Enzimas

Las enzimas son catalizadores muy potentes y eficaces, químicamente son proteínas. Las enzimas actúan en pequeñas cantidades y se recuperan indefinidamente. No llevan a cabo reacciones que sean energéticamente desfavorables, no modifican el sentido de los equilibrios químicos, sino que aceleran su consecución.

Las enzimas no reaccionan químicamente con las sustancias sobre las que actúan (que se denominan sustrato), ni alteran el equilibrio de la reacción. Solamente aumentan la velocidad con que estas se producen.

La velocidad de las reacciones enzimáticas dependen de la concentración de la enzima, de la concentración del sustrato y de la temperatura y el PH del medio.

En resumen, las enzimas son:

1. Son proteínas
2. Reaccionan en una forma muy específica
3. No requieren calor sustancial para llevar a cabo las reacciones químicas.

ESTRUCTURA QUÍMICA ENZIMÁTICA

Por su estructura y composición química puede afirmarse que el origen de las enzimas esta vinculado al origen de las sustancias proteicas. Al hablar del origen de la vida se ha citado el éxito de los experimentos realizados en el laboratorio para la producción de aminoácidos; estos aminoácidos son los que precisamente constituyen la base del edificio proteico.

La sede de las enzimas es el citoplasma. Los cloroplastos vegetales contienen una amplia gama de enzimas encargadas de la función clorofilica, proceso que a través de reacciones químicas complejas y encadenadas transforman compuestos inorgánicos, como el agua y el anhídrido carbónico, en sustancias complejas adecuadas para ser entre otras cosas el alimento fundamental de los animales.

En las mitocondrias existe un sistema de transporte de electrones que determinan importantes fenómenos de oxido reducción, durante los cuales se forman notables cantidades de ATP, que es un compuesto altamente energético del que depende la mayor parte de metabolismo.

En las mitocondrias se produce el metabolismo enzimático de los ácidos grasos, los cuales son en parte elaborados también en el citoplasma.

CATALIZADORES

Un catalizador propiamente dicho es una sustancia que está presente en una reacción química en contacto físico con los reactivos, y acelera, induce o propicia dicha reacción sin actuar en la misma.

COMPONENTES DEL SISTEMA ENZIMÁTICO

ENZIMAS:

Las enzimas son moléculas de naturaleza proteica que catalizan reacciones químicas.

SUSTRATO:

Molécula sobre la que actúa la enzima.

CENTRO ACTIVO:

Zona de la enzima donde reacciona el sustrato apropiado. El centro activo es hidrofóbico (repele el agua) por lo que se compone de aminoácidos anfóteros.

ENERGÍA DE ACTIVACIÓN:

Energía que necesita un sistema antes de poder iniciar un determinado proceso. La energía de activación suele utilizarse para denominar la energía mínima necesaria para que se produzca una reacción química dada.

PRODUCTO:

Resultante de las reacciones ya catalizadas.

PODER CATALÍTICO:

Gran capacidad de aceleración de la velocidad de reacción.

MODULADORES:

Actúan sobre enzimas oligoméricas, si la aceleran es positiva y si la disminuye es negativa.

ACTIVADORES:

Iones que aceleran la velocidad de reacción.

Ej: El Mg es activador de la hidrólisis del ATP.

INHIBIDORES

Disminuyen la velocidad de una reacción.

Ej: El citrato de Na inhibe al Ca; o sea, no permite que el Ca se encuentre ionizado.

LA APOENZIMA

Es la parte proteica de una enzima, desprovista de los sofactores o coenzimas que puedan ser necesarios para que la enzima sea funcionalmente activa.

LA HOLOENZIMA

Es una enzima que está formada por una proteína (apoenzima) y un coafactor, que puede ser un ion o una molécula orgánica compleja unida (grupo protéstico) o no (una coenzima). Es una enzima completa y catalíticamente activa.

FUNCIONES DE LAS ENZIMAS

Las enzimas son proteínas que catalizan todas las reacciones bioquímicas. Además de su importancia como catalizadores biológicos, tienen muchos usos médicos y comerciales.

Un catalizador es una sustancia que disminuye la energía de activación de una reacción química. Al disminuir la energía de activación, se incrementa la velocidad de la reacción.

La mayoría de las reacciones de los sistemas vivos son reversibles, es decir, que en ellas se establece el equilibrio químico. Por lo tanto, las enzimas aceleran la formación de equilibrio químico, pero no afectan las concentraciones finales del equilibrio.

PROPIEDADES DE LAS ENZIMAS

Catalizan procesos dinámicos, muchos pues son POLIMEROS BIOLÓGICOS

Determinan velocidad a la cual tiene lugar los eventos fisiológicos, cumpliendo un papel muy importante en salud y enfermedad.

Son catalizadores esteros específicos.

Catalizan una reacción o reacciones específicas, en contraste con los catalizadores inorgánicos.

Es poco común que se formen productos secundarios.

Debido a sus estructuras complejas, las enzimas pueden regularse, muy importante en los seres vivos que deben conservar la energía y materia prima.

Las velocidades de las reacciones que catalizan suelen ser extraordinariamente elevadas.

La actividad catalítica de una enzima facilita su detección.

Colabora con la degradación de alimentos para suministrar energía y bloques estructurales, permitiendo el ensamble de esos bloques en proteínas, membrana y ADN codificante de la información genética.

Permite encausar la energía para producir movimiento celular.

En la salud ayuda a conservar la homeostasis de los procesos fisiológicos.

En los estados patológicos pueden sufrir importantes transtornos.

COMPLEJO ENZIMA-SUSTRATO

Algunas proteínas tienen la capacidad de modificar los ligandos a los cuales son unidos, es decir actúan como catalizadores moleculares. Su función es acelerar en varios órdenes de magnitud el ajuste de un equilibrio de reacción químico, que en un proceso sin ellas podrían tardar una eternidad. Estas proteínas son las denominadas enzimas. Para realizar esta aceleración del proceso lo que consigue la enzima es lograr la disminución de la energía de activación de la reacción. 

Las enzimas dirigen las transformaciones químicas y energéticas que tienen lugar en cada célula. Pero para realizar estas funciones básicas y vitales para nuestra vida deben tener una capacidad de interaccionar de forma específica y reversible con ligandos, que viene dada por su conformación espacial en el lugar de la unión.

Los lugares de unión acostumbran a estar en unas hendiduras de la superficie de la enzima, formando como un "bolsillo" en el cual entra el sustrato. De esta manera la superficie de interacción entre sustrato y enzimas es mayor, y las posibilidades de conferir especificidad a la unión con el sustrato aumenta. La especificidad de la unión es tan alta que la enzima es capaz de distinguir entre sustratos esteroisómeros, por lo tanto decimos que las enzimas presentan esteroespecificidad. La esteroespecificidad puede servir en casos concretos para separar rutas de formación y degradación de productos, que se realizan de forma simultánea. Este hecho se debe a que las enzimas son moléculas asimétricas.

La unión se mantiene gracias a las fuerzas de enlaces no covalentes entre átomos del sustrato y la enzima, como enlaces de Van der Waals, enlace por puente de hidrógeno o puentes salinos, durante la catálisis, pero la unión es temporal, por tanto cuando la reacción enzimática finaliza se separan la enzima y el producto.

La velocidad de la reacción va aumentando a medida que aumenta la concentración de sustrato hasta que la enzima se satura.

La reacción catalizada por una enzima utiliza la misma cantidad de sustrato y genera la misma cantidad de producto que una reacción no catalizada. Al igual que ocurre en otros tipos de catálisis, las enzimas no alteran en absoluto el equilibrio de la reacción entre sustrato. Sin embargo, al contrario que las reacciones químicas,las enzimas se saturan. Esto significa que a mayor cantidad de sustrato, mayor número de centros catalíticos estarán ocupados, lo que incrementará la eficiencia de la reacción, hasta el momento en que todos los sitios posibles estén ocupados. En ese momento, se habrá alcanzado el punto de saturación de las enzimas y aunque se añada más sustrato, no aumentará más la eficiencia.