Enzimas

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

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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.

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