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Enzimas
Marta Gutiérrez del Campo
Enzimas
Las enzimas en biología sirven para controlar, acelerándolas, las reacciones químicas.
Son sustancias de naturaleza proteica que catalizan reacciones químicas siempre que
sea termodinámicamente posible. En estas reacciones, las moléculas sobre las que
actúa la enzima en el comienzo del proceso son llamadas sustratos, y estas los
convierten en diferentes moléculas, los productos. Casi todos los procesos en las
células necesitan enzimas para que ocurran en tasas significativas. A las reacciones
mediadas por enzimas se las denomina reacciones enzimáticas
Enzimas
Energía de activación
Las enzimas, por lo tanto, se consideran como catalizadores
altamente específicos que:


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Modifican la velocidad de los cambios promovidos por ellas.
Determinan que sustancias particulares, de preferencia a otras
distintas son las que van a sufrir los cambios.
Impulsan dentro de los distintos cambios posibles que pueda
seguir una sustancia, cual de ellos en especial, será el utilizado.
Las enzimas representan las sustancias encargadas de
graduar la velocidad de una reacción determinada en el
interior de las células; como en las diversas células se
realizan infinidad de reacciones, ya que en una de ellas
se encuentran varios miles de sustancias, se deduce,
también, la presencia de varios miles de enzimas. Es
posible, por lo tanto, que la mayor parte de esta
estructura proteínica celular esté formada por enzimas,
encargadas de las diversas funciones de síntesis,
degradación, oxidación, etc. características de la
actividad vital de los distintos organismos.
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Funciones
Es de destacar que las enzimas son específicas.
1. Una enzima puede actuar sobre un substrato o un grupo de substratos
relacionados (especificidad de substrato) pero no sobre otros.
2. Otras enzimas, sin embargo, tienen especificidad de acción al realizar una
acción determinada pero sobre múltiples substratos; Debido a esta
especificidad de las enzimas existen en la célula miles de enzimas diferentes.
La especificidad de las enzimas ha llevado a comparar a éstas con llaves y a los
substratos con cerraduras (modelo de la llave y la cerradura).
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Mecanismo enzimático
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Cofactores
Un cofactor es un componente no proteico, termoestable y de baja masa molecular,
necesario para la acción de una enzima. El cofactor se une a una estructura proteica
denominada apoenzima, y a este complejo se le denomina holoenzima. Entre los
cofactores mencionables se encuentran: Iones metálicos (Fe2+, Cu2+, K+, Mn2+, Mg2+,
entre otros) y moléculas orgánicas ó coenzimas.
El ion metálico puede actuar como:
Centro catalítico primario
Grupo puente para reunir el sustrato y la enzima, formando un complejo de coordinación
Agente estabilizante de la conformación de la proteína enzimática en su forma catalíticamente activa
Los enzimas que precisan de iones metálicos se llaman a veces metaloenzimas.
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Coenzimas
Los coenzimas son cofactores orgánicos no proteicos, termoestables, que
unidos a una apoenzima constituyen la holoenzima o forma catalíticamente
activa de la enzima. Tienen en general baja masa molecular (al menos
comparada con la apoenzima) y son claves en el mecanismo de catálisis, por
ejemplo, aceptando o donando electrones o grupos funcionales, que transportan
de un enzima a otro.
A diferencia de las enzimas, los coenzimas se modifican y consumen durante la
reacción química; por ejemplo, el NAD+ se reduce a NADH cuando acepta dos
electrones (y un protón) y por tanto se agota; cuando el NADH libera sus
electrones se recupera el NAD+, que de nuevo puede actuar como coenzima.
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Mecanismos de acción de las coenzimas
El mecanismo de acción básico de los coenzimas es el siguiente:
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El coenzima se une a un enzima,
El enzima capta su substrato específico,
El enzima ataca a dicho substrato, arrancándole algunos de sus átomos,
El enzima cede al coenzima dichos átomos provenientes del substrato,
El coenzima acepta dichos átomos y se desprende del enzima.
El coenzima no es el aceptor final de esos átomos, sino que debe liberarlos tarde o temprano,
El coenzima transporta dichos átomos y acaba cediéndolos, recuperando así su capacidad para
aceptar nuevos átomos.
Este último paso es esencial para no agotar la dotación de coenzimas de una célula ya que las
enzimas junto con las que actúa no pueden realizar la reacción química sin el concurso de su
coenzima.
Algunos coenzimas están fuerte y permanentemente unidos a su enzima, constituyendo en la práctica
un grupo prostético; tal es el caso del FMN al enzima NADH deshidrogenasa o el FAD a la
succinato deshidrogenasa.
Cada coenzima está especializado en aceptar y transportar un tipo de átomos determinado; unos
aceptan hidrógenos, otros grupos acetilo, amino, etc. No obstante, los coenzimas no son nada
específicos respecto a los enzimas a los que se unen, de modo que un mismo coenzima puede
unirse a un gran número de enzimas distintos y es por ello que el número de coenzimas
diferentes es relativamente bajo.
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Coenzimas importantes
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FAD (flavín-adenín dinucleótido): transferencia de electrones y protones.
FMN (Flavín mononucleótido): transferencia de electrones y protones.
NAD+(nicotín-adenín dinucleótido): transferencia de electrones y protones.
NADP+ (nicotín-adenín dinucleótido fosfato): transferencia de electrones y protones.
Coenzima A: transferencia de grupos acetilo (por ejemplo, en la descarboxilación del ácido
pirúvico).
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Coenzima Q: transferencia de electrones en la cadena respiratoria.
Coenzima B12: transferencia de grupos metilo o hidrógenos entre moléculas.
TPP (Pirofosfato de tiamina): transferencia de grupos aldehido; forma parte, entre otros, del
complejo piruvato deshidrogenasa.
Vitamina C
PLP (fosfato de piridoxal): transferencia de grupos amino.
PMP (fosfato de piridoxamina): transferencia de grupos amino.
FH4 (ácido tetrahidrofólico): transferencia de grupos formilo, metenilo y metileno.
Biocitina: transferencia de dióxido de carbono.
Ácido lipoico: transferencia de hidrógenos, grupos acilo y metilamina.
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Factores que condicionan la actividad enzimática
La actividad es afectada por:
1. La temperatura
La elevación de la temperatura incrementa la velocidad de una
reacción catalizada por enzimas. Al principio la velocidad de
reacción aumenta cuando la temperatura se eleva debido al
incremento de la energía cinética de la energía de las moléculas
reactantes.
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Factores que condicionan la actividad enzimático
2. El pH
La intensidad máxima de la
actividad de la enzima, ocurre en el pH
óptimo, con rápida disminución de la
actividad a cada lado de este valor de
pH. La actividad óptima generalmente se
observa entre los valores de 5 y 9.
El pH óptimo de una enzima puede
guardar relación con cierta carga
eléctrica de la superficie, o con
condiciones optimas para la fijación de
la enzima a su sustrato. Cuando hay un
exceso de iones hidrogeno, las enzimas
los unen a sus moléculas y ante un
déficit los ceden.
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Factores que condicionan la actividad enzimático
3. Concentración de enzima y
concentración de sustrato
A bajas concentraciones de sustrato, la
enzima está en la forma inactiva (conformación
inactiva). Cuando la concentración de sustrato
aumenta, el sustrato se une a la enzima y provoca un
cambio de conformación a la forma activa de la
enzima. Después de que el primer sustrato esté
unido, la segunda y siguientes moléculas de sustrato
se unen con mayor afinidad. Este fenómeno es lo
que se llama "cooperatividad", y la forma S de la
curva indica la unión cooperativa del sustrato. El
resultado del cambio a la forma activa es un fuerte
incremento en la unión de los otros sustratos, y
como resultado, la velocidad de reacción aumenta
muy rápidamente en un estrecho margen de
concentración de sustrato. Cuando todos los centros
activos de una enzima alostérica están ocupados
con sustrato, la velocidad de la reacción es
constante y se alcanza la meseta de la Vmáx.
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Factores que condicionan la actividad enzimático
6. Activadores enzimaticos
Las enzimas alostéricas
pueden tener también
subunidades reguladoras
que unen moléculas
reguladoras: inhibidores o
activadores. A los
activadores y los
inhibidores se les llama en
general "efectores". Los
inhibidores promueven que
las enzimas alostéricas
adopten su conformación
inactiva y los activadores
favorecen la conformación
activa.
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Factores que condicionan la actividad enzimático
4. Inhibidores
Los Inhibidores enzimáticos son moléculas
que se unen a enzimas y disminuyen su
actividad.
•
Inhibición competitiva
Un compuesto de estructura
semejante al sustrato va a formar un
complejo similar al enzima-sustrato, el
enzima-inhibidor, pero no va a dar el
producto. Se soluciona aumentando la
concentración de sustrato.
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Factores que condicionan la actividad enzimático
4. Inhibidores
•
Inhibición no competitiva
El inhibidor y el sustrato
no son semejantes. El inhibidor
se une, aunque no lo hace en el
sitio activo. Es sustrato se va a
unir en el sitio activo, pero la
reacción será dificultada por el
inhibidor.
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Factores que condicionan la actividad enzimático
4. Inhibidores
•
Inhibición alosterica
En las proteínas, pueden existir
dos sitios diferentes desde el punto de vista
estereo-específico y que, además, estén en
lugares distintos. Un de estos sitios es el
centro activo, donde el sustrato es atacado
para dar origen a los productos de la reacción
y por lo tanto donde reside el aspecto
funcional de la proteína. El otro sitio denomina
sitio alostérico y en él puede acomodarse de
manera complementaria - pero reversible alguna sustancia llamada efector alostérico ; al
efectuarse esta unión se produce una
alteración discreta de la estructura de la
proteína, la transición alostérica, que modifica
la actividad biológica de la proteína, porque
altera la distancia, las propiedades del sitio
activo.
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Factores que condicionan la actividad enzimático
5. Envenenadores
Son moléculas que se unen irreversiblemente al centro activo de la
enzima impidiendo permanentemente que esta actúe. Muchos tóxicos
y venenos tienen este modo de actuación