Material de Apoyo

1.) Que son  enzimas?

 Las enzimas son proteínas que catalizan todas las reacciones  químicas que constituyen  el metabolismo de las células. La cadena amino ácida de los enzimas está genéticamente codificada y al igual que toda proteína se desnaturaliza.  Además de su importancia como catalizadores, biológicos, tienen muchos usos médicos y comerciales.

2.)  Que es un Catalizador?

Es una sustancia que disminuye la energía de activación de una reacción química. Al disminuir la energía de activación, se incrementa la velocidad de la reacción. No modifican el sentido de una reacción.

3.) Cuáles son  las Propiedades de las enzimas?

Como  todo verdadero catalizador,  las enzimas muestran  las  siguientes  propiedades:

·         Están presentes en pequeñas cantidades.

·         No sufren alteraciones irreversibles en el curso de la reacción y por lo tanto, cada molécula de enzima puede participar en muchas reacciones individuales.

·         No tienen efecto sobre la termodinámica de la reacción.

·         Tienen  gran poder catalítico.

·         Son catalizadores en las reacciones químicas de los sistemas biológicos.

·         Poseen un elevado grado de especificidad.

·         Funcionan en soluciones acuosas en condiciones suaves de pH y temperatura.

·         La mayoría de las enzimas son proteínas

4.) Que es especificidad de una enzima?

Cada enzima  actúa sobre una molécula o grupo de moléculas semejantes y participa en un tipo de reacción química. Las enzimas suelen ser muy específicas tanto del tipo de reacción que catalizan como el 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.

5.) Cómo es la estructura de  enzima?

Las enzimas son generalmente proteínas globulares que pueden presentar tamaños muy variables, Las actividades de las enzimas vienen determinadas por su estructura tridimensional, la cual viene a su vez determinada por la secuencia de aminoácidos.

Sustrato: Es la sustancia sobre la cual actúa una enzima.

Centro activo: Es el lugar de unión entre el enzima y su sustrato, comprende los aminoácidos que hacen contacto directo con el sustrato y un sitio catalítico, directamente implicado en el mecanismo de la reacción.

La Enzima y el Sustrato forman un complejo “enzima –sustrato” (E-S) que representa el estado de transición. El sustrato modificado recibe  el nombre de producto

Ejemplo  Modo de Acción Enzimática: Hidrólisis de la Molécula de Sacarosa

 a) El sustrato (S) de esta reacción enzimática es la sacarosa

 b) La enzima (E) se conoce como invertasa

 c) La sacarosa se une al centro activo de la invertasa formando el complejo enzima-sustrato (E-S)

 d) Los productos de esta reacción hidrolítica son la glucosa y la fructosa

 6.)  Cómo se clasifican las enzimas?

Se clasifican de acuerdo a su complejidad  y  a su actividad

De acuerdo a su complejidad las enzimas se clasifican como

• Enzimas  Simples: formada por una o más cadena polipeptídica
• Enzimas Conjugadas: contiene por lo menos un grupo no proteico enlazado a la cadena polipeptídica.

En las proteínas conjugadas podemos distinguir dos partes:

·         Apoenzima: Es la parte polipeptídica de la enzima.

·         Cofactor: Es la parte no proteica de la enzima.

La combinación de la Apoenzima y el Cofactor forman la Holoenzima.

  

Cofactores:

Son sustancias de características no proteicas que, actúan junto con la enzima y el sustrato, en algunas reacciones enzimáticas.

Estas sustancias:

•  No se modifican al finalizar la reacción,

•  Sufren alguna modificación durante la reacción, pero se regenera en una reacción acoplada.

Tipos De Cofactores:

·     Iones: manejan las cargas de los sitios activos. Ej.: Mg es Cofactor de las enzimas que transfieren grupos fosfato.

·      Coenzimas: produce interacciones débiles y colaboran con los procesos anexos a las funciones catalíticas en sí. Es decir, acepta, transporta y cede átomos o grupos químicos, Ej.: NAD, NADH y ATP.

·       Grupos prostéticos: Son sustancias que se unen en forma covalente con la enzima siendo imposible separarlas. Ej.: En las catalasas y per oxidasas de los peroxisomas, es el Hemo. Las flavinas (FAD, FMN).

Los Cofactores pueden ser:

Iones metálicos: Favorecen la actividad catalítica general de la enzima, si no están presentes, la enzima no actúa. Estos iones metálicos se denominan activadores. Ejemplos: Fe ²+, Mg²+, Mn²+,  Zn²+, Cu²+, K.

La mayoría de los otros Cofactores son coenzimas las cuales generalmente son compuestos orgánicos de bajo peso molecular, por ejemplo, las vitaminas del complejo “B” son coenzimas que se requieren para una respiración celular adecuada

CLASIFICACIÓN DE LAS ENZIMAS DE ACUERDO SEGÚN SU ACTIVIDAD

7.)  Cuáles son los modelos de interacción enzima-sustrato?

Modelo de Fisher o Teoría de La llave y la Cerradura

    Las enzimas son muy específicas, como sugirió Emil Fischer 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. 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.

Modelo de Koshland-Neet o Teoría del Ajuste Inducido

En 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. Como resultado de ello, la cadena amino acidíca 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.

  

 8.)    Factores que afectan la actividad enzimática?

Concentración Del Sustrato: A mayor concentración del sustrato, a una concentración fija de la enzima se obtiene la velocidad máxima. Después de que se alcanza esta velocidad, un aumento en la concentración del sustrato no tiene efecto en la velocidad de la reacción. La velocidad media de una reacción enzimática, en función de la concentración  del sustrato, se denomina Km o Constante de Michaelis – Menten y se expresa en moles / L. Esta Constante permite conocer la afinidad del enzima por el sustrato.

 

   Concentración De La Enzima: Siempre y cuando haya sustrato disponible, un aumento en la concentración de la enzima aumenta la velocidad enzimática hacia cierto límite. La velocidad de reacción enzimática es proporcional a la cantidad de enzima utilizada.

  Temperatura.- Un incremento de 10°C duplica la velocidad de reacción, hasta ciertos límites. El calor es un factor que desnaturaliza las proteínas por lo tanto si la temperatura se eleva demasiado, la enzima pierde su actividad. La mayor velocidad de reacción se alcanza para la mayoría de los enzimas, entre 30 y 40°C, y representa su temperatura óptima.

   

          

  pH.- El pH óptimo de la actividad enzimática es 7, excepto las enzimas del estómago cuyo pH óptimo es ácido. Valores de pH más bajos o más elevados al óptimo, reducen la velocidad de reacción enzimática

 

Presencia de Cofactores.- Muchas enzimas dependen de los Cofactores, sean activadores o coenzimas para funcionar adecuadamente. Para las enzimas que tienen Cofactores, la concentración del Cofactor debe ser igual o mayor que la concentración de la enzima para obtener una actividad catalítica máxima

    9.)    Que son Inhibidores Enzimáticos?

Son moléculas que disminuyen la actividad enzimática porque se unen al centro activo del enzima o modifican su estructura. Basándose en el poder inhibidor sobre un sistema enzimático, se fabrican antidepresivos, insecticidas.

Existen dos tipos de inhibidores enzimáticos: Reversibles e Irreversibles

10.) Que son Inhibidores Reversibles?

    Los inhibidores reversibles se unen a las enzimas mediante interacciones no covalentes tales como los puentes de hidrógeno, las interacciones y los enlaces iónicos. Los enlaces débiles múltiples entre el inhibidor y el sitio activo se combinan para producir una unión fuerte y específica. Generalmente no experimentan reacciones químicas cuando se unen a la enzima y pueden ser eliminados fácilmente por dilución o por diálisis.

    

     11.) Tipos de Inhibidores Reversibles?

    Inhibidor Competitivo: Tanto el sustrato como el inhibidor pueden ajustarse al centro activo. El sustrato puede procesarse por la enzima, mientras que el inhibidor no.

   Inhibidor no Competitivo: no compite por el lugar activo sino que afecta al fenómeno catalítico. Actúa uniéndose  a un lugar del enzima distinto del lugar activo  y reduciendo la eficiencia catalítica de la enzima.

Altas concentraciones de sustrato desplazan al inhibidor

 12.) Que son Inhibidores Irreversibles?

Algunas sustancias se combinan de forma covalente con las enzimas y las inactivan de manera irreversible. Casi todos los inhibidores enzimáticos irreversibles son sustancias tóxicas, naturales o sintéticas, estas sustancias reaccionan con algún grupo funcional del lugar activo para bloquear el lugar del sustrato o para dejarlo catalíticamente inactivo.

Inhibidores  Irreversibles: El complejo enzima - inhibidor (EI)   no se disocia

13.) Regulación de la actividad enzimática
        Regulación alostérica:

1.  Una molécula efectora se une en el sitio alostérico de la proteína (otro sitio que no sea el sitio activo)
2. Los efectores que aumentan la actividad de la enzima se denominan activadores alostéricos y aquellos que disminuyan dicha actividad se llaman inhibidores alostéricos

       Activación proteolítica:

1. Algunos enzimas no se sintetizan como tales, sino como proteínas precursoras sin actividad enzimática. Estas proteínas se llaman pro enzimas o zimógenos
2.  Para activarse, los zimógenos sufren un ataque hidrolítico que origina la liberación de uno o varios péptidos
3. El resto de la molécula proteica adopta la conformación y las propiedades del enzima activo. Ej.: quimotripsina, que se sintetiza en forma de quimotripsinógeno  y en el tubo digestivo se convierte en su forma biológicamente activa

                 

Isozimas

Algunos enzimas tienen distinta estructura molecular aunque su función biológica es similar. Se llaman isozimas o isoenzimas. Así, podemos observar la existencia de isoenzimas en función de:

1.   El tipo de tejido: la enzima lactato deshidrogenasa se presenta diferente en músculo y corazón
2. El compartimento celular donde actúa: como ejemplo, señalamos la malato deshidrogenasa del citoplasma y la  mitocondria.
3. El momento concreto del desarrollo del individuo: algunos enzimas de la glicólisis del feto son diferentes en el adulto