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LAS ENZIMAS
Sin ellas no sería posible la vida en la tierra, o las reacciones químicas se darían a velocidades incompatibles. No favorecen reacciones imposibles.
ENZIMA + SUSTRATO = LOVE AT FIRST SIGHT
La enzima reconoce al sustrato, se une, lo modifica y libera el producto. Las enzimas no sufren cambios.
INTRODUCCIÓN
La vida DEPENDE de biocatalizadores potentes específicos (enzimas), se debe a su estructura tridimensional y el centro activo donde se une el sustrato. Son proteínas que aceleran las reacciones químicas, regulan todos los eventos del metabolismo en el organismo. Trabajan a una temperatura y pH óptimos. Intervienen en el diágnóstico y tratamiento de diseases.
ALGUNOS EJEMPLOS
Amilasa: Cataliza al almidón y dan glucosa. Rompen enlaces glicosídicos con ayuda de una molécula de agua. Ubicada en la saliva y en el jugo pancreático. Lipasas: Rompen enlaces esteres del glicerol. Catalizan a la grasa (triglicérido). Dan glicerina y ácidos grasos. Elaboradas en el páncreas y secretadas por el intestino delgado. Proteasas: Catalizan a las proteínas. Son secretadas por leucocitos y por el páncreas. pH óptimo y específicos. Endoproteasa, etc. Da aminoácidos. Junto con la amilasa, aumentan capacidad de detergentes para eliminar suciedad y colorantes.
TIPOS:
- ENZIMAS SIMPLES: Una o más cadenas polipeptídicas.
- ENZIMAS CONJUGADAS: Parte proteica y parte no proteica indispensable para la función.
- EXCEPCIONES: Los RNA ribosomales y un puñado de moléculas de RNA con actividad de endonucleasa o de nucleótido ligasa conocidas como las ribozimas, no son proteínas.
TERMINOLOGÍA:
SUSTRATO: Reaccionante, la enzima actúa sobre este. APOENZIMA: Componente estrictamente proteico (aminoacídico) de una enzima. COFACTOR: Molécula importante y necesaria para algunas reacciones. Inorgánicos (metales, citocromo, etc) y orgánicos (puede ser vitaminas como la B):
-Grupo prostético: Unión covalente con la enzima.
-Coenzima: Molécula no proteica unida laxamente a la enzima (NAD). Conocido como transbordador ya que da algo a la enzima para su reacción.
HOLOENZIMA: Completa. Apoenzima + parte no proteica. ISOENZIMA: Misma reacción, múltiples formas moleculares de la enzima y diferente ubicación.
-Aldoheído deshidrogenasa 1 y 2 (mitocondria), tranforma el aldoheído en ácido.
INHIBIDOR: Sustancia que anula la acción de la enzima. ACTIVADOR: Sustancia que aumenta la acción de la enzima. ZIMOGENO: Precursos inactivos, moléculas proteicas con cambio para volverse activas. Ej.el pepsinógeno (inactivo), el HCL afecta su estructura y lo transforma en pepsídico.
CENTRO ACTIVO:
El sustrato se une a una parte específica de la enzima llamada centro activo, la cual consta de:
- Sitio de unión: Aa en contacto directo con el sustrato.
-Sitio catalítico: Aa implicado en mecanismo de reacción.
-Piruvato-carboxilasa: Piruvato + CO2, acetato.
-DNA-ligasa: Une fragmentos.
NÚMERO CLAVE DE LAS ENZIMAS:
Ej. Deshidrogenasa láctica (LDH): 1. 1. 1. 27.
Los códigos corresponden a las clases.
LOCALIZACIÓN CELULAR:
Se distribuyen de acuerdo a la COMPARTIMENTALIZACIÓN (aisla sustratos y productos; no hay competencia de reacciones). Agrupados en diferentes complejos multienzimáticos , ubicados en organelas específicas para transformar un sustrato específico.
Mitocrondia: Ciclo del TCA, oxidación de AG, descarboxilación del piruvato. Citosol: Glucólisis, vía del HMP, síntesis de AG. Núcleo: Síntesis de DNA y RNA. Lisosoma: Degradación de macromoléculas complejas.
CINÉTICA QUÍMICA:
¿Cómo se mide la velocidad de una reacción química? Por la cantidad formada del producto en el tiempo o por la cantidad consumida de los reactantes.
FACTORES QUE MODIFICAN LA VELOCIDAD QUÍMICA:
Concentración de los reactantes: En 1867, Guldberg y Waage establecen la relación entre la velocidad de reacción y concentración de reactantes: LEY DE ACCIÓN DE MASAS. Equilibrio químico: Reacción reversible, las concentraciones de las sustancias que intervienen permancen constantes a lo largo del tiempo. Hay diferentes direcciones y diferentes velocidades (directa e inversa). Constantes de proporcionalidad Kd y Ki que miden la afinidad química de la reacción directa e inversa. Las enzimas no intervienen. Constante de equilibrio Kc : K1/K2 mide afinidad química de sustancias reaccionantes , específica y característica de cada reacción química. Efecto de la concentración de reactantes sobre la velocidad da 3 cuvas diferentes.
Disminuyen la energía de activación.
CINÉTICA ENZIMÁTICA:
Modelo de Micahelis-Menten(complejo enzima-sustrato). Es difícil estimar la cantidad de una enzima en tejidos o en líqjuidos biológicos ya que es generalmente muy pequeña. La actividad de la enzima es directamente proporcional a su concentración.
La ACTIVIDAD de la enzima se estima por la VELOCIDAD DE LA REACCIÓN que cataliza = Cantidad de sustrato consumido [S] (o producto formado) por unidad de tiempo en c ondiciones adecuadas de T° y pH. Expresado en UNIDADES INTERNACIONALES, umoles de sustratato transformado por minuto.
TÉRMINOS RELACIONADOS:
Actividad enzimática: umoles de sustrato formado/minuto. Actividad específica: Mide el grado de purificación (unidades de actividad enzimática por mg de proteína total). Actividad molecular: # de moléculas transformadas por molécula de enzima/minuto.
FACTORES QUE MODIFICAN LA VELOCIDAD ENZIMÁTICA:
pH:
Enzimas tienen grupos ionizables en las cadenas lateral de los aa , depende del pH del medio para que estos tengan carga positiva, negativa o neutra. PH ÓPTIMO: pH donde la formación será la más adecuada para la actividad catalítica. Afecta en diferentes puntos: Modifica la ionización de grupos en el centro activo de la enzima. Ionización de grupos que no intervienen en el complejo ES (enzima- sustrato), son importantes para el mecanismo catalítico. Conformación que favorece o desfavorece la actividad. Ionización de algún grupo en el sustrato.
Temperatura:
Los aumentos de esta acelera la reacción química, pero a cierta temperatura pueden desnaturalizarse. Cuando la actividad catalítica es máxima corresponde a la temperatura óptima, por encima de esta la actividad enzimática disminuye. Humanos: 37°C Bacterias y algas: 100°C Bacterias árticas: 0°C
Concentración de la enzima:
La velocidad aumenta proporcionalmente a la concentración de la enzima pero no la de otro reactante [S]. Concentración de sustrato : Se mide el efecto de la [ ] inicial de sustrato sobre la velocidad de la reacción, manteniendo la cantidad de la enzima constante. La velocidad inicial (v0) frente a la concentración de sustrato [S] se obtiene:
Km (constante de Michaelis): concentración de sustrato con la que se alcanza la mitad de la Vmáx. Mide la afinidad de la enzima por el sustrato (ESTABILIDAD).
INHIBICIÓN ENZIMÁTICA:
INHIBIDORES: Son compuestos que al ser añadidos disminuyen o eliminan la actividad de la enzima. Pueden ser agrupados en:
Inhibidores irreversibles: Covalentemente unidos , tan fuerte que la disociación es muy lenta. Importantes aplicaciones médicas como los antibióticos. Inhibidores reversibles: Se separan rápidamente de la enzima y esta recupera su actividad.
TIPOS DE INHIBIDORES REVERSIBLES : Provocan cambios en la Km y Vmax.
Inhibición competitiva: Semejanza estructural entre sustrato e inhibidor. Se supera de acuerdo al aumento de la [ ] del sustrato. Km aumenta, Vmáx no se modifica. Se une al sitio activo y e vita que el sustrato se una.
Inhibición no competitiva: NO tienen semejanza , no se supera, la Km no se modifica y Vmáx disminuye. No se une al sitio activo directamente pero sí lo afecta. Forma diferentes complejos ESI, ES, EI.
Inhibición acompetitiva: Disminuye Km y Vmáx. Se une al complejo enzima-S, lo estabiliza y evita la separación del sustrato de la enzima, evita la formación del producto.
APLICACIÓN MÉDICA DE LOS INHIBIDORES:
La mitad de los medicamentos más usados actúan como inhibidores. Por ejemplo:
Antibióticos lactámicos como la penicilina y la amoxicilina inhiben a una o más enzimas de la síntesis de la pared bacteriana. Inhibidores de la ACE , como el captopril, enalapril, lisinopril; impiden la conversión de la angiotensina I en angiotensina II y evitan el efecto vasoconstructor de la angiotensina II.
REGULACIÓN DE LA ACTIVIDAD ENZIMÁTICA:
Las reacciones enzimáticas están organizadas en rutas bioquímicas o metabólicas. El producto de una reacción es el sustrato de la siguiente.
¿Por qué deben ser reguladas?
Conservar la energía. Mantener un estado celular ordenado. Responder a variaciones ambientales.
- Regulación por cambios en la cantidad de la enzima:
Mixtas : La mayoría. Ej.Hexoquinasa.
Inhibición feedback (retroalimentación): El producto final de la ruta metabólica es el que inhibe una de las enzimas iniciales de la ruta. Poco o no similares estructuralmente al sustrato.
-Ejemplos:
Fosfofructokinasa , inhibida por la ATP en la ruta de la glicólisis. PRPP sintetasa , inhibida por los nucleótidos AMP, GMP, INB (productos) en la ruta de la biosíntesis de las purinas. HMGCoA reductasa , inhibida por el colesterol en la biosíntesis del colesterol. Se utilizan estatinas.
Regulación covalente:
Se da por las enzimas moduladoras. Forma activa e inactiva: La modificación suele consistir en la adición o eliminación de un grupo químico esencia l para la catálisis.
-Ejemplo:
Glucógeno fosforilasa b (inactiva) y el glucógeno fosforilasa a (activada) , fue activada por la adición de grupos fosfatos por la Hexoquinasa. Enzimas moduladoras como la fosforilasa quinasa y fosforilasa fosfatasa. Las hormonas son las que darán la señal para la activación.
