible: https://soclalluna.com/2o-bachillerato/2obach/bloque-ii-bioquimica/ud02-glucidos-lipidos-proteinas-y-acidos-nucleicos/las-proteinas/funcion-catalitica-de-las-enzimas/
📚 Lecturas Complementarias Recomendadas

• Lehninger Principles of Biochemistry (Nelson & Cox)
• Bioquímica (Stryer, Berg, Tymoczko)
• BRENDA Enzyme Database (base de datos EC internacional)

¡Excelente Trabajo!

Módulo de Enzimas Completado

Bioquímica General | Nivel: Intermedio

Dominio completo: Estructura, Clasificación y Regulación 🧪

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