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Prótidos
1. Aminoácidos. Definición. Estructura general. Clasificación.
Los aminoácidos son compuestos que tienen grupo amino y grupo ácido, si el
grupo amino esta en el carbono que está justamente a continuación del carbono
carboxílico, se llama α aminoácido, si está en el segundo β aminoácido y así
sucesivamente.
Los aminoácidos son solubles en agua y son cristalizables. Pese a la diversidad
de aminoácidos que existen, sólo 20 α aminoácidos se hayan presentes en los
prótidos complejos.
La clasificación de los aminoácidos se puede realizar atendiendo a distintos
criterios pero la más utilizada es la que se basa en la polaridad del grupo
R,
debido a que esta polaridad va a condicionar las relaciones del aminoácido con el
agua y por ello va a condicionar las estructuras de las proteínas (ver más
adelante) por encima de la estructura primaria.
Atendiendo a la polaridad del grupo R, vamos a distinguir 4 grupos de
aminoácidos:
1.- Aminoácidos con grupo R no polares o hidrófobos.
2.- Aminoácidos con grupo R polar pero sin carga (carga parcial).
3.- Aminoácidos con grupo R cargado negativamente a pH 7, es decir, con
grupo R de carácter ácido.
4.- Aminoácidos con grupo R cargado positivamente a pH 7, o sea, con
carácter básico.
Carácter anfótero. Los aminoácidos en disolución acuosa tienen carácter
anfótero, es decir, se comportan a la vez como ácido y como base.
Como ácido:
R – CHNH2 - COOH  R – CHNH2 - COO- + H+
[o dicho de otro modo: R – CHNH2 - COOH + H2O  R – CHNH2 - COO- + H3O +
(ión hidronio)] [el pKa’ del grupo -carboxilo está en 2-3]
Como base:
R – CHCOOH - NH2  R – CHCOOH – NH3+
[o dicho de otro modo: R – CHCOOH - NH2 + H2O  R – CHCOOH – NH3+ +
OH - (ión hidroxilo = oxhidrilo)] [el pKa’ del grupo -amino está en 9-11]
Actividad óptica.
Todos los -aminoácidos, excepto la glicocola ( = glicina), presentan actividad
óptica por presentar el carbono  asimétrico. Hay isómeros dextro y
levorrotatorios (estudiado para los monosacáridos) y, del mismo modo, isómeros
D / L (el grupo –NH2) se utiliza como indicador: D si está a la derecha y L si está
a la izquierda); al igual que ocurría con los monosacáridos, la notación + / - hace
referencia al comportamiento real de la molécula y la notación D / L es
convencional: se refieren a lo mismo, pero no tiene por qué coincidir que los D
sean dextrorrotatorios y los L levorrotatorios, como vimos en el tema de
Glúcidos.
A diferencia de lo que ocurría con los monosacáridos, las formas corrientes en la
Naturaleza son las L en el caso de los aminoácidos.
2.
Enlace peptídico; formación y características.
Los aminoácidos pueden unirse reaccionando el grupo carboxílico de uno de
ellos con el grupo amino del otro, la reacción se produce con la perdida de una
molécula de agua (condensación) y se establece un enlace que se denomina
enlace peptídico. El compuesto resultante de la unión de dos aminoácidos recibe
el nombre de dipéptido.
El dipéptido se puede unir con un tercer aminoácido y formar un tripéptido, y
así sucesivamente... Observa que los péptidos tienen un extremo amino y un
extremo carboxilo.
El enlace peptídico es un enlace que posee una estabilización por resonancia.
Esto provoca que el enlace C-N sea más corto y más rígido que lo que sería si
fuera un enlace simple, puesto que debido a la resonancia es en realidad un
enlace intermedio entre simple y doble. Debido a que tiene parcialmente el
comportamiento de un doble enlace, los átomos unidos por él se mantienen en
un mismo plano, lo que va a condicionar la conformación tridimensional de la
proteína (en los niveles de estructura superiores a la primaria):
Mesomería (resonancia) en el enlace peptídico
El enlace C – N tiene aproximadamente en un 40% carácter de enlace
doble, mientras que el enlace C – O tiene aproximadamente en un 40%
carácter de enlace simple.
3. Concepto de proteína y clasificación
Como acabamos de ver, un péptido es el compuesto resultante de la unión de
aminoácidos. Cuando son más de 100 aminoácidos se dice que es un proteido.
Si el proteido está constituido solo por aminoácidos se dice que es un
holoproteido o proteína.
Si el proteido está constituido por aminoácidos y otros componentes se dice que
es un heteroproteido; éste puede ser:
- Una glucoproteína, si el componente no peptídico es un glúcido.
- Una lipoproteína, si es un lípido.
- Una nucleproteína, si es un ácido nucleico.
4.
Estructura espacial de la proteína (niveles estructurales de las proteínas).
En las proteínas se consideran diversos niveles de estructura, es decir,
estructuras cada vez más complejas.
1.- Estructura primaria.
2.- Estructura secundaria.
3.- Estructura terciaria.
4.- Estructura cuaternaria.
En teoría cualquier proteína puede adquirir un número elevado de
conformaciones (disposiciones en el espacio), pero en la práctica esto no es así ya
que la mayoría de las proteínas adoptan una única conformación debido a las
interacciones débiles que tienen lugar entre los aminoácidos que la forman y
entre ellos y el medio circundante; además, el enlace peptídico, por su carácter
parcial de doble enlace, impone restricciones a la disposiciones espaciales
posibles, ya que los dos átomos enlazados se mantienen en un mismo plano.
4.1. Estructura primaria
Está determinada por los aminoácidos que componen la proteína y el orden en el
que se encuentran éstos. La secuencia de aminoácidos determina los demás
niveles estructurales de la proteína, al establecer un plegamiento tridimensional
específico.
4.2. Estructura secundaria
Es el primer nivel de conformación espacial tridimensional de la cadena de
aminoácidos por la aparición de puentes de hidrógeno entre los aminoácidos de
la cadena o por formación de los mismos entre varias cadenas. Hay varios tipos
de estructura secundaria:
4.2.1. α hélice (ver figura). Se forma porque aparecen puentes de hidrógeno entre
las distintas vueltas de la hélice. Estos enlaces estabilizan la molécula. Los
grupos R de los aminoácidos se encuentran hacia el exterior de la hélice, existe
un promedio de 3,6 aminoácidos por vuelta (en 5 vueltas de hélice hay 18 aa).
Los puentes de hidrógeno son intracatenarios (se forman entre vueltas
consecutivas de la hélice, son paralelos al eje mayor de la hélice) y se forman
entre el átomo de H con carga parcial + de un grupo NH y el Oxígeno con carga
parcial - del carbono carboxílico que se encuentra encima de él en la hélice
(carbono que es el del aminoácido número cuatro contando como el 1º el que
posee el NH del enlace).
No todas las cadenas polipeptídicas pueden formar una α hélice estable, para
que se forme es necesario que se puedan formar enlaces de hidrógeno
intracatenarios, de esta forma, si el 1º y el 4º aminoácido tienen la misma carga se
repelen y no se forma enlace de H, otro impedimento es que exista un
aminoácido con un grupo R voluminoso que provoque un impedimento estérico
(espacial).
La α hélice es dextrógira en todos los casos estudiados.
Un ejemplo de proteína que posee estructura en α hélice es la queratina.
4.2.2. β lámina (hoja) plegada. La cadena polipeptídica se dispone en zig- zag,
plegándose la cadena por los carbonos α. Entre las cadenas contiguas se
establecen puentes de hidrógeno intercatenarios, todos los enlaces peptídicos
participan en la formación de puente de hidrógeno (como se ha descrito antes,
pero intercatenarios), dando gran estabilidad a la estructura. Los grupos R se
encuentran alternativamente por encima y por debajo de la lámina plegada. Se
dice que dos cadenas continuas son paralelas cuando avanzan en el mismo
sentido las dos, por ejemplo las dos en sentido NH2  COOH o las dos en
sentido COOH  NH2 (se denomina estructura p). En caso contrario, las
cadenas se denominan antiparalelas (se denomina estructura , a secas). Los
puentes de las cadenas antiparalelas son verticales, mientras que los de las
cadenas paralelas están ligeramente inclinados.
Igual que ocurre con la estructura en -hélice, no siempre se puede formar:
puede ser imposibilitada por interacciones electrostáticas o por problemas
estéricos.
Un ejemplo de proteína con estructura en -hoja plegada es la fibroína, la
proteína de la seda.
4.2.3. Tipo colágeno. El colágeno es la principal proteína de los animales
superiores, es la más abundante de todas las proteínas de los vertebrados y
constituye alrededor de 1/3 o más de la proteína total del cuerpo. Forma parte de
los tejidos conectivos. Se ha dicho muy adecuadamente que una vaca tiene forma
de vaca gracias a las fibrillas de colágeno de sus tendones, de sus huesos...
El tropocolágeno o monómero de colágeno está constituido por tres cadenas
polipeptídicas plegadas por enlaces de hidrógeno intracatenarios en hélices
alargadas, más laxas que las hélices , y que están asociadas entre sí por puentes
de hidrógeno intercatenarios, enroscándose unas sobre otras, con lo que
adquieren el aspecto de un cordón de 3 cabos.
Si no existe estructura α hélice, β hoja plegada o tipo colágeno, se presenta una
estructura secundaria al azar.
4.3. Estructura terciaria.
Se refiere a la disposición que adopta la estructura secundaria al disponerse
tridimensionalmente en el espacio. La estructura terciaria se mantiene por
enlaces débiles como son puentes de hidrógeno, interacciones hidrofóbicas,
interacciones iónicas y puentes disulfuro entre cisteínas.
Las estructuras terciarias que más frecuentemente adoptan las proteínas son las
siguientes:
4.3.1. Tipo fibroso (filamentoso)
Las proteínas fibrosas, o escleroproteínas, forman largos filamentos de
proteínas. Su secuencia es muy repetitiva y tienden a formar monótonas
estructuras secundarias con un predominio aplastante de una misma
disposición que se extiende a lo largo de casi toda la secuencia con escasas
interrupciones, lo que facilita que se formen fibras que se empaquetan entre sí
dando lugar a haces compactos, lo que viene favorecido por la virtual
ausencia de grupos R que lo dificulten (apenas encontraremos grupos R
polares o muy voluminosos en ellas).
Dicho esto, es fácil comprender por qué son típicamente inertes e insolubles
en agua y por qué su función suele ser estructural.
Las escleroproteínas no se degradan tan fácilmente como lo hacen las
proteínas globulares.
Son escleroproteínas, el colágeno, la fibroína y otras proteínas de estructura
similar llamadas generalmente beta queratinas, cuyas estructuras secundarias
hemos descrito. Otras proteínas fibrosas de interés son la alfa queratina de los
mamíferos (en reptiles y aves sus funciones la desempeñan beta queratinas),
la elastina, y la fibrina.
El colágeno y la elastina son componentes esenciales (sobre todo el primero)
de los tejidos conectivos animales; las queratinas desempeñan funciones de
protección en estructuras córneas de la piel, pelo, uñas, escamas etc. de los
animales (las alfa queratinas se encuentran en los mamíferos, mientras que en
aves y reptiles encontramos beta queratinas); la fibrina participa en la
coagulación de la sangre; la fibroína forma la seda; la miosina es una proteína
parcialmente fibrosa peculiar por varios motivos, ya que lejos de ser poco
activa desempeña un papel fundamental en la contracción muscular…
4.3.1. Tipo globular.
Se produce por plegamiento de la estructura secundaria α hélice, β hoja plegada
u otras (ver figura). Ejemplos: mioglobina y subunidades de la hemoglobina (en
ambos casos se trata de heteroproteidos). La estructura secundaria se pierde en
algunas zonas.
4.4. Estructura cuaternaria.
Aparece cuando se asocian varios monómeros con sus correspondientes
estructuras terciarias para formar un olígomero (agregado con escaso número de
monómeros).
Los monómeros que se asocian pueden ser iguales o diferentes y simplemente se
asocian por funcionalidad. Las fuerzas que mantienen unidas a los monómeros
son enlaces no covalentes: puentes de hidrógeno, interacciones hidrofóbicas y
atracciones electrostáticas.
La estructura cuaternaria puede ser de dos tipos:
- Fibrosa. Resulta de la asociación de varias hebras retorcidas a modo de soga.
Ejemplo: α queratinas del cabello (ver figura).
- Globular. Resulta de la asociación de monómeros con estructura secundaria
globular (ejemplo: 4 monómeros de globina en la hemoglobina; ver figura).
5.
Propiedades de las proteínas.
5.1. Desnaturalización.
Se habla de desnaturalización cuando la proteína pierde todos los niveles de
estructura excepto la primaria.
Puede ocurrir por la adición de bases, por la adición de ácidos y por el aumento
de temperatura en el medio en el que se encuentra la proteína.
La adición de ácidos y bases afecta a las cargas que pueden tener los radicales de
los aminoácidos impidiendo las uniones débiles. La temperatura aumenta la
energía cinética y se vencen los enlaces débiles, normalmente se consigue vencer
los enlaces débiles alrededor de los 50 º C.
La proteína queda como una cadena de aminoácidos lineal, por lo que es posible
adquirir los niveles superiores a la estructura primaria si las condiciones lo
permiten, a la adquisición de los niveles superiores se le llama renaturalización.
5.2.
Solubilidad en el agua.
En términos generales, podemos decir que:
 Las proteínas fibrilares son insolubles en agua.
 Las proteínas globulares forman dispersiones coloidales, es decir, quedan
cubiertas por una capa de agua que impide que se unan a otras proteínas
globulares y precipiten. La solubilidad se ve fuertemente afectada por la
presencia de iones en el medio, por la acidez o alcalinidad del mismo y otros
factores (por ejemplo, muchas proteínas son insolubles en agua pero pueden
dispersarse muy bien en disoluciones salinas diluidas, o bien son insolubles
tanto en agua como en disoluciones salinas diluidas pero se dispersan bien en
medios ligeramente ácidos o alcalinos, etc. [Nota: de hecho, la clasificación
química habitual de las proteínas se hace básicamente en función de sus distintas
propiedades al disolverse – dispersarse- en distintos medios].
5.3. Especificidad.
Cada especie tiene un conjunto de proteínas específicas; en otra especie, las
proteínas que hagan la misma función se denominan homólogas y serán
parecidas. Cuanto mayor es la proximidad evolutiva, más parecidas son las
proteínas homólogas (es una magnífica herramienta para determinar el grado de
parentesco, precisamente).
Los distintos individuos de una misma especie tienen un conjunto de proteínas
comunes, pero hay diferencias en el conjunto total de proteínas. Esto se debe a
que las proteínas que tiene un individuo son un reflejo de la información genética
que tiene (los alelos concretos de los genes que están presentes en ese individuo
en particular), como sólo los gemelos univitelinos poseen la misma información
genética, sólo éstos poseen el mismo conjunto de proteínas.
5.4. Hidrólisis del enlace peptídico de las proteínas.
El enlace peptídico puede ser hidrolizado, es decir, roto por introducción de una
molécula de agua. Esta hidrólisis es catalizada por distintos tipos de enzimas (así,
la acción de la pepsina rinde una mezcla de péptidos, las carboxipeptidasas van
cortando los aminoácidos uno a uno por el extremo carboxilo, las
aminopeptidasas hacen lo mismo pero por el extremo amino…)
La posibilidad de hidrolizar las proteínas es una característica importantísima
porque, en definitiva, cuando ingerimos una proteína de otro ser vivo podemos
descomponerla en sus aminoácidos para luego sintetizar nuestras proteínas
gracias a esta propiedad (los aminoácidos son los mismos siempre, como
sabemos).
6.
Importancia biológica de las proteínas.
Las funciones de las proteínas son variadísimas:
a) Función de reserva. Ejemplo ovoalbúmina de la clara del huevo.
b) Función estructural. Ejemplos:
- Colágeno de los tejidos conjuntivos.
- Queratina del pelo, uñas, etc...
c) Función de transporte. Ejemplo, las proteínas transportadoras de las
membranas celulares; proteínas transportadoras de oxígeno (hemoglobina y
hemocianina).
d) Función hormonal (en este caso se trata de péptidos, no proteínas propiamente
dichas). Ejemplos:
- La insulina, que regula el nivel de azúcar en la sangre.
- El glucagón, que controlan que se libere de glucosa del glucógeno del hígado.
e) Función contráctil. Ejemplos la actina y miosina del tejido muscular.
f) Función enzimática. Muchísimas proteínas son enzimas o biocatalizadores.
g) Función defensiva. Ejemplos:
- Las inmunoglobulinas, que son los anticuerpos, que nos defienden uniéndose
a las sustancias extrañas o antígenos y destruyendo o neutralizando a los
agentes extraños.
- Trombina y fibrinógeno, que intervienen en la formación del coágulo que
tapona una hemorragia.
7.
ENZIMAS.
7.1. Naturaleza y función biológica de las enzimas. Una reacción química tiene
lugar porque hay una cierta fracción de las moléculas de reactivos que han
conseguido la suficiente energía para alcanzar un estado denominado estado de
transición, en este estado es muy alta la probabilidad de que se establezca o se
rompa un enlace entre los reactivos para dar lugar a los productos de la reacción.
La velocidad de la reacción es proporcional al número de moléculas que alcanzan
el estado de transición.
La energía de activación es la energía que hay que dar a los sustratos para llegar
al estado de transición.
Hay dos formas naturales de aumentar la velocidad de reacción:
- Aumentando la temperatura, ya que esto produce un aumento del movimiento
de las partículas y esto hace que aumente el número de moléculas capaces de
alcanzar el estado de transición.
- Añadiendo un catalizador. El catalizador se combina con los reactivos de modo
transitorio y se produce un
estado de transición de menor
energía que el correspondiente a
la reacción no catalizada. Los
catalizadores, al disminuir la
energía de activación, hacen que
aumente el número de moléculas
que
alcanzan
el
estado
de
transición, aumentando por lo
tanto la velocidad de la reacción.
Los catalizadores ni se consumen ni se trasforman en el transcurso de la reacción,
de manera que cuando se forman los productos las moléculas de catalizador
quedan libres y listas para un nuevo paso de catálisis.
Las enzimas son catalizadores biológicos de naturaleza proteica. Las enzimas a
veces trabajan solas pero otras veces trabajan asociadas a una molécula no
proteica llamada cofactor (sentido amplio). El cofactor puede ser de varios tipos:
- Un átomo metálico, en este caso se denomina cofactor (en sentido estricto).
- Una molécula orgánica. Puede ocurrir:
-Que esté unida covalentemente a la enzima y recibe el nombre de grupo
prostético.
-Que no esté unida covalentemente a la enzima y entonces se denomina
coenzima.
A la parte proteica de una de estas enzimas con cofactor se le denomina
apoenzima (es inactiva), y a la forma completa activa se le denomina holoenzima.
7.2. Mecanismo de la acción enzimática. Especificidad.
Las enzimas son generalmente proteínas globulares, esto se debe a que esta forma
compleja en el espacio favorece la formación de uniones específicas con los
respectivos sustratos.
Hay una zona concreta denominada centro activo (muy pequeña en relación con
el tamaño total de la proteína) que es por donde la enzima se une al sustrato
(objeto de color en el dibujo).
La enzima se une al sustrato por el
centro
activo
y
el
conjunto
resultante de esta unión se llama
complejo enzima-sustrato.
En la reacción no catalizada se
habla
de
reactivo(s)
y
de
producto(s), mientras que en la
reacción catalizada hablamos de
sustrato(s) y producto(s).
El primer paso en la reacción enzimática es la unión del centro activo con el
sustrato, el siguiente paso es la formación de los productos, tras esto, se libera la
enzima de los productos.
Las enzimas son más o menos específicas para el sustrato, sólo se forma el
complejo enzima-sustrato si existe una correspondencia entre el centro activo de
la enzima y el sustrato. Existen 2 tipos distintos de especificidad:
- Absoluta, la enzima sólo se une a un sustrato (como en los dibujos anteriores).
- Relativa, la enzima reconoce a varios sustratos que tienen una parte común.
7.3. Factores que afectan a la reacción enzimática.
La velocidad de una reacción enzimática viene dada por el número de moléculas
del (de los) producto(s) que aparecen por unidad de tiempo o el número de
moléculas del (de los) sustrato(s) que desaparecen por unidad de tiempo.
Evidentemente, son dos formas de medir la misma cosa.
Los factores que afectan a la velocidad de reacción o actividad enzimática,
pueden ser:
a) Condiciones del medio como la temperatura, el pH, la presión,...
b) Variaciones de la concentración de la enzima o de la concentración del
sustrato.
c) Presencia de sustancias que modifican la actividad de la enzima (activadoras o
inhibidoras)
a) Factores ambientales.
a.1) La temperatura.
En general, el aumento de temperatura aumenta la velocidad, como en cualquier
reacción química catalizada o no (ya hemos razonado antes este punto). Pero en
el caso de las reacciones catalizadas por enzimas, este efecto tiene un brusco
quiebro a la temperatura a la cual se desnaturaliza la enzima (ésta está
comprendida en general entre los 55 y los 60º C).
a.2) El pH.
La mayoría de las enzimas poseen un pH característico en el cual su actividad
enzimática es máxima, mientras que por enzima o por debajo de ese pH la
actividad disminuye dramáticamente. La relación entre el pH y la actividad de
cualquier enzima depende del comportamiento ácido-base de la enzima y del
sustrato, ya que la modificación de las cargas de uno y/u otro afectará a su unión
(en la que las interacciones electrostáticas débiles juegan un papel primordial);
además, los cambios de pH pueden provocar la desnaturalización de la proteína.
No siempre el pH óptimo de la enzima es el pH intracelular normal, por ejemplo,
las enzimas gástricas necesitan un medio ácido para actuar, por eso, antes de que
comience su actuación, es acidificado el medio mediante la secreción de ácido
clorhídrico, y al terminar la digestión gástrica, a la llegada al doudeno se
neutraliza el medio para que las enzimas del estómago dejen de actuar.
b) Concetraciones.
b.1.) Concentración de la enzima.
La concentración de la enzima
influye determinantemente, como
es lógico: a mayor concentración
de ésta, mayor va a ser la
velocidad de la reacción, siempre
que el sustrato esté en exceso.
b.1.) Concentración del sustrato.
Asíntota
La concentración del sustrato afecta a
la reacción, ya que al aumentar ésta la
velocidad de la reacción aumenta. Pero
para una determinada concentración de
enzima presente, se alcanza una
velocidad máxima (matemáticamente,
la Vmax es una asíntota, en realidad), a
partir de la cual no aumenta ya más la
velocidad de la reacción aunque
aumentemos la concentración del sustrato, se dice que se ha llegado a la
saturación de la enzima.
Todas las enzimas responden a la gráfica anterior, la única variación es la
velocidad máxima. Michaelis y Menten, calcularon la ecuación correspondiente
dicha gráfica y la definieron como:
En esta ecuación observamos que la velocidad va a depender de la velocidad
máxima, de la concentración de sustrato y de Km (constante de Michaelis). Es muy
sencillo demostrar que Km es el valor que toma [S] cuando la velocidad es la
mitad de la máxima:
Km mide la afinidad de la enzima por el sustrato (si es baja, significa que basta
Una Km pequeña significa que hace falta poco sustrato para alcanzar la mitad de
la máxima velocidad, mientras que si es alta significa justo lo contrario. Es una
característica esencial característica para cada enzima y cada sustrato; cuando la
Km es baja se dice que la enzima y el sustrato presentan alta afinidad y cuando es
alta que la afinidad es baja.
c) Activadores e inhibidores.
En los seres vivos no solo se controla la cantidad de enzima, sino que también se
controla el momento y eficacia de la actuación de éstas mediante los activadores y
los inhibidores de la actividad enzimática.
Activadores.
Aumentan la actividad enzimática, es decir, aumentan la velocidad de la reacción
enzimática, favoreciendo la formación del complejo enzima sustrato. Por ejemplo,
una molécula puede provocar una modificación conformacional en el centro
activo de la enzima que favorezca la formación del complejo enzima sustrato.
Inhibidores.
Bajan la velocidad de la reacción enzimática, es decir, dificultan la unión de la
enzima con el sustrato. Pueden hacerlo de forma reversible (temporal) o de forma
irreversible (permanente).
En el caso de la inhibición reversible, ésta puede ser:
- Competitiva. El inhibidor compite con el sustrato por el centro activo de la
enzima, formándose un complejo enzima-inhibidor que disminuye la cantidad
del complejo enzima-sustrato, y por lo tanto, disminuye la velocidad de la
reacción. Aumentan la Km pero no varía la Vmax (lo que pasa es que ésta se
alcanza a una concentración de sustrato superior a la que es necesaria para
alcanzarla en ausencia del inhibidor). Esto se comprende fácilmente, puesto que
llegado cierto punto, el exceso de sustrato va a hacer irrelevante la presencia del
inhibidor porque por puro azar virtualmente siempre será una molécula de
sustrato y no de inhibidor la que contacte con el sitio activo de la enzima.
- No competitiva. El inhibidor no compite con el sustrato por el centro activo de la
enzima, pero uniéndose a la enzima en otro lugar diferente al centro activo,
dificulta o impide la unión de la enzima con el sustrato.
No afectan a la Km (puesto que no interfieren con la unión del sustrato con la
enzima) pero sí disminuyen la Vmax porque todo el tiempo (incluso a
concentraciones muy altas del sustrato) las moléculas del inhibidor van a
“incapacitar” a una cierta fracción de las moléculas de enzima, por lo que nunca
conseguirá una Vmax tan alta como la que lograba en ausencia de inhibidor.
Regulación alostérica.
Los enzimas alostéricos presentan sitios específicos diferentes del centro activo a
los que se unen moléculas (efectores = moduladores) que aumentan o disminuyen
su actividad; estos lugares reciben el nombre de centros alostéricos o centros
reguladores. Puede haber más de un centro alostérico en una misma enzima,
siendo todos ellos fuertemente específicos para su modulador correspondiente.
Al ser posible la modulación alostérica por varias moléculas diferentes, que
pueden actuar unas como inhibidoras y otras como activadoras de la actividad
enzimática, estas enzimas se prestan especialmente bien a la regulación de su
actividad y esta forma de regulación es muy frecuente en puntos cruciales de las
rutas metabólicas, como explicaremos a continuación:
La mayoría de los procesos fisiológicos constan de cadenas más o menos largas
de reacciones químicas, cada una de las cuales está catalizada por la enzima
correspondiente. Un conjunto así de enzimas que actúan secuencialmente recibe
el nombre de complejo multienzimático. En la mayoría de ellos, la primera
enzima del sistema está muy regulada en su actuación (enzima reguladora),
controlando de este modo el sistema completo. Es sistemático que se trate de una
enzima alostérica. El tipo más corriente de regulación (muchas veces combinado
con otros) es el llamado retroinhibición (también llamado retroalimentación o
feed-back): el producto final del complejo multienzimático actúa como inhibidor
alostérico de la enzima reguladora del principio.
La cinética de las enzimas alostéricas es compleja y no se ajusta a la curva típica
de Michaelis – Menten. Lo normal es que la representación de la velocidad de la
reacción frente a la concentración del sustrato produzca una curva de tipo
sigmoidal en lugar de la hiperbólica de Michaelis y Menten. De todos modos, no
hay que hacer simplificaciones excesivas: ni todas las enzimas alostéricas
presentan necesariamente este tipo de curvas sigmoideas, ni todas las que las
presentan son alostéricas. Lo dicho vale como principio general, no como regla
absoluta.
Regulación por modificación covalente.
Estas modificaciones están catalizadas por enzimas. Interconvierten a las enzimas
entre formas activas y formas inactivas.
Hay modificaciones covalentes que son reversibles y otras que son irreversibles.
Entre las primeras, pondremos el ejemplo de la transformación de la glucógeno
fosforilasa b (inactiva) por fosforilación en glucógeno fosforilasa a (activa; esta
reacción es catalizada por la enzima fosforilasa quinasa); el cambio inverso es
catalizado por la enzima fosforilasa fosfatasa. Entre las segundas, citaremos el
importante ejemplo de los enzimas digestivos tripsina, quimotripsina y pepsina,
que son segregados en formas inactivas (zimógenos o proenzimas) y activadas
por la acción de hidrolasas específicas que seccionan una parte del zimógeno
transformándolo en la enzima activa.