BIOQUIMICA-ENZIMAS

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ENZIMAS
Las enzimas catalizan la conversión de uno o más compuestos ( sustratos ) en uno o varios
productos . Las enzimas no modifican la constante de equilibrio ni las características
termodinámicas de las reacciones, sino que hacen que la reacción se aproxime más
rápidamente al equilibrio, afectando la velocidad de la reacción.
Además, las enzimas no se consumen o se alteran como consecuencia de su participación en
una reacción.
Para llevar a cabo su acción catalítica, la enzima tiene que interaccionar con el sustrato, de
forma que éste se une temporalmente a la enzima en el denominado sitio de unión del
sustrato , que está constituido por unos cuantos aminoácidos de la enzima.
● Los grupos prostéticos , que son componentes no proteicos que se encuentran
unidos fuertemente a la apoenzima,por medio de enlaces covalentes o no
covalentes.
Iones metálicos y compuestos orgánicos: fosfato de piridoxal, flavina
mononucleótido (FMN), flavina adenina dinucleótido (FAD), tiamina pirofosfato y
biotina. Los metales de transición (por ejemplo, Fe , Cu , Zn.
● ■ Los cofactores , que son componentes orgánicos o inorgánicos que se unen a la
enzima sólo de forma transitoria; entre ellos también se incluyen iones metálicos.
● ■ Las coenzimas , que son de naturaleza orgánica; su presencia en el entorno de la
reacción es necesaria para que la enzima pueda tener actividad catalítica.Su
participación en el proceso catalítico puede realizarse de dos formas diferentes: en
primer lugar, la coenzima tiene una afinidad por la enzima similar a la del sustrato y,
de hecho, puede considerarse un segundo sustrato (o co sustrato ) de la reacción; y
en segundo lugar, la coenzima se encuentra unida covalentemente al sitio activo de
la enzima, o en un lugar próximo a él, participando activamente en el proceso
catalítico.
La mayoría de las coenzimas son de carácter vitamínico.
Hay también enzimas que tienen un sitio distinto al activo, el denominado sitio alostérico ,
donde se unen pequeñas moléculas, los efectores alostéricos , que modifican la
configuración espacial de la enzima, alterando así su eficacia catalítica (la activan o la
inhiben)
Nomenclatura
Todas las enzimas se incluyen en seis clases, que a su vez se subdividen en subclases, y éstas
en subsubclases. Cada clase, subclase y subsubclase tiene asignado un número, y dentro de
la subsubclase, a cada enzima se le asigna también un número secuencial.
MECANISMO GENERAL DE CATÁLISIS
Un compuesto con determinado nivel energético ( estado inicial ) debe alcanzar un nivel
energético más alto ( estado intermedio o de transición ) para ser transformado en un
producto, con un nivel energético final ( estado final ), que normalmente es inferior al inicial.
Los catalizadores logran disminuir la energía de activación que se requiere para que una
reacción química transcurre; es decir, proporcionan una ruta de reacción alternativa, que
requiere menos energía.
La energía de activación necesaria para alcanzar dicho estado es inferior a la que se
requeriría en caso de que no hubiera tenido lugar esa unión enzima-sustrato .
ACCIÓN CATALÍTICA Y ESPECIFICIDAD
Para llevar a cabo su acción catalítica, una enzima debe unir en su sitio activo a una molécula
de sustrato (a veces, a varios sustratos). Este sitio está formado por un bolsillo o hendidura
que presenta cadenas laterales de unos aminoácidos que facilitan la unión específica del
sustrato.
Así pues, la acción catalítica de una enzima implica la capacidad de su estructura proteica
para moldearse ante la presencia del sustrato. La exquisita especificidad de las enzimas y su
alta eficiencia catalítica ponen de manifiesto la existencia en la enzima de una estructura
molecular adaptada para llevar a cabo una determinada reacción.
Las cadenas laterales de diversos aminoácidos participan en la acción catalítica de las
enzimas. Éste es particularmente el caso de los aminoácidos cuyas cadenas laterales
pueden ceder o aceptar protones, y así pueden actuar de forma reversible como ácidos
(donadores de protones) o como bases (aceptores de protones). Es el caso de los residuos
de ácido glutámico y ácido aspártico, histidina y lisina
MECANISMOS DE CATÁLISIS
Catálisis por proximidad y tensión Para que tenga lugar una reacción
bioquímica, el sustrato acoplado al sitio
activo de la enzima debe orientarse y
acercarse de forma precisa a los grupos
funcionales catalíticos (es decir, a las
cadenas laterales de los aminoácidos que
participan en el proceso catalítico).
Catálisis ácido-básica Los grupos funcionales de las cadenas
laterales de los aminoácidos y de los grupos
prostéticos, cuando estén presentes,
pueden hacerse más reactivos liberando o
aceptando un protón; es decir, actuando
como ácidos o bases.
Catálisis por estiramiento En el caso de enzimas que catalizan
reacciones que implican la ruptura de
uniones covalentes, por lo general la
enzima une a sus sustratos en una
conformación ligeramente desfavorable
para el enlace que se va a romper. El
estiramiento a que ello da lugar distorsiona
y debilita al enlace, haciéndolo más
vulnerable a su ruptura.
Catalisis Covalente Este tipo de catálisis implica la formación de
un enlace covalente inestable entre un
grupo nucleófilo de la cadena lateral de un
aminoácido del sitio activo de la enzima y
su sustrato (o sustratos). Tripsina,
quimotripsina y trombina , todas ellas
catalizan la hidrólisis de enlaces peptídicos
en polipéptidos y proteína
Isoenzimas: son enzimas que realizan la misma acción catalítica, pero poseen diferencias
moleculares (variantes genéticas de la misma enzima).
Un ejemplo de isoenzimas es el de la L-lactato deshidrogenasa (LDH), que es un tetrámero
formado por dos subunidades proteicas diferentes, la H (por el nombre inglés de corazón,
Heart ) y la M (por músculo, Muscle ), que son codificadas por genes distintos. Sólo la
molécula tetramérica es activa, y dichas subunidades pueden aparecer combinadas de
cinco formas diferentes
CINETICA ENZIMATICA
La cinética enzimática hace referencia a los aspectos cuantitativos de las reacciones
catalizadas por enzimas, así como a los factores que las modulan.
La cinética de las reacciones químicas implica la colisión entre las partículas. Ello se requiere
para la aproximación de los reactantes (o sustratos), la formación de los enlaces que se
necesiten, y la liberación de la adecuada energía cinética capaz de alcanzar el estado
energético de transición.
Un aumento de la temperatura supone un incremento de la energía cinética de las
moléculas que van a reaccionar.
Los valores de esta figura varían de unas enzimas a otras, de forma que la temperatura a la
que la enzima alcanza su mayor eficacia catalítica se denomina temperatura óptima , que es
característica y específica para cada enzima.
Concentración, la frecuencia de que colisionen entre sí aumentará al doble si la
concentración de una de ellas se duplica.
En el caso de las reacciones catalizadas por enzimas, una característica fundamental es que
la enzima puede tener cambios estructurales transitorios en el transcurso de su acción
catalítica, pero al finalizar la reacción, su estructura permanece igual a como estaba al inicio,
y de esta forma puede actuar sobre un nuevo sustrato.
La curva que relaciona la v i y la concentración del sustrato es una hipérbola, de forma que a
bajas concentraciones de sustrato el valor de la v i es en realidad directamente proporcional
a dicha concentración.
Cuando la concentración del sustrato [S] es baja, vi varía de forma proporcional a dicha
concentración (zona donde se encuentra el punto A de la curva). Por otro lado, cuando el
valor de [S] hace que el valor de v i sea la mitad de la velocidad máxima (1/2V máx , punto B
de la gráfica), dicho valor corresponde al de la K m de la enzima. A su vez, cuando el valor de
[S] es muy alto, la velocidad de la reacción se va aproximando a la V máx (zona donde se
encuentra el punto C de la curva).
PH, la mayor parte de los cambiosmoleculares que tienen lugar en la acción catalítica de las
enzimas implica modificaciones en la concentración de iones hidrógeno, por ello, variaciones
del pH del medio en que se lleve a cabo la acción enzimática dan lugar a cambios en su
efectividad catalítica, y existe un valor en que dicha efectividad llega a ser óptima.
Situaciones extremas de pH pueden dar lugar a modificaciones irreversibles de la
estructura terciaria o cuaternaria de la enzima, y consecuentemente conllevan su
desnaturalización irreversible.
Inhibición enzimática
Inhibición reversible El inhibidor se une a la enzima de forma no
covalente, y su eliminación hace que la
enzima vuelva a realizar su acción catalítica
con plena efectividad.
-Inhibición competitiva: se une al sitio
activo de la enzima y bloquea el acceso al
sustrato.
Inhibición no competitiva: la unión del
inhibidor a la enzima no afecta a la unión
del sustrato.Tanto la enzima libre (E) como
la unida al inhibidor (EI) mantienen la
misma afinidad por el sustrato, aunque la
presencia del inhibidor impide la formación
del producto.
Inhibición irreversible El inhibidor se une covalentemente a la
enzima, que queda incapacitada para llevar
a cabo su acción catalítica. Pueden
modificar o romper enlaces covalentes.
Cinética de enzimas alostéricas (cinética sigmoidea).
Hay enzimas que unen al sustrato cooperativamente, de forma análoga a como lo hace el
oxígeno con la hemoglobina.Estas enzimas se denominan enzimas alostéricas, del griego
allos, que significa “otro”, por estar reguladas por interacciones no covalentes de
determinados compuestos (ligandos) en sitios distintos al sitio activo, denominados sitios
alostéricos (o sitios reguladores).
Las enzimas como reactivos de laboratorio