Tipo de hipótesis de
uniones enzima-sustrato
ENLACE
LLAVE-CERRADURA
El
sustrato encaja perfectamente en el centro activo gracias a unas
complementariedades moleculares y electrostáticas con la enzima de manera tal
que este no cambia su forma. (El sustrato seria la llave y la enzima o centro
activo la cerradura en este símil).
ENLACE INDUCIDO
El sustrato NO encaja
perfectamente en el centro activo de la enzima pero el centro activo cambia su
conformación espacial provocando un ambiente favorable a la unión y reacción
con el sustrato de manera que se une a este para proceder con la catálisis. En
este caso no encontramos la misma especificidad como en el enlace de tipo
llave-cerradura, por lo que la enzima puede reaccionar con varios sustratos de
conformaciones parecidas.
Curva de Michaelis
Menten
Para comprender mejor la unión entre sustrato y enzima
analizaremos la curva de Michaelis- Menten. Es una curva de trayectoria
hiperbólica en la que situamos en el inicio un complejo enzima-sustrato sin
haberse unido y va dándose la unión del sustrato con el centro activo a medida
que avanzamos en la curva, de manera que llegamos a una saturación de las
enzimas por el sustrato formando un final asintótico en la curva. Esta
saturación se debe a que encontramos más cantidad de sustrato que de enzimas, y
llega un momento en que todas las enzimas están 'ocupadas" realizando la
catálisis de un sustrato, sin poder cera a otro hasta terminar primero la
reacción enzimática ya iniciada. El punto del eje Y donde se forma la asíntota
al infinito es considerada la velocidad máxima de reacción de la enzima (de
formación de producto).
Este proceso viene
representado por la ecuación: E + S ? [E]? [EP]? E + P donde E es la enzima,
S es el sustrato, P el producto, y [ES] y [EP] son el complejo enzima-sustrato
enzima-producto respectivamente.
AJUSTE INDUCIDO:
Los bioquímicos proponen la PLANTILLA DE FISHER la cual
establece que cuando se une el sustrato al sitio active de la enzima, el sitio
cambia para adaptarse al sustrato. Así el proceso de reconocimiento entre las
enzimas y la molécula con la cual hace juego.
ENERGIA DE ACTIVACIÓN
Es la energía que
necesita un sistema antes de poder inicia un determinado proceso. La energía de
activación suele utilizase para denominarla energía mínima necesaria para que
se produzca una reacción química dada. Para que ocurra una reacción entre dos modélicas,
éstas deben colisionar en la orientación correcta y poseer una cantidad de
energía mínima. A medida que las moléculas se aproximan, sus nubes de electrones
se repelen. Esto requiere energía. (Energía de activación) y proviene del calor
del sistema, es decir de la energía trasnacional, vi racional, etc. de cada molécula
.
ENERGIA
DE ACTIVACION Y ORIENTACION
El hecho de que una reacción sea exotérmica no quiere decir
que se dé espontáneamente. Generalmente será necesario aportar energía a la
reacción para que la reacción tenga lugar: es lo que se conoce como energía de
activación. Lo que realmente ocurre es que, una vez que el sistema ha absorbido
esa energía de activación, luego desprende una cantidad de calor mayor que la
que ha necesitado para activarse, de modo que la reacción en su conjunto
desprende energía, es exotérmica.
Aún hay otro factor que influye en que se dé una reacción:
como las reacciones se producen cuando las moléculas chocan entre sí, no sólo
es necesario que las moléculas tengan suficiente energía sino también que los
choques se den con la orientación correcta. La simulación de la derecha
representa la formación del yoduro de hidrógeno a partir de hidrógeno (en gris)
y yodo (en violeta). Puedes elegir entre tres condiciones de reacción (energía
menor que la de activación, energía igual o mayor que la de activación pero orientación
incorrecta y energía igual o mayor que la de activación y orientación
correcta), y observar lo que ocurre en cada uno de los casos.
Si nos limitamos a colocar en el mismo recipiente dos
sustancias distintas sólo tendremos una mezcla física. Por contra, si
proporcionamos al sistema una energía superior a la energía de activación, se
producirá una reacción química, formándose el producto de la reacción.
NOMENCLATURA DE LAS ENZIMAS
Nomenclatura: el nombre aplicado a las enzimas derivan del
sustrato sobre el que activan, que se añade la terminación "asa",
Así, las carbohidrasas actúan sobre los carbohidratos, las fosfatasas sobre los
fosfatos, etc. Se diferencian además diversos nombres especiales
instituidos por la tradición con la pepsina, tripsina, pancreatina, etc. Cada
enzima es designada por:
1. Nombre recomendado: Corto y apropiado para su
uso Gral.
2. Numero asistemático identifica la reacción que
cataliza.
3. Número. Se emplea cuando se necesita la
identificación inequívoca de la enzima.
Propiedades
de las coenzimas
Las coenzimas presentan dos propiedades básicas:
Especificidad: la actividad enzimática es específica ya que
una determinada enzima tan solo cataliza un determinado tipo de transformación
(especificidad de acción) de un determinado sustrato (especificidad de
sustrato). Ejemplo: la sacarasa solamente cataliza la hidrólisis de la
sacarosa. Esto se debe a que la unión entre enzima y sustrato se produce.
▪ Según
el modelo de Fischer, llave - cerradura. Más recientemente el modelo de ajuste inducido por Kohsland
compara esta unión existente entre una mano y un guante: la enzima gracias a su
naturaleza proteica puede adaptarse a la forma del sustrato Así mismo., la mayoría
de Las reacciones catalizadas por enzimas son reversibles, aunque algunas son irreversibles.
• Eficacia: la
gran eficacia de la acción enzimática se manifiesta en la elevada velocidad de reacción
que se consigue, incluso a
concentraciones enzimáticas bajas. Ello es debido a que tras la fijación enzima
–sustrato las cadenas laterales de los aminoácidos del centro activo crean las condiciones
fisicoquímicas necesarias para la transformación del sustrato en producid Estas
son:
·
La correcta
posición en que la enzima coloca el sustrato
·
Ei
aumento do concentración de las moléculas de sustrato en el centro catalítico
·
La
inducción de cambios energéticos que ayuda al sustrato a alcanzar el estado de
transición. Tras la catálisis de una de sustrato la enzima se desprende inalterada
y puede actuar de nuevo. De este modo una pequeña cantidad de enzimas puede
catalizar la transformación de una gran cantidad de sustrato.
·
Ambas
propiedades se justifican por el papel de los diferentes tipos funcionales de aminoácidos
existen en la enzima.
·
Estos
aminoácidos son aminoácidos estructurales (AE). Son los que mantienen la estructura
tridimensional de la enzima
·
Aminoácidos
de unión o fijación (AU) son los que facilitan la formación del complejo enzima-sustrato
·
Aminoácidos
catalíticos (AC) son los responsables directos de la catálisis.
·
Estos
dos últimos constituyen lo que se llama el centro activo de la proteína
Factores que modifican la
velocidad de reacción enzimática
·
Temperatura
·
pH
·
Concentración
del sustrato
·
concentración
de la enzima.
La actividad enzimática puede ser alterada por factores físicos
o químico y por ello todas enzimas
actúan dentro de un intervalo óptimo de temperatura y PH fuera del cual su actividad
disminuye.
Temperatura: a temperaturas elevadas las enzimas se desnaturalizan.
Esto es debido a que se rompen los enlaces débiles que mantienen la estructura
terciaria y secundaria, y, patento, pierde su conformación y no puede actuar. A
temperaturas bajas no existe la Energía cinética suficiente para formar el
complejo enzima-sustrato, por lo que tampoco pueden actuar.
PH: todas las enzimas actúan dentro de un intervalo
óptimo de PH. Fuera de este no actúan o lo hacen muy lentamente. Ello se debe a
que el PH del medio es el responsable de que los grupos funcional de los
radicales aminoácidos de la cadena polipeptídica que forma la enzima posean carga neutra o estén cargados positiva
o negativamente. Las interacciones entre estos grupos son fundamentales para
mantener la estructura tridimensional de la enzima y por lo tanto, hacer posible
su función. El cambio de PH modifica cargas Meneas de estos grupos funcionales
y puede legar a producir un cambio en su conformación que si es muy grande pude
provocar su desnaturalización.
Inhibidores de la actividad enzimática
Determinadas sustancias se comportan como inhibidores enzimáticas
porque disminuyen e incluso anulan la velocidad de la reacción catalizada. Los inhibidores
son de dos tipos
• Irreversibles (venenos):
son compuestos que se unen de forma permanente (irreversiblemente)
determinados grupos del centro activo de una enzima y anulan su capacidad catalítica.
• Reversibles: La
unión de la enzima e Inhibidor es temporal.
Impide el normal funcionamiento de la enzima, solo mientras dura. A su vez estos
inhibidores pueden ser de dos tipos:
Inhibidores competitivos: se unen a la enzima en su centro
activo. Al estar ocupado el centro activo la enzima no puede actuar.
Inhibidores no competitivos: se unen a la enzima por un
lugar distinto centro activo y provocan
cambios en este que le impiden ejercer su acción sobre el sustrato.
Alosterismo
Existen algunas enzimas capaces
de adoptar al menos dos configuraciones diferentes y estables, una inactiva y otra activa. El paso una a otra suele estar incluido
por la unión de ciertas moléculas llamadas, ligandos, a determinados lugares la
superficie enzimática (distintos del centro activo) que se les conoce como centros
reguladores. Estas enzimas reciben el nombre de enzimas alostéricos y desempeñan
un papá fundamental en los sistemas de señalización y comunicación celulares,
así como en la regulación de la actividad catalítica en las reacciones del metabolismo.
CLASIFICAC1ON DE LAS ENZIMAS
Generalmente las enzimas se
denominan como el nombre del sustrato sobre el que actúan, al que se añade a veces
el nombre de la función que desempeña seguido del sufijo -ASA . Ej.: la
sacarasa hidroliza la sacarosa: la amilasa hidroliza el almidón; la lactalo deshidrogenasa
que cataliza la oxidación (des hidrogenación) del ácido láctico.
Existe igualmente un código de 4 cifras que
indica la clase subclase, subdivisión de la subclase, y por último la cifra específica
de cada enzima, a de cada enzima, respectivamente. Ej.: el número EC2732 corresponde a la enzima ATP-creatin
fosfotransferasa
• Oxido - reductasas. Catalizan óxido – reducción de los sustratos encaminados, generalmente a obtener,
energía de los carburantes metabólicos. Los más característicos son de las deshidrogenases,
que tienen corno coenzimas a los nucleótidos FAD, FMN, NAD y NADP.
•
Transferasas: catalizan la transferencia
de grupos funciona de un sustrato a otro. Ejem.: transaminasas.
• Hidrolasas: catalizan reacciones de hidrólisis de enlaces éster (lipasas, fosfatasas), de enlaces glucosídicos (sacarasas, amilasas)
y de enlaces peptídicos (tripsina, pepsina. etc)
•
Isomerasas: catalizan reacciones de
isomerización que producen reordenaciones dentro de la molecula o transferencia de radicales de una parte a otra de le molécula.
• Ligasas o sintetasas: catalizan la síntesis de nuevas moléculas al
formar enlaces entre dos o más moléculas o grupos funcionales. La energía necesaria
para la síntesis del enlace la obtienen de la hidrolisis de ATP, ambas reacciones
se encuentran acopladas.
Enzimas
Fisiología
