Apuntes enzimas

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APUNTES SEGUNDO PARCIAL UNIDAD 2- ENZIMAS: Catalizadores biológicos, proteínas muy largas, permiten que las reacciones se lleven a cabo en condiciones que el organismo puede tolerar, pueden procesar millones de moléculas por segundo, Son MUY específicas: solo reaccionan con una o unas cuantas moléculas (sustrato). NOMENCLATURA: Terminan en ASA. Las enzimas reducen la energía de activación. El sitio activo tiene dos componentes: sitio catalítico y sitio de unión 
Acción de las enzimas de acuerdo con la reacción catalizada: Oxidorreductasas. - catalizan reacciones de óxido-Reducción Transferasas. - transfieren un grupo químico de una molécula a otra. Hidrolasas. - transfieren un grupo –OH desde el agua a otro sustrato. Liasas. - catalizan la escisión (corte) reversible de enlaces carbono-carbono. Isomerasas. - catalizan reacciones que suponen un movimiento de un grupo o un doble enlace dentro de la molécula. Ligasas. - catalizan la formación de enlaces carbono-carbono
Efecto de concentración del sustrato: Para reacciones no catalizadas: La tasa de reacción se incrementa con la concentración. Para reacciones catalizadas por enzimas: También se incrementará la velocidad hasta un punto máximo. En Vmax, la enzima está trabajando tan rápido como puede. Características de los sitios de activación de enzimas: Sitio catalítico: Dónde la reacción se lleva a cabo. Sitio de unión: Área que mantiene al sustrato en su lugar, Las enzimas utilizan interacciones débiles, no covalentes para mantener en su lugar los grupos R de los aminoácidos, Su forma es complementaria a la del sustrato y determina la especificidad de la enzima. Los sitios son bolsas o hendiduras en la superficie de la enzima. Efecto del pH y la temperatura sobre las reacciones enzimáticas: al exceder rangos normales de pH y temperatura se reducen tasas de reacción enzimática. Temp óptima entre 25 y 40 grados, pH de 7.0- pero no todas con pH de 7 
Pasos para reacción enzimática: 1- La enzima y el sustrato se combinan para formar un complejo, 2 El complejo pasa a través de un estado de transición (ni es sustrato ni es producto) 3- Se produce un complejo entre la enzima y el producto. 4- Finalmente se separan la enzima y el producto- Protagonistas: sitio de unión, sitio catalítico, enzima y sustrato. Enzima + sustrato es=complejo. Luego formación del complejo enzima- producto. Finalmente se forma el producto y la enzima está lista para procesar otro sustrato. Regulación de la actividad enzimática: La temperatura, pH, cofactores, coenzimas, rango de los sustratos y localización ayudan a regular a las enzimas. Métodos- regulación: Inhibición del punto final, Inhibición por retroalimentación, Alosterismo, Zimógenos, Inhibidores
Características de sitios de activación enzimática: Modelo de llave-cerradura, Emil Fisher 1890-asume que solamente un sustrato con la forma adecuada se acoplará con la enzima
Modelo de ajuste inducido:Daniel Koshland en 1958; asume cambios continuos en la estructura del sitio de activación de la enzima mientras se une el sustrato, dice que hay flexibilidad en estructura de una enzima, según una enzima es capaz de adaptarse a un sustrato 
Clases de enzimas: Absolutamente específicas: Solamente reacciona con un sustrato en particular. Específicas de grupo: Trabajan con moléculas similares con el mismo grupo funcional. Específicas de unión: Catalizan una combinación específica de enlaces. Estereoquímicamente específicas: Solamente trabajan con la forma D- o L-adecuada. Cofactores y coenzimas: Algunas enzimas requieren de que otras moléculas estén presentes para realizar su trabajo. Para enzimas que requieren de cofactores: Apoenzima. - porción proteica de una enzima casi lista para trabajar Cofactor. - grupo prostético necesario para “activar” a la apoenzima. Coenzimas- segunda unidad que se enlaza temporalmente con una apoenzima para que ésta funcione. Una apoenzima+ coenzima= holoenzima 
INTRODUCCIÓN AL METABOLISMO: Mantener procesos vivos en organismos, para ello deben mantenerse condiciones de funcionamientos, se llevan a cabo actividades de crecimiento y reparación, Deben estar reguladas de forma precisa las rutas anabólicas y catabólicas que usan los hidratos de carbono, los lípidos y las proteínas como fuentes de energía y como precursores para la biosíntesis.
Organismos multicelulares pueden explotar de forma eficaz su entorno por la división del trabajo entre sus células, tejidos y órganos. Mamíferos tienen división del trabajo sofisticada y mutuamente benéfica. Cada órgano realiza funciones específicas que cubren a corto y largo plazo las necesidades del organismo. La operación de un sistema tan complejo se mantiene por un flujo continuo de información entre sus partes. Un sistema sencillo de transferencia de información está formado por un estímulo que envía un expedidor, un mensajero y un receptor con una respuesta a la señal. Los sistemas fisiológicos son muy complejos y requieren respuestas finamente moduladas. Para una función coordinada, cada parte del cuerpo también debe recibir información sobre lo que acontece en otras partes.
Hormonas: organismos multicelulares requieren un gran número de señales, transportadores de mensajes y receptores, las hormonas realizan una gran parte de la transferencia de información. Estas moléculas mensajeras están organizadas en jerarquías complejas. Ruta metabólica: Las rutas metabólicas centrales son comunes a la mayoría de los organismos. A lo largo de la vida de un organismo, existe un equilibrio preciso entre los procesos anabólicos (de síntesis) y catabólicos (de degradación). Al crecer y madurar un animal joven, la acción de los procesos anabólicos es mayor que la de los procesos catabólicos. A lo largo del resto de su vida los tejidos del animal se encuentran en un estado metabólico estacionario. La velocidad de los procesos anabólicos es aproximadamente igual a la de los catabólicos. 
Mantenemos equilibrio entre anabólico y catabólico a través de comunicación intercelular (señales químicas). Cada señal química es reconocida por células específicas (células blanco o diana). La mayoría de las señales químicas son a.a.’s modificados, derivados de ácidos grasos, péptidos, proteínas o esteroides. En los animales, los sistemas nervioso y endócrino son los principales responsables de la coordinación del metabolismo. El sistema nervioso proporciona un mecanismo para adquirir y procesar la información del entorno. Las células nerviosas (neuronas), liberan los neurotransmisores en los extremos de largas extensiones celulares (axones), a minúsculos espacios intercelulares (sinapsis). Las moléculas del neurotransmisor se unen a las células cercanas, generando respuestas específicas de estas células.
Regulación metabólica: La regulación metabólica por el sistema endócrino se realiza por la secreción de señales químicas (hormonas), directamente a la sangre. Tras segregarse las moléculas de hormona, viajan por la sangre hasta que alcanzan a la célula blanco. Las hormonas interaccionan con las células mediante su unión a moléculas receptoras específicas La unión de estas hormonas a los receptores de membrana desencadena una respuesta intracelular. Las acciones intracelulares de muchas hormonas se producen por medio de un grupo de moléculas llamadas segundos mensajeros (la molécula hormonal es el primer mensajero). Se han identificado varios segundos mensajeros como el cAMP y el cGMP, los iones calcio y el sistema fosfolipídico del inositol
Metabolismo de carbohidratos: - Ciclo del metabolismo de carbohidratos: Glucólisis. - se captura una pequeña cantidad de energía al convertirse una molécula de glucosa en dos moléculas de piruvato (ruta anfibólica). Glucogénesis. - síntesis de glucógeno a partir de glucosa cuando su concentración es alta (almacenamiento de la misma). Glucogenólisis.- degradación del glucógeno a glucosa cuando hay bajas concentraciones de la misma. Gluconeogénesis.- síntesis de glucosa a partir de precursores distintos a CHOS. Ruta de las pentosas fosfato. - conversiónde glucosa-6- fosfato en ribosa-6-fosfato para sintetizar los nucleótidos y ácidos nucleicos y también se forma NADPH (agente reductor importante celular).
GLUCOSA: Combustible principal Se transporta en la sangre Se degrada en la ruta glucolítica cuando las reservas de energía celular son bajas La que no se requiere para energía inmediata se almacena como glucógeno en hígado y músculo También puede usarse para sintetizar otros monosacáridos, ácidos grasos y a.a.’s dependiendo de los requerimientos metabólicos de la célula.
PIRUVATO: Se convierte en acetil-CoA para entrar al ciclo del ácido cítrico, que oxida totalmente dos carbonos a CO2 y agua en presencia de oxígeno. El ciclo del ácido cítrico opera al ceder los electrones del NADH y FADH2 producido al oxígeno a través del sistema de transporte electrónico (serie de reacciones ligadas de oxidación-reducción que transfieren los electrones desde los donadores [NADH y FADH2] hasta los aceptores[O2]). Acoplado a esto, está la generación de un gradiente de protones que impulsa la síntesis de ATP. En condiciones anaerobias está impedida la oxidación posterior de piruvato. En anaerobiosis, se regenera el NAD+ y se transforma el piruvato en lactato (músculo y determinadas bacterias, p.ej. Lactobacillus), se llama fermentación. Fermentadores homolácticos. - solo producen lactato (microorganismos) Fermentadores heterolácticos o mixtos. - producen varios ácidos orgánicos, p.ej. rumen del ganado (ácido láctico, acético, propiónico y butírico) que se absorben en el rumen y se usan como nutrientes. Fermentación alcohólica. - en levaduras y bacterias. Se forma etanol.
GLUCOLISIS: Anaerobia. Tiene lugar en todas las células. Cada molécula de glucosa se divide y se convierte en dos piruvatos (de 3 C). La energía que se produce se almacena en dos ATP y 2 NADH. El piruvato, dependiendo del organismo de que se trate, se convierte en productos de desecho (en organismos anaerobios) como el etanol, ácido láctico, ácido acético. En los organismos aerobios (oxígeno como aceptor electrónico terminal), lo oxidan totalmente para formar CO2 y agua en la respiración aerobia. Consta de 10 reacciones en dos fases: 
· Fase I.- la glucosa se fosforila dos veces, se fracciona en 2 moléculas de gliceraldehído-3-fosfato y se consumen 2 ATP
· Fase II.- el G-3-P se convierte en piruvato, se producen 4
 ATP y 2 NADH.
D-Glucosa + 2 ADP + 2 Pi + 2 NAD+ → 2 piruvato + 2 ATP + 2 NADH + 2 H+ + 2 H2O
Inmediatamente después de entrar en una célula, la glucosa y otras moléculas de azúcar se fosforilan. Esto impide el transporte de glucosa fuera de la célula
Regulación de la glucólisis: PFK-1 (fosfofructo cinasa-1) que se inhibe alostéricamente por elevadas de ATP y citrato (ciclo del ácido cítrico lento).Carga energética de la célula alta. Carga energética de la célula baja.- aumentada de AMP activa alostéricamente a la PFK-1Hexocinasa (se inhibe por exceso de glucosa-6-P) y piruvato cinasa. SON REACCIONES IRREVERSIBLES.
Ciclo de Krebs: Los anaerobios facultativos y aerobios estrictos que utilizan el oxígeno para generar energía emplean los procesos bioquímicos siguientes: ciclo del ácido cítrico, ruta de transporte electrónico y fosforilación oxidativa. En eucariotas estos procesos tienen lugar dentro de la mitocondria. El ciclo Krebs es ruta metabólica en la que los fragmentos de dos carbonos procedentes de las moléculas orgánicas combustibles se oxidan para formar CO2, y las coenzimas NAD+ y FAD se reducen para formar NADH y FADH2 que actúan como transportadores electrónicos
Anaerobios estrictos: sólo crecen en ausencia de oxígeno, lo evitan viviendo en ambientes muy reducidos como el suelo. Utilizan procesos fermentadores para satisfacer sus requerimientos energéticos. Anaerobios tolerantes del aire: También dependen de la fermentación para sus necesidades energéticas, poseen enzimas destoxificantes y moléculas antioxidantes que los protegen de los productos tóxicos del oxígeno. Anaerobios facultativos: No sólo poseen los mecanismos necesarios para destoxificar a los metabolitos del oxígeno, sino que también pueden generar energía utilizando el oxígeno como aceptor electrónico cuando se encuentra presente. Aerobios estrictos: Dependientes del oxígeno para producir energía, se protegen a sí mismos de las consecuencias potencialmente peligrosas de la exposición al oxígeno con mecanismos complejos formados por enzimas y moléculas antioxidantes
Ruta de transporte electrónico: es un mecanismo mediante el cual los electrones se transfieren desde las coenzimas reducidas (NADH y FADH2) a un aceptor (normalmente el oxígeno). En la fosforilación oxidativa, la energía liberada por el transporte electrónico se captura en forma de gradiente de protones que impulsa la síntesis de ATP. Fosforilación oxidativa: la energía liberada por el transporte electrónico se captura en forma de gradiente de protones que impulsa la síntesis de ATP.
Reacciones de oxidación- reducción: Tanto los procesos que capturan energía como los que la liberan constan en gran medida de reacciones redox. Estas se producen cuando se transfieren electrones entre un donador electrónico (reductor) y un aceptor electrónico (oxidante). En algunas reacciones redox sólo se transfieren electrones: En muchas se transfieren protones y electrones, como en la reacción catalizada por el lactato deshidrogenasa en donde se transfieren dos protones y dos electrones al reducirse el piruvato para formar lactato y NAD+. La tendencia de una sustancia específica para ganar o perder electrones se llama potencial redox o de reducción. Las sustancias con un potencial de reducción más negativo transferirán los electrones a una sustancia con un potencial de reducción más positivo.
Ciclo del ácido cítrico: reacciones organismos aerobios para liberar la energía química almacenada en el grupo acetilo de dos carbonos de la acetil-CoA formada por un grupo acetilo procedente de la degradación de los CHOS, lípidos y algunos a.a.’s, unido a la molécula transportadora de acilo coenzima A. La acetil-CoA se sintetiza a partir de piruvato en varias reacciones. También es el producto del catabolismo de los ácidos grasos y de determinadas reacciones del metabolismo de a.a.’s. En el ciclo los átomos de carbono se oxidan a CO2 y los electrones de energía elevada se transfieren al NAD+ y FAD para formar las coenzimas reducidas NADH y FADH2. En la primera reacción del ciclo, un grupo acetilo de dos carbonos se condensa con una molécula de 4 (oxalacetato) para formar una de seis (citrato). Durante las siete reacciones siguientes en las que se producen dos moléculas de CO2 y se eliminan cuatro pares de electrones, el citrato se convierte nuevamente en oxalacetato.
Durante un paso del ciclo, se produce la molécula de energía elevada GTP (guanosina trifosfato) durante una fosforilación a nivel de sustrato. La reacción neta del ciclo del ácido cítrico es: Acetil-CoA + 3 NAD+ + FAD + GDP + Pi + 2 H2O → 2 CO2 + 3 NADH + FADH2 + CoASH + GTP + 3 H+ Otras funciones del ciclo: Conversión del piruvato en acetil-CoA, La actividad de la piruvato deshidrogenasa se regula por dos mecanismos: inhibición por el producto y modificación covalente