Proteínas y Enzimas Curso: Química Docente: Tineo Huancas Huancas Integrantes:
Faya Castillo Juan Enrique
Medina Cueva Yesica Santamaría Veliz Olivia
Tenorio Sánchez Sánchez Sandy Elizabeth Elizabeth
Ciclo: II Lambayeque, 2011
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Índice Introducción ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------4 ---------------------------------------------------------4 Proteínas ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------5_11 -----------------------------------------------------------5_11 1. Historia 2. Definición 3. Estructura: primaria Secundaria Terciaria Cuaternaira
Clasificación-------------------------------------------------------------------------------------------------12_16
Según su composición Según su conformación Según su función
Funciones ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------17 ------------------------------------------------------17 Importancia en el organismo-------------------organismo---------------------------------------------------------------------------20 -------------------------------------------------------20 Metabolismo-----------------------------------------------------------------------------------------------22 Derivados---------------------------------------------------------------------------------------------------24 Alimentos y su acción------------------------------------------------------------------------------------27 acción------------------------------------------------------------------------------------27 Propiedades------------------------------------------------------------------------------------------------29 Ensayos de reconocimiento---------------------------------------reconocimiento-----------------------------------------------------------------------------31 -------------------------------------31 ENZIMAS---------------------------------------------------------------------------------------------------39 Breve historia ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------42 -------42 Tipos y fuentes de obtención--------------------------------------------------------------------------43 obtención--------------------------------------------------------------------------43 Como trabajan -----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------44 ---44
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Índice Introducción ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------4 ---------------------------------------------------------4 Proteínas ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------5_11 -----------------------------------------------------------5_11 1. Historia 2. Definición 3. Estructura: primaria Secundaria Terciaria Cuaternaira
Clasificación-------------------------------------------------------------------------------------------------12_16
Según su composición Según su conformación Según su función
Funciones ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------17 ------------------------------------------------------17 Importancia en el organismo-------------------organismo---------------------------------------------------------------------------20 -------------------------------------------------------20 Metabolismo-----------------------------------------------------------------------------------------------22 Derivados---------------------------------------------------------------------------------------------------24 Alimentos y su acción------------------------------------------------------------------------------------27 acción------------------------------------------------------------------------------------27 Propiedades------------------------------------------------------------------------------------------------29 Ensayos de reconocimiento---------------------------------------reconocimiento-----------------------------------------------------------------------------31 -------------------------------------31 ENZIMAS---------------------------------------------------------------------------------------------------39 Breve historia ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------42 -------42 Tipos y fuentes de obtención--------------------------------------------------------------------------43 obtención--------------------------------------------------------------------------43 Como trabajan -----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------44 ---44
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Clasificación-----------------------------------------------------------------------------------------------45 Nomencaltura---------------------------------------------------------------------------------------------49 Reconocimiento-------------------------------------------------------------------------------------------52 Conclusiones-----------------------------------------------------------------------------------------------57 Bibliografía-------------------------------------------------------------------------------------------------59 Linkografia-------------------------------------------------------------------------------------------------60
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Introducción Por noción sabemos que las biomoleculas son: carbohidratos, lípidos, proteínas. Estos últimos de gran importancia en nuestro organismo, son compuestos químicos muy complejos que se encuentran en todas las células vivas: en la sangre, en la leche, en los huevos y en toda clase de semillas y pólenes. Hay ciertos elementos químicos que todas ellas poseen, pero los diversos tipos de proteínas los contienen en diferentes cantidades. En todas se encuentran un alto porcentaje de nitrógeno, así como de oxígeno, hidrógeno y carbono. En la mayor parte de ellas existe azufre, y en algunas fósforo y hierro. Las proteínas son sustancias complejas, formadas por la unión de ciertas sustancias más simples llamadas aminoácidos, que los vegetales sintetizan a partir de los nitratos y las sales amoniacales del suelo. Los animales herbívoros reciben sus proteínas de las plantas; el hombre puede obtenerlas de las plantas o de los animales, pero las proteínas de origen animal son de mayor valor nutritivo que las vegetales. Esto se debe a que, de los aminoácidos que se conocen, que son veinte, hay ocho que son imprescindibles para la vida, y es en las proteínas animales donde éstas se encuentran en mayor cantidad. Aparte están las enzimas, grandes proteínas, moléculas de suma importancia que aceleran las reacciones químicas. Catalizadores muy potentes y eficaces, químicamente son proteínas.Como catalizadores, los enzimas actúan en pequeña cantidad y se recuperan indefinidamente. No llevan a cabo reacciones que sean energéticamente desfavorables, no modifican el sentido de los equilibrios químicos, sino que aceleran su consecución. En su estructura globular, se entrelazan y se pliegan una o más cadenas polipeptídicas, que aportan un pequeño grupo de aminoácidos para formar el sitio activo, o lugar donde se adhiere el sustrato, y donde se realiza la reacción. Una enzima y un sustrato no llegan a adherirse si sus formas no encajan con exactitud.
LOS AUTORES 4
Proteínas 1. HISTORIA En el primer siglo de nuestra vida Plinio E Viejo acuñó el término albumen haciendo referencia a la clara de huevo En 1747, lacopo Beccari describió como obtener gluten a partir de la harina de trigo, solo con amasar ésta con agua para eliminar el almidón. También se sabía cómo la separación de la sangre coagulada del suero daba lugar a un material rojo, insoluble en agua, llamada fibrina. Por Furcroy. El último de los materiales proteicos estudiados intensamente durante esa época fue el cuajo obtenido tras tratar la leche con ácidos. Este material fue el que se denominó caseína En 1827 William Prout, clasificó las sustancias que formaban los alimentos en tres categorías: las sacarinas (los azúcares actuales), las oleaginosas (los actuales lípidos) y las albuminosas (las que hoy llamamos proteínas) Luego las proteínas fueron descritas por primera vez por el químico sueco Jöns Jakob Berzelius en 1838. Posteriormente en 1902 Hermann Emil Fischer y Hermann Emil Fischer proponen la existencia del enlace peptídico. Sin embargo, el papel central de las proteínas en los organismos vivos no se aprecia plenamente hasta 1926, cuando James B. Sumner mostró que la enzima ureasa es una proteína. La primera secuencia de proteínas que se descubrió fue la de insulina, por Frederick Sanger, quien ganó el Premio Nobel por este logro en 1958. Las primeras estructuras de proteínas resueltas fueron la hemoglobina y la mioglobina, por Max Perutz y Sir John Cowdery Kendrew, respectivamente, en 1958. Las estructuras tridimensionales de ambas proteínas fueron determinadas por análisis de difracción de rayos-x; Perutz y Kendrew comparten el Premio Nobel de 1962 de Química por sus descubrimientos.
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2. DEFINICIÓN Proteína deriva del griego proteuo que significa “En primer lugar o yo primero” o del Dios Proteo, por la cantidad de formas que puede adoptar. Sugiere que todas las funciones básicas de las células dependen de proteínas específicas; entonces se puede decir que no xiste vida sin proteínas. Están presentes en cada célula y en cada organoide celular pudiendo ser estructurales o enzimáticas. Las proteínas son sustancias complejas nitrogenadas a las cuales se le une azufre y fósforo (biomoléculas), formadas por la unión de ciertas sustancias más simples llamadas aminoácidos. Son los más sólidos, más abundantes en el protoplasma celular. La formación de estos polímeros o macromoléculas se da cuando un aminoácido cede al OH del carboxilo y un H del grupo amino de otro aminoácido liberándose una molécula de agua, dando origen al puente o enlace peptídico resultando un dipéptido, si se unen 3 aminoácidos se les llama tripéptido, 5 es un pentapéptido, (la distancia entre las uniones peptídicas es de 3.5 A), el aminoácido terminal de la cadena que tiene el grupo carboxilo se denomina aminoácido C terminal y el que lleva el grupo amino libre aminoácido N terminal.
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3. ESTRUCTURA La organización de una proteína viene definida por cuatro niveles estructurales denominados: estructura primaria, estructura secundaria, estructura terciaria y estructura cuaternaria. Cada una de estas estructuras informa de la disposición de la anterior en el espacio. A. ESTRUCTURA PRIMARIA La estructura primaria es la secuencia de aminoácidos (aa) que conforman la proteína. Nos indica qué aminoácidos componen la cadena polipeptídica y el orden en que dichos aminoácidos se encuentran, determinando así su función. La primera estructura primara determinada fue de la insulina por Singer (Nobel - 1957) Presentan enlace dusidulfuro por aminoácidos que tienen azufre, como la cisteína.
Estructura primaria de la insulina
B. ESTRUCTURA SECUNDARIA La estructura secundaria es la disposición de la secuencia de aminoácidos en el espacio. Los aminoácidos (aa), a medida que van siendo enlazados durante la síntesis de proteínas y gracias a la capacidad de giro de sus enlaces, adquieren una disposición espacial estable, la estructura secundaria. Existen dos tipos de estructura secundaria: 7
La alfa hélice, forma de cilindro, aquí la cadena peptídica se enrolla alrededor de un
cilindro imaginario y se halla estabilizada por enlaces puentes de hidrógeno entre el grupo amino y el grupo carboxilo de los aminoácidos situados cuatro residuos más adelante en la misma cadena polipeptídica. Es la más estable, dextrógira ser repite cada 5.4 A. presentan esta estructura colágeno, prolina La conformación beta, forma de hoja plegada, aquí la molécula adopta la
conformación de una hoja de papel plegada, y se halla estabilizada por puentes de hidrógeno entre grupos amino y carboxilo de los tramos apareados de la cada polipeptídica. Presentan esta estructura la queratina de la seda o fibroína.
Estructura secundaria (Alfa hélice)
Estructura secundaria (Hoja plegada)
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C. ESTRUCTURA TERCIARIA Es la más común de las proteínas. La estructura terciaria informa sobre la disposición de la estructura secundaria de un polipéptido al plegarse sobre sí misma originando una conformación globular o filamentosa, los globulares son solubles en agua y soluciones salinas y así realizar funciones de transporte, enzimáticas, etc., se mantienen unidos por enlaces puente disulfuro, puente de hidrógeno, fuerza de Vander Walls y puente salino; presentan esta estructura, la Mioglobina, ésta posee 153 aminoácidos. Los de conformación filamentosa son insolubles en agua y disoluciones salinas. En definitiva, es la estructura primaria la que determina cuál será la secundaria y por tanto la terciaria.
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D. ESTRUCTURA CUATERNARIA Resulta de la combinación de dos o más cadenas polipeptídica con estructura terciaria, para formar un complejo proteico, cada una de estas cadenas polipeptídicas recibe el nombre de protómero, el número de protómeros varía desde como en la
dos como en la hexoquinasa, cuatro
hemoglobina, o muchos como la cápsida del virus de la poliomielitis, que
consta de 60 unidades proteícas. Están unidas por fuerzas de tipo físico, químico, enlaces de hidrógeno y puente disulfuro. Presentan esta estructura virus mosaico, la hemoglobina.
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CLASIFICACIÓN Las proteínas poseen veinte aminoácidos, los cuales se clasifican en: Glicina, alamina, valina, leucina, isoleucina, fenil, alanina, triptófano, serina, treonina, tirosina, prolina, hidroxiprolina, metionina, cisteína, cistina, lisina, arginina, histidina, ácido aspártico y ácido glutámico. 1. Según su composición: Pueden clasificarse en proteínas "simples" y proteínas "conjugadas".
Las "simples" o "Holoproteínas " Son aquellas que al hidrolizarse producen únicamente aminoácidos.
Tenemos:
Globulares
Prolaminas:Zeína (maíz),gliadina (trigo), hordeína (cebada)
Gluteninas:Glutenina (trigo), orizanina (arroz).
Albúminas:Seroalbúmina (sangre), ovoalbúmina (huevo), lactoalbúmina (leche)
Hormonas: Insulina, hormona del crecimiento, prolactina, tirotropina
Enzimas: Hidrolasas, Oxidasas, Ligasas, Liasas, Transferasas...etc.
Fibrosas
Colágenos: En tejidos conjuntivos, cartilaginosos
Queratinas: En formaciones epidérmicas: pelos, uñas, plumas, cuernos.
Elastinas: En tendones y vasos sanguineos 12
Fibroínas: En hilos de seda, (arañas, insectos).
Las proteínas cojugadas, complejas o heteroproteinas
Se subclasifican de acuerdo con la naturaleza de sus grupos prostéticos.
Las "conjugadas" o "Heteroproteínas" son proteínas q
ue al hidrolizarse producen
también, además de los aminoácidos, otros componentes orgánicos o inorgánicos.
La porción no protéica de una proteína conjugada se denomina "grupo prostético".
La siguiente tabla muestra la clasificación completa:
CONJUGADAS NOMBRE
COMPONENTE NO PROTEICO
Nucleoproteínas
Acidos nucléicos
Lipoproteínas
Lípidos
Fosfoproteínas
Grupos fosfato
Metaloproteínas
Metales
Glucoproteínas
Monosacáridos
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Glucoproteínas
Ribonucleasa
Mucoproteínas
Anticuerpos
Hormona luteinizante
Lipoproteínas De alta, baja y muy baja densidad, que transportan lípidos en la sangre.
Nucleoproteínas
Nucleosomas de la cromatina
Ribosomas
Cromoproteínas
Hemoglobina, hemocianina, mioglobina, que transportan oxígeno
Citocromos, que transportan electrones
2. Según su conformación Se entiende como conformación, la orientación tridimensional que adquieren los grupos característicos de una molécula en el espacio, en virtud de la libertad de giro de éstos sobre los ejes de sus enlaces. Existen dos clases de proteínas que difieren en sus conformacxiones características: "proteínas fibrosas " y "proteínas globulares ". Las proteínas fibrosas se constituyen por cadenas polipeptídicas alineadas en forma paralela. Esta alineación puede producir dos macro-estructuras diferentes: fibras que se trenzan sobre 14
sí mismas en grupos de varios haces formando una "macro-fibra", como en el caso del colágeno de los tendones o la a-queratina del cabello; la segunda posibilidad es la formación de láminas como en el caso de las b-queratinas de las sedas naturales.
Las proteínas fibrosas poseen alta resistencia al corte por lo que son los principales soportes estructurales de los tejidos; son insolubles en agua y en soluciones salinas diliudas y en general más resistentes a los factores que las desnaturalizan. Las proteínas globulares son conformaciones de cadenas polipeptídicas que se enrollan sobre si mismas en formas intrincadas como un "nudillo de hilo enredado" . El resultado es una macro-estructura de tipo esférico. La mayoría de estas proteínas son solubles en agua y por lo general desempeñan funciones de transporte en el organismo. Las enzimas, cuyo papel es la catálisis de las reacciones bioquímicas, son proteínas globulares.
3. Según su función: La diversidad en las funciones de las proteínas en el organismo es quizá las más extensas que se pueda atribuir a una familia de biomoléculas.
Enzimas: Son proteínas cuya función es la "catalisis de las reacciones bioquímicas". Algunas de stas reacciones son muy sencillas; otras requieren de la participación de verdaderos complejos multienzimáticos. El poder catalítico de las enzimas es extraordinario: aumentan la velocidad de una reacción, al menos un millon de veces. Las enzimas pertenecen al grupo de las proteínas globulares y muchas de ellas son proteínas conjugadas. 15
Proteínas de transporte : Muchos iones y moléculas específicas son transportados por proteínas específicas. Por ejemplo, la hemoglobina transporta el oxígeno y una porción del gas carbónico desdes y hacia los pulmones, respectivamente. En la memebrana mitocondrial se encuentra una serie de proteínas que trasnportan electrones hasta el oxígeno en el proceso de respiración aeróbica. Proteínas del movimiento coordinado: El músculo está compuesto por una variedad de proteínas fibrosas. Estas tienen la capacidad de modificar su estructura en relación con cambios en el ambiente electroquímico que las rodea y producir a nivel macro el efecto de una contracción muscular.
Proteínas estructurales o de soporte : Las proteínas fibrosas como el colágeno y las a-queratinas constituyen la estructura de muchos tejidos de soporte del organismo, como los tendones y los huesos.
Anticuerpos: Son proteínas altamenmte específicas que tienen la capacidad de identificar susustancias extrañas tale como los virus, las bacterias y las células de otros organismos.
Proteoreceptores : Son proteínas que participan activamente en el proceso de recepción de los impulsos nerviosos como en el caso de la "rodapsina" presente en los bastoncillos de la retina del ojo.
Hormonas y Proteínas represoras : son proteínas que participan en la regulación de procesos metabólicos; las proteínas represoras son elementos importantes dentro del proceso de transmisión de la información genética en la bisíntesis de otras moléculas. 16
FUNCIONES Las proteinas determinan la forma y la estructura de las célul as y dirigen casi todos los procesos vitales. Las funciones de las proteinas son específicas de cada una de ellas y permiten a las células
mantener
su
integridad, defenderse de agentes externos, reparar daños, controlar y regular funciones, etc...Todas las proteinas realizan su función de la misma manera: por unión selectiva a moléculas. Las proteinas estructurales se agregan a otras moléculas de la misma proteina para originar una estructura mayor. Sin embargo,otras proteinas se unen a moléculas distintas: los anticuerpos a los antígenos específicos, la hemoglobina al oxígeno, las enzimas a sus sustratos, los reguladores de la expresión génica al ADN, las hormonas a sus s us receptores específicos, etc... A continuación se exponen algunos ejemplos de proteinas y las funciones que desempeñan:
Función estructural Algunas proteinas proteinas constituyen constituyen estructuras estructuras celulares: celulares:
Las histonas, forman parte de los cromosomas que regulan la expresión de los genes.
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Ciertas glucoproteinas forman parte de las membranas celulares y actuan como receptores o facilitan el transporte de sustancias.
Otras proteinas confieren elasticidad y resistencia a órganos y tejidos:
El colágeno del tejido conjuntivo fibroso.
La elastina del tejido conjuntivo elástico.
La queratina de la epidermis.
Las arañas y los gusanos de seda segregan fibroina para fabricar las telas de araña y los capullos de seda, respectivamente.
Función enzimatica Las proteinas con función enzimática son las más numerosas y especializadas. Actúan como biocatalizadores de las reacciones químicas del metabolismo celular.
Función hormonal Algunas hormonas son de naturaleza protéica, como la insulina y el glucagón (que regulan los niveles de glucosa en sangre) o las hormonas segregadas por la hipófisis como la del crecimiento o la adrenocorticotrópica (que regula la síntesis de corticosteroides) o la calcitonina (que regula el metabolismo del calcio).
Función reguladora Algunas proteinas regulan la expresión de ciertos genes y otras regulan la división celular (como la ciclina).
Función homeostatica homeostatica Algunas mantienen el equilibrio osmótico y actúan junto con otros sistemas amortiguadores para mantener constante el pH del medio interno. 18
Función defensiva Las inmunoglogulinas actúan como anticuerpos frente a posibles antígenos. La trombina y el fibrinógeno contribuyen a la formación de coágulos sanguíneos para evitar hemorragias. Las mucinas tienen efecto germicida y protegen a las mucosas. Algunas toxinas bacterianas, como la del botulismo, o venenos de serpientes, son proteinas fabricadas con funciones defensivas.
Función de transporte
La hemoglobina transporta oxígeno en la sangre de los vertebrados.
La hemocianina transporta oxígeno en la sangre de los invertebrados. invertebrados.
La mioglobina transporta oxígeno en los músculos.
Las lipoproteinas transportan lípidos por la sangre.
Los citocromos transportan electrones.
Función contractil
La actina y la miosina constituyen las miofibrillas responsables de la contracción muscular.
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La
dineina
está
relacionada con el movimiento de cilios y flagelos.
Función de reserva
La ovoalbúmina de la clara de huevo, la gliadina del grano de trigo y la hordeina de la cebada, constituyen la reserva de aminoácidos para el desarrollo del embrión.
La lactoalbúmina de la leche.
IMPORTANCIA EN EL ORGANISMO Debe aportarse en la alimentación diaria al menos 0,8 gramos de proteínas por kg al día. Una capacidad inmune adecuada requiere de una alimentación mixta, es decir mezclar proteínas en cada comida. Esto es necesario para constituir una adecuada estructura de ladrillos de las proteínas, conocidos como aminoácidos. Diariamente se recambia el 1 a 2% de nuestras proteínas, razón por la que debemos ingerir dicha cantidad. Existen aminoácidos indispensables para la salud dado que el organismo es incapaz de 20
sintetizarlos si no se ingieren. Estos ladrillos (aminoácidos) se conocen como esenciales y constituyen los factores limitantes para alcanzar la óptima nutrición proteica. Los cereales son deficitarios en dos: la treonina y lisina (trigo) o triptofano y lisina (el maíz). Los lácteos de vaca son deficitarios en metionina, cisteína y hoy semi deficitarios en triptofano. El pescado, pollo,vacuno, tubérculos (papas) y leguminosas (porotos lentejas,etc) son deficitarias en cisteína y metionina. El huevo es deficitario en metionina para el adulto.
La mal nutrición provoca: Reducción de la competencia inmune, vale decir la respuesta específica de anticuerpos y de glóbulos blancos disminuye. La respuesta inflamatoria de fase aguda se reduce considerablemente. La restrición proteica reduce la síntesis del antioxidante y protector más importante de nuestras células, el glutation. Su deficiencia es secundaria a una pobre ingesta de sus precursores aminoácidicos, el glutamato, la glicina y la cisteína. Su déficit reduce la capacidad de limpiar los productos de desechos que los microorganismos nos dejan, los conocidos Radicales Libres. Estos actúan prolongando el daño a las células propias y de paso aumentan el riesgo de un cáncer, promovido por una infección de un virus, por ejemplo la hepatitis B o por la ingestión de productos químicos inductores o promotores de cáncer, por ejemplo pesticidas, toxinas de hongos, etc. La falta de proteína produce vulnerabilidad a las infecciones en nuestro organismo lo que se 21
manifiesta en el pulmón y en el intestino delgado. En ambos, la secreción continua de mucosidades permite un verdadero barrido de las sustancias dañinas, entre ellos sustancias potencialmente cancerígenas y también de microrganismos infecciosos que pudieron entrar. Esta sustancia viscosa constituida por azúcares y proteínas (glucoproteínas) es de secreción constante y requiere del aporte de proteínas adecuado, si este aporte falla en cantidad o calidad (falta de ciertos aminoácidos conocidos como cisteína o treonina) el mucus será pobre o de mala calidad reduciendo nuestra capacidad de defensa
METABOLISMO Los seres humanos necesitamos para sobrevivir y desarrollarnos normalmente, solamente una pequeña cantidad de componentes individuales. Agua, para compensar las pérdidas producidas por la evaporación, sobre todo a través de los pulmones, y como vehículo en la eliminación de solutos a través de la orina. Las necesidades normales se estiman en unos 2,5 litros, la mitad para compensar las pérdidas por evaporación y la otra mitad eliminada en la orina. Estas necesidades pueden verse muy aumentadas si aumentan las pérdidas por el sudor. Los alimentos preparados normalmente aportan algo más de un litro, el agua metabólica (obtenida químicamente en la destrucción de los otros componentes de los alimentos) representa un cuarto de litro y el resto se toma directamente como bebida. Necesitamos energía para dos tipos de funciones: Mantenernos como un organismo vivo y realizar actividades voluntarias. La actividad de mantenimiento se conoce con el nombre de "metabolismo basal" 22
Metabolismo basal En este apartado se incluye una multitud de actividades, como, la síntesis de proteínas (que es la actividad que más energía consume, del 30 al 40 % de las necesidades) el transporte activo y la trasmisión nerviosa (otro tanto) y los latidos del corazón y la respiración (alrededor del 10 %). Existen grandes diferencias en el consumo de energía por los distintos órganos. El cerebro consume el 20 % de la energía utilizada en reposo, lo mismo que toda la masa muscular, aunque en peso representan el 2% y el 40 % respectivamente. La energía que una persona precisa para cubrir el metabolismo basal depender; en consecuencia del numero de células metabólicamente activas que posea, y en consecuencia de su peso. Por supuesto, como ya se ha visto, no todos los tejidos consumen la misma proporción de energía (el esqueleto y el tejido adiposo son poco activos metabólicamente, por ejemplo), pero en una primera aproximación, pueden considerarse las necesidades energéticas de una persona no especialmente obesa como una función de su peso. La estimación que se utiliza generalmente es de 1 kilocaloría por kilogramo de peso corporal y por hora. Necesidades en función de la actividad. Estas necesidades son muy variables, en función de la intensidad de la actividad. Puede variar entre un pequeño incremento de las necesidades correspondientes al metabolismo basal y el multiplicar estas necesidades por siete. Se ha determinado experimentalmente el gasto energético de casi cualquier actividad humana, utilizando como sistema de medida el consumo de oxígeno y la producción de CO2. Los valores exactos dependen de las características de la persona (peso sobre todo, pero también sexo y edad). En la tabla adjunta se dan algunos ejemplos de estimaciones del consumo energético según la 23
actividad:
Actividad ligera: Entre 2,5 y 5 Kcal/minuto Andar, trabajo industrial normal, trabajo domestico, conducir un tractor.
Actividad moderada: Entre 5 y 7,5 Kcal/minuto Viajar en bicicleta, cavar con azada.
Actividad pesada: Entre 7,5 y 10 Kcal/minuto Minería, jugar al futbol. Actividad muy pesada: Mas de 10 Kcal /minuto Cortar leña, Carrera. Las proteínas, los hidratos de carbono y los lípidos o grasas, además de otras funciones orgánicas, actúan como combustible productores de energía. Estos últimos tienen la tendencia de acumularse en diversas partes del cuerpo cuando los requerimientos de energía son menores, lo que en definitiva causa la obesidad. Las grasas se queman muy lentamente en comparación con los hidratos de carbono, por lo que se dificulta su completa eliminación o que se metabolice adecuadamente. El organismo obtiene las grasas de dos fuentes: La exógena (alimentación) y la Endógena (metabolismo).
DERIVADOS
Proteínas citosólicas.
Representa uno de los grupos que tiene mayor abundancia de proteínas. En él se distinguen: Las proteínas fibrilares: son las que constituyen el citoesqueleto (los neurofilamentos) y entre ellas se encuentran la tubulina, la actina y sus proteínas asociadas. Representan alrededor de 24
un 25% de las proteínas totales de las neuronas. Enzimas: catalizan las reacciones metabólicas de las neuronas.
Proteínas citosólicas
Se forman en los poliribosomas libres o polisomas, ubicados en el citoplasma neuronal, cuando el mRNA para esas proteínas se une a los ribosomas. En relación a estas proteínas hay que considerar a otra proteína pequeña, la ubiquitina , que se une residuos de lisina de las proteínas para su posterior degradación.
Proteínas nucleares y mitocondriales
También se forman en los polirribosomas y luego son enviadas al núcleo o a las mitocondrias, donde existen receptores específicos a los que se unen para incorporarse al organelo, por el proceso de traslocación . El mecanismo por el que se incorporan las proteínas después de su síntesis, es la importación post-transducción . Hay dos categorías de proteínas de membranas:
1.- Las proteínas integrales :
Se incluyen en este grupo los receptores químicos de membrana (a neurotransmisores, a factores de crecimiento). Ellas están incertadas o embebidas en la bicapa lipídica o están unidas covalentemente a otras moléculas que sí atraviesan la membrana. Una proteína que atraviesa la membrana y que ofrece un grupo N-terminal, hacia el espacio extraneuronal, es 25
designada como del tipo I. Las hay también del tipo II que son aquellas en que el grupo Nterminal se ubica en el citosol.
2.- Las proteínas periféricas :
se ubican en el lado citosólico de la membrana a la cual se unen por asociaciones que hacen con los lípidos de la membrana o con las colas citosólicas de proteínas integrales o con otras proteínas periféricas (proteína básica de la mielina o complejos de proteínas). Las proteínas de la membrana plasmática y las de secreción se forman en los polirribosomas que se unen al retículo endoplasmático rugoso. Ellos constituyen un material de naturaleza basófila (se tiñen con colorantes básicos como el azul de toluidina, el violeta de cresilo y el azul de metileno) que al microscopio óptico se han identificado como la substancia de Nissl. Una vez que las proteínas formadas en este sistema pasan al interior del retículo, ellas son modificadas por procesos que se inician el retículo y que continuan en el sistema de Golgi y aún, posteriormente, en los organelos finales a donde son destinadas (vesículas de secreción). Las proteínas que son componentes de las membranas abandonan el retículo en una variedad de vesículas. Además de las de secreción, son muy importantes para las neuronas, las vesículas sinápticas. A través de ambos tipos de vesículas las proteínas son enviadas al espacio extraneural por la vía constitutiva o la vía regulada.
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ALIMENTOS Y SU ACCION
Las proteínas, desde las humanas hasta las que forman las bacterias unicelulares, son el resultado de las distintas combinaciones entre veinte aminoácidos distintos, compuestos a su vez por carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno y, a veces, azufre. En la molécula proteica, estos aminoácidos se unen en largas hileras (cadenas polipeptídicas) mantenidas por enlaces peptídicos, que son enlaces entre grupos amino (NH2) y carboxilo (COOH). El número casi infinito de combinaciones en que se unen los aminoácidos y las formas helicoidales y globulares en que se arrollan las hileras o cadenas polipeptídicas, permiten explicar la gran diversidad de funciones que estos compuestos desempeñan en los seres vivos.
Para sintetizar sus proteínas esenciales, cada especie necesita disponer de los veinte aminoácidos en ciertas proporciones. Mientras que las plantas pueden fabricar sus aminoácidos a partir de nitrógeno, dióxido de carbono y otros compuestos por medio de la fotosíntesis, casi todos los demás organismos sólo pueden sintetizar algunos. Los restantes, llamados aminoácidos esenciales, deben ingerirse con la comida. El ser humano necesita incluir en su dieta ocho aminoácidos esenciales para mantenerse sano: leucina, isoleucina, lisina, metionina, fenilalanina, treonina, triptófano y valina. Todos ellos se encuentran en las proteínas de las semillas vegetales, pero como las plantas suelen ser pobres en lisina y triptófano, los especialistas en nutrición humana aconsejan complementar la dieta vegetal con proteínas animales presentes en la carne, los huevos y la leche, que contienen todos los aminoácidos esenciales. En general, en los países desarrollados se consumen proteínas animales en exceso, por lo que no existen carencias de estos nutrientes esenciales en la dieta. El kwashiorkor, que afecta a los 27
niños del África tropical, es una enfermedad por malnutrición, principalmente infantil, generada por una insuficiencia proteica grave. La ingesta de proteínas recomendada para los adultos es de 0,8 g por kg de peso corporal al día; para los niños y lactantes que se encuentran en fase de crecimiento rápido, este valor debe multiplicarse por dos y por tres, respectivamente. Las proteínas son de difícil asimilación y no generan energía inmediata. Su ingesta excesiva no está excenta de riesgos y tampoco es recomendable ingerir una gran cantidad en una sola comida (es decir, no se saca nada con comerse una vaca en el almuerzo). Un deportista durante la fase de entrenamiento destruye sus tejidos. Para repararlos, debe ingerir un aporte mayor de proteínas (algo así como el 15% de la ración calórica diaria) y sobre todo a partir de alimentos con un valor biológico elevado. Ejemplos adicionales a los ya señalados son el atún, quesos, lentejas, pollos, nueces, avellanas, almendras y la carne de soya. Generalmente, en montaña se ingieren muy pocas proteínas, o nada, debido en parte porque los alimentos que las proveen son de difícil transporte (huevos), embalaje impropio (tarros) y de rápida descomposición (carnes).
¿Cuáles son las fuentes alimentarias de proteínas? Fuentes de origen animal:
Carne.
Leche y derivados.
Huevos.
Pescados y mariscos.
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Fuentes de origen vegetal:
Leguminosas.
Cereales.
Soja.
Frutos secos.
Raíces y tubérculos.
Frutas y hortalizas.
PROPIEDADES
Especificidad
Las propiedades de las proteínas dependen de la estructura tridimensional en el medio acuoso, es decir, de los aminoácidos que se disponen en su superficie, que son los que constituyen el centro activo; también de los aminoácidos que se disponen hacia el interior, ya que son los que dan rigidez y forma a la proteína. Cada proteína tiene una conformación según su estructura primaria. Así, un pequeño cambio en la secuencia de aminoácidos provoca cambios en la estructura primaria, secundaria, terciaria, y por tanto pérdida de la actividad biológica.
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Solubilidad
Las proteínas globulares son solubles en agua, debido a que sus radicales polares o hidrófilos se sitúan hacia el exterior, formando puentes de hidrógeno con el agua, constituyendo una capa de solvatación. Esta solubilidad varía dependiendo del tamaño, de la forma, de la disposición de los radicales y del pH.
Desnaturalización
Pérdida de la estructura tridimensional o conformación, y por tanto también de la actividad biológica. Se produce al variar la temperatura, presión, pH, electronegatividad, etc. Esto provoca la rotura de los puentes de hidrógeno que mantienen las estructuras secundaria y terciaria, y las proteínas se convierten en fibras insolubles en agua. Si las condiciones son suaves, el proceso es reversible, y si el cambio es más drástico, es irreversible.
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ENSAYOS DE RECONOCIMIENTOS
Los métodos utilizados en este caso, químicos o de coloración, se basan esencialmente en poner de manifiesto ciertos aminoácidos componentes de las proteínas, algunos de sus radicales o de sus enlaces. De esta manera los colorantes que tiñen a las proteínas al unirse a ciertos radicales que intervienen en sus constitución (radical indolico, fenolico, sulfhidrilo, etc.), o a las ligaduras peptidicas , pero sin lograr por ello caracterizar a la proteína presente. Es frecuente recurrir a la caracterización de algunos grupos de los aminoácidos que concurren a la formación de una proteína para poder así determinarla. Mencionemos aquí unas pocas reacciones de este tipo usadas más generalmente y sus fundamentos.
A. Reacción de la nihidrina Tiene como objetivo detectar y cuantificar cantidades de aminoácidos libres. Los aminoácidos, en general reaccionan con la ninhidrina o hidrato de tricetohidrindeno descubierta en el año de 1954; es un oxidante energético, cuando son calentados con un exceso de la misma. Todos los aminoácidos que poseen un grupo amino libre y uno carboxilo libre reaccionaran y forman dióxido de carbono, amoníaco, un aldehído que contiene un átomo de carbono menos que el compuesto original y formación de la ninhidrina reducida o hidrindrantina . Esta 31
reacción da lugar a la formación de un producto color azul o púrpura (que posteriormente puede ser utilizado para cuantificar el aminoácido). La molécula de hidridantina, en presencia de otra de ninhidrina, condensa a través del amoniaco produciendo una estructura denominada indanona o púrpura de Ruhemann, manifestando un color rojizo, excepto para la prolina, hidroxiprolina y en menor medida para la histidina En el caso de la prolina, que estructuralmente no posee el grupo amino libre, sino un grupo imino, la coloración final es amarilla. El amoníaco, la mayoría de los polipéptidos y las proteínas pueden desarrollar coloración en esta reacción, pero a diferencia de los aminoácidos, no liberan CO2 La ninhidrina, un agente oxidante poderoso, reacciona con todos los a-aminoácidos a un pH entre 4 y 8 para dar un compuesto de color violeta. Las reacciones implicadas son las siguientes:
NINHIDRINA + AMINOACIDO --------------- HIDRINDANTINA + ALDEHIDO + CO2+ NH3 HIDRINDANTINA + NH3 + NINHIDRINA ------------- COMPLEJO DE COLOR VIOLETA
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B.Reacción de Biuret
El uso de la reacción de Biuret como método para la estimación de proteínas en el plasma la introdujo
por
primera
vez
Reigler . Gornall y colaboradores modificaron el procedimiento al agregar tartrato de sodiopotasio en cual actúa con un agente que forma un complejo para producir un complejo de proteína-cobre estable. este método utiliza la reacción de Biuret donde la proteína reacciona con el reactivo a pH alcalino para formar un complejo colorido azul-violeta.
El Reactivo de Biuret es aquel que detecta la presencia de proteínas, péptidos cortos y otros compuestos con dos o más enlaces peptídicos en sustancias de composición desconocida
El método de Biuret permite determinar la concentración de proteínas de una muestra.
Se basa en la reacción que tiene lugar entre los iones de cobre del reactivo de Biuret y los nitrógenos de los enlaces peptídicos de las proteínas.
Consiste en tratar una proteína o péptido con Cu ++ en medio alcalino, produciéndose una coloración violácea por formación de un complejo de coordinación entre el Cu ++ y los pares electrónicos libres de los nitrógenos de los grupos imino de la unión 33
peptídica. Son necesarias por lo menos dos uniones peptídicas para que tenga lugar la reacción.
La reacción del biuret no es una reacción específica para proteínas. Eso hace que un resultado positivo con este reactivo deba ser cuidadosamente evaluado para descartar los resultados falsos positivos.
Las determinaciones de proteína total son útiles en el diagnóstico y tratamiento de una diversidad de enfermedades que afectan el hígado, riñones, médula ósea así como otros trastornos metabólicos o nutricionales.
Un resultado negativo de la reacción del biuret sobre una muestra problema no necesariamente indica la ausencia de proteínas, ya que puede ocurrir:
a) que no existan proteínas o péptidos en la muestra (ni tampoco otras sustancias no proteicas biuret positivas).
b) que existan una o más sustancias interferentes en la muestra que impidan que se produzca la reacción (lo que daría lugar a un resultado falso negativo). Esto puede descartarse (o evitarse) si conozco de antemano la composición aproximada de la muestra. Por ejemplo, si deseo determinar el contenido de péptidos generados por una reacción de hidrólisis ácida, los H + del medio interferirán con la reacción del biuret, ya que ésta necesita de un medio alcalino para la formación del complejo con Cu++. En este caso la interferencia puede eliminarse alcalinizando el medio antes de realizar el ensayo (en caso contrario obtendría un falso negativo como resultado).
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c) Que existan péptidos, pero a una concentración inferior al límite de sensibilidad del método. Todo método permite determinar la presencia de un compuesto sólo si la
concentración del mismo es superior a cierto valor. Existen métodos mucho más sensibles que el biuret.
C.Reacción de Xantoproteica
Está basada en el empleo del acido nítrico que desarrolla color amarillo, el cual pasa al anaranjado por acción de vapores de NH3. Esta prueba caracteriza a los aminoácidos aromáticos. Esta reacción se debe la presencia de un grupo fenilo en la molécula proteica. Los complejos de la molécula proteica que son de importancia en esta reacción son la tirosina y el triptófano. La fenilalanina no reacciona en las condiciones que se realiza en el laboratorio. Para esta prueba se produce la nitración del anillo bencénico presente en los aminoácidos obteniéndose nitrocompuestos de color amarillo, que se vuelven anaranjado en medio fuertemente alcalino (formación de ácido picrámico o trinitrofenol). No puede realizarse esa reacción para identificar albúmina en orina, por el color anaranjado de la reacción final.
D.Reacción de millón
La reacción del Millón se debe a la presencia del grupo hidroxifenilo en la molécula proteica. Cualquier compuesto fenólico que no esté sustituido en la posición 3,5 como la tirosina, el fenol y el timol producen resultados positivos en esta reacción. De estos
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compuestos, sólo la tirosina está presente en las proteínas, de manera que sólo las proteínas que tienen este aminoácido ofrecen resultados positivos.
En esta prueba los compuestos mercúricos en medio fuertemente ácido (ácido nítrico del reactivo) se condensan con el grupo fenólico formando un compuesto de color rojo ladrillo o rojizo. La prueba no es satisfactoria para soluciones que contienen sales inorgánicas en gran cantidad, ya que el mercurio del reactivo del Millón es precipitado y se vuelve negativo, razón por la cual este reactivo no se usa para medir albúmina en orina.
Debe tomarse en cuenta que en el caso de que la solución a examinar sea muy alcalina, debe ser previamente neutralizada, ya que el álcali precipitaría al ion mercurio en forma de óxidos amarillos. Además, proteínas como la ovoalbúmina producen un precipitado blanco que progresivamente por acción del calor se torna rojo; pero, las peptonas, dan solamente una solución de color rojo.
E .Reacción de sakaguchi
Utiliza el α_naftol y el hipoclorito de sodio en solución alcalina que comunican color
rojo a las proteínas que contienen el aminoácido arginina (proteínas básicas: protaminas e histonas presentes en los núcleos).
F. Reacción de diazonio Al tratar los cortes con una solución alcalina de una sal de diazonio , las proteínas que contienen grupos tirosina , triptófano o histidina se colorean de amarillo o rojo según la técnica empleada . 36
G. Reacción de nitroprusiato de sodio
En medio amoniacal las proteínas que poseen grupos sulfhidrilos o disulfuros (-SH o S-S) toman color rojo o violáceo.
H. Reacción del azul de Prusia
Los grupos antes mencionados producen una coloración azul cuando se tratan de cortes histológicos con el ferricianuro ferrico , que se transforma en ferrocianuro férrico o azul de Prusia mediante una técnica adecuada . Existen otros métodos destinados a la localización de las proteínas que contienen grupos sulfhidrilos , como la cisteína y el glutatión que intervienen activamente en el metabolismo celular y en los fenómeno de crecimiento y multiplicación celular , así como en los procesos de queratinización .las células de los islotes de langerhans del páncreas y las células del lóbulos anterior de la hipófisis poseen también proteínas caracterizadas por su alto tenor en grupos SH y S-S .
I .Metodo histoespectrometrofotometrico
Se ha recurrido a este método utilizando al luz ultravioleta par descubrir, localizar y dosar los aminoácidos aromáticos que absorben la radiación ultravioleta en una zona limitada del espectro .es un método completo, y por o tanto poco práctico.
J .Metodo inmunohistoquimico Ciertas proteínas pueden ser localizadas e identificadas utilizando anticuerpos específicos marcados, generalmente fluorescentes .también puede seguirse el curso del transporte 37
proteico en la células y tejidos utilizando anticuerpos copulados con ferritina con otra proteína con capacidad enzimática , por ejemplo la peroxida .en el primer caso , al fijarse el anticuerpo al anfígeno correspondiente , se habar fijado también la ferritina que lleva acoplada , y como esta es electrodensa (por su riqueza de hierro), será fácil localizarla con microscopio electrónico .en el segundo caso deberá procederse a localizar al peroxidasa fijada en el antígeno mediante uno de los procediemintos que se mencionaran oportunamente y que da lugar a la formación de un precipitado electrodendo fácilmente reconocible .
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Enzimas Los organismos vivos se constituyen de una enorme cantidad de moléculas complejas que participan en procesos cuidadosamente controlados, que van desde la transmisión del impulso nervioso, la digestión de un alimento o la coagulación sanguínea. Estos procesos consisten en series de reacciones químicas altamente ordenadas, ejecutadas a velocidades vertiginosas. El motor de estas reacciones (la vida misma) es un grupo de "micromáquinas" llamadas enzimas. Las enzimas, sintetizadas por células activas, son un grupo especial de proteínas que controlan miles de transformaciones bioquímicas en el mundo vivo. Se dice que la especialización de órganos y sistemas en microbios, animales y plantas está íntimamente ligada a lo más exquisito de las enzimas, su especificidad. Esta característica se refiere a la capacidad que tienen de interactuar en forma íntima con una molécula determinada y generar el producto deseado. Trabajos relevantes de investigación han ayudado a conocer los secretos de las enzimas ligados a su estructura y función. Actualmente, como consecuencia del progreso en la investigación y desarrollo biotecnológico, se ha logrado un mayor entendimiento del papel que juegan las enzimas en múltiples procesos industriales, ya sea en forma libre, inmovilizada o cristalizada, confirmando ampliamente lo fino y exquisito de las propiedades catalíticas asociadas a estas "micromáquinas". El empleo de enzimas en la industria no es nuevo: ha estado implicado en muchos procesos tradicionales relativamente poco conocidos. Estos procesos se caracterizaban por velocidades bajas. La Biotecnología debe superar los problemas económicos que conlleva su desarrollo 39
aprovechando las ventajas que presente cada proceso en particular. Los problemas que presenta el uso de la Biotecnología son:
bajas concentraciones de los productos formados
inestabilidad de éstos
mezclas complejas que se producen (sustratos no empleados + productos de reacciones secundarias).
Las ventajas que presenta la biotecnología son:
propiedades nutritivas y organolépticas de la cerveza, queso y pan
tratamiento de aguas residuales
alto valor en bajo volumen de los antibióticos
En las últimas décadas el conocimiento adquirido respecto a la capacidad catalítica de las enzimas ha permitido la aparición de nuevos productos y procesos desarrollados basándose en estos conocimientos. Las enzimas se emplean frecuentemente para:
mejorar los procesos
mejorar las propiedades físicas de un material con el fin de poder procesarlo más fácilmente
mejorar el producto (cambios de color, aroma, textura...)
Los productos obtenidos a partir de enzimas deben tener ventajas frente a los que no son elaborados a partir de ellas, por ello deben cumplir los siguientes requisitos:
su calidad debe ser superior a la del producto tradicional 40
su rango de aplicación debe ser mayor (mayor utilidad)
debe tener menor precio
respecto al producto tradicional
mediante las enzimas se puedan obtener productos imposibles de obtener empleando otro método o que se puedan obtener productos escasos
Los productos obtenidos a partir de enzimas pueden dividirse en tres grupos:
que los productos obtenidos mediante enzimas sean iguales a los obtenidos en otro procedimiento
que sean parecidos a los obtenidos empleando otro método
que el producto no estuviese disponible hasta que fue posible su producción mediante enzimas
Para ser útiles comercialmente, las enzimas no deben ocupar una posición centrada durante el proceso, deben producir el compuesto de interés
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BREVE HISTORIA DE LAS ENZIMAS Desde hace cientos de años se han venido empleando enzimas en procesos de fermentación tales como la fabricación de quesos, fabricación del pan, vino y cerveza. Fue en 1860 cuando Luis Pasteur comunicó que las enzimas estaban íntimamente ligadas con la estructura vital de las células de la levadura. En 1876, William Kuhne propuso el nombre de enzima. Este término deriva de las palabras griegas en (en) y zyme (levadura). En 1897, Eduard Buchner probó que las enzimas podían ser extraídas de las células de las levaduras y ser usadas por si mismas. A partir de este descubrimiento y de diversos substratos se empezaron a extraer enzimas muy diversas y con destinos diferentes que hicieron que su empleo se extendiera a diversas ramas de la industria, tales como detergentes, fabricación del papel, fabricación textil, tratamiento de cueros, farmacia, destilería, aceites y grasas, almidones y azúcares, etc. etc. En 1982 la compañía finlandesa Cultor comienza a desarrollar enzimas alimenticias para nutrición animal quien pone en el mercado finlandés el primer producto enzimático y en 1.986 cuando empieza a comercializarse una enzima específica para aves. Hasta 1988 no se desarrolla una enzima específica para cerdos que mejora la producción y la absorción de nutrientes. Esta enzima comienza a emplearse en piensos de lechones para arranques muy precoces y destetes más rápidos.
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TIPOS Y FUENTES DE OBTENCIÓN DE ENZIMAS Enzimas microbianas: Las enzimas producidas por la fermentación de microorganismos representan aproximadamente el 90% de todas las enzimas producidas para los procesos industriales. Enzimas vegetales: La mayoría de las enzimas vegetales se encuentran disponibles en forma de polvo sin una purificación muy elevada, si bien las papaínas y bromelaínas están disponibles en estado purificado. También se encuentran disponibles líquidos de papaína de baja actividad. El aumento de la disponibilidad de las enzimas vegetales depende de diversos factores. Enzimas animales: Aquí se incluyen lipasas pancreáticas y proteasas, pepsinas, estereasas pregástricas y rennets. Son producidas ultrapuras en cantidades industriales. Las células microbianas son la fuente usual de enzimas para uso industrial para algunas de las enzimas provenientes de animales y plantas utilizadas tradicionalmente como las proteasas de la papaína, ficina y bromelaína, que se utilizan para el ablandamiento de la carne, y la quimosina, empleada en la manufactura del queso. La inmensa mayoría de las enzimas microbianos se producen a partir de aproximadamente 25 organismos, incluyendo una docena de hongos, pero se ha calculado que sólo aproximadamente el 2% de los microorganismos existentes en el mundo han sido estudiado como fuente de enzimas. Las enzimas microbianas son más útiles que los derivados de las plantas o animales por la gran variedad de actividades catalíticas de que disponen, y porque usualmente pueden obtenerse en cantidades abundantes, baratas, de forma regular y de calidad uniforme. Además las enzimas microbianas son generalmente más estables que sus homólogos animales y vegetales, y su proceso de producción es más fácil y seguro. La manipulación genética y 43
ambiental para incrementar el rendimiento o la actividad enzimática de las células puede llevarse a cabo fácilmente utilizando células microbianas debido a su corto periodo de regeneración, a sus relativamente simples exigencias nutritivas y a que los procedimientos de screening para las características deseadas son más fáciles.
¿COMO TRABAJAN LAS ENZIMAS?
Las enzimas son proteínas que son producidas de manera natural por todos los seres
vivos.
Las enzimas aceleran las reacciones químicas del organismo.
La digestión es una reacción química en la cual diferentes enzimas se unen a moléculas
de alimento de alto peso molecular (substratos) para formar complejos enzimáticos.
Las enzimas aceleran la ruptura de esas moléculas grandes en moléculas más pequeñas
las cuales son absorbidas a través de la membrana intestinal para ser utilizadas por el animal para el crecimiento.
Cada enzima es especialmente específica a su substrato, sería como una llave que
solamente encajara en su cerradura.
La llave y la cerradura (Fisher, 1890) Centro
activo
y
sustrato
son
perfectamente complementarios.
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Ajuste inducido (Koshland, 1958) -La unión del sustrato induce un cambio en el centro activo que
aumenta
la
complementariedad.
Reconocimiento molecular dinámico
CLASIFICACIÓN DE LAS ENZIMAS
1. Óxido-reductasas (Reacciones de oxido-reduccisn). 2. Transferasas (Transferencia de grupos funcionales) 3. Hidrolasas (Reacciones de hidrólisis) 4. Liasas (Adicisn a los dobles enlaces) 5. Isomerasas (Reacciones de isomerización) 6. Ligasas (Formacisn de enlaces, con aporte de ATP)
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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. 46
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 oxígeno (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 47
óptica, geométrica, funcional, de posición, etc. Se dividen en varias subclases. Las racemasas y las epimerasas actúan en la racemización de los aminoácidos y en la epimerización de los azúcares. Las primeras son en realidad pares de enzimas específicas para los dos isómeros y que producen un solo producto común. Las isomerasas cis – trans modifican la configuración geométrica a nivel de un doble ligadura. Los óxidos – reductasas intramoleculares catalizan la interconversión de aldosas y cetosas, oxidando un grupo CHOH y reduciendo al mismo tiempo al C = O vecino, como en el caso de la triosa fosfato isomerasa, presente en el proceso de la glucólisis; en otros casos cambian de lugar dobles ligaduras, como en la (tabla) isopentenil fosfato isomerasa, indispensable en el cambio biosinético del escualeno y el colesterol. Por fin las transferasas intramoleculares (o mutasas) pueden facilitar el traspaso de grupos acilo, o fosforilo de una parte a otra de la molécula, como la lisolecitina acil mutasa que transforma la 2 – lisolecitina en 3 – lisolecitina, etc. Algunas isomerasa actúan realizando inversiones muy complejas, como transformar compuestos aldehídos en compuestos cetona, o viceversa. Estas ultimas desarrollan una oxidorreducción dentro de la propia molécula (oxido reductasa intramoleculares)sobre la que actúan, quitando hidrógeno, a algunos grupos y reduciendo otros; actúan ampliamente sobre los aminoácidos, los hidroxácidos, hidratos de carbono y sus derivados.
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. 48
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 y una transferasa que pasaría y uniría esa sustancia A, con otra, B . 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. A partir de ácido acético y coenzima A ; las ligasas ácido – amoniaco (glutamina sintetasa), y las ligasas ácido-aminoácido o sintetasas de péptidos, algunos de cuyos ejemplos más conocidos son la glutación sintetasa, la carnosina sintetasa, etc.
NOMENCLATURA DE ENZIMAS Ha sido común designar a las enzimas agregando el sufijo asa a la raíz el nombre del sustrato sobre el cual ejerce su acción .Así, si actúan sobre las proteínas fragmentando sus moléculas , se denominan proteinasas , si lo hacen sobre lípidos , lipasas y si ejercen su acción sobre esteres fosfóricos , fosfatasas .otras veces han recibido nombres arbitrarios :ptialina , pepsina , tripsina ,etc., sin relación con su actividad química .hasat que el sisteam de nomenclatura de la unión interancioanl de bioquímica para obviar estos inconvenientes , que se acrecientan con el numero
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de enzimas conocidos , se ha propuesto una clasificación sistemática que las agrupa en seis clases (con subdivisiones )cuya denominación informa cual es la relación química catalizada por la enzima estas clase son las anteriormente mencionadas .
Hay varias formas mediante las cuales se asigna un nombre a una enzima:
nombres particulares
nombre sistemático
código de la comisión enzimática (enzyme comission)
Nombres particulares
Antiguamente, los enzimas recibían nombres particulares, asignados por su descubridor. Al ir aumentando el número de enzimas conocidos, se hizo necesaria una nomenclatura sistemática que informara sobre la acción específica de cada enzima y los sustratos sobre los que actuaba.
Nombre sistemático El nombre sistemático de un enzima consta actualmente de 3 partes :
el sustrato preferente
el tipo de reacción realizado
terminación "asa"
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Un ejemplo sería la glucosa fosfato isomerasa que cataliza la isomerización de la glucosa-6-fosfato en fructosa-6-fosfato. Muchos enzimas catalizan reacciones reversibles . No hay una manera única para fijar cual de los dos sentidos se utiliza para nombrar al enzima. Así, la glucosa fosfato isomerasa también podría llamarse fructosa fosfato isomerasa. Cuando la acción típica del enzima es la hidrólisis del sustrato, el segundo componente del nombre se omite y por ejemplo, la lactosa hidrolasa se llama simplemente lactasa. Además de los nombre sistemáticos, aún persisten otros consagrados por el uso. Así, la glucosa:ATP fosforiltransferasa se llama habitualmente glucoquinasa.
Nomenclatura de la comisión enzimática (International encyme comission enzyme ) El nombre de cada enzima puede ser identificado por un código numérico, encabezado por
las letras EC (enzyme commission), seguidas de cuatro números separados por puntos . El primer número indica a cual de las seis clases pertenece el enzima, el segundo se refiere a distintas subclases dentro de cada grupo, el tercero y el cuarto se refieren a los grupos químicos específicos que intervienen en la reacción. Así, la ATP:glucosa fosfotransferasa (glucoquinasa) se define como EC 2.7.1.2. El número 2 indica que es una transferasa, el 7 que es una fosfotransferasa, el 1 indica que el aceptor es un grupo OH, y el último 2 indica que es un OH de la D-glucosa el que acepta el grupo fosfato.
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RECONOCIMIENTO DE ENZIMAS OBJETIVO Poner de manifiesto la presencia de la enzima catalasa en tejidos animales y vegetales, comprobar la acción de la temperatura sobre la actividad de las enzimas y comprobar la acción hidrolítica de la amilasa.
INTRODUCCIÓN Las enzimas son cualquiera de las numerosas sustancias orgánicas especializadas compuestas por polímeros de aminoácidos, que actúan como catalizadores en el metabolismo de los seres vivos. Con su acción, regulan la velocidad de muchas reacciones químicas implicadas en este proceso. El nombre de enzima, que fue propuesto en 1867 por el fisiólogo alemán Wilhelm Kühne (1837-1900), deriva de la frase griega zymc, que significa “en fermento”, en la actualidad los tipos de enzimas identificadas son
más de 700. Las enzimas se clasifican en varias categorías: hidrolíticas, oxidantes y reductoras, dependiendo del tipo de reacción que controlen. Las enzimas hidrolíticas aceleran las reacciones en las que una sustancia se rompe en componentes más simples por reacción con moléculas de agua. Las enzimas oxidativas, conocidas como oxidasas, aceleran las reacciones de oxidación, y las reductoras las reacciones de reducción en las que se libera oxígeno. Otras enzimas catalizan otros tipos de reacciones. Las enzimas se denominan añadiendo asa al nombre del sustrato con el cual reaccionan. La enzima que controla la descomposición de la urea recibe el nombre de ureasa; aquellas que controlan la hidrólisis de proteínas se denominan proteasas. Algunas enzimas como las proteasas tripsina y pepsina, conservan los nombres utilizados antes de que se adoptara esta nomenclatura. 52
Procedimiento experimental. A.- reconocimiento de la catalasa La catalasa es una enzima que se encuentra en las células de los tejidos animales y vegetales. La función de esta enzima en los tejidos es necesaria porque durante el metabolismo celular, se forma una molécula tóxica que es el peróxido de hidrógeno o agua oxigenada (H2O2). Esta enzima, la catalasa, la descompone en agua y oxígeno, por lo que se soluciona el problema. Materiales:
2 tubos de ensayo de 16 x 150mm
Muestra de hígado
Muestra de papa
Agua oxigenada o peróxido de hidrógeno
1.- En un tubo de ensayos, colocar en uno un trocito de hígado del tamaño de un chícharo y en el otro un trocito de papa. 2.- Con una pipeta de 5 ml, añadir 5 ml de agua oxigenada (peróxido de hidrógeno) a cada tubo 3.- Luego se observará un intenso burbujeo debido al desprendimiento del oxígeno Nota:- hacer la comparación con dióxido de manganeso como catalizador inorgánico. Al añadir agua oxigenada a las muestras que quedaron en estado natural, notamos la actividad enzimática en un prominente burbujeo, propio de la separación del O2 del agua oxigenada. Por el contrario, los tejidos hervidos no tienen ningún tipo de reacción al contacto con el agua oxigenada, señal evidente de que la enzima se ha desnaturalizado (es decir, se ha desactivado) por acción del cambio de temperatura. 53
B.- desnaturalización de la catalasa Mediante una experiencia, vamos a ver una propiedad fundamental de proteínas, que es la desnaturalización. Ya que la catalasa químicamente es una proteína, podemos desnaturalizarla al someterla a altas temperaturas. Puedes recordarlo en la práctica de proteínas. Al perder la estructura terciaria, perderá también la función y como consecuencia su función catalítica, por lo que no podrá descomponer el agua oxigenada y no se observará ningún tipo de reacción cuando hagamos la experiencia anterior con muestras de tejidos hervidos. 1.- En un vaso de precipitado de 250 ml, colocar varios trocitos de hígado del tamaño de un chícharo 2.- Colocar 100 ml de agua y hervirla hasta que el tejido de hígado este cocido 3.- Con unas pinzas de disección tomar los trocitos de hígado cocidos y ponerlos en tres tubos de ensaye de 16x 150 mm. 4.- A cada uno de los tubos de ensayo añadir con una pipeta de 5 ml, colocar 3 ml de agua oxigenada y observar la reacción
C.- hidrólisis del almidón Mediante esta experiencia, vamos a ver la actividad de otra enzima, la amilasa o ptialina, presente en la saliva. Esta enzima actúa sobre el polisacárido almidón, hidrolizando el enlace O-glucosídico, por lo que el almidón se terminará por transformar en unidades de glucosa. Es importante que recuerdes las reacciones características de glúcidos para comprender esta experiencia. Gradilla Tubos de ensayo de 16 x 150ml
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Pipetas 1.- En una gradilla poner cuatro tubos de 16 x 150 ml, numerados del 1 al 4 2.- Con una pipeta de 5 ml, añadir 5 ml de una solución de almidón preparada al 1% en agua destilada 3.- A los tubos 3 y 4, añadir con una pipeta Pasteur, una pequeña cantidad de saliva, obtenida de la salivación de un alumno del equipo y recogida en un tubo de ensaye de 13 x 100 mm bien lavado Nota.- Para ayudarte y formar más saliva, piensa en un limón o en algo que te apetezca mucho comer (entre más ácido mejor) 4.- En el tubo 1 realiza la reacción de fehling (1 ml de fehling A y 1 ml de fehling B, calentar) 5.- En el tubo 2 realiza la reacción de lugol (añadir unas gotas y ver el color formado) 6.- Los tubos 3 y 4 que contienen el almidón, al que le hemos añadido la saliva, ponerlos en un vaso de precipitado a baño maría, controlando la temperatura del agua para que no hierva, ya que lo que intentamos es que la enzima de la saliva trabaje a unos 37º C. Dejarlo unos 15 minutos. 7.- En el tubo 3, realizar la reacción de fehling, en el tubo 4 realizar la prueba del lugol, observar las reacciones 1. Reconocimiento Peroxidasa. Enzima abundante en tejidos vegetales. Se forma en reacciones metabólicas y es muy tóxica. También elimina el agua oxigenada del tejido, aunque lo hace de forma diferente a la catalasa: capta un sustrato reducido y toma agua, oxidando al sustrato. La peroxidasa no forma oxígeno. Tomamos una muestra de patata (tejido vegetal) a la que le añadimos polifenol (molécula con dos grupos OH). Cuando añadimos agua oxigenada, la patata toma una coloración azul, causada por la oxidación del polifenol. 55
4. Reconocimiento de Polifenol - Oxidasa. Enzima abundante en tejidos vegetales, que actúa oxidando a los polifenoles: El protocolo es: tomamos dos rodajas de patata con piel, y uno de ellos lo hervimos con agua en un tubo de ensayo. El otro lo ponemos en la caja de Petri. El colorante que vamos a usar es la bencidina (con polifenol). Cuando añadimos la bencidina al trozo hervido, éste no cambia de color, porque los polifenoles no se oxidan debido a que se ha desnaturalizado el polifenol - oxidasa. En cambio, cuando añadimos bencidina al trozo que teníamos en la caja de Petri, se colorea de un azul oscuro, señal de que el polifenol - oxidasa ha oxidado al polifenol, y permite a la bencidina colorear la muestra.
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CONCLUSIONES
Las proteínas son materiales polímeros que se encuentran en las células vivientes. Sirven como materiales estructurales en el cuerpo y son fundamentales para muchos procesos vitales. Las proteínas son polímeros de aminoácidos y se producen en las células del cuerpo. Las proteínas de otros animales y de algunas plantas son un alimento importante, ya que proporcionan los aminoácidos que son esenciales para el cuerpo en la producción de las proteínas necesarias.
Las enzimas son catalizadores de origen biológico que cumplen muchos requisitos para impulsar nuevas industrias químicas.
La tecnología enzimática tiene múltiples aplicaciones, como fabricación de alimentos, los progresos que están realizando actualmente la ingeniería genética y la biotecnología permiten augurar el desarrollo cada vez mayor del uso de las enzimas.
La utilización de enzimas en los alimentos presentan una serie de ventajas, además de las de índole económico y tecnológico.
Las fuentes de enzimas pueden ser de origen vegetal, animal o microbiano.
se puede manipular genéticamente, la biosíntesis de enzimas para optimizar los procesos, pero se debe tener en cuenta, las respectivas normas.
La producción de enzimas a gran escala tiene su principal aplicación en la industria de la fermentación.
Tanto las enzimas como las proteínas constituyen moléculas importantes de la constitución del cuerpo humano, que permiten la realización de diversas reacciones o funciones, que mantienen la actividad metabólica del hombre. 57
Como pudimos ver, existen centenares de variedades distintas de proteínas en el cuerpo, cada una encargada de realizar ciertas tareas definidas. Sin embargo pueden hasta utilizarse como combustible, aunque no sean, en principio, alimentos energéticos como los carbohidratos. Cada tejido recoge constantemente de la sangre los aminoácidos especiales que necesita para su reparación o crecimiento. Un cuerpo que se desarrolla necesita un amplio suministro de aminoácidos para ayudar al crecimiento de sus tejidos. Por eso, los niños y los adolescentes necesitan más proteínas que los adultos. Las necesidades proteínicas no varían según el trabajo desarrollado, sin embargo, si es insuficiente la dotación de estos elementos básicos, el cuerpo echará mano de las proteínas como combustible y no quedarán bastantes para fabricar convenientemente el tejido corporal. Por estas razones concluimos que las proteínas son sustancias esenciales para los seres vivientes.
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