Enzimas

Enzimas• La función más importantes de las proteínas es su papel como

catalizadores.• Un catalizador es una sustancia que aumenta la velocidad de una reacción

química, sin alterar el producto final.

• Los procesos vivos se componen casi en su totalidad de reacciones bioquímicas.

• Sin catalizadores, estas reacciones no serían lo suficientemente rápidas para mantener la vida.

Reacciones químicas• Para que una reacción química se lleve a cabo generalmente

requiere de un aporte inicial de energía (energía de activación).

• Por encima del cero absoluto (0°K o -273.1 °C), todas las moléculas poseen energía vibratoria, que aumenta al calentar.

Reacciones químicas• Una reacción química tiene lugar cuando las moléculas chocan, sin

embargo, no todas las colisiones entre moléculas producen reacciones química.

• Sólo una fracción de las moléculas posee la energía suficiente o la orientación correcta para reaccionar, es decir, para romper los enlaces o para reagrupar los átomos en productos.

Reacciones químicas

Existen algunas condiciones que podrían aumentar la probabilidad de colisiones, incrementando la formación de producto.

•En los seres vivos las temperaturas elevadas pueden dañar las estructuras biológicas•Las concentraciones de los reactantes son habitualmente muy bajas.

Los seres vivos evitan estos problemas utilizando las enzimas

Aumentar la concentración de los reactantes. Aportando energía en forma de calor.

Características de las enzimas• Las velocidades de las reacciones que catalizan son elevadas• Aumenta la velocidad de 106 veces

• Son muy específicas• Especificidad de sustrato. El sustrato (S) es la molécula sobre la que el

enzima ejerce su acción catalítica. • Especificidad de acción. Cada reacción está catalizada por un a enzima

específica.

• No forman parte de la reacción final y /o del producto.

• Pueden regularse, mediante la unión de activadores o inhibidores, la modificación covalente de sus moléculas o regulando la síntesis de la enzima.

Sitio activoLas enzimas tiene una superficie de unión de forma enrevesada y única denominada sitio activo, los sustratos se unen al sitio activo de las enzimas, formando un complejo Enzima – Sustrato (ES)

El sitio activo restringe y orienta los movimientos del sustrato, haciendo que éste se asemeje más al estado de transición. Con lo cual se reduce la energía necesaria para que se produzca la reacción hasta el producto.

Las enzimas, no alteran el equilibrio de la reacción, solo aumentan su velocidad, actúan en pequeña cantidad y se recuperan indefinidamente.

Además no llevan a cabo reacciones que sean energéticamente desfavorables.

Como funcionan las enzimas• Los catalizadores “enzimas” disminuyen la energía de activación que se

requiere para una reacción química, es decir disminuyen la energía necesaria para que esta suceda.

La energía libre de activación ΔGt se define como la cantidad de energía requerida para convertir 1 mol de moléculas de sustrato desde el estado basal (la forma estable de baja energía de la molécula) al estado de transición.

Variante moderna del modelo llave-cerradura debida a Daniel Koshland, denominada modelo del ajuste inducido.

En este modelo, el sustrato no se ajusta con precisión al sitio activo rígido. Las interacciones no covalentes entre la enzima y el sustrato modifican la estructura tridimensional del sitio activo, de esta manera, la enzima puede realizar su acción catalítica, luego de la cual se libera el producto, y el sitio activo vuelve a su conformación original.

CofactoresEn ocasiones la actividad catalítica de algunas enzimas no sólo depende de las interacciones entre los aminoácidos del lugar activo y el sustrato, por lo que se requieren componentes no proteicos, de nominados cofactores o coezimas.

Pueden ser iones (Mg2+ o el Zn2+ ), o moléculas orgánicas complejas, denominadas coenzimas.

Componente proteico de una enzima sin cofactor

Enzimas con su cofactor unido

Cofactores• Muchos de los minerales que necesitan todos los organismos

son esenciales porque son cofactores.• Muchas de las vitaminas actúan como coenzimas

Clasificación de las enzimasAlgunas enzimas suele nombrarse añadiendo el sufijo -asa- al nombre del sustrato.

Sin embargo la Unión Internacional de Bioquímica instituyó una clasificación basada en la clase de reacción que cataliza

Oxidorreductasas Transferasas Hidrolasas

Liasas Isomerasas Ligasas

1. Oxidorreductasas: Catalizan reacciones de oxidación-reducción. Deshidrogenasas, oxidasas, oxigenasas, reductasas, peroxidasas e hidrolasas.

2. Transferasas: Catalizan reacciones en las que hay una transferencia de grupos (amino, carboxilo, carbonilo, metilo, fosforilo ) de una molécula a otra. Transcarboxilasas, transmetilasas y transaminasas.

3. Hidrolasas: Catalizan reacciones en las que se produce la rotura de enlaces por la adición de agua. Esterasas, fosfatasas y peptidasas.

4. Liasas: catalizan reacciones en las que se eliminan H20, CO2 y NH3, para formar un doble enlace o se añaden a un doble enlace. Liasas, descarboxilasas, hidratasas, deshidratasas, desaminasas, y sintasas.

5. Isomerasas: catalizan varios tipos de reordenamientos intramoleculares. Las epimerasas catalizan la inversión de átomos de carbono asimétricos. Las mutasas catalizan la transferencia intramolecular de grupos funcionales.

6. Ligasas: catalizan la formación de un enlace entre dos moléculas de sustrato. La energía para estas reacciones la aporta siempre la hidrólisis del ATP.

Efectos de la temperatura y pHLa temperatura afecta a todas las reacciones químicas, cuanto mayor es mayor es la velocidad de reacción.

• Sin embargo, las enzimas son proteínas que se desnaturalizan a temperaturas elevadas.

• Por lo que la temperatura óptima a la que actúa la mayoría de las enzimas del ser humano está próxima a los 37°C.

Concentración de ion hidrógeno (pH), la actividad catalítica está relacionada con el estado iónico del sitio activo.

La mayoría de las enzimas son activas dentro de un intervalo estrecho de pH, sin embargo los pH óptimos de las enzimas varían considerablemente.

Intestino delgado

Estomago

Inhibición enzimática• La actividad de las enzimas puede inhibirse o reducirse, mediante

moléculas denominadas inhibidores, que incluyen: • Fármacos • Antibióticos• conservantes alimentarios • Venenos

En los seres vivos la inhibición enzimática es un medio importante para regular las rutas metabólicas.

Inhibición reversible o irreversible En la inhibición reversible el inhibidor puede disociarse de la enzima debido

a que se une mediante enlaces no covalentes. Los inhibidores irreversibles normalmente se unen covalentemente a la

enzima

Fármacos inhibidores• Actualmente, el tratamiento más eficaz contra el SIDA que incluyen

inhibidores de proteasas.

La proteasa es la responsable de la segmentación de una proteína del VIH en unidades con capacidad infecciosa.

Si las proteínas no se cortan, el nuevo virus no madura y no puede infectar a otra célula.

Tipos de inhibidores enzimáticos

Inhibidores competitivos: El inhibidores se une de forma reversible a la enzima libre, y no al complejo ES.

• Esto suelen tener una estructura semejante a la del sustrato.

Inhibidores acompetitivos: En la inhibición acompetitiva, el inhibidorsólo se une al complejo enzima-sustrato, y no a la enzima libre.

Inhibidores no competitivos: El inhibidor se une a un lugar diferente del lugar activo, esto modifica la conformación de la enzima que impide la formación del producto.

Enzimas alostéricas

• Las enzimas alostéricas cuentan con múltiples sitios de unión para el sustrato.

• Su actividad puede ser modulada por efectores alostéricas, que se unen en un sitio diferente al sitio activo.

• Hay efectores, que aumentan o disminuyen la actividad de las enzimas:

Activadores : ↗ la velocidad de la reacciónInhibidores : ↘ la velocidad de la reacción Sustrato

Velo

cida

d

CoenzimasLas coenzimas son moléculas de naturaleza no proteica, que requieren las enzimas para su actividad, funcionan como reactivos de transferencia de grupos. • En algunas coenzimas, el grupo es hidrógeno o un electrón• Otras coenzimas transportan grupos químicos mayores, unidos covalentemente.• La mayoría de los casos se trata de moléculas orgánicas de bajo peso molecular,

que derivan de las vitaminas.• Son compuestos termoestables• Las coenzimas intervienen estequiométricamente en la reacción que catalizan.

• Las coenzimas no son responsables de la especificidad enzimática.

Coenzimas