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Son biocatalizadores, que, en la mayor parte de los casos, son de naturaleza proteica, aunque también existen enzimas con naturaleza nucleica. Estas moléculas aceleran las reacciones, pro nunca desplazan el equilibrio. Consiguen aumentar la velocidad de la reacción gracias a un descenso en la energía de activación; afecta a la cinética de la reacción pero no a la termodinámica.
- Sustratos y co–sustratos Son moléculas que participan en la reacción y que se ven afectadas por la misma, es decir, se transforman. - Cofactores Son moléculas diferentes a las enzimas, que no afectan a la energía de activación, pero que resultan imprescindibles para que la reacción ocurra cinéticamente. Si tienen naturaleza orgánica, se denominan coenzima; si tienen naturaleza no orgánica son cofactores metálicos. Holoenzima : cuando se hace referencia al enzima y cofactor Apoenzima : cuando se hace referencia solo al enzima, en concreto, la parte proteica. Grupo prostético : cuando se habla del cofactor fuertemente unido al enzima. - Coenzimas Son moléculas orgánicas de naturaleza no proteica, necesarias para la catálisis. Se denominan co–catalizadores si no se alteran en la reacción; se llaman co–sustrato cuando sí se modifican. Muchas vitaminas son coenzimas o precursores de ella.
CATÁLISIS ENZIMÁTICA
- Especificidad de sustrato , llegando a diferenciar entre esteroisómeros y a presentar proquiralidad. - Elevado poder catalítico : aumentan muchísimo la velocidad de reacción - Cinética de saturación : existe un nivel máximo de sustrato transformado ante una misma concentración de enzima. - Disminuyen la energía de activación, ayudando a formar el estado de transición - Modelos de unión Algunos modelos se basan en la forma entre enzima y proteína, que encajan perfectamente una en la otra. Otros modelos se basan en un cambio de conformidad de la proteína en presencia de enzimas, que favorece la unión de la proteína con la enzima y con el resto de sustratos. - Centro activo Son lugares de la enzima donde se produce la catálisis. Están formados por residuos que linealmente se encuentran muy alejados entre ellos. Proporcionan los elementos y el medio necesarios para la catálisis. - Cinética : se diferencian en enzimas hiperbólicas y sigmoidea sus según la gráfica que sigan. - Clasificación según el tipo de reacciones que catalizan. Oxirreductasas : reacciones de óxidorreducción Trasferasas : reacciones de transferencia de grupos funcionales Hidrolasas : ruptura de moléculas por la acción del agua. Liasas : ruptura de moléculas por la acción de compuestos distintos del agua. Isomerasas : reacciones de isomerización Ligasas : reacciones de unión de sustratos en un producto
CINÉTICA ENZIMÁTICA
Es una representación gráfica de la velocidad de reacción frente a la concentración de los sustratos. Esto se consigue midiendo la cantidad de la misma por un tiempo delimitado, desde que se echa un enzima en tubos con diferentes concentraciones iniciales. Puede ser de tipo hiperbólica (Michaeliana) o sigmoidea.
CINÉTICA HIPERBÓLICA
Michaelis–Menten descubrió que para algunas proteínas se cumplía la siguiente ecuación:
Cuanto más baja sea la constante de Michaelis, mayor afinidad encontramos entre el enzima y el sustrato. Esto es importante porque un mismo sustrato puede originar diferentes productos según la ruta que siga, dependerá pues de la constante de cada enzima. En la gráfica, el valor del la constante coincide con la ordenada del valor de concentración en el cual la velocidad es la mitad que la máxima. La velocidad máxima marca el nivel de saturación. Experimentalmente es difícil encontrar el valor máximo de la velocidad; para eso se realiza una transformación matemática; generalmente se expresa la inversa de la concentración, obteniendo así una recta que cortará al eje de ordenadas en la velocidad máxima y al de abscisas en la constante. Parámetros enzimáticos
- Significado de la constante y de la velocidad máxima La constante está relacionada con la afinidad entre el sustrato y el enzima. La velocidad máxima es aquella en la cual se alcanza el valor de concentración máximo con el que el enzima reacciona. - Número de recambio Es el número de procesos de reacción que cada centro activo procesa por unidad de tiempo. - Actividad específica Micromoles de sustrato transformados por minuto y por miligramos de proteína total. - Unidad Cantidad de enzima que transforma un micromol de sustrato por minuto. **Reacciones con más de un sustrato
- Modelo secuencial ordenado** Existe un orden preciso de unión enzima – sustrato “a” y no con el sustrato “b”. - Modelo secuencial al azar No existe ningún tipo de orden de unión ni de separación. - Modelo de doble desplazamiento o ping– pong
Suelen encontrarse en tejidos diferentes, donde el medio es muy distinto y cada una de ellas es más efectiva en unas condiciones específicas.
ZIMÓGENOS
Son proteínas que, para llevar a cabo actividad enzimática, deben ser divididas por un lado concreto de la secuencia; en ellas aparece una acción proteolítica concertada.
ZIMÓGENOS DIGESTIVOS
En el estómago se rompen los enlaces peptídicos hasta conseguir aminoácidos. Las proteasas que realizan dicha acción no están activadas hasta que produce la ingestión de alimentos. El tripsinógeno se activa por mediación de la enteropeptidasa , y se convierte en tripsina. Esta, a su vez, activa la proelastasa a elastasa ; la procarboxipeptidasa a carboxipeptidasa , y otros más. Estómago: pepsina y renina (en lactantes) Páncreas: zimógenos pancreáticos.
CASCADA DE COAGULACIÓN
Tiene lugar cuando es necesaria la coagulación de la sangre. Un zimógeno actúa sobre otro, que, a su vez, actuará sobre uno más; de esta manera en un espacio corto de tiempo se consigue mucha actividad de la enzima situada al final de la cascada. Hay que tener en cuenta que este proceso es molecular, ya que la organización de plaquetas se denomina agregación. Este fenómeno se puede activar mediante una vía intrínseca y otra extrínseca. La primera tiene la peculiaridad de ser una vía con retroactivación. Las dos se desencadenan cuando existe tensión titular. Cuando esto ocurre, el factor titular se une con Ca+^ y se activan zimógenos, hasta el fibrógeno que se convierte en fibrina, la cual realiza el coágulo. Esta proteína no es soluble, por lo que se unen entre sí, formando un polímero que hace que aparece la estructura. Es el factor XIII quien cataliza uniones entre diferentes elementos creando enlaces covalentes. La cascada, entonces, actúa como amplificador. Vía intrínseca Se activa cuando existe daño tisular o cuando se detecta la presencia de superficies extrañas. Uno de los zimógenos que están presentes en esta ruta, activa a otro ya presente en un paso anterior, ademas de a un nuevo zimógeno; de esa forma, el proceso es retroactivo. Vía extrínseca Se activa un zimógeno más cercano al final, sin que se produzca retroactivación. En las dos vías, el punto común es el factor X , la presencia de calcio y de vitamina K , que modifica el glutámico, presente en factores de cascada. Una de las patologías ligadas a esta reaccion es la hemofilia de tipo A , ligada al cromosoma X, provocada por una deficiencia en el factor VIII.
ANTICOAGULANTES
Antagonistas de la vitamina K (esencial para la γ–carboxilación de factores de coagulación). Otro anticoagulante es la Hiruidina, una proteína producida por las sanguijuelas que inhibe la trombina.
DISOLUCIÓN DEL COÁGULO
Tiene lugar por acción de la plasmina, que proviene el plasminógeno. Se activa el TPA (activador plasminógeno tisular), que se une a la fibrina con más afinidad que al fibrógeno. La estructura de la TPA es parecida a la protombina, menos un dominio similar a la fibrina, que es el que consigue que se le deshaga el coágulo; en lugar de poseer una actividad inhibidora del fibrógeno para que no se forme más fibrina. La antitrombina inhibe la acción de la serin–proteasa. La heparina se une a la trombina y, de esa forma, aumenta la actividad antitrombina.
La proteína C es un zimógeno que se activa por trombina y que inactiva los factores Vª y VIIIª. La proteína C se activa al unirse a la membrana (su receptor) y a la trombomodulina, otra proteína transmembrana. Esta une trombina, retirándola de la circulación y haciéndola menos activa para activar la coagulación, pero más activa para activar la proteína C. Además, la proteína C activada une proteína S, que a su vez inactiva los factores Vª y VIIIª. PAI : inhibidores del activador del plasminógeno.
NUEVOS CONCEPTOS EN ENZIMOLOGÍA
RIBOZIMAS
En un ARN con capacidad catalítica. Algunos ARN son capaces de eliminar, sin presencia de otras enzimas, partes suyas que no se traducirán (intrones). Es importante porque para la transcripción se necesitan enzimas, pero si el ARN puede hacerlo sin la presencia de estas se concluye el problema del origen de la vida.
ABZIMAS
Son anticuerpos con capacidad catalítica. Son artificiales, se consiguen mediante lógica de secuencias. Un anticuerpo es reconocido por enzima A con estructura X. Si el anticuerpo lo inyectamos en un individuo de una especie diferente; este genererá anticuerpos propios que lo reconozcan. Por lo tanto, el anticuerpo nuevo B y la enzima A debemos de poseer una estructura similar, X.
ENZIMAS HÍBRIDAS
- Proteínas de fusión - Proteínas – ácidos nucleicos Algunas vitaminas son precursores de coenzimas implicadas en el transporte de grupos (distintas vitaminas del grupo B o vitamina K); otras, sin embargo, no son precursores de estos coenzimas, como la vitamina A, C, D y E.
COENZIMAS DE ÓXIDO – REDUCCIÓN
Teniendo en cuenta que la pérdida de hidrógeno supone una oxidación, las más importantes son el NAD , NADP , FAD , ácido lipoico y ácido ascórbico. Estos son cosustratos , porque al producirse la reacción química se transforman, reduciéndose al aumentar el número de hidrógenos. En muchas reacciones es imprescindible la presencia de estas sustancias. En los procesos de biosíntesis, además de ATP, se puede requerir poder reductor; en la mayoría de los casos de biosíntesis reductora, el donador de electrones es NADPH.
La inhibición enzimática puede ser reversible o irreversible , como ocurre con ciertos venenos o medicamentos que forman enlaces covalentes. La inhibición enzimática tiene aplicaciones en la investigación y en terapia (fármacos).
INHIBICIÓN NO REVERSIBLE
Se refiere a moléculas poco reactivas que, al unirse al ezima, comienzan el proceso normal hasta convertirse en un compuesto muy reactivo que se une irreversiblemente al enzima en lugar de transformarse en producto. Tienen un papel muy importante en la empresa farmacéutica.
INHIBICIÓN REVERSIBLE
Dentro del grupo de inhibidores reversibles distinguimos cuatro tipos, según el tipo de acción en la que se basen: competitivos, no competitivos, acompetitivos e inhibidores por exceso de sustrato.
COMPETITIVA
Aquellas en las cuales el inhibidor y el sustrato compiten por el enzima. Sus estructuras son parecidas, y los enzimas, aunque presentan mucha especificidad, no son capaces de reconocer cuál es el inhibidor. Se denominan isósteros. Aumentan la Km pero no varían la Vmáx. La presencia del inhibidor disminuye la unión de E+S.
NO COMPETITIVA
Aquellas en las que el inhibidor no varía la afinidad entre el sustrato y el enzima de manera neta. Aunque se puede unir al enzima libre, al igual que con el complejo enzima – sustrato, la afinidad total no cambia en presencia del inhibidor; sin embargo, impide en cualquier caso que se forme el producto. De esta manera, cambia la Vmax, disminuyéndola, pero no altera la Km.
ACOMPETITIVA
Aquellas en las que el inhibidor no se une al enzima, sino al complejo enzima – sustrato. Esto provoca un aumenta en la afinidad del sustrato el enzima, por lo que aumenta la concentración del complejo de unión. Sin embargo, se inhibe completamente la síntesis del producto. Disminuye tanto la Km como la Vmax.
POR EXCESO DE SUSTRATO
Experimentalmente se obtienen gráficas en las que se ha comprobado que una concentración muy alta de sustratos puede provocar una disminución de la velocidad. INHIBIDOR DE LA PROTEASA (VIH) COMPLEJO INDINAVIR–PROTEASA (VIH) CAPTOPRIL (IECA): inhibidor del enzima ESTATINAS : inhibidor de la HMG-CoA reductasa convertidor de la angiotensina ASPIRINA (ácido acetil salicilico): inhibidor de la ciclooxigenasa
