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BIOCATALIZADORES
Se llaman biocatalizadores a las sustancias que aceleran las reacciones economizando energía.
TIPOS DE BIOCATALIZADORES:
Oligoelementos: son elementos que se encuentran en pequeñas cantidades ( menos del 0,1 ) se
obtienen a partir de los alimentos y son imprescindibles para la vida
Vitaminas.: son moléculas de naturaleza proteica o lipidíca sintetizadas por los seres autótrofos y
microorganismos. Los animales deben de ingerirlas en la dieta.
Hormonas: son sustancias de naturaleza protéica o lipidica. Sintetizadas en un lugar diferente del que
actúan.
Enzimas: son sustancias de naturaleza protéica, que actúan en el mismo lugar donde son sintetizadas.
ENZIMAS
PROPIEDADES DE LAS ENZIMAS PARA SER CONSIDERADAS VERDADEROS CATALIZADORES
•
Aumentan la velocidad de las reacciones economizando energía.
•
Permanecen inalterables al finalizar la reacción
•
Son efectivas a bajas concentraciones
•
No desplazan el equilibrio de la reacción que catalizan.
ESTUCTURA DE LAS ENZIMAS
Se distinguen dos tipos de enzimas, uno estrictamente protéico y otro con parte protéica y parte no
protéica.
HOLOENZIMA = PROTEICA
+
NO PROTEICA
HOLOENZIMA = APOENZIMA + COFACTOR
Molécula
Molécula
Orgánica
Inorgánica
Coenzima
Grupo prostético
Unido al apoenzima
unido al apoenzima
Por enlaces débiles
por enlaces covalentes
APOENZIMA parte proteica del holoenzima constituida por tres tipos de aminoácidos :
•
Aminoácidos estructurales: son los encargados de mantener la estructura tridimensional del
enzima.
•
Aminoácidos de fijación: fijan la enzima al sustrato por enlaces débiles.
•
Aminoácidos catalíticos :fijan la enzima al sustrato por enlaces fuertes y lo rompen en sus
productos
Centro activo es el lugar donde el enzima se une al sustrato encajando perfectamente como una mano y
un guante. Está formado por los aminoácidos de fijación y los catalíticos.
ACTIVIDAD ENZIMÁTICA
En toda reacción enzimática, el sustrato es convertido en producto de la siguiente manera: el sustrato se
fija a la enzima se forma un complejo enzima-sustrato , la enzima rompe al sustrato en sus productos y
ella se recupera inalterable
FACTORES QUE AFECTAN A LA ACTIVIDAD ENZIMÁTICA
TEMPERATURA: Si se suministra a una reacción
enzimática energía en forma de calor, al ser
captada por las moléculas es transformada en
energía cinética ello favorece la movilidad de las
moléculas y por lo tanto el número de encuentros
se incrementa si la,temperatura es excesiva la
enzima al ser una proteína se desnaturaliza
PH: todos los enzimas poseen dos valores de PH entre
los cuales son efectivos traspasados estos valores la
enzima se desnaturaliza, entre estos valores siempre
hay un PH óptimo en el cual la velocidad es máxima.
Cambios en el PH afectan a la distribución de las cargas
eléctricas de la molécula y a las interacciones
electrostáticas que fijan la estructura nativa.
CINÉTICA ENZIMÁTICA:
EFECTO DE LA CONCENTRACION DE SUSTRATO.
Cuando se mantiene constante la concentración de enzima, se
observa que el aumento de la velocidad de reacción es
proporcional al incremento en la concentración de sustrato. Este
proceso se mantiene hasta que en cierto momento por más que
aumentemos la concentración de sustrato no aumenta la
velocidad, decimos que se alcanzo la velocidad máxima y toda la
enzima estaría saturada.
KM: representa la concentración de sustrato a la cual la enzima
alcanza la mitad de la velocidad máxima. Y mide la afinidad que tiene la enzima por el sustrato, pues
cuanto más pequeña es KM más afinidad hay pues con menos sustrato la formación del producto es más
rápida.
ACTIVADORES: Son sustancias que al combinarse
con el enzima potencian su acción.
PROENZIMAS O ZIMOGENOS: Son enzimas que se sintetizan de forma inactiva y que posteriormente
por la acción de otras enzimas o iones pasan a su forma activa. Ej: enzimas del aparato digestivo
tripsinógeno--------tripsina
INHIBIDORES : Hay inhibición cuando disminuye la actividad y la eficacia de un enzima.
TIPOS DE INHIBICION :

REVERSIBLE : La enzima se une al inhibidor por enlaces débiles siendo su unión temporal. Hay
dos tipos:
-Competiviva : El inhibidor y el
sustrato se parecen y compiten por meterse en el
centro activo.
No competiviva: El inhibidor se une a la
enzima en un lugar distinto del centro
activo, con lo cual este se deforma
impidiendo el acceso al sustrato.
IRREVERSIBLE O ENVENENAMIENTO DEL ENZIMA : La enzima se une al inhibidor por enlaces
covalentes (fuertes) siendo su unión permanente.
REGULACIÓN DE LA ACTIVIDAD ENZIMÁTICA
ENZIMAS ALOSTÉRICAS
Son enzimas que presentan dos conformaciones diferentes, estables e interconvertibles: una es la forma
activa que tiene una gran afinidad por el sustrato y la otra es la forma inactiva que presenta baja afinidad por
el sustrato.
•Estas enzimas poseen además del centro activo, otro centro llamado centro regulador o alostérico
donde se puede unir un modulador o regulador alostérico que, puede ser un activador o un inhibidor de la
enzima. Si el centro regulador esta vacío la enzima actúa a velocidad normal; si está ocupado por el regulador
se producen cambios en la conformación y dependiendo de que sea activador o inhibidor adoptara una forma
más o menos activa.
El paso de la forma inactiva a la forma activa se produce al fijarse en el centro regulador un activador
alostérico o modulador positivo suele ser el sustrato. El paso de la forma activa a la forma inactiva se
produce al fijarse en el centro regulador un inhibidor alostérico o modulador negativo suele ser el
producto final.
•Estas enzimas están formadas por varias subunidades, por lo que tienen estructura cuaternaria.
•Presentan efecto cooperativo entre la subunidades, es decir que si se activa o inhibe una de ellas provoca
el mismo efecto en las demás.
•En las enzimas alostéricas la cinética de las reacciones es diferente a la de las demás enzimas, la gráfica de
la velocidad frente al sustrato es una curva sigmoidea en lugar de hiperbólica como ocurre en las demás
enzimas. Los enzimas alostéricos desempeñan un papel muy importante en la regulación de las reacciones
metabólicas, suelen actuar en puntos estratégicos de las rutas metabólicas como son: la primera reacción de
una ruta metabólica o los puntos de ramificación de una ruta metabólica. El propio sustrato de la primera
reacción es el que actúa como activador alostérico, al unirse con el enzima produce el cambio que da lugar
a la conformación activa. También el producto final de la ruta metabólica puede actuar como inhibidor
alostérico, produciendo la aparición de la conformación inactiva.
Regulación alostérica
Es un tipo de regulación metabólica en la cual el producto de una ruta metabólica inhibe a una enzima
alostérica que cataliza una reacción dentro de dicha ruta (retroinhibición).
Explicación: Una ruta metabólica es un conjunto de reacciones acopladas en cadena, de manera que el
producto de la primera reacción es el sustrato de la siguiente, y así sucesivamente. Cuando la
concentración del producto final es elevada, éste actúa como un inhibidor, se une a la primera enzima,
ésta se inactiva y toda la cadena de reacciones se detiene. Esto se conoce como feed-back o
retroinhibición
.PROPIEDADES DE LAS ENZIMAS
Especificidad, desnaturalización y solubilidad.
Especificidad: Sólo existe una actividad enzimática cuando los radicales de los aminoácidos de fijación
coinciden con los radicales del sustrato, de manera que se produzca su unión. Esta especificidad viene
determinada por dos características:
-
El sustrato debe de poseer algún grupo funcional que le permita unirse a la enzima y situar a la
molécula de forma precisa sobre el centro activo.
-
El sustrato debe de poseer un enlace que la enzima pueda atacarlo y romperlo.
Fischer comparó la especificidad entre la enzima y el sustrato con la que existe entre la llave y una
cerradura, pero posteriormente Koshland la comparó con una mano y un guante (teoría del ajuste
inducido), dado que la enzima puede cambiar de forma.
TIPOS DE ESPECIFICIDAD
-
Absoluta: Cuando la enzima reconoce un único tipo de sustrato. Ejemplo: la D-fructosa 6
fosfotransferasa actúa sólo sobre la D-fructosa.
-
De grupo: Cuando la enzima reconoce a un grupo de moléculas similares que poseen un
determinado enlace. Ejemplo: la α-glucosidasa actúa sobre los glúcidos que poseen enlaces α.
-
De clase: Cuando la activación de la enzima sólo depende del enlace.
-
Estereoquímica: Cuando actúa sobre uno de los dos isómeros ópticos.
CLASIFICACIÓN DE LAS ENZIMAS
Los enzimas se clasifican en 6 grupos en función de la acción que realizan. Para denominar un enzima se
utiliza generalmente el nombre del sustrato sobre el que actúa con la terminación -asa (por ejemplo,
sacarasa).
·Clase I Oxidorreductasas: Catalizan reacciones de oxido-reducción o redox.
A H2
reducido
+
oxidado
B
----------->
A
+
oxidado
B
H2
reducido
·Clase II Transferasas: Catalizan reacciones en las que se transfieren grupos funcionales de un
compuesto a otro.
A-X + B ------> A + B-X
·Clase III Hidrolasas: Catalizan reacciones de hidrólisis, es decir la ruptura de enlaces con la
intervención del agua. A este grupo pertenecen las enzimas digestivas.
A-B + H2O ------> A-OH + B-H.
Clase IV Liasas: Catalizan la adición y separación de grupos funcionales sin la intervención de agua,
mediante la eliminación o la formación de dobles enlaces.
A-B------>A=B + X
X
·Clase V Isomerasas: Catalizan reacciones de isomerización, que producen reordenaciones de los
átomos dentro de la molécula.
·Clase VI Ligasas o sintetasas: Catalizan la unión de dos moléculas para sintetizar una mayor. Obtienen
la energía necesaria para crear el enlace de la hidrólisis del ATP.
A + B + ATP ------> A-B + ADP+P
COENZIMAS
Los coenzimas son cofactores orgánicos unidos a la enzima por enlaces débiles. Suelen
alterarse durante la reacción, pero una vez acabada se regeneran volviendo a ser funcionales.
Se dividen en tres grupos: Energéticos: Intervienen en reacciones de transferencia de grupos
fosfato. Ejemplo: ATP, AMP y ADP. Los metabólicos que intervienen en reacciones re-dox. Ejemplo:
FADH2 y NADH2. FAD FADH2. Los derivados de vitaminas como el complejo B.
VITAMINAS
Son moléculas de naturaleza proteica o lipídica, sintetizadas por los seres autótrofos y microorganismos.
Aves y ratas sintetizan la C y los rumiantes el grupo B. El organismo las necesita en pequeñas cantidades,
ya que se regenera cuando finaliza la reacción. La carencia extrema de vitaminas recibe el nombre de
avitaminosis. Su estado deficitario, hipovitaminosis. Y sus excesos, hipervitaminosis.
Se clasifican, de acuerdo a su solubilidad, en hidrosolubles y liposolubles.
Liposolubles: Su acumulación, al no ser solubles y no poder excretarse por la orina, puede desarrollar
transtornos graves.
-
Vitamina A: Necesaria para percibir la luz.
Vitamina D: Facilita y regula la absorción de calcio y fósforo; da estabilidad a los huesos. Su
carencia origina el raquitismo.
Vitamina E: Antioxidante y restauradora de la fertilidad.
Vitamina K: Interviene en la coagulación sanguínea.
Hidrosolubles: Su exceso no es tóxico, pues al ser solubles se eliminan por la orina.
-
Vitamina C: Su carencia provoca el escorbuto, aparición de hemorragias, caída de
dientes y pelo.
Vitamina B1: Su carencia ocasiona el Beri-Beri (degeneración de las neuronas).
Vitamina B2: El déficit provoca alteraciones en la piel (dermatitis)
Vitamina B3: Su carencia provoca la pelagra (trastornos cutáneos, nerviosos y
mentales).
Vitamina B12: Su carencia provoca anemia perniciosa (disminución de glóbulos rojos).
ENZIMAS
1) Indica como afectaría (aumentando ou disminuindo) (0,1x4=0,4 ptos.) a velocidade dunha
reacción catalizada por un enzima se a) aumenta a concentración do sustrato, b) aumenta a
concentración do enzima: aumenta, c) se engade un inhibidor do enzima, d) aumenta a
temperatura. Xustifica as respostas
a) Aumenta porque o aumento do sustrato facilita a formación do complexo enzima-sustrato pero
cando todo o sustrato está unido á enzima alcánzase a velocidade máxima,
b) aumenta porque ó aumentar a concentración do enzima os complexos enzima sustrato fórmanse
mais rápidamente,
c) disminue porque o inhibidor se une á enzima impedindo a unión de ésta co sustrato,
d) aumenta porque a temperatura favorece a mobilidade das moléculas, pero si temperatura supera
un certo valor a enzima desnaturalízase e perde actividade.
¿Que é un holoenzima? (0,15 ptos.):
Enzima que para realizar a sua función necesita estar unida a un compoñente non proteico (cofactor).
¿E un apoenzima? (0,15 ptos.): Porción proteica dunha holoenzima.
2) Na seguinte reacción enzimática: (E+S→ ES→ E+P)
a) Indica o significado de E, S, ES e P b) ¿Como inflúe a concentración de substrato na velocidade
das reaccións enzimáticas? Fai unha representación gráfica sinalando as constantes cinéticas c)
¿De que xeito afecta a temperatura e o pH á actividade enzimática? d) ¿Que é un enzima
alostérico?
e) Explica o papel dos cofactores e os coenzimas nas reaccións enzimáticas
a)E é o encima; S, o substrato; ES é o complexo enzima substrato; e P, o produto ou produtos da
reacción (0,4p).
b) Inflúe de maneira que, cando aumenta a concentración do substrato manténdose constante a
concentración do enzima, prodúcese un incremento proporcional da velocidade de reacción ata
alcanzar
un punto no que o enzima se satura e xa non aumenta a velocidade aínda que se aumente a
concentración de substrato. Neste momento alcánzase a velocidade máxima da reacción enzimática
(0,4x 2 = 0,8p).
c) Ao seren os enzimas proteínas, vese afectada a súa conformación nativa por cambios bruscos de
pH e de temperatura. Existe un pH óptimo, para cada enzima, ao que se produce a máxima actividade
catalítica. Cambios de pH afectan á distribución de cargas eléctricas da molécula e ás interaccións
electrostáticas que fixan a estrutura nativa. Polo tanto, altérase a conformación espacial do enzima
que afectan á súa actividade. En xeral, o aumento de temperatura incrementa a velocidade da
reacción. A valores moi altos, a proteína desnaturalízase e perde a súa actividade
d) Enzima alostérico é o que ten un ou máis centros reguladores distintos do centro activo, que é o
lugar por onde se une ao substrato.
e) Os cofactores son substancias que se combinan co enzima potenciando a súa acción catalítica.
Algúns son de natureza orgánica e denomínanse coenzimas. Para algúns enzimas, a presenza de
cofactores ou coenzimas é imprescindible para seren activos porque actúan como portadores
transitorios de grupos químicos (0,4p).
3) Representa a formula xeral dun aminoácido e indica qué tipo de enlace se forma entre dous
aminoácidos. Que é un enzima?
Cales son os principais factores que afectan á actividade enzimática? Razoa a resposta. Cita dúas
propiedades dos enzimas polas que se poidan considerar como biocatalizadores
Fórmula xeral dun aminoácido
Fórmase un enlace peptídico entre o grupo carboxilo dun aminoácido e o grupo amino doutro (0,5p).
Un encima é unha proteína con función catalizadora que aumenta a velocidade dunha reacción (ou
diminúe a enerxía de activación) mediante a súa asociación pasaxeira co substrato. O encima nin se
modifica nin se consome (0,5p).
Son a temperatura, o pH e os inhibidores. En xeral, o aumento de temperatura incrementa a
velocidade da reacción. A valores moi altos, a proteína desnaturalizase e perde a súa actividade
Existe un pH óptimo, para cada encima, ao que se produce a máxima actividade catalítica. Cambios
de pH afectan á distribución de cargas eléctricas da molécula e ás interaccións electrostáticas que
fixan a estrutura nativa. Os inhibidores son sustancias que diminúen a actividade dun encima (0,5p).
Capacidade de rexeneración: precísanse pequenas cantidades; necesidade dun medio de reacción
óptimo: Tª e pH; especificidade: tanto respecto ao substrato como ao tipo de reacción que catalizan;
non alteran o equilibrio da reacción (0,5p).