Mecanismo de acción de las enzimas Enzimas | Especificidad |Clases de Enzimas | Mecanismo de acción enzimática |Como realiza esta acción una enzima? |Acompañantes no proteicos de las enzimas | Enlaces |Glosario | Bibliografía
Entender los principios básicos de la actividad enzimática. enzimática. Conocer la actividad enzimática como responsable de la actividad celular.
Aminoácidos Estructura de las proteína proteínass Funciones de las proteínas
Enzimas La
actividad vital no es más que el desarrollo de una serie de reacciones químicas entre un conjunto de moléculas. Si un químico en un laboratorio realiza estas reacciones lo normal es que el rendimiento (cuantificado como la cantidad de producto deseado frente a la cantidad total del producto) sea muy bajo, mientras que esta misma reacción en un sistema biológico tiene un rendimiento rendimie nto del 99% y se realiza a una mayor velocidad. Esto se debe a la existencia de catalizadores , la mayoría de los catalizadores biológicos que se conocen son ENZIMAS.
Las enzimas son proteínas altamente especializadas que tienen como función la catálisis o regulación de la velocidad de las reacciones químicas que se llevan a cabo en los seres vivos. Casi todas las reacciones químicas de las células son catalizadas por enzimas, con la particularidad de que cada enzima solo cataliza una reacción, por lo que existirían existir ían tantas enzimas como reacciones, y no se consumen en el proceso. Los catalizadores no biológicos son inespecíficos.
En una reacción catalizada por enzima (E), los reactivos se denomina sustratos (S) , es decir la sustancia sobre la que actúa la enzima. El sustrato es modificado químicamente y se convierte en uno o más productos (P). Como esta reacción es reversible se expresa de la siguiente manera:
La
enzima libre se encuentra en la misma forma química al comienzo y al final de la reacción.
Especificidad
Las
moléculas del sustrato se unen a un sitio particular en la superficie de la enzima, denominado sitio activo, donde tiene lugar la catálisis. La estructura tridimensional de este sitio activo, donde solo puede entrar un determinado sustrato (ni siquiera sus isómeros) es lo que determina la especificidad de las enzimas. El acoplamiento es tal que E. Fisher (1894) enunció: "el sustrato se adapta al centro activo o catalítico de una enzima como una llave a una cerradura" . Clases
de Enzimas
El nombre de las enzimas es el del sustrato + el sufijo: -asa. Los nombres de las enzimas revelan la especificidad de su función: Ox
ido-reductasas: catalizan reacciones de oxido-reducción, las que implican la
ganancia (o reducción) o pérdida de electrones (u oxidación). Las más importantes son las deshidrogenasas y las oxidasas Transferasas: transfieren grupos funcionales de una molécula a otra. Ej.: quinasas; transfieren fosfatos del ATP a otra molécula. Hidrolasas: rompen varios tipos de enlaces introduciendo radicales -H y -OH. Liasas: adicionan grupos funcionales a los dobles enlaces. Isomerasas: convierten los sustratos isómeros unos en otros. Ligasas o Sintasas: forman diversos tipos de enlaces aprovechando la energía de la ruptura del ATP. Ej: polimerasas Mecanismo
Una
de acción enzimática
enzima, por sí misma, no puede llevar a cabo una reacción, su función es modificar la velocidad de la reacción, entendiéndose como tal la cantidad de producto formado por unidad de tiempo. Tal variación se debe a la disminución de
la energía de activación Ea; en una reacción química, la Ea es la energía necesaria para convertir los reactivos en formas moleculares inestables denominadas especies en estado de transición, que poseen mayor energía libre que los reactivos y los productos.
<> Imagen original de la Universidad de Virginia En el diagrama están representados los niveles de energía , durante el curso de la reacción, de moléculas intervinientes en una reacción tipo: A + B ---> C. La curva azul muestra el curso de la reacción en ausencia de una enzima que facilite la reacción, mientras que la curva roja la muestra en presencia de la enzima específica de la reacción. La diferencia en el nivel de energía entre el estado inicial y la necesaria para iniciar la reacción ( picos de las curvas) es la energía de activación. Tal como se observa la presencia de enzima baja la energía de activación. El complejo Enzima- sustrato posee menor energía de activación que las especies en estado de transición que la correspondiente reacción no catalizada. Como
O
realiza esta acción una enzima?
rienta a los sustratos: parte de la energía de activación se utiliza para que los
sustratos roten y se enfrenten con los átomos correctos para formar los enlaces. Agregan cargas a los sustratos: las cadenas laterales (R) de los aminoácidos de las enzimas pueden participar directamente haciendo a los sustratos químicamente más reactivos. Inducen la deformación en el sustrato: cuando una sustancia se une al sitio
activo, la enzima puede causar que los los enlaces se estiren, poniéndolo en un estado de transición inestable. Cambio de forma de la enzima al unirse al sustrato: el modelo de llavecerradura de Fisher fue actualizado cuando se descubrió que las enzimas son flexibles y sus sitios activos pueden cambiar (expandirse) para acomodarse a sus sustratos. Este cambio de forma causado por la unión al sustrato se denomina ajuste inducido. En la Hexoquinasa puede observarse este ajuste inducido, con el sustrato (glucosa) y sin él. El ajuste inducido alinea las cadenas laterales reactivas del sitio activo de la enzima con los sustratos.
Esta enzima cataliza la reacción: Glucosa + ATP --> glucosa 6-fosfato + ADP Acompañantes
no proteicos de las enzimas
Ya
sea que consistan en una única cadena polipeptídica plegada o en varias unidades, muchas enzimas requieren otras moléculas no proteicas para funcionar. COF
ACTORES: son iones inorgánicos que se unen temporariamente a las
enzimas papel en la reacción catalizada molécula Hierro Fe 2+ o Fe 3+ Oxidación / reducción Cobre, Cu + o Cu 2+ Oxidación / reducción Cinc, Zn2+ Ayuda a unir el NAD COENZIMAS: moléculas pequeñas que tiene carbono, interaccionan débilmente durante la catálisis. La mayor parte de las coenzimas son vitaminas, muchas de las cuales deben ser incorporadas con la dieta. papel en la reacción catalizada molécula Biotina transporta -COOCoenzima A transporta -CH2-CH3 NAD y FAD transportan electrones GRUPOS PROSTETICOS: están permanentemente unidos a las enzimas papel en la reacción catalizada molécula une iones O2 y electrones, contiene el Hemo cofactor hierro Une electrones Flavina Retinal Cofactor en la absorción de la luz
Las
coenzimas reaccionan con la enzima de igual modo que el sustrato, uniéndose al sitio activo. Se mueven de una enzima a otra agregando o quitando grupos químicos del sustrato. R egulación
enzimática
El metabolismo consiste en una serie de reacciones catalizadas por enzimas, donde los productos de una reacción se convierten en los reactivos de la siguiente, lo que se conoce como VÍAS METABÓLICAS. Las células deben poder regular estas vías metabólicas y lo hacen a través de reguladores enzimáticos. los inhibidores naturales regulan el metabolismo mientras que los artificiales son utilizados por la medicina, para destruir plagas, etc.
nhibición reversible: pueden inhibidores com petitivos, los que se unen a la
I
enzima ingresando en el sitio activo, impidiendo así su enlace con el sustrato. Los inhibidores no com petitivos se unen a la enzima en un lugar diferente al sitio activo cambiando la forma de la proteína y por lo tanto la forma del sitio activo. Sus efectos son reversibles. Inhibición irreversible: hay inhibidores que se unen covalentemente al sitio activo de una enzima, esta unión es permanente e inactiva a la enzima destruyendo su capacidad de unirse al sustrato. Ej: el DIPF reacciona con el aminoácido serina del sitio activo de la enzima acetilcolinesterasa, inhibiéndola irreversiblemente. Esta enzima participa en el mecanismo de propagación de los impulsos nerviosos. El DIPF es conocido como gas nervioso, algunos ej. son la SARINA (usado en el ataque terrorista en un subte en Tokio en 1995)y el MALATION (insecticida).
Imagen tomada de http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?cmd=Search&db=books&doptcmdl= GenBookHL&term=DIPF++AND+215554%5Buid%5D&rid=stryer.figgrp.1072
El gas nervioso ejerce su efecto letal al unirse con la enzima ACETILCOLINESTERASA, que es la encargada de disociar la molécula de ACETILCOLINA para su posterior síntesis. Este proceso no se puede llevar a cabo sin la primera disociación y sus consecuencias son trágicas. Al no poder ser sintetizada, la Acetilcolina comienza a acumularse en los centros de transmisión, como entre neuronas, ganglios, uniones neuromusculares, impidiendo la transmisión de ordenes a los músculos tanto de acción voluntaria como de acción involuntaria. Así, todos los músculos quedan bloqueados. Los primeros síntomas son un sudor copioso, dificultad en la respiración, presión en el pecho, fallos respiratorios, mareos, perdida de visión... Al aumentar la dosis de gas nervioso los efectos son cada vez mayores, llegando a producir espasmos y la perdida de la conciencia casi en el acto. Finalmente la muerte se produce tras pocos minutos por asfixia. Entre los antídotos, con el fin de reactivar el proceso de síntesis a cargo de la encima acetilcolina, el mas usado es el basado en la ATROPINA, dado que es el único eficaz si se aplica con extrema rapidez.
