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ENZIMAS
Lcda. Ayarit Suarez
son moléculas de naturaleza proteica que catalizan reacciones químicas, siempre
que sean termodinámicamente posibles: Una enzima hace que una reacción
química que es energéticamente posible pero que transcurre a una velocidad muy
baja, sea cinéticamente favorable, es decir, transcurra a mayor velocidad que sin la
presencia de la enzima.
En
estas
reacciones,
las
enzimas
actúan
sobre
unas moléculas denominadas sustratos, las cuales se convierten en moléculas
diferentes denominadas productos. Casi todos los procesos en las células necesitan
enzimas para que ocurran a unas tasas significativas. A las reacciones mediadas por
enzimas se las denomina reacciones enzimáticas.
Debido a que las enzimas son extremadamente selectivas con sus sustratos y su
velocidad crece sólo con algunas reacciones, el conjunto (set) de enzimas
sintetizadas en una célula determina el tipo de metabolismo que tendrá cada
célula. A su vez, esta síntesis depende de la regulación de la expresión génica.
Como todos los catalizadores, las enzimas funcionan disminuyendo la energía de
activación (ΔG‡) de una reacción, de forma que se acelera sustancialmente la tasa de
reacción. Las enzimas no alteran el balance energético de las reacciones en que
intervienen, ni modifican, por lo tanto, el equilibrio de la reacción, pero consiguen
acelerar el proceso incluso millones de veces. Una reacción que se produce bajo el control
de una enzima, o de un catalizador en general, alcanza el equilibrio mucho más deprisa
que la correspondiente reacción no catalizada.
La actividad de las enzimas puede ser afectada por otras moléculas. Los inhibidores
enzimáticos son moléculas que disminuyen o impiden la actividad de las enzimas,
mientras que los activadores son moléculas que incrementan dicha actividad. Asimismo,
gran cantidad de enzimas requieren de cofactores para su actividad. Muchas drogas o
fármacos son moléculas inhibidoras. Igualmente, la actividad es afectada por
la temperatura, el pH, la concentración de la propia enzima y del sustrato, y otros
factores físico-químicos.
ESTRUCTURA Y MECANISMO
Las actividades de las enzimas vienen determinadas por su estructura
tridimensional, la cual viene a su vez determinada por la secuencia de
aminoácidos. Sin embargo, aunque la estructura determina la función, predecir una
nueva actividad enzimática basándose únicamente en la estructura de una proteína
es muy difícil, y un problema aún no resuelto.
Casi todas las enzimas son mucho más grandes que los sustratos sobre los que actúan, y
solo una pequeña parte de la enzima (alrededor de 3 a 4 aminoácidos) está
directamente involucrada en la catálisis. La región que contiene estos residuos
encargados de catalizar la reacción es denominada centro activo. Las enzimas también
pueden contener sitios con la capacidad de unir cofactores, necesarios a veces en el
proceso de catálisis, o de unir pequeñas moléculas, como los sustratos o productos
(directos o indirectos) de la reacción catalizada. Estas uniones de la enzima con sus
propios sustratos o productos pueden incrementar o disminuir la actividad enzimática,
dando lugar así a una regulación por retroalimentación positiva o negativa, según el
caso.
Al igual que las demás proteínas, las enzimas se componen de una cadena lineal
de aminoácidos que se pliegan durante el proceso de traducción para dar lugar a
una estructura terciaria tridimensional de la enzima, susceptible de presentar actividad.
Cada secuencia de aminoácidos es única y por tanto da lugar a una estructura única,
con propiedades únicas. En ocasiones, proteínas individuales pueden unirse a otras
proteínas para formar complejos, en lo que se denomina estructura cuaternaria de las
proteínas.
La mayoría de las enzimas, al igual que el resto de las proteínas, pueden ser
desnaturalizadas si se ven sometidas a agentes desnaturalizantes como el calor,
los pH extremos o ciertos compuestos como el SDS. Estos agentes destruyen la
estructura terciaria de las proteínas de forma reversible o irreversible, dependiendo de
la enzima y de la condición.
Especificidad
Las enzimas suelen ser muy específicas tanto del tipo de reacción que catalizan como
del sustrato involucrado en la reacción. La forma, la carga y las
característicashidrofílicas/hidrofóbicas de las enzimas y los sustratos son los
responsables de dicha especificidad. Las enzimas también pueden mostrar un elevado
grado de estereoespecificidad,regioselectividad y quimioselectividad.
Modelo de la "llave-cerradura"
Las enzimas son muy específicas, como sugirió Emil Fisher en 1894. Con base a sus
resultados dedujo que ambas moléculas, enzima y sustrato, poseen
complementariedad geométrica, es decir, sus estructuras encajan exactamente una
en la otra, por lo que ha sido denominado como modelo de la "llave-cerradura",
refiriéndose a la enzima como a una especie de cerradura y al sustrato como a una
llave que encaja de forma perfecta en dicha cerradura. Sin embargo, si bien este
modelo explica la especificidad de las enzimas, falla al intentar explicar la
estabilización del estado de transición que logran adquirir las enzimas.
COFACTORES Y COENZIMAS
Los cofactores pueden ser compuestos inorgánicos, como los iones metálicos y los
complejos ferrosulfurosos, o compuestos orgánicos, como la flavina o el grupo hemo.
Los cofactores orgánicos pueden ser a su vez grupos prostéticos, que se unen
fuertemente a la enzima, o coenzimas, que son liberados del sitio activo de la enzima
durante la reacción. Las coenzimas incluyen compuestos como el NADH, el NADPH y
el adenosín trifosfato. Estas moléculas transfieren grupos funcionales entre enzimas.
Las enzimas que requieren un cofactor pero no lo tienen unido son
denominadas apoenzimas o apoproteínas. Una apoenzima junto con cofactor(es) es
denominada holoenzima (que es la forma activa). La mayoría de los cofactores no se
unen covalentemente a sus enzimas, pero sí lo hacen fuertemente. Sin embargo, los
grupos prostéticos pueden estar covalentemente unidos, como en el caso de la tiamina
pirofosfato en la enzima piruvato deshidrogenasa. El término "holoenzima" también
puede ser aplicado a aquellas enzimas que contienen múltiples subunidades, como en
el caso de la ADN polimerasa, donde la holoenzima es el complejo con todas las
subunidades necesarias para llevar a cabo la actividad enzimática.
Las coenzimas son pequeñas moléculas orgánicas que transportan grupos químicos de
una enzima a otra. Algunos de estos compuestos, como lariboflavina, la tiamina y
el ácido fólico son vitaminas (las cuales no pueden ser sintetizados en cantidad
suficiente por el cuerpo humano y deben ser incorporados en la dieta). Los grupos
químicos intercambiados incluyen el ion hidruro (H-) transportado por NAD o NADP+,
el grupo fosfato transportado por el ATP, el grupo acetilo transportado por
la coenzima A, los grupos formil, metenil o metil transportados por el ácido fólico y el
grupo metil transportado por la S-Adenosil metionina.
Debido a que las coenzimas sufren una modificación química como consecuencia de la
actividad enzimática, es útil considerar a las coenzimas como una clase especial de
sustratos, o como segundos sustratos, que son comunes a muchas enzimas diferentes.
Por ejemplo, se conocen alrededor de 700 enzimas que utilizan la coenzima NADH.
Haloenzima
• Complejo funcional de proteína
(enzima)
mas
compuesto
orgánico
no
proteico
temoestable (coenzima).
• Enzima * coenzima = haloenzima
Apoenzima
• Es la parte proteica de la
haloenzima, osea la enzima
propiamente dicha.
Grupo prostético
Inhibición
• Parte no proteica de la
haloenzima. Se usa este termino
a
las
coenzimas
unidas
firmemente a las enzimas.
• Puede
suceder
que
ante
determinada
sustancia
una
enzima disminuya su actividad o
deje de actuar, estas sustancias se
les conoce como inhibidores.
•
Inhibidor competitivo
Inhibidor permanente
• Sustancia parecida al sustrato que
puede unir al centro activo de la
enzima pero no da producto.
• Cuando el inhibidor se une
permanentemente a la enzima ,
esta
pierde
su
función
definitivamente.
• E * I= EI (sin producto)
Inhibidor temporal
Inhibidor no competitivo
• Cuando la unión con la enzima no
es permanente, la enzima
recupera su función luego de
separarse de la molécula
inhibidora.
• Es aquel que también afecta la
actividad enzimática, es una
molécula diferente al sustrato
que no “compite” con este y se va
a unir con una parte de la enzima
que no sea el centro activo , no
impide la formación del complejo
enzima-suatrato, pero disminuye
la liberación del producto.
Transaminasas o
aminotransferasas.
• Entre estas enzimas las mas
frecuentes que se dosifican:
transaminasa
glutamooxalacetica (TGO). Aspartato
aminotransferasa (AST), que
transfiere el grupo amino al acido
glutamico al axalacetico: y
también
la
transaminasa
glutamo-piruvica (TGP) o Alanina
aminotranferasa
(ALT) que
tranfiere un grupo amino del
acido glutamico al acido piruvico.
Valores Normales.
• TGO (AST) = 12 mU/ml
• TGP (ALT)= 12 mU/ml
es
patológico si aumente mayor a
16.
Amilasa sérica
Deshidrogenasa láctica
• Se considera como secreción
externa. Los órganos productores
de amilasa son:
glándulas
parótidas (degrada almidones).
Amilasa pancreática: a la segunda
porción del duodeno a través
conductos sartori.
Fuentes
menores:
hígado,
trompas
uterinas. Aumento: inflamación:
páncreas, parótidas, y ruptura de
TU por embarazo ectópico.
• VN= 200 mU/ml. Aumento mayor
500mU/ml = pancreatitis aguda.
• Es una enzima intracelular
verdadera
,
cataliza
la
interconversion o conversión
reversible del piruvato en lactato.
• VN= 130-500 mU/ml
• Enfermedades
neoplasicas,
infartos pulmonares (isomerasas)
Creatin quinasa CK
• Significa transferir fosforo desde
ATP
hasta
un
sustrato.
Abundante: musculo esquelético,
corazón, y cerebro.
También
existe riñón, pulmón, estomago
pero en pequeñas cantidades.
VN= 32-162mU/ml.
• La CK aumenta: daño muscular
esquelético, distrofias muscular,
procesos inflamatorios locales y
nerviosos.
Clasificación de las Enzimas
•
•
•
•
•
Seis grupos principales, correspondientes por sus términos a las raciones
que cada enzima ejerce sobre el sustrato. Estos grupos se subdividen en
otro, según el tipo de sustrato y los átomos concretos que son sensibles a
sus acciones. Estos seis grupos son los siguientes:
Oxidoreductasas
Transferasas
Hidrolasas
Isomerasa
Liasas
1.Oxido-reductasas: Son las enzimas relacionadas con las oxidaciones y las
reducciones biológicas que intervienen de modo fundamental en los procesos
de respiración y fermentación. Las oxidoreductasas son importantes a nivel de
algunas cadenas metabólicas, como la escisión enzimática de la glucosa,
fabricando también el ATP, verdadero almacén de energía. Extrayendo dos átomos
de hidrógeno, catalizan las oxidaciones de muchas moléculas orgánicas presentes
en el protoplasma; los átomos de hidrógeno tomados del sustrato son cedidos a
algún captor.
En esta clase se encuentran las siguientes subclases principales: Deshidrogenasas
y oxidasas. Son más de un centenar de enzimas en cuyos sistemas actúan como
donadores, alcoholes, oxácidos aldehidos, cetonas, aminoácidos, DPNH2, TPNH2,
y muchos otros compuestos y, como receptores, las propias coenzimas DPN y TPN,
citocromos, O2, etc.
2.Las Transferasas: Estas enzimas catalizan la transferencia de una parte de la
molécula (dadora) a otra (aceptora). Su clasificación se basa en la naturaleza
química del sustrato atacado y en la del aceptor. También este grupo de enzimas
actúan sobre los sustratos mas diversos, transfiriendo grupos metilo, aldehído,
glucosilo, amina, sulfató, sulfúrico, etc.
3.Las Hidrolasas: Esta clase de enzimas actúan normalmente sobre las grandes
moléculas del protoplasma, como son la de glicógeno, las grasas y las proteínas. La
acción catalítica se expresa en la escisión de los enlaces entre átomos de carbono y
nitrógeno (C-Ni) o carbono oxigeno (C-O); Simultáneamente se obtiene la hidrólisis
(reacción de un compuesto con el agua)de una molécula de agua. El hidrógeno y el
oxidrilo resultantes de la hidrólisis se unen respectivamente a las dos moléculas
obtenidas por la ruptura de los mencionados enlaces. La clasificación de estas
enzimas se realiza en función del tipo de enlace químico sobre el que actúan.
A este grupo pertenecen proteínas muy conocidas: la pepsina, presente en el jugo
gástrico, y la tripsina y la quimiotripsina, segregada por el páncreas. Desempeñan un
papel esencial en los procesos digestivos, puesto que hidrolizan enlaces pépticos,
estéricos y glucosídicos.
4.Las isomerasas:Transforman ciertas sustancias en otras isómeras, es decir, de
idéntica formula empírica pero con distinto desarrollo. Son las enzimas que
catalizan diversos tipos de isomerización, sea óptica, geométrica, funcional, de
posición, etc. Se dividen en varias subclases.
5.Las Liasas: Estas enzimas escinden (raramente construyen) enlaces entre átomos
de carbono, o bien entre carbono y oxigeno, carbono y nitrógeno, y carbono y
azufre. Los grupos separados de las moléculas que de sustrato son casi el agua, el
anhídrido carbónico, y el amoniaco. Algunas liasa actúan sobre compuestos
orgánicos fosforados muy tóxicos, escindiéndolos; otros separan el carbono de
numerosos sustratos.
6.Las Ligasas: Es un grupo de enzimas que permite la unión de dos moléculas, lo cual
sucede simultáneamente a la degradación del ATP, que, en rigor, libera la energía
necesaria para llevar a cabo la unión de las primeras. Se trata de un grupo de enzimas
muy importantes y recién conocidas, pues antes se pensaba que este efecto se
llevaba a cabo por la acción conjunta de dos enzimas, una fosfocinasa, para fosforilar
a una sustancia A (A + ATP A - ℗ + ADP) y una transferasa que pasaría y uniría esa
sustancia A, con otra, B (A -℗ + B A – B + Pi ). A este grupo pertenecen enzimas de
gran relevancia reciente, como las aminoácido –ARNt ligasas conocidas
habitualmente con el nombre de sintetasas de aminoácidos –ARNt o enzimas
activadoras de aminoácidos que representan el primer paso en el proceso
biosintético de las proteínas, y que forman uniones C-O; las ácido-tiol ligasas, un
ejemplo típico de las cuales es la acetil coenzima. A sintetasa, que forma acetil
coenzima.
Grupo
1. Oxidoreductasas
Accion
ejemplos
Catalizan reacciones de oxidorreducción. Tras la acción Dehidrogenasas
catálica quedan modificados en su grado de oxidación Aminooxidasa
por lo que debe ser transformados antes de volver a Deaminasas
actuar de nuevo.
Catalasas
2. Transferasas
Transfieren grupos activos (obtenidos de la ruptura de Transaldolasas
ciertas moléculas)a otras sustancias receptoras. Suelen Transcetolasas
actuar en procesos de interconversiones de azucares, Transaminasas
de aminoácidos, etc
3. Hidrolasas
Verifican reacciones de hidrólisis con la consiguiente
obtención de monómeros a partir de polímeros. Suele
ser de tipo digestivo, por lo que normalmente actúan
en primer lugar
4. Isomerasas
Glucosidasas
Lipasas
Peptidasas
Esterasas
Fosfatasas
Actúan sobre determinadas moléculas obteniendo de Isomerasas de azúcar
ellas sus isómeros de función o de posición. Suelen
Epimerasas
actuar en procesos de interconversion
Mutasas
5. Liasas
Realizan la degradación o síntesis (entonces se llaman Aldolasas
sintetasas) de los enlaces denominados fuertes sin ir Decarboxilasas
acoplados a sustancias de alto valorenergético.
6. Ligasas
Realizan la degradación o síntesis de los enlaces
Carboxilasas
fuertes mediante el acoplamiento a sustancias ricas en Peptidosintetasas
energía como los nucleosidos del ATP