BIOQUÍMICA

ENZIMASDra. Reina Gabriela Muñoz Montaño

ABRIL, 2016

ENZIMAS

Las enzimas son moléculas de naturaleza proteica que catalizan reacciones químicas, siempre que sean termodinámicamente posibles: Una enzima hace que una reacción química que es energéticamente posible pero que transcurre a una velocidad muy baja, sea cinéticamente favorable, es decir, transcurra a mayor velocidad que sin la presencia de la enzima.

BIOMOLÉCULASENZIMAS

CARACTERÍSTICAS QUÍMICAS DE LAS ENZIMAS.

Las enzimas son proteínas, a excepción del ARN catalítico, su actividad catalítica depende de su conformación. Por ser proteínas las enzimas poseen sus mismas propiedades.

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CARACTERÍSTICAS QUÍMICAS DE LAS ENZIMAS.

Algunas enzimas son proteínas simples, no requieren ningún otro elemento para su acción (tripsina, pepsina, quimiotripsina). Otras enzimas son proteínas conjugadas y requieren para su acción la unión de una porción no proteica llamada cofactor.

BIOMOLÉCULASENZIMAS Existen diferencias entre catalizadores

orgánicos y químicos. Los catalizadores orgánicos no cambian por intervenir en las reacciones, no modifican la constante de equilibrio de la reacción, son muy específicos para un determinado sustrato, actúan en condiciones compatibles con la vida.

BIOMOLÉCULASENZIMAS Existen diferencias entre catalizadores

orgánicos y químicos. En cambio los catalizadores químicos cambian por intervenir en la reacción, modifican la constante de equilibrio, no son muy específicos y no actúan en condiciones compatibles con la vida, aunque también se encuentran en el organismo.

BIOMOLÉCULASENZIMAS Cofactores. Son pequeñas moléculas

orgánicas e inorgánicas no proteicas que algunas enzimas requieren para su actividad. Existen cofactores inorgánicos que en su mayoría son metales, y cofactores orgánicos formados por proteínas denominados coenzimas.

BIOMOLÉCULASENZIMAS Cofactores. La función de la coenzima es

la de transportar momentáneamente parte del sustrato o elementos producidos en la reacción. Las coenzimas actúan sobre cosustratos porque sufren transformaciones al recibir o ceder grupos durante la reacción. Ejemplo tripsinógeno y tripsina.

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CLASIFICACIÓN. Las enzimas se clasifican de

acuerdo al tipo de reacción química que catalizan y a su

mecanismo de acción:

BIOMOLÉCULASENZIMAS Oxidorreductasas. Transferencia de

electrones. Ej. Deshidrogenasas. Transferasas. Reacción de transferencia de

grupo. Ej. Transaminasas. Hidrolasas. Reacción de hidrólisis. Ej.

Fosfatasas, amilasas.

BIOMOLÉCULASENZIMAS Liasas. Acción a grupos de dobles enlaces.

Ej. Fumarato hidratasa. Isomerasas. Transferencia de grupos dentro

de las moléculas dando formas isoméricas. Ej. Fosfoglucomutasa, glucosa epimerasa.

Ligasas. Formación de enlaces C-C, C-S, C-O, C-N, mediante reacciones de condensación. Ej. Glutámico sintetasa.

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En estas reacciones, las enzimas actúan sobre unas moléculas denominadas sustratos, las cuales se convierten en moléculas diferentes denominadas productos. Casi todos los procesos en las células necesitan enzimas para que ocurran a unas tasas significativas. A las reacciones mediadas por enzimas se las denomina reacciones enzimáticas.

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Como todos los catalizadores, las enzimas funcionan disminuyendo la energía de activación de una reacción, de forma que se acelera sustancialmente la tasa de reacción. Las enzimas no alteran el balance energético de las reacciones en que intervienen, ni modifican, por lo tanto, el equilibrio de la reacción, pero consiguen acelerar el proceso incluso millones de veces.

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Una reacción que se produce bajo el control de una enzima, o de un catalizador en general, alcanza el equilibrio mucho más deprisa que la correspondiente reacción no catalizada.

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Al igual que ocurre con otros catalizadores, las enzimas no son consumidas por las reacciones que catalizan, ni alteran su equilibrio químico. Sin embargo, las enzimas difieren de otros catalizadores por ser más específicas. Las enzimas catalizan alrededor de 4.000 reacciones bioquímicas distintas.

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Asimismo, gran cantidad de enzimas requieren de cofactores para su actividad. Muchas drogas o fármacos son moléculas inhibidoras. Igualmente, la actividad es afectada por la temperatura, el pH, la concentración de la propia enzima y del sustrato, y otros factores físico-químicos.

ENZIMASESTRUCTURA Y MECANISMOSLas actividades de las enzimas vienen

determinadas por su estructura tridimensional, la cual viene a su vez determinada por la secuencia de aminoácidos. Sin embargo, aunque la estructura determina la función, predecir una nueva actividad enzimática basándose únicamente en la estructura de una proteína es muy difícil, y un problema aún no resuelto.

ENZIMASESTRUCTURA Y MECANISMOSCasi todas las enzimas son mucho más

grandes que los sustratos sobre los que actúan, y solo una pequeña parte de la enzima (alrededor de 3 a 4 aminoácidos) está directamente involucrada en la catálisis. La región que contiene estos residuos encargados de catalizar la reacción es denominada centro activo.

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ENZIMASESTRUCTURA Y MECANISMOS

Al igual que las demás proteínas, las enzimas se componen de una cadena lineal de aminoácidos que se pliegan durante el proceso de traducción para dar lugar a una estructura terciaria tridimensional de la enzima, susceptible de presentar actividad.

ENZIMASESTRUCTURA Y MECANISMOS

Cada secuencia de aminoácidos es única y por tanto da lugar a una estructura única, con propiedades únicas. En ocasiones, proteínas individuales pueden unirse a otras proteínas para formar complejos, en lo que se denomina estructura cuaternaria de las proteínas.

ENZIMASESTRUCTURA Y MECANISMOSLa mayoría de las enzimas, al igual que el

resto de las proteínas, pueden ser desnaturalizadas si se ven sometidas a agentes desnaturalizantes como el calor, los pH extremos. Estos agentes destruyen la estructura terciaria de las proteínas de forma reversible o irreversible, dependiendo de la enzima y de la condición.

ENZIMASESTRUCTURA Y MECANISMOSEspecificidadLas enzimas suelen ser muy específicas

tanto del tipo de reacción que catalizan como del sustrato involucrado en la reacción. La forma, la carga y las características hidrofílicas/hidrofóbicas de las enzimas y los sustratos son los responsables de dicha especificidad.

ENZIMASESTRUCTURA Y MECANISMOSEspecificidadAlgunas de estas enzimas que muestran

una elevada especificidad y precisión en su actividad son aquellas involucrados en la replicación y expresión del genoma.

ENZIMASESTRUCTURA Y MECANISMOSEspecificidadEstas enzimas tienen eficientes sistemas

de comprobación y corrección de errores, como en el caso de la ADN polimerasa, que cataliza una reacción de replicación en un primer paso, para comprobar posteriormente si el producto obtenido es el correcto.

ENZIMASESTRUCTURA Y MECANISMOSEspecificidad

ENZIMASESTRUCTURA Y MECANISMOSModelo de la "llave-cerradura"Las enzimas son muy específicas, como sugirió

Emil Fisher en 1894. Con base a sus resultados dedujo que ambas moléculas, enzima y sustrato, poseen complementariedad geométrica, es decir, sus estructuras encajan exactamente una en la otra, por lo que ha sido denominado como modelo de la "llave-cerradura", refiriéndose a la enzima como a una especie de cerradura y al sustrato como a una llave que encaja de forma perfecta en dicha cerradura.

ENZIMASESTRUCTURA Y MECANISMOSModelo de la "llave-cerradura"

ENZIMASESTRUCTURA Y MECANISMOSModelo de la "llave-cerradura"Sin embargo, si bien este modelo explica

la especificidad de las enzimas, falla al intentar explicar la estabilización del estado de transición que logran adquirir las enzimas.

ENZIMASESTRUCTURA Y MECANISMOSModelo del encaje inducidoEn 1958 Daniel Koshland sugiere una

modificación al modelo de la llave-cerradura: las enzimas son estructuras bastante flexibles y así el sitio activo podría cambiar su conformación estructural por la interacción con el sustrato.

ENZIMASESTRUCTURA Y MECANISMOSModelo del encaje inducidoComo resultado de ello, la cadena aminoacídica

que compone el sitio activo es moldeada en posiciones precisas, lo que permite a la enzima llevar a cabo su función catalítica. En algunos casos, como en las glicosidasas, el sustrato cambia ligeramente de forma para entrar en el sitio activo. El sitio activo continua dicho cambio hasta que el sustrato está completamente unido, momento en el cual queda determinada la forma y la carga final.

ENZIMASESTRUCTURA Y MECANISMOSModelo del encaje inducido

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